Мобилизация гликогена это: 4.2. Мобилизация гликогена

4.2. Мобилизация гликогена

Гликоген, как резерв глюкозы, накапливается в клетках во время пищеварения и расходуется в постабсорбционном периоде. Рас­щепление гликогена в печени или его мобилизация осуществляется при

участии фермента гликогенфосфоррилазы часто называемой просто

фосфорилазой. Этот фермент катализирует фосфоролитическое расщеп­ление a-1,4-гликозидных связей концевых остатков глюкозы полимера:

(С₆ Н₁₀О₅)_n + Н₃РО₄——> (C₆ Н₁₀О₅)_n-1 + Гл-1-Ф

Для расщепления молекулы в районе разветвлений необходимы два до­полнительных фермента: так называемый дебранчинг (деветвящий) — фермент и амило-1,6-гликозидаза, причем в результате действия последнего фермента в клетках образуется свободная глюкоза, кото­рая может или покинуть клетку, или подвергнуться фосфорилированию.

Гл-1-ф в клетках изомеризуется с участием фосфоглюкомутазы в гл-6-ф.

Дальнейшая судьба гл-6-фосфата определяется наличием или отсутствием в клетках фермента глюкозо-6-фосфатазы. Если фер­мент присутствует в клетке, он катализирует гидролитическое от­щепление от гл-6-фосфата остатка фосфорной кислоты с образованием свободной глюкозы:

Гл-6-ф + Н₂О _——> Глюкоза + Н₃РО₄

_{которая может проникать через наружную клеточную мембрану и пос­тупать в кровяное русло. Если же глюкозо-6-фосфатазы в клетках нет, то дефосфорилирования глюкозы не происходит и глюкозный ос­таток может быть утилизирован только данной конкретной клеткой. Заметим, что расщепление гликогена до глюкозы не нуждается в до­полнительном притоке энергии.}

В большинстве органов и тканей человека глюкозо-6-фосфатаза отсутствует, поэтому запасенный в них гликоген используется лишь для собственных нужд. Типичным представителем таких тканей явля­ется мышечная ткань. Глюкозо-6-фосфатаза имеется лишь в печени, почках и кишечнике, но наиболее существенным является наличие фермента в печени ( точнее, в гепатоцитах ), т.

| |

Н₂О Н₃РО₄

Это обстоятельство дает возможность раздельно регулировать обсуждаемые процессы. Регуляция осуществляется на уровне двух ферментов: гликогенсинтетазы, участвующей в синтезе гликогена, и фосфорилазы, катализирующей расщепление гликогена.

Основным механизмом регуляции активности этих ферментов яв­ляется их ковалентная модификация путем фосфорилирования-дефосфо­рилирования. Фосорилированная фосфорилаза или фосфорилаза «a» вы­сокоактивна, в то же время фосфорилированная гликогенсинтетаза или синтетаза «b» неактивна. Таким образом, если оба фермента на­ходятся в фосфорилированной форме, в клетке идет расщепление гли­когена с образованием глюкозы. В дефосфорилированном состоянии, наоборот, неактивна фосфорилаза ( в форме «b») и активна глико­генсинтетаза ( в форме «a» ), в этой ситуации в клетке идет син­тез гликогена из глюкозы.

Поскольку гликоген печени играет роль резерва глюкозы для всего организма, его синтез или распад должен контролироваться надклеточными регуляторными механизмами, работа которых должна быть направлена на поддержание постоянной концентрации глюкозы в крови. Эти механизмы должны обеспечивать включение синтеза глико­гена в гепатоцитах при повышенных концентрациях глюкозы в крови и усиливать расщепление гликогена при падении содержания глюкозы в крови.

Итак, первичным сигналом, стимулирующим мобилизацию глико­гена в печени, является снижение концентрации глюкозы в крови. В

ответ на него альфа-клетки поджелудочной железы выбрасывают в

кровь свой гормон — глюкагон. Глюкагон, циркулирующий в крови,

взаимодействует со своим белком-рецептором, находящемся на внеш­ней стороне наружной клеточной мембраны гепатоцита. образуя гор —

мон-рецепторный комплекс. Образование гормон-рецепторного комплек­са приводит с помощью специального механизма к активации фермен­та аденилатциклазы, находящегося на внутренней поверхности наруж­ной клеточной мембраны. Фермент катализирует образование в клетке циклической 3,5-АМФ ( цАМФ ) из АТФ.

В свою очередь, цАМФ активирует в клетке фермент цАМФ—за— висимую протеинкиназу. Неактивная форма протеинкиназы представля­ет собой олигомер, состоящий из четырех субъединиц: 2 регулятор-

ных и двух каталитических. При повышении концентрации цАМФ в кле­тке к каждой из регуляторных субъединиц протеинкиназы присоеди­няется по 2 молекулы цАМФ, конформация регуляторных субъединиц —

изменяется и олигомер распадается на регуляторные и каталитичес — кие субъединицы. Свободные каталитические субъединицы катализиру­ет фосфорилирование в клетке ряда ферментов, в том числе фосфори­лирование гликогенсинтетазы с переводом ее в неактивное состояние, выключая таким образом синтез гликогена . Одновременно идет фос — форилирование киназы фосфорилазы, а этот фермент, активируясь при его фосфорилировании, в свою очередь катализирует фосфорилирование фосфорилазы с переводом его в активную форму, т.е. в форму «a». В результате активации фосфорилазы включается расщепление гликогена и гепатоциты начинают поставлять глюкозу в кровь.

Попутно отметим, что при стимуляции расщепления гликогена в печени катехоламинами в качестве главных посредников выступают b — рецепторы гепатоцитов, связывающие адреналин. | тазы

Образование | Фосфорилирование |

гормон-реце- | гликогенфосфори- Блокирование

пторного | лазы синтеза

комплекса | | гликогена

| | Активация расщеп-

Активация | ления гликогена

аденилатцик- ——— |

лазы Поступление глюкозы

в кровь

Повышение концентрации глюкозы в крови является внешним сиг­налом для гепатоцитов в отношении стимуляции синтеза гликогена и связывания таким образом излишней глюкозы из русла крови.

Схема активации синтеза гликогена в печени

Повышение Повышение Активация

содержания ——> содержания ———-> фосфопротеин­глюкозы в глюкозы в фосфатазы

крови гепатоцитах | |

Активация Инактива-

гликоген- ция фосфо-

синтетазы рилазы

|

Активация синтеза

гликогена

|

Снижение содержания глюкозы в крови

Срабатывает следующий механизм: при повышении концентрации глюкозы в крови возрастает и ее содержание в гепатоцитах.

Повыше­ние концентрации глюкозы в гепатоцитах, в свою очередь, достаточ­но сложным путем активирует в них фермент фосфопротеинфосфатазу, которая ка — тализирует отщепление от фосфорилированных белков остатков фосфорной кислоты. Дефосфорилирование активной фосфори­лазы переводит ее в неактивную форму, а дефосфорилирование неак­тивной гликогенсинтетазы активирует фермент. В результате система переходит в состояние, обеспечивающие синтез гликогена из глюко­зы.

В снижении фосфорилазной активности в гепатоцитах определен­ную роль играет гормон b-клеток поджелудочной железы инсулин. Он выделяется b-клетками в ответ на повышение содержания глю­козы в крови. Его связывание с инсулиновыми рецепторами на поверх-

ности гепатоцитов приводит к активации в клетках печени фермента

фосфодиэстеразы, катализирующего превращение цАМФ в обычную АМФ,

не обладающую способность стимулировать образование активной про­теинкиназы. Этим путем прекращается нарабатывание в гепатоцитах активной фосфорилазы, что также имеет значение для ингибирования расщепления гликогена.

Вполне естественно, что механизмы регуляции синтеза и распа-

да гликогена в клетках различных органов имеют свои особенности. В качестве примера можно указать, что в миоцитах покоящихся мышц

или мышц, выполняющих небольшую по интенсивности работу, практи­чески нет фосфорилазы «a», но расщепление гликогена все же идет. Дело в том, что мышечная фосфорилаза, находящаяся в дефосфорили­рованном состоянии или в форме «b», является аллостерическим фер­ментом и активируется имеющимися в миоцитах АМФ и неорганичес­ким фосфатом. Активированная таким образом фосфорилаза «b» обес­печивает скорость мобилизации гликогена, достаточную для выполне­ния умеренной физической работы.

Однако при выполнении интенсивной работы, в особенности если нагрузка резко возрастает, этого уровня мобилизации гликогена ста­новится недостаточно. В таком случае срабатывают надклеточные ме­ханизмы регуляции. В ответ на внезапно возникшую потребность в

интенсивной мышечной деятельности в кровь поступает гормон адре­налин из мозгового вещества надпочечников. Адреналин, связываясь

с рецепторами на поверхности мышечных клеток, вызывает ответную реакцию миоцитов, близкую по своему механизму к только что опи­санной реакции гепатоцитов на глюкагон. В мышечных клетках появ­ляется фосфорилаза «a» и инактивируется гликогенсинтетаза, а об­разовавшийся гл-6-ф используется как энергетическое «топливо», окислительный распад которого обеспечивает энергией мышечное сок­ращение.

Следует заметить, что высокие концентрации адреналина, наб­людающиеся в крови людей в условиях эмоционального стресса, уско­ряют расщепление гликогена в печени, повышая тем самым содержание глюкозы в крови — защитная реакция, направленная на экстренную мобилизация энергетических ресурсов.

УГЛЕВОДЫ-2 Мобилизация гликогена Это процесс распада гликогена

УГЛЕВОДЫ-2

Мобилизация гликогена Это процесс распада гликогена в печени до свободной глюкозы, которая должна поступить из печени в кровь. Цель этого процесса – поддерживать концентрацию глюкозы в крови на постоянном уровне в те периоды, когда не происходит поступления глюкозы из пищи (например, ночное время).

Этапы мобилизации гликогена Гормоны (глюкогон, адреналин, норадреналин) при снижении уровня глюкозы в крови активируют рецепторы на поверхности гепатоцита, образуется комплекс гормон-рецептор, который активирует аденилатциклазу. Этот фермент синтезирует циклический АМФ, который являясь медиатором (посредником) активирует работу ферментной цепи от протеинкиназы до гликогенфосфорилазы. Главная цель – фосфорилирование концевой глюкозы в молекуле гликогена, находящейся внутри гепатоцита.

Заключительный этап мобилизации гликогена Фосфорилированная по первому углеродному атому молекула глюкозы отрывается от гликогена в виде глюкозо-1 -фосфата и превращается в глюкозо-6 -фосфат под действием фосфоглюкомутазы. Фосфорилированная глюкоза не может выйти из клетки и попасть в кровь (ловушка для глюкозы). Фермент глюкокозофосфотаза гидролитическим путем отщепляет фосфатную группу и свободная глюкоза через плазматическую мембрану проходит из клетки в кровяное русло.

Химизм мобилизации гликогена

Превращение фруктозы в глюкозу

Превращение галактозы в глюкозу

Концентрация глюкозы в крови В норме концентрация глюкозы составляет 4, 2 – 5, 5 ммоль/л. Почки не пропускают глюкозу из крови в мочу, но если концентрация ее в крови составляет 9 -10 ммоль/л – глюкоза выходит в мочу. Этот показатель называется почечный порог для глюкозы. Понятие сахар крови является более широким, чем глюкоза крови и цифры несколько выше.

Источники поддержания концентрации глюкозы крови Главный источник – поступление из кишечника при всасывании. Другой источник – мобилизация гликогена из печени. Еще один – реабсорбция глюкозы в почках. Кроме того – глюконеогенез, то есть синтез глюкозы заново из других веществ (аминокислот, пирувата, лактата, глицерина).

Пути превращения глюкозы

ГЛИКОЛИЗ (анаэробно, в цитоплазме) Это процесс расщепления глюкозы до ПВК, после которого ПВК превращается в конечный продукт гликолиза – лактат. Если процесс начинается от гликогена – это гликогенолиз. Роль этих процессов – быстро получить энергию для работы мышц, даже при недостатке О 2. Понятие аэробный гликолиз – это дальнейшее окисление ПВК до СО 2 и Н 2 О, идущее в митохондриях, включая цикл Кребса.

Эффективность гликолиза и гликогенолиза В начальных реакциях гликолиза на активацию гексоз расходуется 2 АТФ, затем синтезируется 4 АТФ. Накопление (чистый прирост) составляет 2 АТФ. А при гликогенолизе на активацию расхо-дуется 1 АТФ, синтезируется 4 АТФ (прирост 3 АТФ). Эффект спиртового брожения глюкозы такой же, как у гликолиза: С 6 Н 12 О 6 + 2 АТФ + 2 Н 3 РО 4 = 2 С 2 Н 5 ОН + 2 СО 2 + 2 АТФ

Особенности гликолиза • Большинство реакций гликолиза обратимы, но три из них, катализируемые гексокиназой, фосфофруктокиназой и пируваткиназой – необратимы. В обратную сторону они возможны только с помощью обходных реакций. • Образовавшийся лактат поступает в кровь, поглощается печенью и сердечной мышцей и окисляется до СО 2, Н 2 О или восстанавливается в глюкозу (глюконеогенез). • Водород от НАДН (6 -я реакция) идет в реакцию 11 (гликолитическая оксидоредукция).

Гексокиназная обходная реакция гликолиза

Фосфофруктокиназная обходная реакция гликолиза

Пируваткиназная обходная реакция гликолиза

Челночные механизмы Гликолиз идет в цитоплазме и полученный там НАДН не может передать атомы Н в митохондрию в дыхательную цепь для синтеза АТФ и тепла. С этой целью существуют системы переноса Н – челночные механизмы. Глицерофосфатный передает Н от НАДН цитоплазмы на ФАД митохондрий (потеря 1 АТФ), малатный — от НАДН на НАДН митохондрий (без потерь). Первый активен в мышцах и мозге, второй – в печени, почках и сердце.

Глицерофосфатный челночный механизм

Малатный челночный механизм

Цикл Кребса

Цикл Кребса (продолжение)

Эффективность аэробного распада глюкозы (цифры по учебнику) Первая стадия аэробного распада глюкозы (до ПВК) обеспечивает синтез 10 АТФ (малатный челнок) или 8 АТФ (глицерофосфатный). Вторая стадия (окислительное декарбоксилирование ПВК) – 6 АТФ. Третья стадия (цикл Кребса) – 24 АТФ Итого – 40 (38) АТФ, а при гликогенолизе 39 (37) АТФ. Накапливается чистых АТФ, с учетом акти-вации процесса, на 2 АТФ меньше

Эффект Пастера Если условия в клетке переключаются на аэробные, то анаэробный гликолиз тормозится, как менее эффектный. При этом образование лактата снижается. Это происходит путем ингибирования ключевого фермента гликолиза — фосфофруктокиназы. Регуляторную роль в этом переключении играют дефицит АДФ, Н 3 РО 4 и избыток АТФ.

Роль глюкозы, инсулина и глюкагона в мобилизации гликогена в гепатоцитах человека

. 1991 г., февраль; 40(2):263-8.

doi: 10.2337/диабет.40.2.263.

М Пилар Лопес ¹ , M J Gómez-Lechón, J V Castell

принадлежность

• ¹ Исследовательский центр, больница Ла Фе, Валенсия, Испания.

• PMID: 1846828
• DOI: 10.2337/диабет.40.2.263

М. Пилар Лопес и др. Диабет. 1991 Февраль

. 1991 г., февраль; 40(2):263-8.

doi: 10.2337/диабет.40.2.263.

Авторы

М Пилар Лопес ¹ , М. Дж. Гомес-Лехон, Дж. В. Кастелл

принадлежность

• ¹ Исследовательский центр, больница Ла Фе, Валенсия, Испания.

• PMID: 1846828
• DOI: 10. 2337/диабет.40.2.263

Абстрактный

В этом исследовании изучалась роль глюкозы, инсулина и глюкагона в активации катаболизма гликогена в культивируемых гепатоцитах человека. Базальный гликогенолиз в нестимулированных гепатоцитах человека был низким (за 4 ч инкубации расщеплялось только 19% исходного содержания гликогена) и нечувствительным к изменению внешней концентрации глюкозы (от 10 до 0 мМ). Как гликогенолиз, так и выход глюкозы могут быть значительно стимулированы 35 нг/л глюкагона или 10(5) пМ дибутирил цАМФ; полумаксимальный эффект был обнаружен при 28 x 10 (2) нг/л глюкагона и 4 x 10 (5) пМ дибутирил цАМФ. После 3-часового воздействия 35 x 10(3) нг/л глюкагона более 9Было мобилизовано 0% гликогена гепатоцитов человека. Это вызывало увеличение скорости выхода глюкозы в среду в 4,6 раза по сравнению с нестимулированными клетками. Около 85% расщепленного гликогена превратили глюкозу в среду. Инсулин (10(4) пМ) был способен полностью подавлять базальный гликогенолиз; инсулин был также необходим для реверсии действия глюкагона в гепатоцитах, инкубированных с глюкагоном, тогда как глюкоза сама по себе, даже в постпрандиальной концентрации, была неспособна обратить действие глюкагона. Таким образом, эти эксперименты показывают, что мобилизация запасов гликогена в гепатоцитах человека, как это происходит в периоды постабсорбции у людей, в значительной степени зависит от присутствия глюкагона, а не просто из-за уменьшения внешней глюкозы. Инсулин, с другой стороны, был необходим для подавления как базального, так и активируемого глюкагоном гликогенолиза.

Похожие статьи

• Овечий плацентарный лактоген ингибирует глюкагон-индуцированный гликогенолиз в эмбриональных гепатоцитах крысы.

  Фримарк М., Хандвергер С. Фримарк М. и др. Эндокринология. 1985 г., апрель; 116(4):1275-80. дои: 10.1210/эндо-116-4-1275. Эндокринология. 1985. PMID: 2982583

• Контроль выхода глюкозы в печень с помощью глюкагона и инсулина у интактной собаки.

  Черрингтон А.Д., Чиассон Дж.Л., Лильенквист Дж.Е., Лейси В.В., Парк CR. Черрингтон А.Д. и др. Biochem Soc Symp. 1978;(43):31-45. Biochem Soc Symp. 1978 год. PMID: 373768 Обзор.

• Ингибирование гликогенолиза и гликогенфосфорилазы инсулином и проинсулином в культурах гепатоцитов крысы.

  Хартманн Х., Пробст И., Юнгерманн К., Кройтцфельдт В. Хартманн Х. и др. Диабет. 1987 мая; 36(5):551-5. doi: 10.2337/diab.36.5.551. Диабет. 1987. PMID: 3552790

• Гликогенолитический ответ на глюкагон культивируемых фетальных гепатоцитов. Рефрактерность после предшествующего воздействия глюкагона.

  Плас С, Нуньес Х. Плас С и др. Дж. Биол. Хим. 1975 г., 25 июля; 250 (14): 5304-11. Дж. Биол. Хим. 1975 год. PMID: 167009

• Использование гепатоцитов в первичной культуре для биохимических исследований функций печени.

  Итихара А., Накамура Т., Танака К. Итихара А. и др. Мол Селл Биохим. 1982 2 апреля; 43 (3): 145-60. дои: 10.1007/BF00223006. Мол Селл Биохим. 1982. PMID: 6123941 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Исследование метаболизма глюкозы в печени с помощью ¹³ C ЯМР-спектроскопии перфузии печени – применение в разработке лекарств.

  Миллер СО, Цао Дж. Миллер СО и соавт. Метаболиты. 2021 20 октября; 11 (11): 712. doi: 10.3390/metabo11110712. Метаболиты. 2021. PMID: 34822370 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Метаболизм глюкозы в эндотелиальных клетках и ангиогенез.

  Du W, Ren L, Hamblin MH, Fan Y. Ду В. и др. Биомедицины. 2021 3 февраля; 9 (2): 147. doi: 10.3390/биомедицины

  47. Биомедицины. 2021. PMID: 33546224 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Глюкагон снижает гликемию, когда активны β-клетки.

  Капоцци М.Э., Уэйт Дж.Б., Коч Дж., Гордон А.Н., Кох Р.В., Свендсен Б., Финан Б., Д’Алессио Д.А., Кэмпбелл Дж.Е. Капоцци М.Е. и др. Взгляд JCI. 201923 июля; 5(16):e129954. doi: 10.1172/jci.insight.129954. Взгляд JCI. 2019. PMID: 31335319 Бесплатная статья ЧВК.

• Стабильные жидкие препараты глюкагона для неотложной терапии и бигормональной поджелудочной железы замкнутого цикла.

  Джексон М.А., Капуто Н., Касл Дж.Р., Дэвид Л.Л., Робертс С.Т. младший, Уорд В.К. Джексон М.А. и соавт. Curr Diab Rep. 2012 Dec;12(6):705-10. дои: 10.1007/s11892-012-0320-5. Представитель Карр Диаб, 2012 г. PMID: 22972416 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

термины MeSH

вещества

Присутствие и мобилизация гликогена в р-клетках поджелудочной железы млекопитающих | Эндокринология

Фильтр поиска панели навигации EndocrinologyThis issueEndocrine Society JournalsClinical MedicineEndocrinology and DiabetesMedicine and HealthBooksJournalsOxford Academic Мобильный телефон Введите поисковый запрос

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации EndocrinologyThis issueEndocrine Society JournalsClinical MedicineEndocrinology and DiabetesMedicine and HealthBooksJournalsOxford Academic Введите поисковый запрос

Расширенный поиск

Журнальная статья

БО ХЕЛМАН,

БО ХЕЛМАН

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google Scholar

ЛАРС-ОКЕ ИДАЛЬ

ЛАРС-ОКЕ ИДАЛЬ

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google Scholar

Эндокринология , том 84, выпуск 1, 1 января 1969 г. , страницы 1–8, https://doi.org/10.1210/endo-84-1-1

Опубликовано:

1 января 1969 г.

История статьи

Получено:

06 мая 1968 г.

Опубликовано:

01 января 1969 г.

Фильтр поиска панели навигации EndocrinologyThis issueEndocrine Society JournalsClinical MedicineEndocrinology and DiabetesMedicine and HealthBooksJournalsOxford Academic Мобильный телефон Введите поисковый запрос

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации EndocrinologyThis issueEndocrine Society JournalsClinical MedicineEndocrinology and DiabetesMedicine and HealthBooksJournalsOxford Academic Введите поисковый запрос

Advanced Search

Комбинируя ферментативный метод, основанный на реакции на гликогенфосфорилазу, с конечными флуорометрическими измерениями небольших количеств НАДФН методом «ферментативного циклирования», стало возможным продемонстрировать, что гликоген представляет собой нормальную составляющую поджелудочной железы млекопитающих β клетки.