Гликогена функции: Всё, что вы хотели знать про гликоген

Содержание

Гликоген – определение, структура, функции и примеры

Определение гликогена

Гликоген большой, разветвленный полисахарид это основная форма хранения глюкозы у животных и человека. Гликоген является важным энергетическим резервуаром; когда организму требуется энергия, гликоген расщепляется до глюкозы, которая затем попадает в гликолитический или пентозофосфатный путь или выделяется в кровоток. Гликоген также является важной формой хранения глюкозы в грибы а также бактерии.

Структура гликогена

Гликоген является разветвленным полимером глюкозы. Глюкозные остатки линейно связаны α-1,4-гликозидными связями, и приблизительно каждые десять остатков цепь остатков глюкозы разветвляется через α-1,6-гликозидные связи. Α-гликозидные связи приводят к спиральной структуре полимера. Гликоген гидратируется тремя-четырьмя частями воды и образует гранулы в цитоплазма это 10-40 нм в диаметре. Белок гликогенин, который участвует в синтезе гликогена, находится в ядре каждой гранулы гликогена. Гликоген является аналогом крахмала, который является основной формой хранения глюкозы в большинстве растений, но крахмал имеет меньше ветвей и менее компактен, чем гликоген.

Функция гликогена

У животных и людей гликоген находится в основном в мускул а также печень клетки. Гликоген синтезируется из глюкозы, когда кровь уровень глюкозы высокий и служит готовым источником глюкозы для тканей всего тела, когда уровень глюкозы в крови снижается.

Клетки печени

Гликоген составляет 6-10% печени по массе. При приеме пищи уровень глюкозы в крови повышается, а выделение инсулина из поджелудочной железы способствует поглощению глюкозы клетками печени. Инсулин также активирует ферменты, участвующие в синтезе гликогена, такие как гликогенсинтаза. Хотя уровни глюкозы и инсулина достаточно высоки, гликогеновые цепи удлиняются путем добавления молекул глюкозы, процесс, называемый гликонеогенезом. По мере снижения уровня глюкозы и инсулина синтез гликогена прекращается. Когда уровень глюкозы в крови падает ниже определенного уровня, глюкагон, высвобождаемый из поджелудочной железы, сигнализирует клеткам печени о расщеплении гликогена. Гликоген расщепляется через гликогенолиз в глюкозо-1-фосфат, который превращается в глюкозу и выделяется в кровоток. Таким образом, гликоген служит в качестве основного буфера уровней глюкозы в крови, сохраняя глюкозу, когда его уровни высокие, и выделяя глюкозу, когда уровни низкие. Расщепление гликогена в печени имеет решающее значение для обеспечения глюкозы для удовлетворения энергетических потребностей организма. В дополнение к глюкагону, кортизол, адреналин и норадреналин также стимулируют расщепление гликогена.

Мышечные клетки

В отличие от клеток печени, гликоген составляет только 1-2% мышечной массы. Однако, учитывая большую массу мышц в организме, общее количество гликогена, хранящегося в мышцах, больше, чем запасенного в печени. Мышцы также отличаются от печени тем, что гликоген в мышцах обеспечивает глюкозу только мышечная клетка сам. Мышечные клетки не экспрессируют фермент глюкозо-6-фосфатазу, который необходим для высвобождения глюкозы в кровоток. Глюкозо-1-фосфат, образующийся в результате расщепления гли��огена в мышечных волокнах, превращается в глюкозо-6-фосфат и обеспечивает энергию для мышц во время тренировки или в ответ на стресс, как в реакции «сражайся или беги».

Другие ткани

Помимо печени и мышц, гликоген обнаруживается в меньших количествах в других тканях, включая эритроциты, лейкоциты, почечные клетки и некоторые глиальные клетки. Кроме того, гликоген используется для хранения глюкозы в матка обеспечить энергетические потребности эмбрион.

Грибы и бактерии

Микроорганизмы обладают механизмами накопления энергии, чтобы справиться с ними в случае ограниченных природных ресурсов, а гликоген представляет собой главную форму накопления энергии. Ограничение питательных веществ (низкий уровень углерода, фосфора, азота или серы) может стимулировать образование гликогена в дрожжах, в то время как бактерии синтезируют гликоген в ответ на легкодоступные источники энергии углерода с ограничением других питательных веществ. Рост бактерий и споруляция дрожжей также связаны с накоплением гликогена.

Гликоген гомеостаз это строго регулируемый процесс, который позволяет организму накапливать или выделять глюкозу в зависимости от его энергетических потребностей. Основными этапами метаболизма глюкозы являются гликогенез или синтез гликогена и гликогенолиз, или расщепление гликогена.

гликогенеза

Для синтеза гликогена требуется энергия, которую обеспечивает уридин трифосфат (UTP). Гексокиназы или глюкокиназы сначала фосфорилируют свободную глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата, который превращается в глюкозо-1-фосфат фосфоглюкомутазой. UTP-глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансфераза затем катализирует активацию глюкозы, при которой UTP и глюкозо-1-фосфат реагируют с образованием UDP-глюкозы. При синтезе гликогена de novo белок гликогенин катализирует прикрепление UDP-глюкозы к себе. Гликогенин представляет собой гомодимер, содержащий остаток тирозина в каждой субъединице, который служит якорем или точкой присоединения для глюкозы. Дополнительные молекулы глюкозы впоследствии добавляются к восстанавливающему концу предыдущей глюкозы молекула сформировать цепь из примерно восьми молекул глюкозы. Затем гликогенсинтаза удлиняет цепь, добавляя глюкозу через α-1,4-гликозидные связи.

Разветвление катализируется амило- (от 1,4 до 1,6) -трансглюкозидазой, также называемой гликоген-разветвляющим ферментом. Гликоген-разветвляющий фермент переносит фрагмент из шести-семи молекул глюкозы от конца цепи к С6 молекулы глюкозы, расположенной далее внутри молекулы гликогена, образуя гликозидные связи α-1,6.

гликогенолиз

Глюкоза удаляется из гликогена с помощью гликогенфосфорилазы, которая фосфоролитически удаляет одну молекулу глюкозы с невосстанавливающего конца с образованием глюкозо-1-фосфата. Глюкозо-1-фосфат, образующийся при расщеплении гликогена, превращается в глюкозо-6-фосфат, процесс, который требует фермента фосфоглюкомутазы. Фосфоглюкомутаза переносит фосфатная группа из фосфорилированного остатка серина в пределах активный сайт до С6 глюкозо-1-фосфата с образованием глюкозо-1,6-бисфосфата. Затем фосфат глюкозы С1 присоединяют к активный сайт серин в фосфоглюкомутазе и глюкозо-6-фосфат высвобождается.

Гликогенфосфорилаза не способна отщеплять глюкозу от точек ветвления; для разветвления требуется амило-1,6-глюкозидаза, 4-α-глюканотрансфераза или гликогендеразрушающий фермент (GDE), который обладает глюкотрансферазной и глюкозидазной активностями. Примерно в четырех остатках от точки ветвления гликогенфосфорилаза не способна удалять остатки глюкозы. GDE расщепляет последние три остатка ветви и присоединяет их к С4 молекулы глюкозы в конце другой ветви, а затем удаляет последний α-1,6-связанный глюкозный остаток из точки ветвления. GDE не удаляет α-1,6-связанную глюкозу из точки ветвления фосфорилически, что означает, что высвобождается свободная глюкоза. Эта свободная глюкоза теоретически может высвобождаться из мышц в кровоток без действия глюкозо-6-фосфатазы; однако эта свободная глюкоза быстро фосфорилируется гексокиназой, предотвращая ее попадание в кровоток.

Глюкозо-6-фосфат, полученный в результате расщепления гликогена, может превращаться в глюкозу под действием глюкозо-6-фосфатазы и высвобождаться в кровоток. Это происходит в печени, кишечнике и почках, но не в мышцах, где этот фермент отсутствует. В мышцах глюкозо-6-фосфат входит в гликолитический путь и обеспечивает энергию для клетка, Глюкоза-6-фосфат также может проникать в пентозофосфатный путь, что приводит к выработке NADPH и пять углеродных сахаров.

Упражнения и истощение гликогена

В упражнениях на выносливость спортсмены могут испытывать истощение гликогена, при котором большая часть гликогена истощается из мышц. Это может привести к сильной усталости и затруднению движения. Истощение гликогена может быть уменьшено путем непрерывного потребления углеводов с высоким гликемическим индексом (высокая скорость превращения в глюкозу крови) во время физических упражнений, которые заменит часть глюкозы, используемой во время физических упражнений. Могут также использоваться специализированные режимы упражнений, которые приводят в действие мышцу жирные кислоты как источник энергии с большей скоростью, тем самым разрушая меньше гликогена. Спортсмены могут также использовать углеводную загрузку, потребление большого количества углеводов, чтобы увеличить емкость для хранения гликогена.

Примеры болезней накопления гликогена

Существуют две основные категории заболеваний, связанных с накоплением гликогена: те, которые возникают в результате нарушения гомеостаза гликогена в печени, и те, которые возникают в результате нарушения гомеостаза гликогена в мышцах. Заболевания, возникающие в результате неправильного хранения гликогена в печени, обычно вызывают гепатомегалию (увеличение печени), гипогликемию и цирроз печени (рубцевание печени). Заболевания, возникающие из-за дефектного накопления гликогена в мышцах, обычно вызывают миопатии и нарушение обмена веществ. Примеры заболеваний накопления гликогена включают болезнь Помпе, болезнь Макардла и болезнь Андерсена.

Болезнь Помпе

Болезнь Помпе вызвана мутациями в GAA ген, который кодирует лизосомальную кислотную α-глюкозидазу, также называемую кислой мальтазой, и влияет на скелет и сердечная мышца, Кислотная мальтаза участвует в расщеплении гликогена, а вызывающие заболевания мутации приводят к пагубному накоплению гликогена в клетке. Существует три типа болезни Помпе: взрослая форма, ювенильная форма и инфантильная форма, которые становятся все более тяжелыми. Инфантильная форма приводит к смерти в возрасте от одного до двух лет, если ее не лечить.

Болезнь Макардла

Болезнь Макардла вызвана мутациями в гене PYGM, который кодирует миофосфорилазу, изоформу гликогенфосфорилазы, присутствующую в мышцах. Симптомы часто наблюдаются у детей, но болезнь не может быть диагностирована до зрелого возраста. Симптомы включают мышечную боль и усталость, и если болезнь не лечится, болезнь может быть опасной для жизни.

Болезнь Андерсена

Болезнь Андерсена вызвана мутация в гене GBE1, который кодирует гликоген, разветвляющий фермент, и влияет на мышцы и печень. Симптомы обычно наблюдаются в возрасте нескольких месяцев и включают в себя задержку роста, увеличение печени и цирроз печени. Осложнения заболевания могут быть опасными для жизни.

викторина

1. Что лучше всего описывает функцию гликогена?A. Обеспечивает структурную поддержку мышечных клетокB. фактор транскрипции который регулирует дифференцировка клеток C. Хранит глюкозу в растенияхD. Буферы уровня глюкозы в крови и служит легко мобилизованным источником энергии

Ответ на вопрос № 1

D верно. Гликоген является основной формой хранения глюкозы у животных и человека. Гликоген синтезируется при высоком уровне глюкозы в крови и расщепляется при низком уровне глюкозы в крови, что делает его важным буфером уровня глюкозы в крови. Когда энергия требуется клеткой или организм Гликоген служит критическим источником энергии, обеспечивая глюкозу тканями по всему организму.

2. Что является основным гормон что стимулирует распад гликогена?A. глюкагонB. Щитовидная железаC. инсулинD. эстроген

Ответ на вопрос № 2

верно. Глюкагон, который вырабатывается в ответ на низкий уровень сахара в крови, стимулирует расщепление гликогена. Инсулин, вырабатываемый в ответ на высокий уровень сахара в крови, стимулирует поглощение глюкозы и синтез гликогена.

3. Каковы возможные судьбы глюкозо-1-фосфата, образующегося при гликогенолизе?A. Превращение в глюкозо-6-фосфат с последующим вступлением в гликолитический путьB. Превращение в глюкозо-6-фосфат с последующим вступлением в пентозофосфатный путьC. Преобразование в глюкозу с последующим выделением в кровотокD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 3

D верно. В мышечных клетках глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат с помощью фосфоглюкомутазы, после чего он может вступать в гликолитический или пентозофосфатный путь. В клетках печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу глюкозо-6-фосфатазой и выделяется в кровоток.

Ссылки

  • Eicke, S., Seung, D., Egli, B., Devers, E.A., и Streb, S. (2017) «Повышение способности растений хранить углеводы путем создания пула, подобного гликогеноподобному полимеру, в цитозоль «. Метаболическая инженерия. 40: 23-32.
  • Харгривз М. и Рихтер Е.А. (1988) «Регулирование скелетная мышца гликогенолиз во время тренировки ». Канадский журнал спортивных наук. 13 (4): 197-203.
  • Ivy, J.L. (1991). «Синтез мышечного гликогена до и после тренировки». Спортивная медицина. 11 (1): 6-19.

ФУНКЦИИ ГЛИКОГЕНА… — Professional Massage by Valerii Vorona

ФУНКЦИИ ГЛИКОГЕНА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Гликоген является одной из главных форм, отвечающих за запасы энергии в нашем теле. Гликоген – это несколько сотен соединенных молекул глюкозы, потому его называют сложным углеводом.

Также этот элемент называют еще животным крахмалом, потому что найти его можно строго в живом организме. Когда в теле понижается глюкозный уровень, к примеру, во время мощных физических активностей или спустя несколько часов после еды, наш организм начинает продуцировать особые ферменты, под действием которых собравшийся в мышцах гликоген расщепляется до глюкозы, представляя собой таким образом источником моментальной энергии.

Любой углевод, который поступает к нам в организм, будь то фрукт, зерновая культура или какая-то сладость, во время пищеварения превращается в глюкозу и сахар. После этого превращения углевод попадает к нам в кровь. Отметим, что белок и жир не умеют превращаться в глюкозу.

Получившаяся глюкоза применяется нашим организмом как топливо для удовлетворения энергетических затрат и также для того, чтобы создать энергетический резерв. Добавим, что в первую очередь наше тело превращает глюкозу в гликоген, а после того, как гликогеновый резерв создан, глюкоза начинает превращаться в жировые отложения.

СОДЕРЖАНИЕ ГЛИКОГЕНА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Сколько гликогена может содержать организм? Здесь все зависит от тренировки собственных энергетических систем. Изначально размер гликогенового депо нетренированного человека минимален, что обусловлено его двигательными потребностями.

При интенсивном и продолжительном тренинге запасы гликогена увеличиваются в организме в несколько раз.

Что в свою очередь приводит к таким результатам:

— возрастает выносливость;
— объём мышечной ткани увеличивается;
— наблюдаются значительные колебания в весе во время тренировочного процесса

Обмен гликогена происходит в печени. Её основная функция — не превращение сахара в полезные нутриенты, а фильтрация и защита организма. Фактически, печень негативно реагирует на повышение сахара в крови, появление насыщенных жирных кислот и физические нагрузки.

Все это физически разрушает клетки печени, которые, к счастью, регенерируют. Чрезмерное потребление сладкого (и жирного), в совокупности с интенсивными физическими нагрузками чревато не только дисфункцией поджелудочной железы и проблемами с печенью, но и серьёзными нарушениями обмена веществ со стороны печени.

ГЛИКОГЕНОВЫЕ ЗАПАСЫ И СПОРТ

Гликоген в организме выполняет задачу главного энергоносителя. Он накапливается в печени и мышцах, откуда напрямую попадает в кровеносную систему, обеспечивая нас необходимой энергией.

Рассмотрим, как напрямую влияет гликоген на работу спортсмена:

1. Гликоген быстро истощается благодаря нагрузкам. Фактически за одну интенсивную тренировку можно растратить до 80% всего гликогена.

2. Это в свою очередь вызывает «углеводное окно», когда организм требует быстрых углеводов, для восстановления.

3. Под воздействием наполнения мышц кровью, гликогеновое депо растягивается, увеличивается размер клеток, которые могут хранить его.

4. Гликоген поступает в кровь только до тех пор, пока пульс не пересечет отметку в 80% от максимального ЧСС. В случае превышения этого порога, недостаток кислорода приводит к стремительному окислению жирных кислот. На этом принципе основана «сушка организма».

5. Гликоген не влияет на силовые показатели – только на выносливость.

ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА УРОВЕНЬ ГЛИКОГЕНА

Важно понимать, что не только тренировки влияют на количество гликогена в печени. Этому способствует и основная регуляция гормонов инсулина и глюкагона, которая происходит благодаря потреблению определенного типа пищи. Так, быстрые углеводы при общем насыщении организма скорее всего превратятся в жировую ткань, а медленные углеводы полностью превратятся в энергию, минуя гликогеновые цепочки.

Так как же правильно определить, как распределится съеденная пища? Для этого необходимо учитывать следующие факторы:

1. Гликемический индекс. Высокие показатели способствуют росту сахара в крови, который нужно в срочном порядке законсервировать в жиры. Низкие показатели,стимулируют постепенное повышение глюкозы в крови, что способствует полному её расщеплению. И только средние показатели (от 30 до 60) способствуют превращению сахара в гликоген.

2. Гликемическая нагрузка. Зависимость обратно пропорциональная. Чем ниже нагрузка, тем больше шансов превращения углеводов в гликоген.

3.Тип самого углевода. Всё зависит от того, насколько просто углеводное соединение расщепляется на простые моносахариды. Так, например мальтодекстрин с большей вероятностью превратится в гликоген, хотя имеет высокий гликемический индекс. Этот полисахарид попадает напрямую в печень, минуя пищеварительный процесс, и в этом случае его проще расщепить на гликоген, чем превратить в глюкозу и снова пересобрать молекулу.

4. Количество углеводов. Если правильно дозировать количество углеводов в один прием пищи, то даже питаясь шоколадками и кексами вам удастся избежать жирового отложения.

КАК ПОВЫСИТЬ ЗАПАСЫ ГЛИКОГЕНА?

Запасы гликогена в мышцах пополняются либо углеводами из продуктов питания, либо употреблением спортивного гейнера (смеси протеина и углеводов). Как мы уже упоминали выше, в процессе пищеварения сложные углеводы расщепляются до простых; сперва они попадают в кровь в виде глюкозы, а затем переработаются организмом до гликогена.

Чем ниже гликемический индекс конкретного углевода, тем медленнее он отдает свою энергию в кровь и тем выше его процент конвертации именно в гликогеновые депо, а не в подкожную жировую клетчатку. Особенную важность это правило имеет в вечернее время — к сожалению, простые углеводы, съеденные за ужином, пойдут прежде всего в жир на животе.

ВЛИЯНИЕ ГЛИКОГЕНА НА СЖИГАНИЕ ЖИРА

Если вы хотите сжечь жир с помощью тренировок, помните о том, что тело сперва расходует запасы гликогена, а лишь затем переходит к запасам жира. Именно на этом факте и строится рекомендация о том, что эффективная жиросжигающая тренировка должна проводиться не менее 40-45 минут при умеренном пульсе — сперва организм тратит гликоген, затем переходит на жир.

Практика показывает, что жир быстрее всего сгорает при кардиотренировках утром на пустой желудок или при тренировках через 3-4 часа после последнего приема пищи — поскольку в этом случае уровень глюкозы в крови уже находится на минимальном уровне, с первых минут тренинга тратятся запасы гликогена из мышц (а затем и жира).

Для спортсменов наращивание гликогеновых запасов — не только необходимость, но и профилактика ожирения. Сложные углеводы могут храниться в мышцах сколь угодно долго, не окисляясь и не распадаясь. При этом любая нагрузка приводит к их растрате и регуляции общего состояния организма.

Карта сайта

Страница не найдена. Возможно, карта сайта Вам поможет.

  • Главная
  • Университет
    • Об университете
    • Структура
    • Нормативные документы и процедуры
    • Лечебная деятельность
    • Международное сотрудничество
    • Пресс-центр
      • Новости
      • Анонсы
      • События
      • Объявления и поздравления
      • Online конференции
      • Фотоальбом
        • Товарищеский турнир по мини-футболу
        • Конференция «Современные проблемы радиационной и экологической медицины, лучевой диагностики и терапии»
        • Посвящение в первокурсники-2021
        • Встреча заместителя министра здравоохранения Д.В. Чередниченко со студентами
        • Открытый диалог, приуроченный к 19-летию БРСМ
        • Группа переподготовки по специальности «Организация здравоохранения»
        • Собрания факультетов для первокурсников-2021
        • День знаний — 2021
        • Совет университета
        • Студенты военной кафедры ГрГМУ приняли присягу
        • День освобождения Гродно-2021
        • Ремонтные и отделочные работы
        • Итоговая практика по военной подготовке
        • День Независимости-2021
        • Студенты военной кафедры ГрГМУ: итоговая практика-2021
        • Выпускной лечебного факультета-2021
        • Выпускной медико-психологического и медико-диагностического факультетов-2021
        • Выпускной педиатрического факультета-2021
        • Выпускной факультета иностранных учащихся-2021
        • Вручение дипломов выпускникам-2021
        • Митинг-реквием, посвященный 80-й годовщине начала Великой Отечественной войны
        • Акция «Память», приуроченная к 80-летию начала Великой Отечественной войны
        • Республиканский легкоатлетический студенческий забег «На старт, молодежь!»
        • Актуальные вопросы гигиены питания
        • Торжественное мероприятие к Дню медицинских работников-2021
        • Совет университета
        • Выездное заседание Республиканского совета ректоров
        • Церемония вручения медалей и аттестатов особого образца выпускникам 2021 года
        • Предупреждение деструктивных проявлений в студенческой среде и влияния агрессивного информационного контента сети интернет
        • Онлайн-выставка «Помнить, чтобы не повторить»
        • Областная межвузовская конференция «Подвиг народа бессмертен»
        • Финал первого Республиканского интеллектуального турнира ScienceQuiz
        • Конференция «Актуальные вопросы коморбидности заболеваний в амбулаторной практике: от профилактики до лечения»
        • День семьи-2021
        • Диалоговая площадка с председателем Гродненского областного Совета депутатов
        • Праздничные городские мероприятия к Дню Победы
        • Областной этап конкурса «Королева студенчества-2021″
        • Праздничный концерт к 9 мая 2021
        • IV Республиканский гражданско-патриотический марафон «Вместе – за сильную и процветающую Беларусь!»
        • Университетский кубок КВН-2021
        • Музыкальная планета студенчества (завершение Дней ФИУ-2021)
        • Молодёжный круглый стол «Мы разные, но мы вместе»
        • Дни ФИУ-2021. Интеллектуальная игра «Что?Где?Когда?»
        • Неделя донорства в ГрГМУ
        • Творческая гостиная. Дни ФИУ-2021
        • Открытие XVIII студенческого фестиваля национальных культур
        • Передвижная мультимедийная выставка «Партизаны Беларуси»
        • Республиканский субботник-2021
        • Семинар «Человек внутри себя»
        • Международный конкурс «Здоровый образ жизни глазами разных поколений»
        • Вручение нагрудного знака «Жена пограничника»
        • Встреча с представителями медуниверситета г. Люблина
        • Королева Студенчества ГрГМУ — 2021
        • День открытых дверей-2021
        • Управление личными финансами (встреча с представителями «БПС-Сбербанк»)
        • Весенний «Мелотрек»
        • Праздничный концерт к 8 Марта
        • Диалоговая площадка с председателем Гродненского облисполкома
        • Расширенное заседание совета университета
        • Гродно — Молодежная столица Республики Беларусь-2021
        • Торжественное собрание, приуроченное к Дню защитника Отечества
        • Вручение свидетельства действительного члена Белорусской торгово-промышленной палаты
        • Новогодний ScienceQuiz
        • Финал IV Турнира трех вузов ScienseQuiz
        • Областной этап конкурса «Студент года-2020″
        • Семинар дистанционного обучения для сотрудников университетов из Беларуси «Обеспечение качества медицинского образования и образования в области общественного здоровья и здравоохранения»
        • Студент года — 2020
        • День Знаний — 2020
        • Церемония награждения лауреатов Премии Правительства в области качества
        • Военная присяга
        • Выпускной лечебного факультета-2020
        • Выпускной медико-психологического факультета-2020
        • Выпускной педиатрического факультета-2020
        • Выпускной факультета иностранных учащихся-2020
        • Распределение — 2020
        • Стоп коронавирус!
        • Навстречу весне — 2020
        • Профориентация — 18-я Международная специализированная выставка «Образование и карьера»
        • Спартакиада среди сотрудников «Здоровье-2020″
        • Конференция «Актуальные проблемы медицины»
        • Открытие общежития №4
        • Встреча Президента Беларуси со студентами и преподавателями медвузов
        • Новогодний утренник в ГрГМУ
        • XIX Республиканская студенческая конференция «Язык. Общество. Медицина»
        • Alma mater – любовь с первого курса
        • Актуальные вопросы коморбидности сердечно-сосудистых и костно-мышечных заболеваний в амбулаторной практике
        • Областной этап «Студент года-2019″
        • Финал Science Qiuz
        • Конференция «Актуальные проблемы психологии личности и социального взаимодействия»
        • Посвящение в студенты ФИУ
        • День Матери
        • День открытых дверей — 2019
        • Визит в Азербайджанский медицинский университет
        • Семинар-тренинг с международным участием «Современные аспекты сестринского образования»
        • Осенний легкоатлетический кросс — 2019
        • 40 лет педиатрическому факультету
        • День Знаний — 2019
        • Посвящение в первокурсники
        • Акция к Всемирному дню предотвращения суицида
        • Турслет-2019
        • Договор о создании филиала кафедры общей хирургии на базе Брестской областной больницы
        • День Независимости
        • Конференция «Современные технологии диагностики, терапии и реабилитации в пульмонологии»
        • Выпускной медико-диагностического, педиатрического факультетов и факультета иностранных учащихся — 2019
        • Выпускной медико-психологического факультета — 2019
        • Выпускной лечебного факультета — 2019
        • В добрый путь, выпускники!
        • Распределение по профилям субординатуры
        • Государственные экзамены
        • Интеллектуальная игра «Что? Где? Когда?»
        • Мистер и Мисс факультета иностранных учащихся-2019
        • День Победы
        • IV Республиканская студенческая военно-научная конференция «Этих дней не смолкнет слава»
        • Республиканский гражданско-патриотический марафон «Вместе — за сильную и процветающую Беларусь!»
        • Литературно-художественный марафон «На хвалях спадчыны маёй»
        • День открытых дверей-2019
        • Их имена останутся в наших сердцах
        • Областной этап конкурса «Королева Весна — 2019″
        • Королева Весна ГрГМУ — 2019
        • Профориентация «Абитуриент – 2019» (г. Барановичи)
        • Мероприятие «Карьера начинается с образования!» (г. Лида)
        • Итоговое распределение выпускников — 2019
        • «Навстречу весне — 2019″
        • Торжественная церемония, посвященная Дню защитника Отечества
        • Торжественное собрание к Дню защитника Отечества — 2019
        • Мистер ГрГМУ — 2019
        • Предварительное распределение выпускников 2019 года
        • Митинг-реквием у памятника воинам-интернационалистам
        • Профориентация «Образование и карьера» (г.Минск)
        • Итоговая коллегия главного управления здравоохранения Гродненского областного исполнительного комитета
        • Спартакиада «Здоровье — 2019»
        • Итоговая научно-практическая конференция «Актуальные проблемы медицины».
        • Расширенное заседание Совета университета.
        • Научно-практическая конференция «Симуляционные технологии обучения в подготовке медицинских работников: актуальность, проблемные вопросы внедрения и перспективы»
        • Конкурс первокурсников «Аlma mater – любовь с первого курса»
        • XVI съезд хирургов Республики Беларусь
        • Итоговая практика
        • Конкурс «Студент года-2018»
        • Совет университета
        • 1-й съезд Евразийской Аритмологической Ассоциации (14.09.2018 г.)
        • 1-й съезд Евразийской Аритмологической Ассоциации (13.09.2018 г.)
        • День знаний
        • День независимости Республики Беларусь
        • Церемония награждения победителей конкурса на соискание Премии СНГ
        • День герба и флага Республики Беларусь
        • «Стань донором – подари возможность жить»
        • VIII Международный межвузовский фестиваль современного танца «Сделай шаг вперед»
        • Конкурс грации и артистического мастерства «Королева Весна ГрГМУ – 2018»
        • Окончательное распределение выпускников 2018 года
        • Митинг-реквием, приуроченный к 75-летию хатынской трагедии
        • Областное совещание «Итоги работы терапевтической и кардиологической служб Гродненской области за 2017 год и задачи на 2018 год»
        • Конкурсное шоу-представление «Мистер ГрГМУ-2018»
        • Предварительное распределение выпускников 2018 года
        • Итоговая научно-практическая конференция «Актуальные проблемы медицины»
        • II Съезд учёных Республики Беларусь
        • Круглый стол факультета иностранных учащихся
        • «Молодежь мира: самобытность, солидарность, сотрудничество»
        • Заседание выездной сессии Гродненского областного Совета депутатов
        • Областной этап республиканского конкурса «Студент года-2017»
        • Встреча с председателем РОО «Белая Русь» Александром Михайловичем Радьковым
        • Конференция «Актуальные вопросы инфекционной патологии», 27.10.2017
        • XIX Всемирный фестиваль студентов и молодежи
        • Республиканская научно-практическая конференция «II Гродненские аритмологические чтения»
        • Областная научно-практическая конференция «V Гродненские гастроэнтерологические чтения»
        • Праздник, посвящённый 889-летию города Гродно
        • Круглый стол на тему «Место и роль РОО «Белая Русь» в политической системе Республики Беларусь» (22.09.2017)
        • ГрГМУ и Университет медицины и фармации (г.Тыргу-Муреш, Румыния) подписали Соглашение о сотрудничестве
        • 1 сентября — День знаний
        • Итоговая практика на кафедре военной и экстремальной медицины
        • Квалификационный экзамен у врачей-интернов
        • Встреча с Комиссией по присуждению Премии Правительства Республики Беларусь
        • Научно-практическая конференция «Амбулаторная терапия и хирургия заболеваний ЛОР-органов и сопряженной патологии других органов и систем»
        • День государственного флага и герба
        • 9 мая
        • Республиканская научно-практическая конференция с международным участием «V белорусско-польская дерматологическая конференция: дерматология без границ»
        • «Стань донором – подари возможность жить»
        • «Круглый стол» Постоянной комиссии Совета Республики Беларусь Национального собрания Республики Беларусь по образованию, науке, культуре и социальному развитию
        • Весенний кубок КВН «Юмор–это наука»
        • Мисс ГрГМУ-2017
        • Распределение 2017 года
        • Общегородской профориентационный день для учащихся гимназий, лицеев и школ
        • Праздничный концерт, посвященный Дню 8 марта
        • Конкурсное шоу-представление «Мистер ГрГМУ–2017»
        • «Масленица-2017»
        • Торжественное собрание и паздничный концерт, посвященный Дню защитника Отечества
        • Лекция профессора, д.м.н. О.О. Руммо
        • Итоговая научно-практическая конференция «Актуальные проблемы медицины»
        • Меморандум о сотрудничестве между областной организацией Белорусского общества Красного Креста и региональной организацией Красного Креста китайской провинции Хэнань
        • Визит делегации МГЭУ им. А.Д. Сахарова БГУ в ГрГМУ
        • «Студент года-2016»
        • Визит Чрезвычайного и Полномочного Посла Королевства Швеция в Республике Беларусь господина Мартина Оберга в ГрГМУ
        • Конкурс первокурсников «Аlma mater – любовь с первого курса»
        • День матери в ГрГМУ
        • Итоговая практика-2016
        • День знаний
        • Визит китайской делегации в ГрГМУ
        • Визит иностранной делегации из Вроцлавского медицинского университета (Республика Польша)
        • Торжественное мероприятие, посвященное профессиональному празднику – Дню медицинского работника
        • Визит ректора ГрГМУ Виктора Александровича Снежицкого в Индию
        • Республиканская университетская суббота-2016
        • Республиканская акция «Беларусь против табака»
        • Встреча с поэтессой Яниной Бокий
        • 9 мая — День Победы
        • Митинг, посвященный Дню Государственного герба и Государственного флага Республики Беларусь
        • Областная межвузовская студенческая научно-практическая конференция «1941 год: трагедия, героизм, память»
        • «Цветы Великой Победы»
        • Концерт народного ансамбля польской песни и танца «Хабры»
        • Суботнiк ў Мураванцы
        • «Мисс ГрГМУ-2016»
        • Визит академика РАМН, профессора Разумова Александра Николаевича в УО «ГрГМУ»
        • Визит иностранной делегации из Медицинского совета Мальдивской Республики
        • «Кубок ректора Гродненского государственного медицинского университета по дзюдо»
        • «Кубок Дружбы-2016» по мини-футболу среди мужских и женских команд медицинских учреждений образования Республики Беларусь
        • Распределение выпускников 2016 года
        • Визит Министра обороны Республики Беларусь на военную кафедру ГрГМУ
        • Визит Первого секретаря Посольства Израиля Анны Кейнан и директора Израильского культурного центра при Посольстве Израиля Рей Кейнан
        • Визит иностранной делегации из провинции Ганьсу Китайской Народной Республики в ГрГМУ
        • Состоялось открытие фотовыставки «По следам Библии»
        • «Кубок декана» медико-диагностического факультета по скалолазанию
        • Мистер ГрГМУ-2016
        • Приём Первого секретаря Посольства Израиля Анны Кейнан в ГрГМУ
        • Спартакиада «Здоровье» УО «ГрГМУ» среди сотрудников 2015-2016 учебного года
        • Визит Посла Республики Индия в УО «ГрГМУ»
        • Торжественное собрание и концерт, посвященный Дню защитника Отечества
        • Митинг-реквием, посвященный Дню памяти воинов-интернационалистов
        • Итоговое заседание коллегии главного управления идеологической работы, культуры и по делам молодежи Гродненского облисполкома
        • Итоговая научно-практическая конференция Гродненского государственного медицинского университета
        • Новогодний концерт
        • Открытие профессорского консультативного центра
        • Концерт-акция «Молодёжь против СПИДа»
        • «Студент года-2015»
        • Открытые лекции профессора, академика НАН Беларуси Островского Юрия Петровича
        • «Аlma mater – любовь с первого курса»
        • Открытая лекция Регионального директора ВОЗ госпожи Жужанны Якаб
        • «Открытый Кубок по велоориентированию РЦФВиС»
        • Совместное заседание Советов университетов г. Гродно
        • Встреча с Министром здравоохранения Республики Беларусь В.И. Жарко
        • День города
        • Дебаты «Врач — выбор жизни»
        • День города
        • Праздничный концерт «Для вас, первокурсники!»
        • Акция «Наш год – наш выбор»
        • День знаний
        • Открытое зачисление абитуриентов в УО «Гродненский государственный медицинский университет»
        • Принятие военной присяги студентами ГрГМУ
        • День Независимости Республики Беларусь
        • Вручение дипломов выпускникам 2015 года
        • Республиканская олимпиада студентов по педиатрии
        • Открытие памятного знака в честь погибших защитников
        • 9 мая
        • «Вторая белорусско-польская дерматологическая конференция: дерматология без границ»
        • Мистер университет
        • Мисс универитет
        • КВН
        • Гродненский государственный медицинский университет
        • Чествование наших ветеранов
        • 1 Мая
        • Cовместный субботник
      • Наши издания
      • Медицинский календарь
      • Университет в СМИ
      • Видео-презентации
    • Общественные объединения
    • Комиссия по противодействию коррупции
    • Образовательная деятельность
  • Абитуриентам
  • Студентам
  • Выпускникам
  • Слайдер
  • Последние обновления
  • Баннеры
  • Иностранному гражданину
  • Научная деятельность
  • Поиск

Document

Обзор заболевания

Болезнь Помпе – прогрессирующее, мультисистемное, инвалидизирующее и часто смертельное жизнеугрожающее нервно-мышечное заболевание.

В 1932 г. голландский патологоанатом Ян Касьянус Помпе сообщил о случае внезапной смерти 7-месячной девочки в результате идиопатической гипертрофии миокарда. Помпе сделал фундаментальное открытие, обнаружив при вскрытии не только массивное увеличение размеров сердца, но и отложение гликогена в миокарде и других органах. В 1963 году была установлена связь данного заболевания с наследственной недостаточностью лизосомного фермента – кислой альфа-глюкозидазы (GAA), ответственной за расщепление гликогена до глюкозы. Недостаточная активность данного фермента приводит к внутриклеточному накоплению гликогена, в основном, — в мышечных клетках. Заболевание характеризуется прогрессирующей дегенерацией скелетной, дыхательной, и, в основном, у детей — сердечной мышечной ткани, и носит характер инвалидизирующего и часто фатального нервно-мышечного заболевания.

Классификация и терминология

Болезнь Помпе можно классифицировать по нескольким категориям:

  • 1

    Лизосомные болезни накопления (ЛБН) Существует более 40 редких генетических заболеваний, вызываемых недостаточностью или нарушением функции определенного лизосомного фермента;

  • 2

    Болезни накопления гликогена Группа наследственных нарушений метаболизма гликогена. Эта классификация ориентирована на накапливаемое вещество (гликоген), а не на место накопления (лизосомы).

  • 3

    Нервно-мышечные / метаболические заболевания мышц Общим признаком этих заболеваний является дегенерация мышц (вне зависимости от первопричинной патологии).

  • 4

    часто повторяющиеся бронхиты и пневмонии, причиной которых являются: снижение вентиляционной функции легких из-за деформации грудной клетки; ограничения экскурсии диафрагмы, в результате гепатоспленомегалии, отечности и гипертрофии слизистой бронхов и укорочения трахеи;

  • 5

    Заболевания сердца Эта классификация часто используется в связи с поразительной распространенностью кардиомиопатии и кардиомегалии у большинства младенцев, страдающих болезнью Помпе.

Исходя из вышеуказанных различных классификаций, болезнь Помпе часто называют:

  • Дефицитом кислой мальтазы (ДКМ)
  • Болезнью накопления гликогена (БНГ) II типа
  • Гликогенозом II типа
  • Дефицитом кислой α-глюкозидазы
  • Дефицитом лизосомной α-глюкозидазы
Литература
  • 1.

    Hirschhorn, Rochelle and Arnold J. J. Reuser. Glycogen Storage Disease Type II: Acid Alpha-glucosidase (Acid Maltase) Deficiency. In: Scriver C, Beaudet A, Sly W, Valle D, editors. The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. 8th Edition. New York: McGraw-Hill, 2001. 3389-3420.

  • 2.

    Pompe J-C. Over idiopatische hypertropie van het hart. Ned Tijdscr Geneeskd 1932; 76:304.

  • 3.

    Hers HG. Alpha-glucosidase deficiency in generalized glycogen-storage disease (Pompe’s disease). Biochem J 1963; 86:11-16.

  • 4.

    Hirschhorn, Rochelle and Arnold J. J. Reuser. Glycogen Storage Disease Type II: Acid Alpha-glucosidase (Acid Maltase) Deficiency. In: Scriver C, Beaudet A, Sly W, Valle D, editors. The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. 8th Edition. New York: McGraw-Hill, 2001. 5568.

Что такое гликоген, как он влияет на наши тренировки и можно ли увеличить его запасы в организме?

Гликоген – это полисахарид (длинная цепочка углеводов), который хранится в печени и скелетных мышцах и является источником глюкозы в периоды мышечной активности или отсутствия пищи.

В 1920-х годах стало очевидно, что углеводы выступают важным источником топлива для тренировки мышц. Чуть позже было доказано, что концентрация глюкозы в крови связана с утомляемостью во время марафонского бега, и что увеличение потребления углеводов перед забегом и питание по ходу дистанции предотвращали слабость и утомляемость. 

Несмотря на эти наблюдения и гораздо более раннее открытие гликогена в 1858 году, связь между содержанием углеводов в рационе, уровнем полисахаридов в мышцах и способностью выполнять больше физической работы подтвердилась лишь в 1960-х годах, когда группа скандинавских ученых воспользовалась методом мышечной биопсии (отсечение небольшого образца ткани для изучения), чтобы установить, что содержание мышечного гликогена оказывает значительное влияние на работоспособность.

Роль гликогена в организме

Способность спортсменов тренироваться день за днем ​​в значительной степени зависит от адекватного восполнения запасов гликогена в организме – процесса, который требует потребления достаточного количества углеводов с пищей и адекватного времени отдыха. Попытка новичков тренироваться несколько раз в день и последующее чувство усталости в том числе связано с исчерпаемостью запасов гликогена, которые дают нам необходимую энергию в процессе тренировок.

При планировании тренировочного процесса важно учитывать не только сами тренировки, но и сбалансированное питание и отдых. Также необходимо понимать, как конкретный вид спорта расходует запасы энергии.

Например, спорт на выносливость (бег, велоспорт, плавание, лыжи) выжигает значительные запасы углеводов и требует особого внимания к правильному питанию после тренировок, особенно длительных и интенсивных.

Где накапливается гликоген и как восполнить его запасы

Гликоген преимущественно накапливается в печени и скелетных мышцах. При этом данные депо (совокупный объем накопленных полисахаридов) выполняют разные функции и по разному питают организм.

Гликоген печени в основном поставляет глюкозу в кровоток во время периодов голодания, а тот, что хранится в скелетных мышцах, обеспечивает глюкозой мышечные волокна во время физической нагрузки. Следовательно, его содержание в печени уменьшается, когда вы долго не употребляете углеводы, а в мышцах концентрация полисахаридов падает после продолжительных и интенсивных тренировок.

Гликоген в печени преимущественно восстанавливается сразу после приема пищи. Этот процесс называется прямым синтезом гликогена.

С мышцами все немного сложнее. Сразу после физической нагрузки мышечные волокна, которые были задействованы в работе, метаболически подготавливаются к быстрому гликогенезу (процессу синтеза полисахаридов из глюкозы). Проще говоря, использование гликогена во время упражнений запускает его синтез в период восстановления.

Когда после тренировки углеводы попадают в организм с пищей, отработавшие на полную мышцы начинают усиленно поглощать глюкозу из еды, заполняя гликогеновые депо. Эта повышенная чувствительность может длиться до 48 часов. Именно поэтому важно после изматывающей тренировки сразу съесть что-то с высоким содержанием углеводов.

Особенно важно правильное питание во время многодневных соревнований, например, в велогонках. Если у спортсмена есть хотя бы 6 часов отдыха между этапами, то употребление углеводов из расчета 1-1,2 г на килограмм веса в час позволит восполнить до 80% опустевших депо к старту следующего отрезка гонки. 

Признаки и причины низкого уровня гликогена

Низкий уровень полисахаридов в организме будет выражаться в быстрой утомляемости при выполнении физических упражнений и умственной работе. Решить эту проблему поможет питание, богатое углеводами, и отдых.

Также встречаются метаболические заболевания – гликогенозы, 1 случай на 100-500 тысяч новорожденных. Эти нарушения обмена веществ вызваны дефицитом ферментов, влияющих на синтез гликогена в мышцах и клетках печени. Они проявляются в виде быстрой мышечной утомляемости, судорог при занятиях спортом и даже миопатии (поражениях мышц и нервов).

Можно ли повысить запасы гликогена и как?

Физические упражнения способствуют накоплению гликогена после тренировок. В задействованных в ходе занятий мышцах содержание полисахаридов во время восстановления быстро увеличивается, достигая со временем более высокого уровня, чем до начала тренировок (эффект суперкомпенсации). Соответственно, у регулярно тренирующихся людей запасы гликогена в организме будут выше, чем у нетренированных.

Важно понимать, что продукты питания сами по себе не повышают запасы гликогена, а лишь способствуют его более быстрому восполнению. Именно поэтому для регулярно тренирующихся или занятых физическим трудом людей важно контролировать достаточное содержание углеводов в рационе.

Какие продукты рекомендовано есть?

В первые часы после тренировки употребление продуктов с высоким гликемическим индексом (ГИ), например, сладостей, выпечки, риса или картофеля может ускорить восстановление гликогена в мышцах.

Также в двух исследованиях было доказано, что при недостатке углеводов в рационе прием дополнительных 0,3-0,4 г протеина на килограмм массы тела ускорял восполнение полисахаридов. В некоторых публикациях можно найти доказательства того, что прием креатина положительно влияет на синтез гликогена в мышцах в период отдыха после тренировок.

Еще один важный момент: учитывайте, что избыточное употребление углеводов не ускоряет процесс расширения гликогеновых депо у тренирующихся. Также длительное потребление большого количества углеводов не увеличивает содержание полисахаридов в скелетных мышцах у нетренированных людей. Питайтесь сбалансировано в соответствии с вашими тренировкам.

Подведем итоги:

  • Гликоген – это наше топливо в периоды физических нагрузок и наш резервный источник энергии в периоды голодания.
  • Он преимущественно накапливается в печени и мышцах.
  • Объем запасов полисахаридов можно повысить за счет систематических тренировок и правильного сбалансированного питания.
  • Чем выше тренированность, тем большей емкостью обладают гликогеновые депо.

Больше о тренировках, питании, спортивной медицине и спорте как занятии – в разделе «Здоровье»

Подписывайтесь на телеграм-канал Sports.ru о здоровье

Фото: pexels.com/Li Sun, RUN 4 FFWPU, Pixabay, Flo Dahm, Karolina Grabowska, JÉSHOOTS, Polina Tankilevitch

SiS Rego Rapid Recovery Plus 490 гр Малина

Белково-углеводный напиток SiS Rego Rapid Recovery Plus.

Rego Rapid Recovery Plus – это полноценный продукт для восстановления, который можно употреблять сразу после тяжелых тренировок или соревнований, когда вам необходимо пополнить запасы энергии и способствовать восстановлению мышц.

Имеет те же свойства, что и SiS Rego Rapid Recovery, но с повышенным содержанием углеводов, использованием сывороточного белка и дополнительными порциями BCAA, L-глютамина с витаминами и минералами.

 

Быстрое пополнение запасов гликогена и обеспечение белком помогут вам получить максимальную отдачу от тренировок и подготовить вас к следующим нагрузкам.

 

Rego Rapid Recovery Plus содержит высококачественный концентрат сывороточного белка, который имеет полный аминокислотный профиль, к которому добавили 2 г лейцина и 5 г L-глютамина для поддержки синтеза мышечного белка.

Лейцин – это аминокислота, которая, как известно, включает передачу сигналов для синтеза мышечного белка, а L-глутамин известен как одна из самых распространенных незаменимых аминокислот с антикатаболическими и иммунными свойствами. Таким образом, смесь углеводов, белков, L-глутамина и BCAA обеспечивает формулу восстановления, которая может способствовать пополнению запасов гликогена в мышцах, синтезу мышечных белков, функции кишечника и регидратации.

 

Ключевые особенности:

  • 24 г белка с 6 г BCAA для восстановления мышечной ткани
  • 38 г углеводов из мальтодекстрина
  • Дополнительные 5 г L-глютамина

 

Способ применения: смешайте в шейкере 70 г порошка (3 ложки) с 500 мл воды. Употребите в течение 30 минут после тренировки.
Продукт в порошковой форме, легко растворяется в жидкости и усваивается.

 

Состав: мальтодекстрин (из кукурузы) (55%), концентрат сывороточного белка (31%) (молоко, соя), L глютамин, L лейцин, натуральные ароматизаторы (2%), загуститель: ксантановая камедь, окраска: свекольный красный, витамин и минеральная смесь (Аскорбиновая кислота, никотинамид, альфа-токоферилацетат, пирофосфат трехвалентного железа, сульфат цинка, пантотенат кальция, гидрохлорид пиридоксина, рибофлавин, тиаминмононитрат, цитрат кальция, фолиевая кислота, йодид калия, биотин, цианокобериноксидаза.

 

Страна изготовитель: Великобритания.

 

Продукт зарегистрирован в агентстве Informed Sport
SiS Rego Rapid Recovery прошёл тестирование и сертификацию в агентстве Informed Sport. По протоколу Агентство тестирует каждую партию продукта компании Science in Sport, проверка проводится в соответствии с требованиями WADA. Наличие сертификата Informed Sports подтверждает отсутствие в продукте запрещённых субстанций, включая стероиды. Сертификаты по каждому продукту предоставляем по требованию.

МЕТАБОЛИЗМ ГЛИКОГЕНА

www.biokhimija.ru

Тимин О.А. Лекции по биологической химии

189

 

 

 

o уменьшается концентрация свободной (нефосфорилированной) глюкозы, что спо-

собствует диффузии новых молекул из крови.

Дефосфорилирование глюкозы осуществляется глюкозо-6-фосфатазой. Этот фермент есть только в печени и почках. В эпителии канальцев почек работа фермента связана с реабсорбцией глюкозы. В гепатоцитах фермент необходим, когда печень поддерживает гомеостаз глюкозы в крови.

Наибольшие запасы гликогена имеются в печени и скелетных мышцах, но вообще гликоген способен синтезироваться почти во всех тканях. Резервы гликогена в клетках используются в зависимости от их функциональных особенностей.

Гликоген печени расщепляется при снижении концентрации глюкозы в крови, прежде всего между приемами пищи. Через 12-18 часов голодания запасы гликогена в печени полностью истощаются. В мышцах количество гликогена снижается обычно только во время физической нагрузки – длительной и/или напряженной.

Накопление гликогена в мышцах отмечается в период восстановления, особенно при приеме богатой углеводами пищи. В печени гликоген накапливается только после еды, при гипергликемии. Такие отличия печени и мышц обусловлены наличием различных изоферментов гексокиназы, фосфорилирующей глюкозу в глюкозо-6-фосфат. Для печени характерен изофермент, получивший собственное название – глюкокиназа. Отличиями этого фермента от гексокиназ других тканей являются:

o низкое сродство к глюкозе (в 1000 раз меньше), что ведет к захвату глюкозы печенью только при ее высокой концентрации в крови (после еды),

o продукт реакции (глюкозо-6-фосфат) не ингибирует фермент, в то время как в других тканях гексокиназа чувствительна к такому влиянию. Это позволяет гепатоциту в единицу времени захватывать глюкозы больше, чем он может сразу же утилизовать.

Благодаря таким отличиям гепатоцит может эффективно захватывать глюкозу после еды и впоследствии метаболизировать ее в любом направлении.

СИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА

Синтез гликогена начинается с образования глюкозо-6-фосфата под действием глюкокиназы в печени или других гексокиназ в остальных тканях. Как уже говорилось, глюкокиназа обладает низким сродством к глюкозе, и в гепатоцитах глюкоза будет задерживаться только при ее высоких концентрациях.

Непосредственно синтез гликогена осуществляют следующие ферменты:

1.Фосфоглюкомутаза – превращает глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат;

2.Глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза – фермент, осуществляющий ключевую реакцию синтеза. Необратимость этой реакции обеспечивается гидролизом образующегося дифосфата;

Строение и обмен углеводов

190

 

 

3. Гликогенсинтаза – образует α-1,4-гликозидные связи и удлиняет гликогеновую цепочку, присоединяя активированный С1 УДФ-глюкозы к С4 концевых остатков гликогена;

4. Амило-α-1.4-α-1,6-гликозилтрансфераза,»гликоген-ветвящий» фермент – переносит фрагмент с минимальной длиной в 6 остатков глюкозы на соседнюю цепь с образованием α-1,6-гликозидной связи.

www.biokhimija.ru

Тимин О.А. Лекции по биологической химии

191

 

 

 

МОБИЛИЗАЦИЯ ГЛИКОГЕНА

Мобилизация (распад) гликогена или гликогенолиз активируется при недостатке свободной глюкозы в клетке, а значит и в крови (голодание, мышечная работа). При этом уровень глюкозы крови «целенаправленно» поддерживает только печень, в которой имеется глюкозо-6-фосфатаза, гидролизующая фосфатный эфир глюкозы. Образуемая в гепатоците свободная глюкоза выходит через плазматическую мембрану в кровь. Остальные органы используют гликоген только для собственных нужд.

В гликогенолизе непосредственно участвуют три фермента:

1. Фосфорилаза гликогена (кофермент пиридоксальфосфат) – расщепляет α-1,4-

гликозидные связи с образованием глюкозо-1-фосфата. Фермент работает до тех пор, пока до точки ветвления α(1-6) не останется 4 остатка глюкозы.

2.α(1-4)-α(1-6)-Глюкантрансфераза – фермент, переносящий фрагмент из трех остатков глюкозы на другую цепь с образованием новой α-1,4-гликозидной связи. При этом на прежнем месте остается один остаток глюкозы и «открытая» доступная α-1,6-гликозидная связь.

3.Амило-α-1,6-глюкозидаза, «деветвящий» фермент – гидролизует α-1,6-гликозидную связь с высвобождением свободной (нефосфорилированной) глюкозы. В результате образуется цепь без ветвлений, служащая субстратом для фосфорилазы.

Важность гликогена — волны Санта-Крус

Гликоген — важный запас энергии для организма.

Скелетные мышцы и печень, которые необходимы для нормального функционирования организма, хранят это важное вещество. Гликоген печени, например, играет роль в регулировании уровня сахара в крови и гомеостаза. С другой стороны, мышечный гликоген помогает в сокращении скелетных мышц и, следовательно, в физической активности.

Изучение этого вещества и его многочисленных ролей в организме поможет человеку лучше понять регулирование и хранение сахара, а также его значение как для физических упражнений, так и для диеты.

Что такое гликоген?

Гликоген — это сахар (или углевод) в форме хранения. Сахара, которые могут иметь множество названий, включая глюкозу и углеводы, трансформируются и хранятся в организме. Затем эти магазины доступны, когда это необходимо, например, во время тренировок или в перерывах между приемами пищи. Это важно для поддержания ежедневного уровня энергии, а также стабильного настроения.

Использование гликогена:

Этот углевод живет в основном в скелетных мышцах и печени.Печень является основным местом хранения по сравнению со скелетными мышцами (соотношение примерно 5: 1) (1). Распределение его запасов между мышцами и печенью лучше понять, если принять во внимание регуляторные функции, влияющие на его хранение.

Печень Гликоген:

Запасы в печени помогают регулировать сахарозависимые функции всего организма. Например, низкий уровень сахара в крови из-за истощения гликогена может повлиять на познание (функцию мозга), потому что сахар является основным источником энергии для мозга.

В периоды углеводного голодания могут наблюдаться головные боли, перепады настроения, проблемы с концентрацией внимания и утомляемость. Когда это происходит, тело переключается на другие источники энергии для поддержания мозга и других функций, таких как расщепление жиров на так называемые кетоновые тела. Некоторые диеты, в том числе кетогенные, используют эту реакцию организма для снижения веса.

Мышечный гликоген:

В скелетных мышцах запасы этого вещества доступны для подпитки и регулирования физической активности.Особенно важно подпитывать высокоинтенсивные упражнения и взрывные движения.

Во время упражнений истощение запасов углеводов приводит к появлению усталости. По этой причине многие спортсмены на длинные дистанции практикуют «углеводную загрузку». Это техника, при которой человек потребляет большое количество углеводов накануне вечером или утром перед большим событием. Это делается для максимального увеличения запасов гликогена перед соревнованиями, чтобы отсрочить наступление усталости и улучшить спортивные результаты.

Спорт и физические упражнения:

Роль углеводов и запасов гликогена в спортивных показателях и скелетных мышцах хорошо задокументирована.По этой причине спортивные напитки, такие как Gatorade и другие напитки для тренировок, содержат в своей формуле какой-либо тип углеводов. Цель состоит в том, чтобы пополнить запасы углеводов во время тренировки, чтобы отсрочить наступление усталости и продлить тренировку.

Спортсмены на дистанции разработали множество методов, таких как углеводная загрузка и тренировочные адаптации, чтобы влиять на спортивные результаты за счет доступности гликогена.

Чувствительность к гликогену и инсулину:

К настоящему времени почти каждый может видеть связь между накоплением гликогена, уровнем сахара в крови, инсулином и диабетом 2 типа.Фактически, инсулинорезистентность характеризует диабет 2 типа, а инсулин является важным гормоном для хранения.

Инсулин наиболее известен своей ролью в регулировании уровня сахара в крови. У нормального человека присутствие инсулина запускает преобразование глюкозы в гликоген и его последующее накопление в печени и мышцах. Когда возникает инсулинорезистентность, клетки теряют чувствительность к инсулину и ограничивают его способность способствовать хранению углеводов.

Это приводит к накоплению сахара и инсулина в крови, что оказывает пагубное воздействие на организм на молекулярном уровне, уровне тканей и органов.

Физические упражнения и чувствительность к инсулину:

Физические упражнения, которые в значительной степени зависят от запасов гликогена и доступных углеводов, помогают бороться с инсулинорезистентностью и, следовательно, с диабетом 2 типа. Скелетные мышцы потребляют углеводы или сахар, чтобы стимулировать сокращение мышц во время упражнений, особенно упражнений высокой интенсивности. Это включает извлечение свободно плавающих углеводов в крови и запасы гликогена в мышцах.

Таким образом, физические упражнения помогают нормализовать уровень сахара в крови и обладают терапевтическим действием при диабете 2 типа.Кроме того, сразу после тренировки повышается чувствительность к инсулину, что на более длительное время стабилизирует уровень сахара в крови.


Понимание того, как работает ваше тело в сочетании с диетой, физическими упражнениями и образом жизни, может сбивать с толку. К счастью, вам не нужно идти в одиночку! Santa Cruz CORE предлагает отличные процедуры и оценки, которые могут помочь вам научиться распознавать, что нужно вашему телу, и находить лучший баланс в своей жизни.

Сохранение пути метаболизма гликогена подчеркивает ключевую функцию запасающих полисахаридов в Chlamydiae

Два разных пути метаболизма гликогена идентифицированы в

Chlamydiae типе

Чтобы получить представление о метаболизме Chlamydiae, мы проанализировали 220 гликогенов. разные виды хламидий.Как показано на рис. 1a, синтез линейных цепей синтеза как линейной активности АДФ-глюкозопирофосфорилазы (GlgC), так и активности гликогенсинтазы (GlgA) в пути GlgC, в то время как путь GlgE зависит от трегалозосинтазы (TreS), мальтокиназы (Mak ) и мальтозил-1-фосфаттрансфераза (GlgE). Образование α-1,6-связей (то есть точек ветвления) и деградация гликогена катализируются набором аналогичных ферментов в обоих путях, которые включают изоформы ферментов ветвления гликогена (GlgB / GlgB2) и изоформы фосфорилаз гликогена (GlgP / GlgP2), ферменты разветвления гликогена (GlgX) и изоформы гликогенфосфорилазы Геномная база данных, использованная в этом исследовании (https: // chlamdb.ch) включает геномы как культивируемых, так и некультивируемых видов Chlamydiae, которые охватывают все разнообразие филума хламидий (рис. 1b). Следует подчеркнуть, что несколько семейств и родовых линий охватывают исключительно некультивируемые виды Chlamydiae. Как следствие, геномы, производные от метагеномных данных, были тщательно повторно аннотированы и подвергались различным критериям качества, таким как доля основных генов, как сообщалось ранее 3 . Сравнительная геномика четко подчеркнула высокую распространенность полного пути GlgC у большинства Chlamydiales , включая всех членов семейства Chlamydiaceae , которые подверглись массивной редукции генома (обозначенной буквой «d» на рис.1b), а также в наиболее разветвленных семействах, таких как Candida Pelagichlamycidiaceae («a») и Candidatus Parilichlamydiaceae («b»). Мы заметили, что гены glg разнесены по крайней мере на 10 т.п.н., за заметным исключением для glgP и glgC , которые в большинстве случаев разделены одним или двумя генами. Следует проявлять осторожность при интерпретации пробелов в путях метаболизма гликогена у нескольких некультивируемых хламидий, что, вероятно, отражает тот факт, что многие из этих геномов являются неполными геномами, полученными в результате метагеномных исследований (см. Процентные значения в скобках на рис.1б). Учитывая, что путь GlgC высоко консервативен почти во всех секвенированных геномах типа, отсутствующие гены, вероятно, отражают недостающие данные, а не потерю генов. Интересно отметить, что существует некоторая неопределенность в отношении присутствия гена glgC в геноме Candida Enkichlamydia («j»), поскольку был восстановлен полный набор ферментов, метаболизирующих гликоген, за исключением гена, кодирующего ADP- глюкозопирофосфорилаза (glgC). Этот ген отсутствует в шести независимых черновиках геномов, которые, по оценкам, завершены на 71–97%, что предполагает либо потерю гена glgC , либо то, что ген glgC расположен в определенной области генома (например,g., рядом с повторяющимися последовательностями), что систематически приводило к его отсутствию в сборках генома. Другой неожиданный результат касается семейств Waddliaceae («l») и Criblamydiaceae («m»), которые включают Waddlia chondrophila , Estrella lausannensis и Criblamydia sequanensis . Геномные перестройки вызвали последовательность событий, ведущих к (i) делеции генов glgC и glgP , (ii) слиянию glgA с геном glgB , (iii) вставке гена glgP2 Ген , кодирующий изоформу гликогенфосфорилазы в непосредственной близости от гена malQ .Следует отметить, что гомолог glgP2 также был идентифицирован в плазмидах S. nevegensis и P. naegleriophila . В W. chondrophila , другая вставка glgP2 произошла ниже оперона GlgE, что может быть коррелировано с частичной делецией glgP2 вблизи malQ (рис. 1b). Экономная интерпретация делеций glgC и glgP и слияния glgAglgB заключается в том, что событие одиночной делеции привело к потере фрагмента ДНК, несущего гены glgP и glgC между glgA и glgB .Однако, несмотря на множество вариаций, геномная конфигурация, совместимая с этой скупой гипотезой, никогда не наблюдалась у существующих Chlamydiae (дополнительная таблица 1). Скорее, такие геномные перестройки связаны с новым путем гликогена, основанным на опероне GlgE, описанном у микобактерий, а также наблюдаемом у Prototochlamydia naegleriophila и Protochlamydia phocaeensis (син. Parachlamydia C2). Все три гена сгруппированы в классической неслитой структуре оперонов glgE-treSmak-glgB2 в Waddliaceae и Criblamydiaceae , тогда как ген glgB2 отсутствует в оперонах Parachlamydiaceae (рис.1б). Наличие пути GlgE, ограниченного семействами Parachlamydiaceae , Waddliaceae и Criblamydiaceae , вызывает вопрос о его происхождении от Chlamydiales. Чтобы получить некоторое представление об этом вопросе, филогенетические деревья TreS-Mak и GlgE были выведены с использованием метода филобайеса (рис. 2). Филогения GlgE показывает, что даже если последовательности Chlamydiae разделены на две с последовательностями W. chondrophila с одной стороны и другой последовательностями с другой стороны, что отражает вероятные события латерального переноса генов с другими бактериями, хламидийными последовательностями glgE может по-прежнему быть монофилетическим, поскольку единственный сильно поддерживаемый узел (отмечен красной звездой) с апостериорной вероятностью (pp) выше 0.95 (pp = 0,99) объединяет все последовательности хламидий (рис. 2a), что также было подтверждено с помощью модели LG (дополнительные данные 1). Филогенетический анализ подчеркивает, что последовательности GlgE можно разделить на классы I и II, включая Chlamydiales и Actinomycetales (т.е. микобактерии, Streptomycetes), соответственно. Для филогении Tres-Mak (рис. 2b), хламидийные последовательности Tres-Mak группируются вместе, что указывает на общее происхождение, однако, с низкой статистической поддержкой (pp = 0.93). Хотя происхождение оперона GlgE не может быть точно определено в нашем филогенетическом анализе, возможные сценарии таковы, что либо (i) оперон GlgE отражает рудиментарную метаболическую функцию предковых хламидий, а затем был утерян в большинстве семей, либо (ii) этот оперон был приобретен событие латерального переноса гена от члена типа PVC от общего предка семейств Parachlamydiaceae , Waddliaceae и Criblamydiaceae .

Рис. 1: Сравнительный геномный анализ генов, метаболизирующих гликоген, среди типов Chlamydiae .

a GlgC- и GlgE-пути представляют собой основные пути биосинтеза гликогена у прокариот. Формирование линейных цепей глюкозильных единиц, соединенных α-1,4 связями, зависит от сопряженного действия активностей АДФ-глюкозопирофосфорилазы (GlgC) / гликогенсинтазы (GlgA) в пути GlgC, тогда как оно зависит от комбинированного действия трегалозосинтазы. (TreS) / мальтокиназа (Mak) / мальтозилтрансфераза (GlgE) в GlgE-пути. Повторение синтеза глюкана и реакции разветвления, катализируемые изоформами разветвленного фермента (GlgB и glgB2), создают разветвленный полисахарид.Глюкозидные связи α-1,4 и α-1,6 катаболизируются за счет синергического действия изоформ гликогенфосфорилазы (GlgP и GlgP2), фермента разветвления (GlgX) и α-1,4-глюканотрансферазы (MalQ) в глюкозу-1. -фосфат и глюкоза. b Филогенное дерево культурных и некультивируемых хламидий. Для каждого вида семейств: a, Ca. Pelagichlamydiaceae ; b, Ca. Paralichlamydiaceae ; c, Ca. Novochlamydiacae ; d, Chlamydiaceae ; e, Simkaniaceae ; f, Ca. Arenachlamydiaceae ; g, Rhabdochlamydiaceae ; ч, ок. Limichlamydiaceae ; я, ок. Enkichlamydiaceae ; j, Ca. Kinetochlamydiaceae ; k, Ca. Motilichlamydiaceae ; l, Waddliaceae ; m, Criblamydiaceae ; n, Parachlamydiaceae , количество черновых (d) или полных (c) геномов и полнота генома, выраженная в процентах, указаны в скобках. Гомологичные гены путей GlgC и GlgE обозначены цветными стрелками.Ген glgP2 был идентифицирован в плазмиде S. negevensis и также присутствует в одном из двух доступных геномов P. neagleriophila .

Рис. 2: Филогенетический анализ GlgE и TreS-Mak.

И филогенетические деревья GlgE ( a ) и TreS-Mak ( b ) были выполнены с Phylobayes в рамках модели Пуассона C20 +. Затем мы сопоставили узлам значения начальной загрузки ML, полученные из 100 повторений начальной загрузки с моделью LG4X (слева) и байесовскими апостериорными вероятностями (справа).Показаны значения начальной загрузки> 50%, в то время как показаны только апостериорные вероятности> 0,6. Деревья имеют средние корни. Chlamydiales отображаются фиолетовым цветом. Масштабная линейка показывает предполагаемое количество аминокислотных замен на сайт.

Классический путь GlgC не функционирует у

E. lausannensis и W. chondrophila

Для дальнейшего изучения того, могут ли рекомбинантные белки GlgA – GlgB из E.lausannensis и W. chondrophila являются функциональными, активность гликогенсинтазы в N-концевом домене оценивали путем измерения включения меченой 14 C-глюкозильной части из ADP- или UDP- 14 C-глюкозы в гликоген и путем выполнения специфического неденатурирующего PAGE или зимограммы для визуализации активности гликогенсинтазы. После разделения на нативном ПААГ, содержащем гликоген, рекомбинантные белки инкубировали в присутствии 1,2 мМ АДФ-глюкозы или УДФ-глюкозы, активность гликогенсинтазы визуализировалась в виде темных полос активности после вымачивания гелей в растворе йода (рис.3).

Рис. 3: Анализ зимограммы активности гликогенсинтазы.

Всего неочищенные экстракты рекомбинантных белков GlgA Escherichia coli (GlgA_E.coli), GlgA – GlgB E. lausannensis (GlgA-GlgB_EL) и W. chondrophila (GlgA-GlgB_WC) были разделены. с помощью нативного ПААГ, содержащего 0,6% (мас. / об.) гликогена. Затем нативные гели инкубировали с 1,2 мМ ADP-glc или 1,2 мМ UDP-glc. Активность гликогенсинтазы видна после окрашивания йодом в виде темных полос.

Ферментативные анализы и анализ зимограмм показывают, что домен гликоген-синтазы химерного GlgA-GlgB W. chondrophila (далее GlgA-GlgB-WC) является функциональным, но высокоспецифичным для АДФ-глюкозы (0,70 нмоль включенной глюкозы. Мин. -1 мкг -1 ) и практически не проявляет активности при использовании UDP-глюкозы в качестве субстрата. Как и предполагалось, активность усеченной гликогенсинтазы в E. lausannensis не была обнаружена в гелях активности или во время ферментативных анализов (дополнительный рис.1а).

Мы далее исследовали, был ли функциональным домен активности ветвления на карбоксильном конце химерного белка GlgA – GlgB W. chondrophila (GlgA – GlgB-WC). Чтобы проверить это, тот же образец химерного GlgA-GlgB-WC, проанализированный ранее, инкубировали с АДФ-глюкозой (3 мМ) и мальтогептаозой (10 мг · мл -1 ) в течение ночи. Впоследствии появление точки ветвления (то есть связей α-1,6) на растущих линейных глюканах можно конкретно наблюдать по резонансу протонов на углерод 6 в позиции 4.9 частей на миллион с использованием протонного ЯМР-анализа. Однако, как показано на дополнительном рис. 1c, мы не наблюдали никакого сигнала, предполагая, что домен активности фермента ветвления не является функциональным, несмотря на активный домен гликогенсинтазы. Этот результат согласуется с несколькими сообщениями, указывающими на то, что длина аминокислоты на N-конце фермента ветвления влияет на его каталитические свойства 25,26,27 . Что касается этой информации, расширение домена гликогенсинтазы, расположенное на N-конце, предотвращает, вероятно, активность фермента ветвления GlgA-GlgB.Таким образом, α-1,6-связи или точки ветвления, вероятно, являются результатом активности изоформы GlgB2, обнаруженной в обоих случаях. В целом, эти данные убедительно подтверждают, что классический путь GlgC не функционирует ни в Waddliaceae , ни в Criblamydiaceae семействах.

GlgE-подобные гены

E. lausannensis и W. chondrophila кодируют α-мальтозо-1-фосфат: 1,4-α-D-глюкан, 4-α-D-мальтозилтрансферазу

На основании филогенетического анализа GlgE, как GlgE микобактерий ( Actinobacteria ), так и Chlamydiales , филогенетически далеки друг от друга (рис.2а). GlgE M. tuberculosis демонстрирует 43-40% идентичности с GlgE-подобными последовательностями E. lausannensis и W. chondrophila соответственно. Поскольку активность GlgE принадлежит к большому и разнообразному семейству гликозилгидролазы 13, состоящему из углеводно-активных ферментов с весьма разнообразной активностью, таких как α-амилазы, ферменты разветвления, ферменты разветвления 28 , мы предприняли попытку продемонстрировать, что эти ферменты проявляют каталитические свойства, аналогичные свойствам ранее описано для GlgE микобактерий.Меченные гистидином рекомбинантные белки GlgE Estrella lausannensis (далее GlgE-EL) и Waddlia chondrophila (далее GlgE-WC) были экспрессированы и дополнительно охарактеризованы (дополнительный рисунок 2). Как описано в предыдущих исследованиях, GlgE Mycobacteria опосредует обратимую реакцию, состоящую из высвобождения мальтозо-1-фосфата в присутствии ортофосфата и полисахарида α-глюкана. И GlgE-EL, и GlgE-WC инкубировали в присутствии гликогена из печени кролика и ортофосфата.После инкубации в течение ночи продукты реакции анализировали с помощью тонкослойной хроматографии и опрыскивали орицинол-серной кислотой (рис. 4а). Продукт быстрой миграции, способный взаимодействовать с орцинол-серной кислотой, был четко синтезирован в неочищенном экстракте (CE), при промывании №3 (W3) и во фракции очищенного фермента (E1) образца GlgE-EL. Едва заметный продукт наблюдается только в очищенной фракции (E1) GlgE-WC. Соединение, продуцируемое GlgE-EL в присутствии гликогена и ортофосфата, было дополнительно очищено с помощью различных стадий хроматографии и подверглось масс-спектрометрии и анализу протонного ЯМР (рис.4б, в). Комбинация этих подходов подтверждает, что GlgE E. lausannensis , а также W. chondrophila (дополнительный рис. 3) катализирует образование соединения с молекулярной массой 422 Да (рис. 4c), соответствующего α- мальтозо-1-фосфат, как показано на протонном и фосфорном спектрах (рис. 4b). Чтобы провести ферментативную характеристику активности GlgE, идентичные процессы очистки были увеличены для очистки достаточного количества M1P, свободного от неорганического фосфата и глюкана.

Рис. 4: Характеристика соединений, высвобождаемых рекомбинантным GlgE Estrella lausannensis .

a Оба гистидиновых рекомбинантных белка GlgE-EL и GlgE-WC очищали и инкубировали в присутствии гликогена и неорганического фосфата. Продукты реакции в течение ночи из неочищенного экстракта (CE), ферментов, очищенных на третьей стадии промывки (W3) (E1), подвергали анализу с помощью тонкослойной хроматографии. Орцинол-серный спрей показывает заметную продукцию M1P с рекомбинантным GlgE-EL, которая менее заметна с рекомбинантным GlgE-WC.b Часть 1D- 1 H-ЯМР-спектр мальтозид-1-фосфата. Конфигурация α-аномеров обоих глюкозильных остатков характеризовалась их типичными гомоядерными константами вицинального взаимодействия ( 3 J h2A, h3A и 3 J h2B, h3B ) со значениями 3,5 и 3,8 Гц, соответственно. Дополнительная константа взаимодействия наблюдалась для α-аномерного протона остатка A, как показано присутствием характерного дублета при 5.47 частей на миллион. Эта дополнительная константа связи обусловлена ​​гетероядерной вицинальной корреляцией ( 3 J h2A, P ) между аномерным протоном остатка A и атомом фосфора фосфатной группы, что указывает на то, что фосфатная группа, несомненно, была связана с O на первый углерод конечного восстанавливающего глюкозильного звена A. Значение этого 3 J h2A, P было измерено при 7,1 Гц (таблица 1). c Профиль секвенирования MS-MS M1P.Молекулярный ион [M + 2Na] + при m / z 466,7, соответствующий M1P + 2 натрия, фракционировали на различные ионы. Распределение пиков было определено в соответствии с панелью, инкрустированной в ( c ).

Таблица 1 1 H химические сдвиги (ppm) аномерных протонов и их первые вицинальные константы взаимодействия ( J Гц), зарегистрированные при 300 K в D 2 O, показанные на рис. 4b.

Кинетические параметры активности GlgE

E.lausannensis в направлении биосинтеза

Поскольку рекомбинантный GlgE-WC с гист-меткой экспрессируется очень плохо, а удельная активность GlgE-WC была в десять раз ниже, чем GlgE-EL, кинетические параметры определяли в направлении синтеза, т. е. перенос (количество) мальтозильных фрагментов на невосстанавливающих концах глюкановых цепей, исключительно для GlgE-EL. Реакции переноса связаны с высвобождением неорганического фосфата, который можно легко контролировать с помощью чувствительного анализа малахитового зеленого.Таким образом, при переменных концентрациях M1P и при фиксированных концентрациях гликогена или мальтогептаозы активность GlgE-EL демонстрирует аллостерическое поведение, указывающее на положительную кооперативность, что подтверждается коэффициентами Хилла, которые были выше 1 (рис. 5a, b). В соответствии с этим, молекулярная масса нативного GlgE-EL, определенная либо с помощью эксклюзионной хроматографии, либо с помощью нативного PAGE, содержащего различные концентрации акриламида (5, 7,5, 10 и 12,5%), указывает на кажущуюся молекулярную массу 140–180 кДа, соответственно, что соответствует образованию димеров, тогда как мономеры массой 75 кДа не наблюдались (рис.5д, е). Фермент показал значения S 0,5 для M1P, которые варьируются от 0,16 ± 0,01 мМ до 0,33 ± 0,02 мМ, если DP7 и гликоген являются акцепторами глюкана, соответственно. Однако при использовании M1P в насыщающей концентрации GlgE-EL отображает кинетику Михаэлиса ( n ​​ H близко к 1), указывая на некооперативную реакцию (рис. 5c, d). В таких экспериментальных условиях кажущиеся значения K m для гликогена и DP7, 2,5 ± 0,2 мг / мл -1 и 3,1 ± 0,2 мМ, соответственно, были аналогичны кажущемуся значению K m гликогенсинтаза (GlgA), которая синтезирует α-1,4 связи из АДФ-глюкозы 29 .

Фиг. 5: Кинетические параметры рекомбинантного GlgE-EL.

Активность GlgE анализировали спектрофотометрически, отслеживая высвобождение неорганического ортофосфата (Pi). Данные представлены в виде отдельных точек данных n ​​ независимых экспериментов. Графики насыщения M1P для GlgE-EL были определены в присутствии 10 мМ мальтогептаозы (DP7) ( n ​​ = 3) ( a ) или 10 мг / мл -1 гликогена ( n ​​ = 3). ( b ). При низких концентрациях M1P (панели) активность GlgE-EL ведет себя как аллостерический фермент с коэффициентами Хилла ( n ​​ H ), равными 1.6 и 1,5, соответственно (соответствие показано сплошной линией, что дает r 2 = 0,98). Значения S 0,5 (M1P) для GlgE-EL были определены при 0,33 ± 0,02 мМ и 0,16 ± 0,01 мМ в присутствии DP7 и гликогена, соответственно. В присутствии 2 мМ M1P графики насыщенности DP7 ( n ​​> 3) ( c ) и гликогена ( n ​​ = 2) ( d ) соответствуют поведению Михаэлиса-Ментен ( n ​​). H близко к 1) с K м значениями 3.1 ± 0,2 мМ и 2,5 ± 0,2 мг / мл −1 соответственно. Кажущуюся молекулярную массу GlgE-EL определяли с помощью нативного PAGE ( e ) и эксклюзионной хроматографии (Superose 6 Increase GL 10/300) ( f ) при 140,9 и 180 кДа соответственно, что позволяет предположить наличие димера GlgE. (76 кДа).

Синтез гликогена De novo: активность GlgE способствует инициации и удлинению глюкана

В отличие от эукариотической гликогенсинтазы, прокариотической гликогенсинтазе (GlgA) не требуется присутствие короткого α-1,4-глюкана или праймера для инициирования биосинтез гликогена 10 .В отсутствие активности GlgA и GlgC у E. lausannensis и в отсутствие GlgC и, следовательно, поставки АДФ-глюкозы в W. chondrophila возникает вопрос о способности активностей GlgE замещать GlgA в отношении праймирование биосинтеза гликогена. Чтобы установить, способны ли активности GlgE стимулировать синтез глюкана, были использованы как His-tagged GlgE-EL (3,51 нмоль Pi высвобожденного. Min -1 ), так и GlgE-WC (1,38 нмоль Pi высвобожденного. Min -1 ). инкубировали с 1.6 мМ M1P в присутствии 5 мМ различных цепей глюкана со степенью полимеризации (DP) от 1 до 7. Идентичные эксперименты по инкубации были проведены с рекомбинантными белками GlgE, за исключением того, что M1P был опущен, чтобы оценить α-1,4-глюканотрансферазу. или диспропорционирующая активность (фиг. 6 и дополнительные фиг. 4 и 5).

Фиг. 6: FACE-анализ продуктов ферментативной реакции активности GlgE W. chondrophila , WC и E. lausannensis , EL.

a , час Спонтанное дефосфорилирование M1P во время инкубации в течение ночи оценивали путем инкубации денатурированных ферментов GlgE в буфере, содержащем 1.6 мМ M1P. Перенос мальтозильных фрагментов из M1P в концентрации 1,6 мМ на невосстанавливающие концы акцепторов глюкана (5 мМ) определяли в отсутствие акцептора глюкана, DP0 ( b , i ) или в присутствии глюкозы, DP1 ( c , j ), мальтотриоза, DP3 ( d , k ), мальтотетраоза, DP4 ( e , l ) и мальтогептаоза, DP7 ( f , m ). г , n α-1,4-глюканотрансферазные активности GlgE определяли путем инкубирования 5 мМ мальтогептаозы DP7 без мальтозо-1-фосфата.Цифры над пиками флуоресценции представляют степень полимеризации глюкановых цепей.

После инкубации восстановленные концы глюкановых цепей метили флуоресцентным заряженным зондом (APTS) и разделяли в соответствии со степенью полимеризации с помощью капиллярного электрофореза. Мы заметили, что C1-фосфатная группа препятствует мечению M1P флуоресцентным зондом. Тем не менее, уровень мальтозы, высвобождаемой из M1P в результате спонтанного дефосфорилирования во время эксперимента, был оценен путем проведения инкубации с денатурированными ферментами (рис.6а, з). Эксперименты по инкубации показывают, что обе активности GlgE обладают активностью α-1,4-глюканотрансферазы или мальтозилтрансферазы в зависимости от присутствия M1P. Когда M1P опущен, активности GlgE обладают активностью α-1,4-глюканотрансферазы исключительно с глюканами, состоящими из шести или семи единиц глюкозы (DP6 или DP7). Интересно, что после 1 ч или инкубации в течение ночи DP6 или DP7 диспропорционируют с одним или двумя мальтозильными фрагментами, что приводит к высвобождению более коротких (DPn-2) и более длинных глюканов (DPn + 2) (рис.6g, n и дополнительные фиг. 4 и 5). Ограниченное количество реакций переноса указывает, вероятно, на побочную реакцию активности GlgE. Активность α-глюканотрансферазы также можно оценить на нативном ПААГ, содержащем гликоген. Модификация длины цепи внешних глюкановых цепей гликогена приводит к увеличению взаимодействий с йодом, визуализируемых в виде коричневатой полосы активности (дополнительный рис. 6a). После 1 ч инкубации (дополнительные рисунки 4 и 5) обе активности GlgE позволяют переносить мальтозильный фрагмент M1P на праймер глюкана с DP ≥ 3 (рис.6d – f, k – m и дополнительные рис. 4 и 5). Интересно, что в течение более длительного периода инкубации обе активности GlgE ведут себя как процессивные или распределительные ферменты, в зависимости от начальной степени полимеризации глюканового праймера. Процессивное поведение ферментов GlgE было неожиданным, поскольку сообщалось, что активность GlgE управляет реакцией двойного вытеснения (то есть механизмом Пинг-Понга), включающим высвобождение (2 + n) глюкана до следующей реакции 18 . Как показано на рис.6, синтез очень длинных цепей глюкана, до 32 остатков глюкозы, предполагает, что как GlgE-EL, так и GlgE-WC подвергаются активностям удлинения, подобным процессивному, в присутствии мальтозы (DP2) или мальтотриозы (DP3). Напротив, когда обе активности GlgE инкубируются в присутствии глюкановых праймеров с DP ≥ 4, последние добавляют и немедленно высвобождают глюкановый праймер (DP) с приращением двух глюкозных фрагментов (DPn + 2), что приводит к поведению распределительного удлинения. . Механизм, лежащий в основе переключения между процессивно-подобной и распределительной активностями удлинения, отражает, вероятно, конкуренцию глюкановых праймеров за сайт связывания глюкана в непосредственной близости от каталитического домена.Таким образом, мы можем предположить, что низкое сродство коротких праймеров глюкана (DP <4) к сайтам связывания глюкана способствует, вероятно, итеративным реакциям трансферазы на один и тот же акцепторный глюкан (то есть процессивно-подобному режиму), приводящему к синтезу длинных цепей глюкана, тогда как праймеры глюкана с DP ≥ 4 сильно конкурируют за сайт связывания, что приводит к распределительному режиму. Несоответствие между GlgE-EL и GlgE-WC для синтеза длинных цепей глюкана в отсутствие (рис. 6b, i) или в присутствии глюкозы (DP1) (рис.6c, j) можно объяснить более высоким количеством свободной мальтозы, наблюдаемым в образцах денатурированного GlgE-WC (фиг. 6a) по сравнению с образцами денатурированного GlgE-EL (фиг. 6h). Несмотря на принятие всех мер предосторожности (тот же препарат M1P, буфер pH 7), спонтанное дефосфорилирование M1P происходило более значительно в образцах GlgE-WC. Таким образом, мы заключаем, что первоначальные следы мальтозы в образцах GlgE-WC способствуют синтезу длинных цепей глюкана в отсутствие (рис. 6b) или в присутствии глюкозы (DP1) (рис.6в). Чтобы проверить эту гипотезу, неочищенный экстракт (CE) и очищенные белки GlgE (E1) из E. lausannensis загружали в неденатурирующий полиакриламидный электрофорез (нативный PAGE). После миграции срезы полиакриламидного геля инкубировали в течение ночи в буферах, содержащих 0 мМ (контроль) или 2 мМ M1P (фиг. 7a). Синтез длинных цепей глюкана с DP> 15 (минимальное количество единиц глюкозы, необходимое для обнаружения посредством взаимодействия с молекулами йода) обнаруживается путем вымачивания геля в растворе йода.Как показано на фиг. 7a, синтез глюкановых цепей, катализируемый GlgE-EL, проявляется исключительно в виде темно-синих полос активности внутри нативного PAGE, инкубированного с 2 мМ M1P, а не в отсутствие M1P.

Рис. 7: Синтез разветвленных полисахаридов De novo.

a Активность рекомбинантного GlgE Estrella lausannensis из неочищенного экстракта E. coli (CE) и очищенная на никелевой аффинной колонке (E1) загружали в неденатурирующий полиакриламидный гель.После миграции срезы нативного PAGE инкубировали в буфере TRIS / ацетат, содержащем 2 мМ мальтозо-1-фосфата (M1P), в течение 16 часов при 25 ° C. Синтез цепей глюкана de novo визуализируется в виде темно-синих полос из-за образования глюкан-йодных комплексов. Аналогичные эксперименты in vitro проводили путем добавления активности GlgB W. chondrophila к трис / ацетатному буферу, содержащему активность GlgE и 2 мМ M1P. После инкубации в течение ночи реакционную смесь подвергали анализу 1 H-ЯМР. b Часть спектра 1 H-ЯМР мальтозо-1-фосфата (M1P), неочищенной реакционной смеси и гликогена (gly) из бычьей печени в D 2 O. Пик № 1 (5,45–5,3 м.д.) и пик №2 (4,98 м.д.) представляют собой сигналы протонов, участвующих, соответственно, в α-1,4- и α-1,6-связях, в то время как пик №3 (5,47 м.д.) представляет собой характерный дублет дублетных сигналов α- аномерный протон, расположенный на C1 мальтозо-1-фосфата. Появление пика №2 и пика №3 в продукте инкубации указывает на образование разветвленных полисахаридов, состоящих из α-1,4- и α-1,6-связей.Наличие пика № 3 предполагает, что M1P не был полностью полимеризован под действием GlgE-активности EL. Затем α-полисахариды очищали (подробности см. в разделе «Методы») и инкубировали с коммерческим ферментом разветвления изоамилазного типа. После инкубации в течение ночи, линейные цепи глюкана, высвобожденные из α-полисахаридов ( c ), и гликоген из бычьей печени, использованный в качестве эталона ( e ), были разделены в соответствии со степенью полимеризации с помощью капиллярного электрофореза в сочетании с флуоресцентной маркировкой восстановленных веществ. заканчивается.В качестве контроля образцы α-полисахарида ( d ) и гликогена ( f ) были непосредственно помечены и проанализированы капиллярным электрофорезом для оценки содержания свободных линейных цепей глюкана.

В целом, эти результаты предполагают, что активности GlgE способны синтезировать de novo достаточное количество длинных линейных глюканов из мальтозо-1-фосфата. Мы не можем исключить роль мальтозы в инициировании процесса синтеза глюкана в качестве акцептора глюкана, поскольку спонтанное дефосфорилирование M1P неизбежно.Далее мы провели серию экспериментов, которые заключались в синтезе высокомолекулярных разветвленных глюканов in vitro путем инкубации как рекомбинантного фермента разветвления гликогена W. chondrophila (GlgB-WC: дополнительный рис. 6b), так и GlgE-EL в присутствии M1P. . После инкубации в течение ночи непосредственно измеряли появление α-1,6-связей или точек ветвления, подвергая продукт инкубации протонному ЯМР-анализу (фиг. 7b). По сравнению с M1P и гликогеном в качестве контролей, спектр протонного ЯМР продуктов инкубации показывает типичный гликоген-подобный профиль с сигналами на 5.6 и 4,9 м.д. протона, вовлеченного в связи α-1,4 и α-1,6. Этот разветвленный полисахаридный материал был дополнительно очищен и инкубирован с коммерческим ферментом разветвления типа изоамилазы (Megazyme), который отщепляет α-1,6-связи или точки разветвления. Высвободившиеся линейные цепи глюкана метили APTS и разделяли в соответствии со степенью полимеризации с помощью капиллярного электрофореза. Распределение длины цепи (CLD) синтезированных полисахаридов (рис. 7c) сравнивали с гликогеном из бычьей печени (рис.7д). В качестве контроля количество свободных линейных глюканов оценивали путем анализа образцов, меченных APTS, не инкубированных с коммерческим ферментом разветвления (рис. 7d, f). В отсутствие заметного количества свободных цепей глюкана (рис. 7d) синтезированный in vitro полисахарид имеет типичный CLD, подобный гликогену животных с мономодальным распределением и мальтогексаозе (DP6) как наиболее распространенным цепям глюкана. В целом, эти результаты подтверждают, что активность GlgE проявляет in vitro функцию, аналогичную функции гликогенсинтазы (GlgA), для инициирования и удлинения растущих частиц гликогена.

Экспрессия бифункционального TreS-Mak

Estrella lausannensis

Насколько нам известно, характеристика бифункциональной активности TreS-Mak еще не описана в литературе. Белок TreS-Mak, меченный гистами, очищенный на никелевых колонках, показывает молекулярную массу 115 кДа на SDS-PAGE (дополнительный рис. 7a), тогда как в растворе рекомбинантный TreS-Mak образовывал гомодимер с кажущейся молекулярной массой 256 кДа, как было проанализировано с помощью колоночная хроматография superose 6 (дополнительный рис.7б). Это контрастирует с гетерооктамерным комплексом, состоящим из четырех субъединиц TreS и четырех субъединиц Mak (≈490 кДа), наблюдаемого в Mycobacterium smegmatis , в котором гомотетрамеры TreS образуют платформу для рекрутирования димеров Mak через специфический домен взаимодействия 30, 31 .

Сначала мы подтвердили, что TreS-домен на N-конце является функциональным, путем измерения взаимного превращения трегалозы в мальтозу (подробности см. В разделе «Методы»). Предыдущие сообщения показали, что активность TreS частично или полностью ингибируется 10 мМ двухвалентного катиона, в то время как концентрация 1 мМ имеет положительный эффект.Влияние катиона Mn 2+ на активность TreS-домена предполагалось при 200 мМ трегалозы. Как показано на фиг. 8a, активность TreS домена увеличивается лишь незначительно в 1,1 раза от 0 до 1 мМ Mn 2+ (0,37 мкмоль мальтозы. Min -1 мкг -1 ), тогда как заметное снижение активности TreS (0,24 мкмоль мальтозы. мин. -1 . мг -1 ) достигается при 10 мМ Mn 2+ . Как сообщается в литературе, активность TreS также связана с высвобождением глюкозы во время взаимного превращения трегалозы в мальтозу.Поскольку активность TreS слит с доменом Mak в E. lausannensis , мы проверили влияние широкого диапазона концентраций АТФ на взаимное превращение трегалозы (фиг. 8b). Хотя не наблюдалось заметного эффекта АТФ на активность TreS при 1 мМ (0,43 мкмоль мальтозы. Мин -1 мкг -1 ), активность TreS снижалась в 0,6 раза при 3-10 мМ АТФ (0,29 мкмоль мальтозы. min -1 мкг -1 ) и упала в 2,8 раза, когда концентрация АТФ достигает 20 мМ (0.15 мкмоль мальтозы. мин -1 . мг -1 ). Наконец, кажущееся значение K m для трегалозы было определено при 42,3 ± 2,7 мМ в присутствии 1 мМ MnCl 2 и 0 мМ АТФ (фиг. 8c). Это согласуется с очевидными значениями K m для трегалозы (50–100 мМ), сообщенными в литературе для активности TreS у различных видов 32 . Мы также сосредоточили внимание на активности домена мальтокиназы, который катализирует фосфорилирование мальтозы в присутствии АТФ и высвобождает M1P и ADP.За последним наблюдали ферментативно с помощью анализа пируваткиназы для экспрессии домена активности Mak в виде мкмоль высвобожденного АДФ. Мин. -1 мкг -1 белка. Оптимумы pH и температуры были определены соответственно при 42 ° C и pH 8 (дополнительный рис. 7c, d). Интересно, что активность Mak домена функционирует в широком диапазоне температур, который, вероятно, отражает температуру свободноживущих амеб или животных-хозяев. Сообщается об активности киназ в связи с их потребностью в двухвалентном катионе для стабилизации отрицательно заряженных фосфатных групп доноров фосфата, таких как АТФ.Таким образом, активность TreS-Mak была сделана в присутствии различных двухвалентных катионов (рис. 8e). Как и ожидалось, рекомбинантный TreS-Mak строго зависел от двухвалентных катионов, в частности, с заметным стимулирующим эффектом Mn 2+ (рис. 8d, e). Другие тестировали двухвалентные катионы, такие как Co 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , также активировали активность Mak, но в меньшей степени, в то время как нет Эффект наблюдался в присутствии Ni 2+ .Интересно, что в отличие от активности Mak Mycobacterium bovis , которая предпочитает Mg 2+ , каталитический сайт домена активности Mak TreS-Mak связывает преимущественно Mn 2+ , а не Mg 2+ 33 , что согласуется с отчетливой эволюционной историей, изображенной на рис. 2b. Затем нуклеотиды, АТФ, CTP, GTP и UTP были протестированы в качестве доноров фосфата путем измерения количества высвобожденного M1P (рис. 8f). Данные, выраженные в процентах активности, показывают, что АТФ (100%), GTP (85%), UTP (70%) и в меньшей степени CTP (31%) являются эффективными донорами фосфата.В целом, мы продемонстрировали, что TreS и Mak домены функциональны в слитном белке TreS-Mak E. lausannensis . Обратимое взаимное превращение трегалозы в сочетании с внутриклеточной концентрацией трегалозы, вероятно, ниже 42 мМ (внутриклеточная концентрация трегалозы была оценена в 40 ± 10 мМ внутри одной клетки штамма E. coli , сверхэкспрессирующего OtsA / OtsB 34 ), предполагает, что необратимое фосфорилирование мальтоза стимулирует синтез M1P.

Фиг.8: Биохимические свойства рекомбинантного TreS-Mak Estrella lausannensis .

a Активность трегалозосинтазного домена (TreS) бифункционального белка TreS-Mak сначала оценивали при 30 ° C, pH 8, с 200 мМ трегалозы в присутствии 0, 1 и 10 мМ хлорида марганца (MnCl 2). ). Взаимное превращение трегалозы в мальтозу и последующее высвобождение глюкозы (красный цвет) предполагалось с использованием метода анализа амилоглюкозидазы. Активность TreS выражается в мкмоль мальтозы / мин / мг белка. b Влияние нуклеозидтрифосфата на активность TreS определяли путем измерения взаимного превращения трегалозы в мальтозу в присутствии возрастающих концентраций АТФ (0–20 мМ) и 200 мМ трегалозы. c Кажущееся значение K m ( n ​​ = 3) для трегалозы определяли в отсутствие АТФ и 1 мМ MnCl 2 путем измерения взаимного превращения увеличения концентрации трегалозы (0–200 мМ ) в мальтозу. d Домен мальтокиназной активности был выведен путем измерения высвобождения АДФ во время фосфорилирования мальтозы (20 мМ) в M1P в присутствии 0, 1, 3 и 10 мМ MnCl 2 .Активность Mak выражается в мкмоль высвобожденного АДФ / мин / мг белка. e Влияние двухвалентного катиона Mn 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ , Ca 2+ и Mg 2+ при 10 мМ и f нуклеотидов АТФ, CTP, GTP и UTP на активность Mak определяли и выражали как относительный процент от максимальной активности. Данные представлены в виде отдельных точек данных с полосой погрешности, обозначающей стандартное отклонение n ​​ ≥ 3 независимых экспериментов.

Estrella lausannensis и Waddlia chondrophila накапливают частицы гликогена в цитозоле EB через путь GlgE

Описанные выше эксперименты по инкубации показали, что разветвленный полисахарид может быть синтезирован in vitro в присутствии мальтозо-1-фосфата и как GlgE, так и GlgE. виды деятельности. Это побудило нас изучить наличие частиц гликогена в шлифе E. lausannensis и W.chondrophila с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Через 24 часа после заражения обоими Chlamydiales (рис. 9a, c) мы очистили элементарные тельца (рис. 9b, d) из инфицированных культур Acanthamoeba castellanii и подвергли их специфическому окрашиванию гликогеном на основе метода периодической кислоты. , который считается одним из самых надежных и специфичных методов окрашивания гликогена 35 . Частицы гликогена появляются как электронно-плотные частицы (белые стрелки) в цитозоле элементарных тел E.lausannensis и W. chondrophila . Интересно, что поскольку Waddlia chondrophila инфицирует клетки животных, которые не синтезируют трегалозу, это предполагает, что трегалоза должна синтезироваться самими бактериями 36 . Основываясь на пяти различных путях трегалозы, описанных у прокариот (для обзора см. Ref. 37 ), мы обнаружили, что биосинтез трегалозы ограничен так называемыми «экологическими Chlamydiae » и не присутствует в семействе Chlamydiaceae .Среди штаммов хламидий с путем GlgE P. phocaeensis и P. neagleriophila синтезируют трегалозу через путь TreY-TreZ, в то время как путь OtsA-OtsB был обнаружен как в E. lausannensis , так и в W. chondrophila . Важно отметить, что гены otsA, и otsB кодируют трегалозо-6-фосфатсинтазу и трегалозо-6-фосфатфосфатазу соответственно. Активность OtsA конденсирует глюкозо-1-фосфат и UDP-глюкозу в трегалозо-6-фосфат.Однако поиск BLAST не подтвердил наличие классического гена galU , кодирующего UDP-глюкозопирофосфорилазу, который синтезирует UDP-глюкозу из глюкозо-1-фосфата и UTP как в E. lausannensis , так и в W. chondrophila , а скорее в не -GalU типа UDP-глюкозопирофосфорилаза, гомолог UGP3 растений 38 . Основываясь на этой работе и принимая во внимание текущий анализ генома, мы предполагаем, что путь метаболизма гликогена у W. chondrophila и E.lausannensis встречаются, как показано на рис. 10.

Рис. 9: Накопление гликогена в Estrella lausannensis и Waddlia chondrophila .

частицы гликогена (белые стрелки) в E. lausannensis ( a , b ) и W. chondrophila ( c , d ) наблюдались с помощью ТЕА после периодической кислоты тиокарбогидразид-протеинат серебра. окрашивание ультратонких срезов через 24 часа после заражения A.castellanii с E. lausannensis ( a ) и W. chondrophila ( c ) или очищенными бактериями ( b , d ).

Рис. 10: Сеть метаболизма гликогена в семьях Waddliaceae и Criblamydiaceae .

Глюкозо-6-фосфат (G-6-P) и UTP / ATP транспортируются в цитозоле через транслокаторы Uhpc и NTT. Первый обязательный этап состоит из изомеризации G-6-P в глюкозо-1-фосфат (G-1-P), катализируемой активностью глюкозо-6-фосфат-изомеразы (MrsA).UDP-глюкозопирофосфорилаза (UGP3) синтезирует UDP-глюкозу из G-1-P и UTP. И трегалозо-6-фосфатсинтаза (OtsA), и трегалозо-6-фосфатфосфатаза (OtsB) превращают нуклеотид-сахар и G-6-P в трегалозу. Бифункциональная активность TreS-Mak обеспечивает активность мальтозилтрансферазы (GlgE) в мальтозо-1-фосфате (M1P). De novo свойства глюкана в отношении инициирования и удлинения GlgE и активности фермента ветвления (GlgB) делают возможным появление α-полисахарида (т. Е. Гликогена), состоящего из α-1,4- и α-1,6-связей.Синергическое действие гликогенфосфорилазы (GlgP), фермента разветвления (GlgX) и α-1,4-глюканотрансферазы (MalQ) деполимеризует гликоген в G-1-P и короткие мальтоолигосахариды (MOS). Первый питает как окислительный пентозофосфат (OPP), так и пути Embden-Meyerhof-Parnas (EMP), которые поставляют внеклеточные формы (элементарные тельца) в пониженной мощности (NADPH, H +) и ATP, соответственно. Двухвалентные катионы Mn 2+ , необходимые для активности TreS-Mak, вероятно, импортируются через транспортер ABC, состоящий из субъединиц MntA, MntB и MntC 3, идентифицированных в геномах хламидий. Waddliaceae и Criblamydiaceae могут манипулировать углеродным пулом хозяина, поглощая трегалозу через предполагаемый переносчик дисахаридов (оранжевая / пунктирная стрелка) или секретируя ферменты, метаболизирующие гликоген, через систему секреции третьего типа (зеленая / пунктирная стрелка).

Структура и функция гликогена

Основные запасы гликогена находятся в скелетных мышцах и печени, хотя большинство других клеток хранят небольшие количества гликогена для собственного использования.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИЯ ГЛИКОГЕНА

Основные магазины гликоген содержится в скелетных мышцах и печени, хотя большинство других клеток хранить небольшое количество гликогена для собственного использования.Функция мышцы гликоген должен служить топливным резервом для синтеза аденозина трифосфат (АТФ) во время сокращения мышц. Гликоген печени должен поддерживать концентрацию глюкозы в крови, особенно на ранних стадиях поста (рисунок 11.2;). [Примечание: гликоген печени может поддерживать уровень глюкозы в крови в течение 10–18 часов]


Рис. 11.2 Функции гликогена в мышцах и печени. P = фосфат; Pi = неорганический фосфат.

А.Количество гликогена в печени и мышцах

Примерно 400 г гликоген составляет 1–2% от свежего веса мышц в состоянии покоя, и примерно 100 г гликогена составляют до 10% сырой массы сытой печени взрослого человека. Что ограничивает производство гликогена на этих уровнях, не ясно. Тем не мение, при некоторых болезнях накопления гликогена ([GSD] см. рис. 11.8) количество гликоген в печени и / или мышцах может быть значительно выше. [Примечание: в тела, мышечная масса больше массы печени.Следовательно, большая часть тела гликоген находится в мышцах.]

B. Структура гликогена

Гликоген — это полисахарид с разветвленной цепью, полученный исключительно из α-D-глюкозы. Главная гликозидная связь представляет собой связь α (1 → 4). В среднем после восьми-десяти глюкозил остатков, существует ветвь, содержащая связь α (1 → 6) (рис. 11.3). А одна молекула гликогена может иметь молекулярную массу до 108 Да.Эти полимеры глюкозы существуют в дискретных цитоплазматических гранулах, которые также содержат большинство ферментов, необходимых для синтеза и распада гликогена.


Рис. 11.3 Разветвленная структура гликогена с гликозидными связями α (1 → 4) и α (1 → 6).

C. Колебания запасов гликогена

Запасы гликогена в печени увеличиваются во время сытого состояния и истощаются во время голодания.Мышцы гликоген не подвержен влиянию коротких периодов голодания (несколько дней) и только умеренно снижается при длительном голодании (нед.). Мышечный гликоген синтезируется для пополнения запасов мышц после того, как они были истощены после физическая нагрузка. [Примечание: синтез и разложение гликогена продолжаются непрерывно. Различия между скоростями этих двух процессов определить уровни запасенного гликогена при определенных физиологических состояниях.]

Роль инсулина, глюкозы и гликогена в диабете

Сахарный диабет, обычно называемый диабетом, вызывается недостаточным количеством циркулирующего в организме инсулина и является важным заболеванием для специалистов по неотложной медицинской помощи и тех, кто хочет получить степень в области неотложной медицинской помощи.Чтобы полностью понять, как работает диабет, давайте немного поговорим о физиологии. Если вы изучите слово «метаболизм» и его греческие корни, вы узнаете, что оно означает «изменяться».

Метаболизм в организме — это не что иное, как расщепление или превращение глюкозы в энергию в форме АТФ с побочными продуктами диоксида углерода и воды. Когда пациент ест, уровень глюкозы в крови повышается. Инсулин — это привратник, который позволяет клеткам использовать молекулы глюкозы в крови.Когда уровень глюкозы в крови низкий, глюкагон является основной формой гормона, который заставляет организм выделять запасенный гликоген или энергию.

Чтобы организм вырабатывал энергию, инсулин должен позволять глюкозе проникать в клетку. Если инсулина нет, количество глюкозы, которая может попасть в клетки, слишком мало для удовлетворения ежедневных потребностей организма в энергии. Для этого должно быть достаточное количество инсулина, и инсулин должен работать правильно, чтобы глюкоза могла перемещаться в клетку.

Диабет — распространенное заболевание, с которым обращаются к специалистам скорой медицинской помощи, и основная причина смерти в Соединенных Штатах. Это происходит из-за нехватки инсулина или неспособности организма эффективно использовать инсулин. Сахарный диабет обычно классифицируют как тип I или тип II. В прошлом диабет I типа был также известен как инсулинозависимый сахарный диабет или просто ювенильный диабет. Это потому, что диабет I типа почти всегда проявлялся до того, как человек вступил в подростковый возраст.Диабет II типа был назван инсулиннезависимым сахарным диабетом или диабетом взрослого возраста. По данным Американской диабетической ассоциации, диабет II типа — это болезнь образа жизни. Давайте рассмотрим каждый из этих типов диабета.

Когда организм функционирует нормально, уровень глюкозы в крови, также известный как BGL, находится в диапазоне 60–120 миллиграммов на децилитр. Если пациент голодает после полуночи, его уровень глюкозы в крови должен упасть до менее 100. На уровень глюкозы влияет не только количество съеденной пищи, но и тип потребляемой пищи.Основные компоненты пищи — это белки, жиры и углеводы. Каждое из этих веществ усваивается организмом с разной скоростью.

Продукты с высоким содержанием углеводов обеспечивают самый быстрый источник энергии для организма. Как только они съедены, бета-клетки поджелудочной железы немедленно выделяют инсулин. Этот гормон соединяется со специфическими рецепторами на поверхности клетки, что позволяет глюкозе проникать в нее. У этого двоякая цель. Во-первых, он позволяет клеткам получать доступ к глюкозе для метаболизма, а, во-вторых, обеспечивает уверенность в том, что организму не придется зависеть от белков или жиров для метаболизма.Избыточная глюкоза загружается в печень, где она превращается в гликоген и хранится в ней. Даже если вы думаете, что после употребления большого количества углеводов уровень сахара в крови резко возрастет, этого обычно не происходит, поскольку высвобождение инсулина гарантирует, что глюкоза будет доступна для немедленного использования или хранения.

Печень ограничена в количестве гликогена, который может там храниться, поэтому мышцы будут помогать этому процессу. Подсчитано, что до трети глюкозы, которая проходит через печень, превращается в жирные кислоты, которые затем откладываются в жировой или жировой ткани в виде триглицеридов.Если инсулин недоступен для нормального метаболизма, этот жир расщепляется и превращается в растворимую форму, которая содержится в крови. Это причина того, почему низкий уровень инсулина обычно сопровождается высоким уровнем холестерина и триглицеридов, которые сопровождают это состояние. Это часто приводит к сердечным заболеваниям — еще одной распространенной проблеме со здоровьем, с которой сталкиваются сотрудники службы неотложной медицинской помощи.

Гормон роста и инсулин работают вместе, перемещая аминокислоты через клеточную мембрану. Там они расщепляются с образованием новых белков.Этот процесс известен как синтез белка. При недостаточном количестве инсулина хранение белка затрудняется, и начинается распад мышечного белка. Неиспользуемый белок, известный как «белковая потеря», отправляется в почки и выводится с мочой. Большое количество белка, проходящего через почки, может привести к почечной недостаточности и диализу.

В прошлом диабет был необычным заболеванием даже среди поставщиков неотложной медицинской помощи. Сегодня многие врачи считают, что от 10 до 12 процентов населения Америки страдают диабетом.Чтобы узнать больше о диабете и патофизиологии эндокринной системы, послушайте 10 Minute Medic, подкаст координатора скорой медицинской помощи EKU доктора Билла Янга.

Управление диабетом и знание того, на что обращать внимание, — важные темы для специалистов скорой медицинской помощи. Если вы являетесь лицензированным фельдшером и заинтересованы в получении степени младшего специалиста или бакалавра в области неотложной медицинской помощи, заполните форму выше, чтобы узнать больше.

Как студент EKU Online, желающий получить степень в области неотложной медицинской помощи, вы изучите новейшие процедуры и важные навыки для продвижения своей карьеры в области оказания неотложной медицинской помощи и обеспечения конкурентного преимущества на рынке труда.EKU — это университет, аккредитованный SACSCOC, который уже более 15 лет является лидером в области онлайн-образования.

Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать.

Метаболизм гликогена — Knowledge @ AMBOSS

Последнее обновление: 27 августа 2021 г.

Резюме

Гликоген является важным сложным полимером, состоящим из нескольких цепей молекул глюкозы. Он присутствует во всех типах клеток, за исключением эритроцитов. Большая часть гликогена в организме хранится в печени и скелетных мышцах.Полностью восполненные запасы гликогена могут обеспечивать уровень глюкозы в крови примерно на 12–48 часов во время голодания. Метаболизм гликогена в первую очередь регулируется инсулином, глюкагоном и адреналином. Инсулин увеличивает гликогенез и снижает гликогенолиз в печени и мышцах; глюкагон и адреналин снижают гликогенез в печени и усиливают гликогенолиз в печени и мышцах.

Обзор

  • Функция: гликоген является наиболее важной средой для хранения углеводов в организме и содержится в цитозольных гранулах.
  • Общее хранение гликогена: ∼ 400–450 г (обеспечивает глюкозу на 12–48 часов)
  • Химическая структура
    • Разветвленный полимер, состоящий из нескольких связанных цепей глюкозы
    • Разветвления: α-1,6-гликозидные связи
    • Связи: α-1,4-гликозидные связи

Периодическая кислота – окраска Шиффа — это иммуногистохимический метод, используемый для визуализации полисахаридов, таких как гликоген.

Гликогенез

2.) Начальное формирование цепи

  • Гликогенин
    • Фермент, состоящий из гомодимерного белка, который находится в ядре каждой единицы гликогена и является отправной точкой синтеза гликогена.
    • Катализирует образование коротких цепей гликогена путем полимеризации нескольких молекул UDP-глюкозы

3.) Удлинение цепи

Ферментом, определяющим скорость гликогенеза, является гликогенсинтаза.

4.) Разветвление цепей гликогена

  • Фермент разветвления: фермент с активностью глюкозилтрансферазы, который вводит разветвления в цепь гликогена, чтобы обеспечить дальнейшее удлинение цепи во многих участках комплекса гликогена
    • Катализирует образование α-1,6-гликозидных связей: гидролизует цепь из 6 единиц глюкозы от исходной цепи → присоединение молекул к атому C6 другой единицы глюкозы в исходной цепи
    • Ветви вводятся не менее чем на 4 единицы глюкозы друг от друга.

Последовательность синтеза гликогена, начиная с глюкозы: Glc → Glc-6-P → Glc-1-P → UDP-Glc → гликоген

Гликогенолиз

1.) Высвобождение глюкозы

  • Расщепление α-1,4-гликозидных связей: гликогенфосфорилаза (кофактор витамина B6) отщепляет глюкозу-1-P; через фосфорную реакцию до тех пор, пока на ответвлении не останется 4 концевых остатка глюкозы (так называемый предельный декстрин).
  • Разрыв α-1,6-гликозидных связей
    • Ферменты разветвления: фермент, обладающий глюкозилтрансферазной, а также глюкозидазной активностью
      • Первый шаг: гликозилтрансфераза; (или 4-α-D-глюканотрансфераза): переносит 3 из 4 оставшихся остатков глюкозы ветви в соседнюю ветвь
      • Второй этап: глюкозидаза (или амило-α-1,6-глюкозидаза): отщепляет оставшееся звено глюкозы (связь альфа-1,6) от ветви; через гидролитическую реакцию → высвобождение нефосфорилированных свободных молекул глюкозы и линейной цепи гликогена

Часть гликогена не разлагается гликогенфосфорилазой и ферментами разветвления, а в лизосомах — лизосомальной альфа-глюкозидазой.Дефицит этого фермента приводит к болезни Помпе (болезнь накопления гликогена II).

Болезнь Кори — это тип нарушения накопления гликогена (тип III), вызванный дефицитом фермента, расщепляющего ответвления гликогена (α-1,6-глюкозидазы).

Болезнь Макардла — болезнь накопления гликогена, характеризующаяся дефицитом гликогенфосфорилазы в скелетных мышцах.

2) Утилизация глюкозы

После гликогенолиза фосфоглюкомутаза (изомераза) превращает глюкозу-1-P в глюкозу-6-P

  • В мышцах
    • Мгновенный метаболизм глюкозы-6-P во время упражнений (гликолиз)
    • Гексокиназа: превращает свободную глюкозу в глюкозу-6-P
  • В печени: глюкозо-6-фосфатаза: глюкоза-6-P → свободная глюкоза → высвобождение в системный кровоток → повышение уровня глюкозы в сыворотке.

Ферментом, определяющим скорость гликогенолиза, является гликогенфосфорилаза.

Болезни накопления гликогена вызываются наследственной недостаточностью ферментов гликогенолиза, что приводит к накоплению нормального или патологически структурированного гликогена в клетках скелетных мышц и печени, основных запасах гликогена в организме.

Постановление

Повышенное содержание фосфата в клетках является сигналом голодания: все ферменты, которые повышают уровень сахара в крови, активны в их фосфорилированной форме!

Гормональная регуляция

Инсулин стимулирует накопление липидов, белков и гликогена.

Гликогенсинтаза стимулируется глюкозо-6-фосфатом, инсулином и кортизолом. Он ингибируется адреналином и глюкагоном.

Аллостерическая / негормональная регуляция

  • Сокращение мышц увеличивает уровень внутриклеточного кальция → ↑ кальмодулин

Эти регуляторные процессы происходят только в скелетных мышцах, но не в печени.

Клиническое значение

гликоген

Гликоген представляет собой полисахарид глюкозы (Glc), который функционирует как первичный краткосрочный накопитель энергии в клетках животных.Он вырабатывается в основном печенью и мышцами, но также может вырабатываться мозгом, маткой и влагалищем. [1] Гликоген является аналогом крахмала, менее разветвленного полимера глюкозы в растениях, и обычно обозначается как животный крахмал , имеющий структуру, аналогичную амилопектину. Гликоген находится в форме гранул в цитозоле во многих типах клеток и играет важную роль в цикле глюкозы. Гликоген образует запас энергии, который можно быстро мобилизовать для удовлетворения внезапной потребности в глюкозе, но он менее компактный, чем запасы энергии триглицеридов (жира).В гепатоцитах печени гликоген может составлять до 8% от сырого веса (100–120 г у взрослого человека) вскоре после еды. [ необходима ссылка ] Только гликоген, хранящийся в печени, может быть доступен другим органам. В мышцах гликоген содержится в гораздо более низкой концентрации (1% от мышечной массы), но общее количество превышает таковое в печени. Небольшие количества гликогена обнаруживаются в почках, а еще меньшие количества — в некоторых глиальных клетках головного мозга и лейкоцитах.Во время беременности матка также накапливает гликоген для питания эмбриона.

Рекомендуемые дополнительные знания

Строение и биохимия

Гликоген — это сильно разветвленный полимер, который лучше описать как дендример, состоящий примерно из 60 000 остатков глюкозы и имеющий молекулярную массу от 10 6 до 10 7 дальтон (~ 4.8 миллионов). [необходима ссылка ] Большинство единиц Glc связаны α-1,4-гликозидными связями, примерно 1 из 12 остатков Glc также образует гликозидную связь -1,6 со вторым Glc, что приводит к образованию ответвления. . Гликоген не имеет восстанавливающего конца: остаток глюкозы «восстанавливающий конец» не является свободным, но ковалентно связан с белком, называемым гликогенином, как бета-связь с поверхностным остатком тирозина. Гликогенин представляет собой гликозилтрансферазу и находится в виде димера в ядре гликогена.Гранулы гликогена содержат как гликоген, так и ферменты синтеза гликогена (гликогенез) и деградации (гликогенолиз). Ферменты вложены между внешними ветвями молекул гликогена и действуют на невосстанавливающие концы. Следовательно, множество невосстанавливающих концевых ответвлений гликогена способствуют его быстрому синтезу и катаболизму.

Функция и регуляция гликогена печени

Когда углеводная пища съедается и переваривается, уровень глюкозы в крови повышается, а поджелудочная железа выделяет инсулин.Глюкоза из воротной вены попадает в клетки печени (гепатоциты). Инсулин воздействует на гепатоциты, стимулируя действие нескольких ферментов, включая гликогенсинтазу. Молекулы глюкозы добавляются к цепочкам гликогена до тех пор, пока инсулин и глюкоза остаются в изобилии. В этом постпрандиальном или «сытом» состоянии печень забирает из крови больше глюкозы, чем выделяет.

После того, как еда переварена и уровень глюкозы начинает падать, секреция инсулина снижается, и синтез гликогена прекращается.Примерно через четыре часа после еды [ цитирование необходимо ] , гликоген начинает расщепляться, чтобы снова превратиться в глюкозу. Гликогенфосфорилаза — это основной фермент расщепления гликогена. В течение следующих 8–12 часов глюкоза, полученная из гликогена печени, будет основным источником глюкозы в крови, который будет использоваться остальными частями тела в качестве топлива.

Глюкагон — еще один гормон, вырабатываемый поджелудочной железой, который во многих отношениях служит контрсигналом для инсулина. Когда уровень сахара в крови начинает падать ниже нормы, глюкагон секретируется в увеличивающихся количествах.Он стимулирует расщепление гликогена на глюкозу даже при аномально высоком уровне инсулина.

В мышечных и других клетках

Гликоген мышечных клеток действует как непосредственный резервный источник доступной глюкозы для мышечных клеток. Другие ячейки, содержащие небольшие количества, также используют его локально. Мышечные клетки не способны передавать глюкозу в кровь, поэтому гликоген, который они хранят внутри, предназначен для внутреннего использования и не передается другим клеткам, в отличие от клеток печени.

Долг гликогена и упражнения на выносливость

Из-за неспособности организма удерживать более 2000 ккал гликогена, [ цитирование необходимо ] спортсменов на длинные дистанции, таких как марафонцы, лыжники и велосипедисты, попадают в долги гликогена, при этом почти все Запасы гликогена у спортсмена истощаются после длительных периодов нагрузки без достаточного потребления энергии. Это явление называется «удар о стену» или «удары». У марафонцев это обычно происходит примерно на отметке 20 миль (32 км) марафона, где на милю расходуется около 100 ккал, [ цитата требуется ] в зависимости от размера бегуна и дистанции бега.Однако это может быть отложено из-за углеводной загрузки перед задачей.

Испытывая дефицит гликогена, спортсмены часто испытывают сильную усталость до такой степени, что им становится трудно двигаться.

Нарушения обмена гликогена

Наиболее частым заболеванием, при котором метаболизм гликогена становится ненормальным, является диабет, при котором из-за ненормального количества инсулина гликоген в печени может накапливаться или истощаться. Восстановление нормального метаболизма глюкозы обычно также нормализует метаболизм гликогена.

При гипогликемии, вызванной чрезмерным количеством инсулина, уровни гликогена в печени высоки, но высокий уровень инсулина препятствует гликогенолизу, необходимому для поддержания нормального уровня сахара в крови. Глюкагон — распространенное средство для лечения этого типа гипогликемии.

Различные врожденные нарушения метаболизма вызваны недостатком ферментов, необходимых для синтеза или распада гликогена. В совокупности они называются болезнями накопления гликогена.

Синтез

Основная статья: Гликогенез

Синтез гликогена отличается от распада гликогена.В отличие от распада, синтез является эндергоническим, что означает, что гликоген не синтезируется без ввода энергии. Энергия для синтеза гликогена поступает от UTP, который реагирует с глюкозо-1-фосфатом, образуя UDP-глюкозу, в реакции, катализируемой UDP-глюкозедифосфорилазой. Гликоген синтезируется из мономеров UDP-глюкозы ферментом гликоген-синтазой, который постепенно удлиняет цепь гликогена. Поскольку гликогенсинтаза может только удлинить существующую цепь, белок гликогенин необходим для инициации синтеза гликогена.

Разбивка

Основная статья: Гликогенолиз

Гликоген отщепляется от невосстанавливающих концов цепи ферментом гликогенфосфорилазой с образованием мономеров глюкозо-1-фосфата, который затем превращается в глюкозо-6-фосфат. Для удаления альфа (1-6) разветвлений разветвленного гликогена и преобразования цепи в линейный полимер необходим специальный фермент разветвления. Произведенные мономеры G6P имеют три возможных судьбы:

  • G6P может продолжать путь гликолиза и использоваться в качестве топлива. Анатомия и физиология. Саладин, Кеннет С. Макгроу-Хилл, 2007.
  • См. Также

    Болезнь накопления гликогена, тип III: MedlinePlus Genetics

    Болезнь накопления гликогена, тип III (также известная как GSDIII или болезнь Кори) — это наследственное заболевание, вызываемое накоплением сложного сахара, называемого гликогеном, в клетках организма. Накопленный гликоген является структурно ненормальным и нарушает функцию определенных органов и тканей, особенно печени и мышц.

    GSDIII делится на типы IIIa, IIIb, IIIc и IIId, которые различаются по типу признаков и симптомов. GSD типов IIIa и IIIc в основном поражают печень и мышцы, а GSD типов IIIb и IIId обычно поражают только печень. Очень трудно различить типы GSDIII, которые влияют на одни и те же ткани. GSD типов IIIa и IIIb являются наиболее частыми формами этого состояния.

    Начиная с младенчества, люди с любым типом GSDIII могут иметь низкий уровень сахара в крови (гипогликемию), избыточное количество жиров в крови (гиперлипидемия) и повышенный уровень ферментов печени в крови.По мере взросления у детей с этим заболеванием обычно увеличивается печень (гепатомегалия). Размер печени обычно возвращается к норме в подростковом возрасте, но у некоторых больных в более позднем возрасте развивается хроническое заболевание печени (цирроз) и печеночная недостаточность. Люди с GSDIII часто имеют медленный рост из-за проблем с печенью, что может привести к низкому росту. У небольшого процента людей с GSDIII в печени могут образовываться доброкачественные опухоли, называемые аденомами.

    У людей с GSDIIIa в более позднем возрасте может развиться мышечная слабость (миопатия).Эти мышечные проблемы могут влиять как на сердечную (сердечную) мышцу, так и на мышцы, которые используются для движения (скелетные мышцы).