Es ist bekannt, dass der phosphorolytische Zerfall eine Schlüsselrolle bei der Mobilisierung von Polysacchariden spielt.
Abb. 10.1. Hormonelle Regulation der phosphorolytischen Spaltung von Glukose aus Glykogen.
Phosphorylasen wandeln Polysaccharide (insbesondere Glykogen) aus der Speicherform in die metabolisch aktive Form um; In Gegenwart von Phosphorilylase zerfällt Glykogen zu Glucosephosphat (Glucose-1-phosphat), ohne es zunächst in größere Fragmente des Polysaccharidmoleküls aufzubrechen. Im Allgemeinen kann diese Reaktion wie folgt dargestellt werden:
wo (C6H10Oh!5)n bedeutet die Glycogenpolysaccharidkette und (C6H10Oh!5)n-1,- die gleiche Kette, jedoch um einen Glucoserest gekürzt.
In fig. 10.1 zeigt den Prozess des Glykogenabbaus zu Glucose-1-phosphat und die Beteiligung von cAMP an diesem Prozess. Das Enzym Phosphorylase existiert in zwei Formen, von denen eine (Phosphorylase a) aktiv ist, während die andere (Phosphorylase b) normalerweise inaktiv ist. Beide Formen können sich in Untereinheiten auflösen. Phosphorylase b besteht aus zwei Untereinheiten und Phosphorylase a - aus vier. Die Umwandlung der Phosphoryrylase b in die Phosphorylase a erfolgt durch Proteinphosphorylierung:
2 Phosphorylase b + 4 ATP → Phosphorylase a + 4 ADP.
Diese Reaktion wird durch ein Enzym namens Phosphorylase-Kinase b katalysiert. Es wurde festgestellt, dass diese Kinase sowohl in aktiver als auch inaktiver Form existieren kann. Inaktive Phosphorylase-Kinase wird unter dem Einfluss des Enzyms Proteinkinase (Phosphorylase-Kinase-Kinase) in ein aktives Protein und nicht nur Proteinkinase, sondern cAMP-abhängige Proteinkinase umgewandelt.
Die aktive Form des letzteren wird unter Beteiligung von cAMP gebildet, das seinerseits aus ATP unter der Wirkung der Enzym Adenylatcyclase gebildet wird, die insbesondere durch Adrenalin und Glucagon stimuliert wird. Eine Erhöhung des Gehalts an Adrenalin im Blut führt in dieser komplexen Reaktionskette zur Umwandlung der Phosphorylase b in Phosphorylase a und folglich zur Freisetzung von Glucose in Form von Glucose-1-phosphat aus dem Glycogenpolysaccharid-Reservoir. Die umgekehrte Umwandlung der Phosphorylase a in die Phosphorylase b wird durch das Enzym Phosphatase katalysiert (diese Reaktion ist nahezu irreversibel).
Das Glucose-1-phosphat, das als Folge des phosphorolytischen Abbaus von Glykogen gebildet wird, wird durch Glucose-6-phosphat unter der Wirkung von Phosphoglucomutase umgewandelt. Um diese Reaktion durchzuführen, ist eine phosphorylierte Form der Phosphoglucomutase notwendig, d.h. seine aktive Form, die, wie erwähnt, in Gegenwart von Glucose-1,6-bisphosphat gebildet wird.
Die Bildung von freiem Glucose aus Glucose-6-phosphat in der Leber erfolgt unter dem Einfluss von Glucose-6-Phosphatase. Dieses Enzym katalysiert die hydrolytische Phosphatspaltung:
Fettpfeile zeigen den Zerfallsweg an, dünn - den Weg der Synthese. Die Zahlen geben die Enzyme an: 1 - Phosphorylase; 2 - fos-Glyukomutase; 3 - Glucose-6-phosphatase; 4-Hexokinase (Glucokinase); 5 - Gluco-Zo-1-phosphat-Uridyltransferase; 6 - Glycosynthase.
Es ist zu beachten, dass phosphorylierte Glukose im Gegensatz zu unbewerteter Glukose nicht leicht aus den Zellen diffundieren kann. Die Leber enthält das hydrolytische Enzym Glucose-6-phosphatase, das die Fähigkeit zur schnellen Freisetzung von Glucose aus diesem Organ bietet. Im Muskelgewebe fehlt die Glucose-6-phosphatase praktisch.
In fig. 10.2 reflektieren Ideen über den Abbau und die Synthese von Glykogen in der Leber.
Es kann davon ausgegangen werden, dass die Aufrechterhaltung der Konstanz der Glukosekonzentration im Blut das Ergebnis des gleichzeitigen Flusses von zwei Prozessen ist: dem Eintritt von Glukose aus der Leber in das Blut und dessen Verbrauch aus dem Blut durch die Gewebe, wo sie hauptsächlich als energetisches Material verwendet wird.
In Geweben (einschließlich der Leber) erfolgt der Abbau von Glukose auf zwei Arten: anaerob (in Abwesenheit von Sauerstoff) und aerob, für deren Umsetzung Sauerstoff benötigt wird.
Glykogenolyse (Glykogenabbau)
Die Glykogenolyse kann entweder durch Hydrolyse (unter der Wirkung von Amylaseenzymen) oder durch Phosphorolyse durchgeführt werden.
Die Phosphorolyse ist der Hauptweg des Glykogenabbaus. Sie wird durch das zur Klasse der Transferasen gehörende Enzym Glykogenphosphorylase katalysiert. Phosphorylasen wandeln Polysaccharide aus der Speicherform in die metabolisch aktive um. Glykogenphosphorylase löst Glucosereste von der Glykogenpolyglycosidkette ab und überträgt sie in ein Phosphorsäuremolekül, um Glucose-1-phosphat zu bilden:
Glucose-1-phosphat wird schnell isomerisiert und wird unter der Wirkung von Phosphoglucomutase zu Glucose-6-phosphat:
In diesem Stadium erfolgt der Abbau von Glykogen im Muskelgewebe.
In der Leber bildet Glucose-6-phosphat unter dem Einfluss von Glucose-6-phosphatase freie Glucose. Dieses Enzym katalysiert die hydrolytische Phosphatspaltung:
Phosphorylierte Glucose kann im Gegensatz zu freier nicht leicht aus den Zellen diffundieren. Daher besteht die Funktion von Muskelglykogen darin, dass es eine leicht zugängliche Glukosequelle für den Muskel selbst ist. Die Leber enthält das hydrolytische Enzym Glucose-6-phosphatase, das die Möglichkeit der schnellen Freisetzung von Glucose aus diesem Organ in das Blut und die Verwendung durch andere Gewebe (einschließlich Muskeln) bietet. Leberglykogen wird verwendet, um die relative Konstanz der Glukosekonzentration im Blut aufrechtzuerhalten.
Synthese und Auflösung von Glykogen.
Glykogen ist das wichtigste Reserve-Polysaccharid in tierischen und menschlichen Zellen, da es in Wasser schlecht löslich ist und den osmotischen Druck in der Zelle nicht beeinflusst. Daher lagert sich Glykogen in der Zelle und keine freie Glukose ab.
Die verzweigte Struktur des Glykogens erzeugt eine große Anzahl terminaler Monomere. Dies trägt zur Arbeit von Enzymen bei, die während des Abbaus oder der Synthese von Glykogen Monomere spalten oder anlagern, da diese Enzyme gleichzeitig an mehreren Zweigen des Glykogenmoleküls arbeiten können.
Glykogen lagert sich hauptsächlich in der Leber und im Skelettmuskel ab. Glykogen wird im Zytosol von Zellen in Form von Granula gespeichert. Einige am Glykogenstoffwechsel beteiligte Enzyme sind auch mit Granulat assoziiert, was deren Wechselwirkung mit dem Substrat erleichtert. Die Synthese und der Abbau von Glykogen verläuft auf verschiedenen Stoffwechselwegen (Abbildung 4).
Glykogen wird während der Verdauungsperiode (1-2 Stunden nach Einnahme von Kohlenhydratnahrungsmitteln) synthetisiert. Die Synthese von Glykogen erfordert Energie. Wenn Sie ein Monomer einschalten
Es treten Polysaccharidketten-2-Reaktionen auf, die mit dem Verbrauch von ATP und UTP (Reaktionen 1 und 3) zusammenhängen.
Nach der Bildung von Glucose-6-phosphat (Hexokinase-Reaktion) erfolgt der intramolekulare Transfer des Phosphorsäurerestes von der 6. Position in die 1. Position. Dies bildet ein Glucose-1-phosphat:
Nach der Isomerisierung von Glucose-6-phosphat in Glucose-1-phosphat erfolgt eine zusätzliche Aktivierung des Glucosefragments. In diesem Fall wird 1 UTP-Molekül verbraucht, was dem Aufwand des 1. ATP-Moleküls entspricht. Dadurch wird die aktivierte Form gebildet - UDP-Glucose (Abb. 4).
Dann wird mit dem UDP der Glucoserest auf das Glykogenmolekül übertragen. Die Verlängerung der Glykogen-Kette wird durch das Enzym Glycogen-Synthetase katalysiert. Somit wird die Glykogenkette 1 Glucosefragment länger. Glykogen ist im Gegensatz zu pflanzlicher Stärke stärker verzweigt. Für die Bildung von Verzweigungen gibt es ein spezielles Enzym, das "Glykogen-verzweigtes Enzym" genannt wird.
Ein Glykogenmolekül wird nicht aus "Null" synthetisiert, sondern es tritt eine allmähliche Verlängerung eines bereits vorhandenen Kettenfragments auf: "Seed" oder Primer. Und mit dem Abbau von Glykogen kommt es nie zu einer vollständigen Zerstörung seiner Moleküle.
Um einen Glucoserest in ein Glykogenmolekül einzubauen, verbraucht die Zelle 2 ATP-Moleküle. Mit dem Abbau von Glykogen regeneriert sich dieses ATP nicht, sondern es wird nur F freigesetzt.n (anorganisches Phosphat).
Das Schlüsselenzym für die Glykogensynthese ist die Glykogensynthase. Dies ist ein "sekundärer Kontrollpunkt" (Abb. 5).
Regulation der Glykogen-Synthase: Es wird durch einen Überschuss an Glucose-6-phosphat aktiviert. Wenn Glucose-6-phosphat auf andere Weise langsam verwendet wird, führt daher eine Erhöhung seiner Konzentration zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Glykogensynthese. Die durch Glykogensynthase katalysierte Reaktion ist irreversibel.
Die Glykogenmobilisierung findet hauptsächlich zwischen den Mahlzeiten statt und wird während körperlicher Arbeit beschleunigt. Dieser Vorgang erfolgt durch sequentielles Entfernen von Glucoseresten in Form von Glucose-1-phosphat unter Verwendung von Glycogenphosphorylase (4). Dieses Enzym spaltet an Verzweigungsstellen keine 1,6-glycosidischen Bindungen, daher werden 2 weitere Enzyme benötigt, wonach der Glucoserest am Verzweigungspunkt in Form von freier Glucose freigesetzt wird (Reaktionen 2, 3). Glykogen zersetzt sich ohne ATP-Kosten zu Glucose-6-phosphat.
Regulation der Glykogenphosphorylase: durch überschüssiges ATP inhibiert, durch überschüssiges ADP aktiviert.
Der Abbau von Glykogen in Leber und Muskeln hat eine unterscheidende Reaktion aufgrund des Vorhandenseins des Enzyms Phosphatase Glucose-6-phosphat in der Leber (Tabelle 1).
Tabelle 1
Das Vorhandensein von Glucose-6-phosphatase in der Leber bestimmt die Hauptfunktion von Leberglykogen - die Freisetzung von Glukose in das Blut zwischen den Mahlzeiten und seine Verwendung durch andere Organe. Somit stellt die Mobilisierung von Glykogen der Leber den Blutzuckerspiegel auf einem konstanten Niveau bereit. Dieser Umstand ist Voraussetzung für die Arbeit anderer Organe und insbesondere des Gehirns. Nach 10 bis 18 Stunden nach einer Mahlzeit sind die Glykogenspeicher in der Leber stark erschöpft, und das Fasten für 24 Stunden führt zum vollständigen Verschwinden. Glucose-6-Phosphatase wird auch in den Nieren und Darmzellen gefunden.
Die Funktion des Muskelglykogens besteht darin, Glucose-6-phosphat freizusetzen, das im Muskel selbst zur Oxidation und Energie verwendet wird.
Die Umstellung der Prozesse der Synthese und Mobilisierung von Glykogen in der Leber erfolgt, wenn der Verdauungszustand in der Nachadsorptionsphase oder der Ruhezustand auf die Art der Muskelarbeit einwirken. Insulin, Glucagon und Adrenalin sind an der Umstellung dieser Stoffwechselwege in der Leber beteiligt, und Insulin und Adrenalin sind in den Muskeln beteiligt.
Die Wirkung dieser Hormone auf die Synthese und den Abbau von Glykogen wird dadurch bewirkt, dass die Aktivität von zwei Schlüsselenzymen - Glykogen-Synthase und Glykogen-Phosphorylase - durch ihre Phosphorylierung und Dephosphorylierung in entgegengesetzter Richtung geändert wird.
Das Hauptsignal für die Synthese von Insulin und Glucagon ist eine Änderung der Glukosekonzentration im Blut. Insulin und Glucagon sind ständig im Blut vorhanden, aber beim Wechsel vom Absorptionszustand in den Nachabsorptionszustand ändert sich ihre relative Konzentration, der Insulin-Glucagon-Index. Daher ist der Hauptschaltfaktor in der Leber der Insulin-Glucagon-Index.
In der Zeit nach der Adsorption nimmt der Insulin-Glucagon-Index ab und der Einfluss von Glucagon, der den Abbau von Glykogen in der Leber stimuliert, ist ein entscheidender Faktor. Der Wirkungsmechanismus von Glucagon beinhaltet eine Reaktionskaskade, die zur Aktivierung der Glykogenphosphorylase führt.
Während der Verdauungsphase ist die Wirkung von Insulin vorherrschend, da der Insulin-Glucagon-Index in diesem Fall ansteigt. Unter dem Einfluss von Insulin tritt auf:
a) Stimulierung des Glukosetransports in Muskelzellen;
b) Ändern der Aktivität von Enzymen durch Phosphorylierung und Dephosphorylierung. Beispielsweise aktiviert Insulin Phosphodiesterase und reduziert die Konzentration von cAMP in der Zelle. Darüber hinaus aktiviert Insulin die Glykogen-Synthase-Phosphatase, letztere wird dephosphoryliert und wird aktiv;
c) Änderung der Menge bestimmter Enzyme durch Induktion und Unterdrückung ihrer Synthese. Beispielsweise induziert Insulin die Glucokinase-Synthese, wodurch die Glucosephosphorylierung in der Leber beschleunigt wird.
Adrenalin hat einen ähnlichen Wirkmechanismus auf die Leberzellen mit Glucagon, es ist jedoch möglich, ein weiteres Effektor-Signalübertragungssystem in die Leberzelle einzubauen. Die Art der Rezeptoren, mit denen Adrenalin interagiert, bestimmt, welches System verwendet wird. Somit aktiviert die Wechselwirkung von Adrenalin mit b-Rezeptoren der Leberzellen das Adenylatcyclasesystem. Die Wechselwirkung von Adrenalin mit a, -Rezeptoren umfasst den Inositphosphatmechanismus der Transmembranübertragung des Hormonsignals. Das Ergebnis der Wirkung beider Systeme ist die Phosphorylierung von Schlüsselenzymen und die Umstellung der Glykogensynthese auf ihre Zersetzung (Abb. 6, 7).
Die Adrenalinaktivierung der Muskelglykogenphosphorylase erfolgt unterschiedlich, da der Abbau von Glykogen im Skelettmuskel durch Muskelkontraktionen stimuliert wird. Phosphorylase-Kinase (Ca 2+ -abhängig) wird während der Muskelarbeit unter dem Einfluss von Nervenimpulsen aktiviert, da in diesem Fall die Konzentration von Calciumionen im Sarkoplasma ansteigt. Dies ist ein weiterer Mechanismus zur Beschleunigung des Abbaus von Glykogen im Muskel. Die Wirkung von Adrenalin in den Muskeln führt auch zur Aktivierung von cAMP-abhängigen Proteinkinasen und zur Aktivierung der Phosphorylase durch deren Phosphorylierung (8).
Wenn ein Signal vom Hormon durch intrazelluläre Mediatoren übertragen wird, kommt es zu einer erheblichen Verstärkung, sodass die Aktivierung der Glykogenphosphorylase unter Beteiligung eines beliebigen Signalübertragungssystems in die Zelle die schnelle Bildung von Glukose aus Glykogen ermöglicht. In den Muskeln ist dies für die intensive Arbeit unter Stress, zum Beispiel beim Weglaufen vor Gefahren, von großer Bedeutung.
Bei einer mäßigen Belastung der Muskeln wirkt ein weiterer Mechanismus der Regulierung der Glykogenphosphorylase-Aktivität - allosterische Regulierung durch ATP-Abbauprodukte (AMP).
Beim Übergang von einem postabsorbierenden Zustand in einen absorbierenden Zustand oder am Ende der Muskelarbeit stoppt die Hormonausschüttung und das gesamte System kehrt in seinen ursprünglichen inaktiven Zustand zurück. Adenylatcyclase und Phospholipase C werden inaktiviert. cAMP wird durch Phosphodiesterase zerstört, wodurch alle intrazellulären Enzyme der Kaskade in eine inaktive Form überführt werden.
Die Regulierung der Geschwindigkeiten der Synthese und des Abbaus von Glykogen in der Leber ist von Bedeutung, um die Konstanz der Glukosekonzentration im Blut sicherzustellen. Die Regulierung des Glykogenstoffwechsels in den Muskeln versorgt das energetische Material mit intensiver Muskelarbeit und dem Energieverbrauch in Ruhe.
Muskelglykogenabbau
Phosphorylase ist das Schlüsselenzym (d. H. Einschränkendes und regulatorisches Enzym) für den Glykogenabbau.
Regulation der Glykogenphosphorylase: durch überschüssiges ATP inhibiert, durch überschüssiges ADP aktiviert.
G b f - p u t b. (Hexo-bisphosphat-Weg der Kohlenhydratzersetzung)
BIOLOGISCHE BEDEUTUNG VON HBF-PFAD.
1. Dies ist der Hauptweg des Abbaus von Kohlenhydraten zu Endprodukten In vielen Zellen ist dies der einzige Weg. So bricht 70-75% der Glukose, die in eine Zelle gelangt, auf.
2. Nur der HBP-Weg gibt die Zellenergie in Form von ATP an. Dies ist die Hauptenergiequelle in der Zelle.
3. Dies ist der längste Kohlenhydratspaltungsweg.
GBF-Pfad in 3 Stufen unterteilt.
Die 1. Stufe findet im Zytoplasma statt und ergibt 8 ATP-Moleküle während des Abbaus von 1 Glucosemolekül oder 9 ATP während des Abbaus eines Glucosefragments von Glykogen. Es endet mit der Bildung von 2 Molekülen Pyruvat (PVK).
2. und 3. Stufe - (ausschließlich aerob!) Geben Sie in den Mitochondrien unter obligatorischer Beteiligung von Sauerstoff 30 ATP pro Glucosemolekül ab.
Stufe 2 des GBF-Wegs wird als "oxidative Decarboxylierung von Pyruvat" bezeichnet und wird durch den Pyruvatdehydrogenase-Komplex katalysiert (siehe Vorlesungen "Biologische Oxidation" - eine erweiterte Kette der Mitochondrienoxidation). In der 2. Stufe werden zwei Wasserstoffatome aus dem PVC-Molekül entfernt und Pyruvat in Acetyl-Coenzym A (AcCoA) umgewandelt, CO wird gleichzeitig abgespalten.2. Zwei Wasserstoffatome gehen an NAD und werden dann entlang der Kette der mitochondrialen Oxidation auf O übertragen2 zu bilden H2O und 3 ATP-Moleküle. Basierend auf einem Molekül der anfänglichen Glukose ergibt die 2. Stufe daher 6 ATP.
In die 3. Stufe tritt das Molekül AcetylKoA ein, das durch die 2. Stufe gebildet wird. Diese dritte Stufe wird als Tricarbonsäurezyklus (TCA) bezeichnet (siehe Vorlesungen "Mitochondriale Oxidation"). In diesem Zyklus wird das AccoA vollständig zu CO gespalten2 und H2A: Gleichzeitig wird pro accoAA-Molekül, das in den Zyklus eingetreten ist, 12 ATP gebildet. Wenn Sie auf 1 Glukosemolekül zählen, wird in der 3. Stufe 24 ATP gebildet.
Die 1. Stufe durchläuft 10 Zwischenstufen. Während des ersten Teils dieser Stufe wird das Glucosemolekül in zwei Moleküle Phosphoglyceraldehyd (PHA) gespalten.
FUNKTIONEN DES ERSTEN TEILS DER 1. STUFE:
Hexokinase (GC) schwächt ein starkes Glucosemolekül:
2. Reaktion - Isomerisierung:
In der 3. Stufe wird Fructose-6-phosphat durch Phosphofructokinase (PFK) weiter geschwächt und es wird Fructose-1,6-bisphosphat gebildet:
Phosphofructokinase ist das Schlüsselenzym für den HBP-Weg. Es ist ein "sekundärer Kontrollpunkt". Vmax FFK mehr als Vmax GK. Wenn also viel Glukose eintritt, begrenzt der GC die Geschwindigkeit des gesamten GBF-Pfads.
Ein ATP-Überschuss und ein Citrat-Überschuss hemmen die FPC stark. Unter diesen Bedingungen wird FFK anstelle von Hexokinase das limitierende Enzym des HBP-Wegs. Durch die Hemmung der PFK sammeln sich Glucose-6-phosphat (G-6-F) und Fructose-6-phosphat (P-6-F) an. G-6-F hemmt die Hexokinase, reduziert die Glukoseverwertung in der Zelle und aktiviert gleichzeitig die Glykogen-Synthase.
Wenn es keinen Überschuss an ATP und Citrat gibt, aber einen Überschuss an ADP, dann aktiviert ADP PFC, und dann wird die Geschwindigkeit des gesamten BIP-Pfades wieder durch Hexokinase begrenzt.
Durch die Phosphofructokinase-Reaktion wird das Fructose-1,6-bisphosphat-Molekül destabilisiert (geschwächt), so dass es sich unter Beteiligung des Enzyms Aldolase sofort in 2 Triosen zerlegt (4. Reaktion):
Nur PHA tritt in die nächste (sechste) Reaktion des HBP-Pfads ein. Infolgedessen nimmt seine Konzentration ab und das Gleichgewicht der 5. Reaktion verschiebt sich in Richtung der Bildung von PHA. Allmählich tritt die gesamte FDA in das PHA ein und damit die Menge an ATP, die in den nachfolgenden Reaktionen des HBP-Weges synthetisiert wird, berücksichtigen wir die Berechnung von 2 Molekülen von PHA und anderen intermediären Metaboliten, die daraus gebildet werden.
Im 1. Teil der 1. Stufe (von Glukose bis PHA) werden 2 ATP-Moleküle verbraucht: eines in der Hexokinase-Reaktion, das andere in Phosphofructokinase (die dritte Reaktion in der ersten Stufe des HBP-Signalwegs). Der 2. Teil der 1. Stufe beginnt mit der Oxidation von PHA zu FGK (Phosphoglycerinsäure) in der 6. Reaktion.
Diese Reaktion wird durch das Enzym Glyceraldehydphosphatdehydrogenase katalysiert. Der spaltbare Wasserstoff wird unter Bildung von NADH in NAD überführt2. Die Energie, die während dieser Oxidation freigesetzt wird, reicht auch aus, um die Phosphataddition an die Aldehydgruppe sicherzustellen. Phosphat wird durch eine makroergische Bindung hinzugefügt. Als Ergebnis wird 1,3-Diphosphoglycerinsäure (1,3-Bisphosphoglycerat) gebildet.
7. Reaktion: Substratphosphorylierung.
Das hochenergiegebundene Phosphat wird zur Bildung von ATP in ADP überführt. Infolge der 7. Stufe verbleibt 1 Phosphorsäurerest im Phosphoglycerinsäuremolekül.
8. Reaktion: Phosphat wird von der dritten in die zweite Position überführt und 2-Phosphoglycerinsäure wird gebildet.
H wird von 2-Phosphoglycerinsäure entfernt2A. Dies führt zu einer Umverteilung der molekularen Energie. Infolgedessen sammelt sich in der zweiten Position Energie auf dem Phosphat, und die Bindung wird makroergisch. Es stellt sich Phosphoenolpyruvat (PEP) heraus.
10. Reaktion: Substratphosphorylierung. Phosphat wird in ADP überführt, um ATP zu bilden. FEP wird in PVK (Brenztraubensäure) umgewandelt.
In dieser Phase 1 des GDF-Pfads endet der PEC aus den Mitochondrien und tritt in die zweite Stufe des GDF-Pfads ein.
Die Ergebnisse der 1. Stufe: 10 Reaktionen, von denen die erste, dritte und zehnte Reaktion irreversibel sind. Zunächst wird 2 ATP pro 1 Glucosemolekül verbraucht. Dann wird PHA oxidiert. Energie wird während 2 Reaktionen der Substratphosphorylierung realisiert: 2 ATP wird in jeder von ihnen gebildet. Folglich wird für jedes Glucosemolekül (für 2 PHA-Moleküle) 4 ATP durch Substratphosphorylierung erhalten.
Insgesamt können alle 10 Stufen durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
NADH2 Das System der mitochondrialen Oxidation (MTO) überträgt Wasserstoff in der Luft zu Sauerstoff, um H zu bilden2O und 3 ATP, aber Stadium 1 verläuft im Zytoplasma und in NADH2 kann nicht durch die Mitochondrienmembran passieren. Es gibt Shuttle-Mechanismen, um diesen Übergang NADH sicherzustellen2 durch die Mitochondrienmembran - Malat-Aspartat-Shuttle und Glycerophosphat-Shuttle (siehe Vorlesungen "Biologische Oxidation").
Basierend auf einem Molekül Glukose bildet 2 NADN2.
Neben 2 ATP, das in der 1. Stufe durch Substratphosphorylierung erhalten wird, werden 6 weitere ATP unter Beteiligung von Sauerstoff gebildet, was insgesamt 8 ATP-Molekülen entspricht. Während der ersten Stufe des HBP-Wegs wird pro gespaltenem Glucosemolekül vor PVC so viel ATP gebildet.
Wenn diese 8 ATPs zu 30 ATP-Molekülen hinzugefügt werden, die in der 2. und 3. Stufe gebildet werden, beträgt das Gesamtenergieergebnis des gesamten HBP-Wegs 38 ATP pro Glucosemolekül, das sich in CO aufspaltet2 und H2Antwort: In diesen 38 ATP sind 65 Prozent der Energie enthalten, die freigesetzt werden würde, wenn Glukose in der Luft verbrannt wird. Dies belegt die sehr hohe Effizienz des GBF-Pfads.
Von den 38 ATP werden die meisten von ihnen in der 2. und 3. Stufe gebildet. Jede dieser Stufen ist absolut irreversibel und erfordert die obligatorische Beteiligung von Sauerstoff, da die oxidativen Stufen dieser Stufen mit der Mitochondrienoxidation verbunden sind (ohne dass dies unmöglich ist). Der gesamte HBP-Weg von Glukose oder Glykogen zu CO2 und H2Über Anruf: AEROBISCHE ZUSAMMENSETZUNG VON KOHLEHYDRATEN.
Schlüsselenzyme der ersten Stufe des HBP-Wegs: HEXOKINASE und Phosphorproteinkinase.
Eine weitere wichtige Verknüpfung befindet sich am TsTK (GBF-Pfad der dritten Stufe). Die Schlüsselverbindung in der 3. Stufe ist notwendig, da in den TCA-Zyklus eintretendes ACCoA nicht nur aus Kohlenhydraten, sondern auch aus Fetten und Aminosäuren gebildet wird. Daher ist eine TCA der letzte „Kessel“ für die Verbrennung von Acetylresten aus Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen. TsTK vereint alle Metaboliten, die beim Zerfall von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen entstehen.
Schlüsselenzyme von TCA: Citrat-Synthetase und Isocitrat-Dehydrogenase. Beide Enzyme werden durch überschüssiges ATP und überschüssiges NADH inhibiert.2. Isocitrat-Dehydrogenase wird durch überschüssiges ADP aktiviert. ATP hemmt diese Enzyme auf verschiedene Weise: Isocitrat-Dehydrogenase wird durch ATP viel stärker gehemmt als Citrat-Synthase. Bei einem Überschuss an ATP reichern sich daher Zwischenprodukte an: Citrat und Isocitrat. Unter diesen Bedingungen kann Citrat in einem Konzentrationsgradienten in das Zytoplasma gelangen.
Das 2. und 3. Stadium des HBP-Pfads tritt in den Mitochondrien und das 1. Stadium im Zytoplasma auf.
Die 1. Stufe ist von der 2. und 3. Stufe durch die Mitochondrienmembran getrennt.
Daher kann die 1. Stufe ihre speziellen Funktionen erfüllen. Diese Funktionen
Der Abbau von Glykogen.
Der Abbau von Glykogen mit der Bildung von Glukose erfolgt in der Zeit zwischen Mahlzeiten, körperlicher Arbeit und Stress.
Wege der Glykogenmobilisierung:
2. Der amylolytische Weg des Glykogenabbaus erfolgt unter Beteiligung des Enzyms Amylase.
Phosphorolytischer Weg - der Hauptweg des Glykogenabbaus unter Bildung von Glukose:
Im Muskelgewebe gibt es kein Enzym Glukose-6-Phosphatase, daher bricht das Muskelglykogen nicht mit ab
die Bildung von Glukose und wird unter Freisetzung von Energie oxidiert oder aerob oder anaerob. Durch
10-18 Stunden nach einer Mahlzeit sind die Glykogenspeicher in der Leber stark erschöpft.
Regulierung des Blutzuckerspiegels. Die Rolle des Zentralnervensystems, der Wirkungsmechanismus von Insulin, Adrenalin, Glucagon,
Wachstumshormon, Glukokortikoide, Thyroxin und ihre Auswirkungen auf den Kohlenhydratstoffwechsel.
Die Hauptrolle bei der Regulation des Kohlenhydratstoffwechsels gehört dem zentralen Nervensystem. Die Abnahme des Blutzuckers führt zu einer erhöhten Sekretion von Adrenalin, Glucagon, das in das Zielorgan dieser Hormone (Leber) gelangt, von den Rezeptoren der Leberzellmembranen erkannt wird und die Enzymmembran-Adenylatcyclase aktiviert, die den Mechanismus auslöst, der zum Abbau von Glykogen unter Bildung von Glucose führt.
Diagramm des Mechanismus der Interaktion von Adrenalin und Glucagon mit der Zelle:
Adrenalin - erhöht den Glucosespiegel durch Aktivierung des Enzyms Phosphorylase (Adenylatcyclase-System), das zum Abbau von Glycogen unter Bildung von Glucose führt, das Enzym Glycogen-Synthase blockiert, d.h. Glykogen-Synthese.
Glucagon wirkt wie Adrenalin, aktiviert aber auch die Enzyme der Gluconeogenese.
Glukokortikoide - erhöhen den Blutzuckerspiegel als Induktoren der Synthese von Glukoneogeneseenzymen.
GH aktiviert die Glukoneogenese, Thyroxin aktiviert Insulinase, die Insulin abbaut, die Glukoseabsorption im Darm beeinflusst.
Die Glykogenose (eine Erkrankung der Glykogenansammlung) wird durch einen Defekt der am Abbau von Glykogen beteiligten Enzyme verursacht. Zum Beispiel ist das Morbus Gyrke mit einem Mangel an Enzym Glucose-6-phosphatase, mit einer übermäßigen Ansammlung von Glykogen in der Leber, Hypoglykämie und ihren Folgen verbunden. Mac-Ardla-Krankheit: Ursache ist das Fehlen von Phosphorylase im Muskelgewebe. Gleichzeitig ist der Glukosespiegel im Blut normal, es wird jedoch eine Schwäche des Muskelgewebes beobachtet und die Fähigkeit, körperliche Arbeit zu verrichten, wird verringert. Das Andersen-Syndrom ist mit einem Defekt eines verzweigten Enzyms verbunden, das zu einer Ansammlung von Glykogen in der Leber mit sehr langen äußeren und seltenen Verzweigungspunkten führt, wodurch Ikterus, Leberzirrhose, Leberversagen und Tod (unverzweigtes Glykogen zerstören die Hepatozyten).
2.5 Die Glukosekonzentration im Blut wird den ganzen Tag über auf einem konstanten Niveau von 3,5 bis 6,0 mmol / l gehalten. Nach dem Essen steigt der Glukosespiegel innerhalb einer Stunde auf 8 mmol / l an und kehrt dann zum Normalzustand zurück. Im Körper wird ein konstanter Blutzuckerspiegel aufgrund von neurohumoralen Mechanismen aufrechterhalten. Der Hauptindikator für den Kohlenhydratstoffwechsel ist der Glukosegehalt im Blut und im Urin.
HYPERGLIKEMIE ist eine Erkrankung, bei der der Blutzuckerspiegel über dem Normalwert liegt. Ursachen:
1. Physiologisch - nahrhaft, emotional.
2. Pathologisch - Diabetes; Steroid-Diabetes (Itsenko-Cushing) - Hyperproduktion von Glukokortikoiden der Nebennierenrinde; Hyperproduktion von Adrenalin, Glucagon, Schilddrüsenhormon Thyroxin.
HYPOGLIKEMIE - eine Bedingung, bei der der Blutzuckerspiegel unter dem Normalwert liegt. Ursachen:
1. Reduzierter Glukoseausstoß: Lebererkrankungen, endokrine Erkrankungen (Wachstumshormonmangel, Cortisol), erbliche Stoffwechselstörungen (Glykogen-Synthetase-Mangel, Galaktosämie, Fruktoseintoleranz, hepatische Formen der Glykogenose).
2. Erhöhte Glukoseverwertung: Verringerung der Fettreserven (Unterernährung), beeinträchtigte Fettsäureoxidation, β-Zell-Hyperplasie. podzh Drüsen, Überdosierung von Insulin, Addison-Krankheit - Hypoprodukte von Glucocorticoiden.
GLUCOSURIA - das Auftreten von Zucker im Urin. Wenn der Glukosespiegel im Blut 8-10 mmol / l beträgt, wird er gebrochen
die Nierenschwelle für Glukose und es erscheint im Urin. Ursachen:
- neurogen auf der Basis von Stressbedingungen
- akute Infektionskrankheiten
2.6. Diabetes mellitus, biochemische Merkmale der Pathogenese.
Dies ist eine Erkrankung, die sich aus einem absoluten oder relativen Insulinmangel ergibt.
Insulin ist das einzige Hormon, das den Blutzucker senkt. Mechanismus:
-erhöht die Permeabilität von Zellmembranen für Glukose in den Zellen von Fettgewebe und Muskelgewebe, unter deren Einfluss die GLUT-4-Transporterproteine aus dem Zytoplasma in die Zellmembran gemischt werden, wo sie sich mit Glukose verbinden und in die Zelle transportieren;
-aktiviert Hexokinase, Fructokinase, Pyruvatkinase (stimuliert die Glykolyse);
-aktiviert die Glykogen-Synthetase (stimuliert die Glykogen-Synthese);
-aktiviert den Pentose-Phosphat-Dehydrogenase-Weg;
-gemäß dem Mechanismus der chronischen Regulation ist es ein Induktor der Synthese von Hexokinase und ein Repressor der Synthese von Gluconeogenese-Enzymen (es blockiert die Gluconeogenese);
-30% Kohlenhydrate in Lipide;
-stimuliert den TCA-Zyklus durch Aktivierung des Enzyms Synthetase, das die Reaktion der Wechselwirkung von Acetyl-CoA mit SchUK katalysiert;
Diabetes mellitus (DM) wird nach den Unterschieden in den genetischen Faktoren und dem klinischen Verlauf in zwei Hauptformen eingeteilt: Typ I Diabetes - Insulin-abhängig (IDDM) und Typ II Diabetes - Nicht-Insulin-abhängig (NIDDM).
IDDM - eine Krankheit, die durch die Zerstörung von β-Zellen der Langerhans-Inseln des Pankreas verursacht wird, durch Autoimmunreaktionen, Virusinfektionen (Pockenvirus, Röteln, Masern, Mumps, Adenovirus). Bei Diabetes wird das Insulin / Glucagon-Verhältnis reduziert. Gleichzeitig wird die Stimulation von Glykogen- und Fettablagerungsprozessen geschwächt und die Mobilisierung von Energieträgern intensiviert. Selbst nach einer Mahlzeit funktionieren Leber, Muskeln und Fettgewebe nach dem Absorbieren.
Hyperglykämie - Conc. Blutzucker.
Ursache ist eine Abnahme der Glukoseverbrauchsrate durch Gewebe aufgrund von Insulinmangel oder eine Abnahme der biologischen Wirkung von Insulin in Zielgeweben. Bei Insulinmangel sinkt die Anzahl der Glukose-Transferproteine (GLUT-4) auf den Membranen von Insulin-abhängigen Zellen (Muskel-Fettgewebe). In Muskeln und Leber lagert Glukose nicht als Glykogen ab. In Fettgewebe verringert sich die Geschwindigkeit der Synthese und Ablagerung von Fett. Die Glukoneogenese wird aus Aminosäuren, Glycerin und Laktat aktiviert.
Glukosurie - die Ausscheidung von Glukose im Urin.
Normalerweise resorbieren die proximalen Tubuli der Nieren alle Glukose, wenn ihr Spiegel 8,9 mmol / l nicht überschreitet. Eine Erhöhung der Glukosekonzentration im Blut übersteigt die Konzentration der Nierenschwelle, wodurch sie im Urin erscheint.
Ketonämie - erhöhte Konzentration von Ketonkörpern im Blut.
Fette werden nicht deponiert, aber ihr Katabolismus beschleunigt sich. Die Konzentration an nicht veresterten Fettsäuren nimmt zu, wodurch die Leber gefangen und zu Acetyl-CoA oxidiert wird. Acetyl-CoA wird in β-Hydroxybuttersäure und Acetoessigsäure umgewandelt. Die Decarboxylierung von Acetoacetat zu Aceton findet in den Geweben statt, daher riecht der Geruch von den Patienten. Eine Erhöhung der Konzentration von Ketonkörpern im Blut (über 20 mg / l) führt zu Ketonurie. Die Ansammlung von Ketonkörpern verringert die Pufferkapazität des Schnitts und verursacht eine Azidose.
Insulinmangel führt zu einer Abnahme der Proteinsyntheserate und erhöht deren Abbau. Dies führt zu einer Erhöhung der Konzentration von Aminosäuren im Blut, die in der Leber desaminiert werden. Das entstehende Ammoniak tritt in den Ornithin-Zyklus ein, was zu einer Erhöhung der Konzentration von Harnstoff im Blut und der Urinazotämie führt.
Polyurie - vermehrter Wasserlassen (3-4l pro Tag und mehr), weil Glukose erhöht den osmotischen Druck.
Polydipsie - ständiger Durst, trockener Mund aufgrund von Wasserverlust.
Polyphagy - Hunger erleben, oft essen, aber abnehmen, weil Glukose ist keine Energiequelle - „Hunger inmitten von Überfluss“.
NIDDM - tritt als Folge eines relativen Insulinmangels auf:
- Insulinsekretionsstörungen
- beeinträchtigte Umwandlung von Proinsulin zu Insulin
- Insulinkatabolismus erhöhen
-Insulinrezeptordefekt, Schäden an intrazellulären Insulinsignalmediatoren.
Betroffen sind Menschen älter als 40 Jahre, die durch eine hohe Häufigkeit von Familienformen gekennzeichnet sind. Die Hauptursache für späte Komplikationen bei Diabetes ist Hyperglykämie, die zu Blutgefäßschäden und Funktionsstörungen verschiedener Gewebe und Organe führt. Einer der Hauptmechanismen der Gewebeschädigung bei Diabetes mellitus ist die Glykosylierung von Proteinen, was zu einer Änderung ihrer Konformation und ihrer Funktionen führt. Makroangiopathien manifestieren sich in der Niederlage großer und mittlerer Gefäße des Herzens, des Gehirns und der unteren Extremitäten (Gangrän). Die Mikroangiopathie ist das Ergebnis einer Schädigung der Kapillaren und kleinen Gefäße und manifestiert sich in Form von Nephro-, Neuro- und Retinopathie. Bei der Mikroangiopathie spielt die Glykosylierung von Proteinen eine gewisse Rolle, die zum Auftreten von Nephropathie (beeinträchtigter Nierenfunktion) und Retinopathie (bis zum Sehverlust) führt.
Kollagen bildet die Basis für kapillare Basalmembranen. Der erhöhte Gehalt an glykosyliertem Kollagen führt zu einer Abnahme seiner Elastizität, Löslichkeit, vorzeitigen Alterung und der Entwicklung von Kontrakturen. In den Nieren führen solche Veränderungen zur Verwüstung der Glomeruli und zu chronischem Nierenversagen.
Glykosylierte Lipoproteine, die sich in der Gefäßwand ansammeln, führen zur Entwicklung von Hypercholesterinämie und Lipidinfiltration. Sie dienen als Grundlage für Atherome, es kommt zu einer Verletzung des Gefäßtonus, die zu Atherosklerose führt.
2.5 Test auf Glukosetoleranz.
Nach der Einnahme kann die Glukosekonzentration 300 bis 500 mg / dl erreichen und bleibt nach der Adsorptionsperiode hoch, d. H. Die Glukosetoleranz nimmt ab und wird bei der latenten Form von Diabetes mellitus beobachtet. In diesen Fällen haben die Menschen keine klinischen Symptome, die für Diabetes charakteristisch sind, und die Glukosekonzentration im Fasten ist normal.
Ein oraler Glukosetoleranztest wird durchgeführt, um eine versteckte Form von Diabetes zu identifizieren. Bestimmen Sie dazu den Nüchternglukosespiegel im Blut. Danach erhält der Patient eine Glukoseladung mit einer Rate von 1 g pro kg Gewicht, dann wird alle 30 Minuten für 3 Stunden der Blutzuckerspiegel bestimmt. Die Ergebnisse werden als Kurve dargestellt.
3. Labor- und praktische Arbeit:
3.1. Bestimmung des Blutzuckers mit dem One Touch Ultra Glucometer.
Bestimmen Sie die Fastenglukose bei einem Schüler. Analyse durchführen. Bringen Sie einen Tropfen Blut mit dem Finger in den Testbereich im oberen Teil des Teststreifens und halten Sie ihn in dieser Position, bis die Kapillare vollständig gefüllt ist. Auf dem Bildschirm erscheint 5 Sekunden lang ein Bericht, wonach der Wert des Glukosegehalts in mmol / l angezeigt wird. Nach dem Entfernen des Teststreifens erlischt das Bild auf dem Bildschirm des Geräts und es ist für die nächste Analyse bereit.
Arbeitsfortschritt: Waschen Sie Ihre Hände mit warmem Wasser und Seife und trocknen Sie sie gründlich ab. Behandeln Sie den Finger mit einem mit Ethylalkohol angefeuchteten Wattestäbchen und trocknen Sie ihn ab. Der sterile Vertikutierer punktiert die Haut Ihres Fingers und drückt daraus einen Blutstropfen, den Sie in die Kapillare des Teststreifens geben. Anschließend die Punktionsstelle mit einem mit Ethylalkohol angefeuchteten Wattestäbchen behandeln.
2. Geben Sie einen Drink mit süßem Tee.
3. Bestimmen Sie den Glukosegehalt nach 30 Minuten ab dem Zeitpunkt der Belastung.
4. Bestimmen Sie den Glukosegehalt nach 2,5 Stunden ab dem Zeitpunkt der Belastung.
Glykogenabbau
Der Inhalt
Die Leber ist die Hauptquelle für Glykogenreserven. Beim Fasten wird Glucagon ausgeschieden, das den Abbau von Leberglykogen zu Glukose stimuliert. Glukose gelangt in den Blutkreislauf und wird mit dem Blutstrom in das Gehirn übertragen, wo es als Energiequelle für dieses Organ dient. Mit dem Abbau von Glykogen in der Leber wird die Umwandlung von Glucose-6-phosphat in Glucose durch Glucose-6-phosphatase katalysiert
Glykogenabbau ist normal
Glykogen wird in den Muskeln und in der Leber gespeichert. Während des Fastens wird Leberglykogen verbraucht, und bei erhöhter körperlicher Aktivität wird Muskelglykogen verbraucht.
Glykogenose Bearbeiten
Wenn Glykogenose Verstöße gegen die Speicherung von Glykogen beobachtet; 4 von 12 Arten von Glykogenosen sind in Abb. 1 dargestellt. 26.3–26.6.
Muskeln verwenden gespeichertes Glykogen ausschließlich als Energiequelle für ihre eigenen Bedürfnisse. Bei intensiven Belastungen in anaeroben Bedingungen beispielsweise mit der Wirkung von Adrenalin (die Reaktion "Sich selbst retten oder kämpfen"). Besonders intensive anaerobe Glykolyse tritt in den weißen Muskeln auf. Es gibt keine Glucose-6-Phosphatase in den Muskeln.
Glykogenose Typ I (Girke-Krankheit). Vom autosomal-rezessiven Typ geerbt. Die Krankheit wird durch einen Mangel an Glukose-6-Phosphatase in der Leber verursacht. Aus diesem Grund kann die Leber den Blutzuckerspiegel nicht regulieren. Bei Neugeborenen entwickelt sich eine schwere Hypoglykämie. Überschüssiges Glykogen wird in der Leber und in den Nieren gespeichert. Aufgrund der Anhäufung von Glucose-6-phosphat entwickeln sich Hyperlaktatämie, Hyperlipidämie, Hyperurikämie und Gicht.
Typ-II-Glykogenose (Pompe-Krankheit). Die Glykogenose vom Typ II wird autosomal-rezessiv vererbt. Die Ursache der Erkrankung ist ein saurer Mangel an a- (1-> 4) Glucosidase, einem Lysosomenenzym. Aufgrund der Ansammlung von Glykogen entwickelt sich die Kardiometik zwei bis drei Monate nach der Geburt. Außerdem betrifft es die Leber und die Muskeln, was zu einer allgemeinen Muskelschwäche führt. Es wird angenommen, dass bei der Behandlung der Glykogenose die Enzymersatztherapie Typ II wirksam sein wird.
Die Typ-III-Glykogenose (Cory-Krankheit) wird durch einen Mangel des Enzyms verursacht, bei dem sowohl die Leber als auch andere Organe eine abnormale Form von Glykogen - Restdextrin - ansammeln. Hierbei handelt es sich um ein verzweigtes Molekül, in dem sich statt vollwertiger Äste an den Stellen von a- (1-6-Bindungen, verkürzte Äste) befinden. Die Erkrankung ist gekennzeichnet durch Hypoglykämie und Hepatomegalie
Die Typ-V-Glykogenose (Mac-Ardla-Krankheit) wird autosomal rezessiv vererbt. Ursache ist ein Mangel an Muskelphosphorylase (Myophosphorylase). Bei der Typ-V-Glykogenose können Muskeln das Muskelglykogen nicht zur Energiegewinnung abbauen. Bei körperlicher Anstrengung leiden solche Patienten unter rascher Ermüdung und Muskelkrämpfen, es wird eine Myoglobinurie beobachtet
Abb. 26.6. Glykogenose Typ I (Girke-Krankheit).
Auflösung von Glykogen (Glykogenolyse)
Für den normalen Stoffwechsel des Körpers reicht in der Regel ausreichend Glukose im Futter der Nahrung des Tieres. Ansonsten können Glykogenreserven des Leber- und Muskelgewebes mobilisiert werden.
Der Abbau von Glykogen beruht auf der sequentiellen Entfernung von Glucoseresten in Form von Glucose-1-phosphat. Die erste Glykogenzersetzungsreaktion wird durch das Enzym Glykogenphosphorylase katalysiert. Phosphat ist daran beteiligt und wird daher als Phosphorolyse bezeichnet. Die Reaktion führt zum Abbau der glycosidischen Bindung von a-1,4-Glykogen unter Bildung von Glucose-1-phosphat:
In der folgenden Reaktion erfolgt die Isomerisierung von Glucose-1-phosphat unter dem Einfluss des Enzyms Phospholukomutase unter Bildung von Glucose-6-phosphat:
In der Leber (aber nicht in den Muskeln) wird Glucose-6-phosphat, das beim Abbau von Glykogen entsteht, durch Glucose-6-phosphat unter Freisetzung von freier Glucose hydrolysiert:
Das Gesamtgleichgewicht der Trennung eines Glucoserests von einem Glykogenmolekül in der Leber durch Glycogenolyse kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
Es ist zu beachten, dass die Energie in Form von ATP bei der Glykogenolyse nicht verwendet und nicht gebildet wird. In peripheren Geweben zerfällt Glucose-6-phosphat, das während der Glykolyse gewonnen wird, im weißen Muskelgewebe zu Milchsäure und wird vollständig zu CO oxidiert2 und H20 in roten Muskeln.
Die Leber hat eine enorme Fähigkeit, Glykogen zu speichern. In der menschlichen Leber kann der Glykogengehalt 10% der feuchten Masse der Drüse erreichen. Der Glykogenspiegel in den Muskeln ist viel geringer - 1-2% ihrer Gesamtmasse, aber quantitativ ist das Glykogen im Muskelgewebe des Tieres signifikant höher, wenn man das Verhältnis von Muskelmasse zu Lebermasse berücksichtigt.
Das Glykogen der Muskeln und der Leber spielt verschiedene Rollen. Das Muskelglykogen dient als Reserve für die Synthese von ATP für dieses Gewebe, während die Funktion des Leberglykogens darin besteht, Glukose zu reservieren, um die Konzentration an freier Glukose im Blut aufrechtzuerhalten. Der Gehalt an Glykogen in der Leber variiert stark in Abhängigkeit vom Kohlenhydratgehalt in der Ernährung des Tieres.
Die Prozesse der Glykogenese und der Glykogenolyse in der Leber fungieren als „Puffer“ für den Blutzuckerspiegel. Diese Funktion dieser Prozesse ist jedoch in Bezug auf das Muskelgewebe unbedeutend. Mechanische Arbeit ist eine Voraussetzung für die Mobilisierung von Muskelglykogen, um zusätzliche Mengen an ATP zu erhalten. Der Grad der Glykogennutzung hängt vom Typ (weiß oder rot) der Muskelfaser ab. Rote Muskelfasern haben ein reichhaltiges Netz von Blutgefäßen, enthalten große Mengen an Myoglobin und Mitochondrien. In diesen Zellen wird Glykogen in Brenztraubensäure umgewandelt, die in Gegenwart von Sauerstoff zu C0 oxidiert werden kann2 und H20
Die Prozesse der Glykogenolyse und der Glykogenese hängen mit dem Bedarf des Körpers an Glukose - der ATP-Quelle - zusammen. Die Regulierung dieser Prozesse ist schwierig. Es handelt sich dabei um die allosterischen Enzyme Glykogen-Synthase und Glykogen-Phosphorylase. Ihre Aktivität wird von Hormonen ausgeübt - den ersten extrazellulären Botenstoffen (Glucagon und Adrenalin) und dem cyclischen AMP (cAMP), dem sekundären intrazellulären Botenstoff.
Glucagon sorgt für die Glykogenolyse in der Leber aufgrund der Aktivierung der Glykogenphosphorylase. Glucagon bewirkt auch die Hemmung der Glykogen-Synthase-Aktivität. Glukagon in der Leber sorgt somit für den Abbau von Glykogen, um den Blutzuckerspiegel zu normalisieren. Adrenalin, das die Glykogenphosphorylase aktiviert, stimuliert die Ausscheidung von freier Glukose aus der Leber in die Blutbahn für die Bedürfnisse aller peripheren Organe des Körpers.
Muskelglykogenabbau
Es ist bekannt, dass die Phosphorolyse eine Schlüsselrolle bei der Mobilisierung von Polysacchariden spielt. (In den Geweben von Mensch und Tier entdeckten die sowjetischen Biochemiker E.L. Rosenfeld und I.A. Popova auch das γ-Amylaseenzym, das die Abspaltung von Glucoseresten vom Glykogenmolekül durch α-1,4-Bindungen katalysiert. Die Hauptrolle beim Abbau von Glykogen in Zellen gehört zu Phosphorylasen.) Phosphorylasen wandeln Polysaccharide (insbesondere Glykogen) aus der Speicherform in die metabolisch aktive Form um; In Gegenwart von Phosphorylase zerfällt Glykogen zu Glucosephosphatester (Glucose-1-phosphat), ohne es zunächst in größere Fragmente des Polysaccharidmoleküls aufzubrechen.
Die durch Phosphorylase katalysierte Reaktion sieht in der Regel so aus:
In dieser Reaktion (C6H10O5)n bedeutet die Glykogenpolysaccharidkette a (C6H10O5)n-1 die gleiche Kette, jedoch um einen Glucoserest gekürzt.
In fig. 82 zeigt den Verlauf des Glykogenabbaus zu Glucose-1-phosphat und die Beteiligung von cAMP an diesem Prozess. Das Enzym Phosphorylase existiert in zwei Formen, von denen eine (Phosphorylase "a") aktiv ist, während die andere (Phosphorylase "c") normalerweise inaktiv ist. Beide Formen können sich in Untereinheiten auflösen. Phosphorylase "b" besteht aus zwei Untereinheiten und Phosphorylase "a" - aus vier. Die Transformation von Phosphorylase "in" in Phosphorylase "a" wird durch Proteinphosphorylierung gemäß der folgenden Gleichung durchgeführt:
2 mol. Phosphorylase "in" + 4 ATP ->
1 mol. Phosphorylase "a" + 4 ADP
Diese Reaktion wird durch ein Enzym namens Phosphorylase-Kinase katalysiert. Es wurde gefunden, dass diese Kinase sowohl in aktiver als auch inaktiver Form vorliegen kann, wobei die inaktive Phosphorylasekinase unter dem Einfluss des Enzyms Proteinkinase (Phosphorylasekinase) aktiv wird. Die aktive Form des letzteren wird unter Beteiligung von cAMP gebildet. Wie bereits erwähnt, wird cAMP wiederum durch die Wirkung des Enzyms Adenylatcyclase aus ATP gebildet. Diese Reaktion wird insbesondere durch Adrenalin und Glucagon stimuliert. Eine Erhöhung des Adrenalingehalts führt entlang dieser komplexen Reaktionskette zur Umwandlung von Phosphorylase "in" in Phosphorylase "a" und folglich zur Freisetzung von Glucose in Form von Glucose-1-phosphat aus dem Glykogenspeicherpolysaccharid. Die Rücktransformation der Phosphorylase "a" in Phosphorylase "in" wird durch das Enzym Phosphatase katalysiert (diese Reaktion ist nahezu irreversibel).
Es sei darauf hingewiesen, dass die Phosphorylase "a" Glucosereste ausgehend vom peripheren Ende der äußeren Verzweigungen des Glykogenmoleküls spaltet. Wenn sie sich α (1 -> 6) -Verbindungen nähert, hört ihre Wirkung auf. Mit anderen Worten setzt sich die Phosphorolyse nur bis zu den Verzweigungspunkten im Glykogenmolekül fort. Das Enzym Amylo-1,6-glucosidase kann (1-> 6) -Verbindungen am Verzweigungspunkt spalten, woraufhin die Phosphorylase "a" wieder die Möglichkeit hat, bis zum nächsten Verzweigungspunkt zu wirken usw.
Das durch Phosphorolyse gebildete Glucose-1-phosphat wird durch die Phosphoglucomutase weiter in Glucose-6-phosphat umgewandelt:
Damit diese Reaktion ablaufen kann, ist eine phosphorylierte Form der Phosphoglucomutase erforderlich, dh ihre aktive Form, die in Gegenwart von Glucose-1,6-diphosphat gebildet wird. Daher spielt Glucose-1,6-diphosphat in der Phosphoglucomutase-Reaktion die Rolle eines Coenzyms. (Glucose-1,6-diphosphat ist das Produkt der folgenden Reaktion: Glucose-1-phosphat + ATP-Glucose-1,6-diphosphat + ADP).
Die Bildung von freiem Glucose aus Glucose-6-phosphat in der Leber erfolgt unter dem Einfluss von Glucose-6-Phosphatase. (Im Gegensatz zur Leber gibt es im Muskelgewebe keine Glucose-6-phosphatase.) Dieses Enzym katalysiert die hydrolytische Spaltung von Phosphat:
In fig. 83 zeigt die Wege zum Abbau und zur Synthese von Glykogen.
Es kann davon ausgegangen werden, dass die Aufrechterhaltung der Konstanz der Zuckerkonzentration im Blut in erster Linie auf den gleichzeitigen Fluss von zwei Prozessen zurückzuführen ist: der Eintrag von Glukose aus der Leber in das Blut und dessen Verbrauch aus dem Blut durch die Gewebe, wo sie hauptsächlich als Energiematerial verwendet wird.
In den Geweben (einschließlich der Leber) gibt es zwei Hauptwege für den Abbau von Glukose: den anaeroben Weg, der in Abwesenheit von Sauerstoff verläuft, und den aeroben Weg, der Sauerstoff benötigt.
Glykogenabbau
Der Weg des Glykogenabbaus in freier Glukose unterscheidet sich von seiner Synthese. Es enthält eine Reihe anderer Enzyme. Die Glykogenphosphorylase katalysiert die erste Katabolismusreaktion von Glykogen - das Aufbrechen der alpha-1,4-glycosidischen Bindung zwischen Glucoseresten an den Kettenenden durch Phosphorolyse, dh Wechselwirkung mit anorganischem Phosphat. Die letzten Glucosereste werden in Form von Glucose-1-phosphat abgespalten. Somit unterscheidet sich das Verfahren zum Brechen von alpha-1,4-glycosidischen Bindungen von Glykogen in Geweben von ihrem hydrolytischen Bruch unter der Wirkung von Amylase im Gastrointestinaltrakt. Die Phosphorylasereaktion wird wiederholt, bis 4 Glucosereste bis zum Verzweigungspunkt verbleiben. Dann transferiert das alpha (1®6) -Glucosidase-Enzym das Triglucose-Enzym an das Ende der benachbarten Kette, und der vierte Glucoserest, der durch die alpha-1,6-glycosidische Bindung gebunden ist, spaltet auf hydrolytische Weise als freie Glucose. Als nächstes katalysiert Glykogenphosphorylase die Spaltung von Glucoseresten zu einem neuen Verzweigungspunkt.
Glucose-1-Phosphat-Moleküle werden unter dem Einfluss von Phosphoglucomutase in Glucose-6-Phosphat umgewandelt, das dieselbe Reaktion in entgegengesetzter Richtung während der Glykogen-Biosynthese katalysiert. Der Übergang von Glucose-6-phosphat zu freier Glucose kann durch die Hexokinase-Reaktion nicht durchgeführt werden, da sie irreversibel ist. In Leber und Niere befindet sich das Enzym Glucose-6-phosphatase, das die Hydrolysereaktion von Glucose-6-phosphat zu Glucose katalysiert. Freie Glukose gelangt in das Blut und dringt in andere Organe ein. In Muskeln, Gehirn und anderen Geweben fehlt Glukose-6-Phosphatase. Somit dient das Glykogen der Leber als Glukosequelle für den gesamten Organismus, und das Glykogen der Muskeln und des Gehirns zerfällt zu Glucose-6-phosphat, das in diesen Geweben verwendet wird.
Der Abbau von Glykogen zu Milchsäure (Glykogenolyse)
Glukose, die aus dem Blut stammt, und Glukoserückstände von abgelagertem Glykogen dienen als Muskelglykolyse-Substrat. Aufgrund der sequentiellen Wirkung von Glykogenphosphorylase und Phosphoglucomutase werden die Glucosereste von Glykogen in Glucose-6-phosphat umgewandelt, das dann in den Glykolyseprozess einbezogen wird:
Bei der Glykogenolyse wird ATP nur einmal zur Bildung von Fructose-1,6-diphosphat verbraucht. Berücksichtigt man die ATP-Kosten für die Glykogenbiosynthese (zwei ATP-Moleküle für den Einschluss eines Glucoserests), so beträgt die Nettoausbeute nur 1 ATP-Molekül pro 1 Glucoserest. Der Verbrauch von ATP zur Synthese von Glykogen in den Muskeln findet im Ruhezustand statt, wenn die Ablagerung von Glykogen ausreichend mit Sauerstoff und Energie versorgt wird. Während eines intensiven Trainings führt der anaerobe Abbau von Glykogen zu Milchsäure zu einer größeren ATP-Ausbeute als der Abbau von Glukose.