Glykogen ist ein Reservekohlenhydrat von Tieren, das aus einer großen Menge an Glucoseresten besteht. Die Zufuhr von Glykogen ermöglicht es Ihnen, den Mangel an Glukose im Blut schnell aufzufüllen, sobald sein Spiegel abnimmt, sich Glykogen spaltet und freie Glukose in das Blut gelangt. Beim Menschen wird Glukose hauptsächlich als Glykogen gespeichert. Es ist für die Zellen nicht rentabel, einzelne Glucosemoleküle zu speichern, da dies den osmotischen Druck innerhalb der Zelle erheblich erhöhen würde. Glykogen ähnelt in seiner Struktur Stärke, dh einem Polysaccharid, das hauptsächlich von Pflanzen gespeichert wird. Stärke besteht auch aus miteinander verbundenen Glucoseresten, jedoch gibt es viel mehr Verzweigungen in Glykogenmolekülen. Eine qualitativ hochwertige Reaktion auf Glykogen - die Reaktion mit Jod - ergibt eine braune Farbe, im Gegensatz zur Reaktion von Jod mit Stärke, die eine violette Farbe ermöglicht.
Regulierung der Glykogenproduktion
Die Bildung und der Abbau von Glykogen regulieren verschiedene Hormone, nämlich:
1) Insulin
2) Glucagon
3) Adrenalin
Die Bildung von Glykogen tritt auf, nachdem die Glukosekonzentration im Blut ansteigt: Wenn viel Glukose vorhanden ist, muss sie für die Zukunft gespeichert werden. Die Aufnahme von Glukose durch Zellen wird hauptsächlich durch zwei Hormonantagonisten reguliert, das heißt Hormone mit entgegengesetzter Wirkung: Insulin und Glucagon. Beide Hormone werden von Pankreaszellen ausgeschieden.
Bitte beachten Sie: Die Wörter "Glucagon" und "Glycogen" sind sehr ähnlich, aber Glucagon ist ein Hormon und Glycogen ist ein Ersatzpolysaccharid.
Insulin wird synthetisiert, wenn viel Glukose im Blut vorhanden ist. Dies geschieht in der Regel, nachdem eine Person gegessen hat, insbesondere wenn es sich um kohlenhydratreiche Lebensmittel handelt (z. B. wenn Sie Mehl oder süße Speisen essen). Alle in der Nahrung enthaltenen Kohlenhydrate werden zu Monosacchariden abgebaut und bereits in dieser Form durch die Darmwand ins Blut aufgenommen. Dementsprechend steigt der Blutzuckerspiegel.
Wenn Zellrezeptoren auf Insulin ansprechen, absorbieren die Zellen Glukose aus dem Blut und ihr Spiegel nimmt wieder ab. Übrigens, deshalb wird Diabetes - Mangel an Insulin - bildlich als "Hunger unter Überfluss" bezeichnet, da im Blut nach dem Verzehr von kohlenhydratreichen Nahrungsmitteln viel Zucker erscheint, aber ohne Insulin können die Zellen ihn nicht aufnehmen. Ein Teil der Glukosezellen wird zur Energiegewinnung verwendet und der Rest wird in Fett umgewandelt. Leberzellen verwenden absorbierte Glukose, um Glykogen zu synthetisieren. Wenn im Blut wenig Glukose vorhanden ist, erfolgt der umgekehrte Vorgang: Die Bauchspeicheldrüse sekretiert das Hormon Glukagon und die Leberzellen beginnen, Glykogen abzubauen, Glukose ins Blut freizusetzen oder Glukose aus einfacheren Molekülen wie Milchsäure wieder herzustellen.
Adrenalin führt auch zum Abbau von Glykogen, da die gesamte Wirkung dieses Hormons darauf abzielt, den Körper zu mobilisieren und ihn auf die Art der "Hit-Run-Reaktion" vorzubereiten. Und dazu ist es notwendig, dass die Glukosekonzentration höher wird. Dann können die Muskeln es zur Energiegewinnung nutzen.
So führt die Aufnahme von Nahrungsmitteln zur Freisetzung des Hormons Insulin im Blut und zur Synthese von Glykogen, und Hunger führt zur Freisetzung des Hormons Glucagon und zum Abbau von Glykogen. Die Freisetzung von Adrenalin, die in Stresssituationen auftritt, führt auch zum Abbau von Glykogen.
Woraus wird Glykogen synthetisiert?
Glucose-6-phosphat dient als Substrat für die Glykogensynthese oder Glykogenogenese, wie es anders genannt wird. Dies ist ein Molekül, das aus Glukose erhalten wird, nachdem ein Phosphorsäurerest an das sechste Kohlenstoffatom gebunden wurde. Glukose, die Glukose-6-phosphat bildet, gelangt aus dem Blut in die Leber und aus dem Darm in das Blut.
Eine andere Möglichkeit ist möglich: Glukose kann aus einfacheren Vorläufern (Milchsäure) re-synthetisiert werden. In diesem Fall gelangt Glukose aus dem Blut beispielsweise in die Muskeln, wo sie unter Freisetzung von Energie in Milchsäure gespalten wird, und die angesammelte Milchsäure wird in die Leber transportiert, und die Leberzellen synthetisieren daraus Glukose. Dann kann diese Glukose in Glukose-6-Phosphot umgewandelt werden und auf deren Basis Glykogen synthetisiert werden.
Stufen der Glykogenbildung
Was passiert also im Prozess der Glykogensynthese aus Glukose?
1. Glucose wird nach Zugabe des Phosphorsäurerestes zu Glucose-6-phosphat. Dies ist auf das Enzym Hexokinase zurückzuführen. Dieses Enzym hat verschiedene Formen. Hexokinase in den Muskeln unterscheidet sich geringfügig von Hexokinase in der Leber. Die Form dieses Enzyms, die in der Leber vorhanden ist, ist schlechter mit Glukose verbunden, und das während der Reaktion gebildete Produkt hemmt die Reaktion nicht. Aufgrund dessen können die Leberzellen Glukose nur dann absorbieren, wenn viel davon vorhanden ist, und ich kann sofort viel Substrat in Glukose-6-phosphat umwandeln, selbst wenn ich keine Zeit für die Verarbeitung habe.
2. Das Enzym Phosphoglucomutase katalysiert die Umwandlung von Glucose-6-phosphat zu seinem Isomer Glucose-1-phosphat.
3. Das resultierende Glucose-1-phosphat verbindet sich dann mit Uridintriphosphat und bildet UDP-Glucose. Dieser Prozess wird durch das Enzym UDP-Glucose-Pyrophosphorylase katalysiert. Diese Reaktion kann nicht in die entgegengesetzte Richtung ablaufen, dh sie ist unter den Bedingungen, die in der Zelle vorhanden sind, irreversibel.
4. Das Enzym Glykogen-Synthase überträgt den Glukoserest auf das entstehende Glykogenmolekül.
5. Das Glykogen-fermentierende Enzym fügt Verzweigungspunkte hinzu, wodurch neue "Verzweigungen" im Glykogenmolekül entstehen. Später am Ende dieses Zweigs werden neue Glucosereste unter Verwendung von Glykogensynthase hinzugefügt.
Wo lagert Glykogen nach der Bildung?
Glykogen ist ein für das Leben notwendiges Ersatzpolysaccharid und wird in Form von kleinen Körnchen gelagert, die sich im Zytoplasma einiger Zellen befinden.
Glykogen speichert die folgenden Organe:
1. Leber Glykogen ist in der Leber ziemlich reichlich vorhanden und es ist das einzige Organ, das die Glykogenzufuhr zur Regulierung der Zuckerkonzentration im Blut verwendet. Bis zu 5-6% können Glykogen aus der Masse der Leber sein, was ungefähr 100-120 Gramm entspricht.
2. Muskeln In den Muskeln sind die Glykogenspeicher geringer (bis zu 1%), aber insgesamt können sie nach Gewicht das in der Leber gespeicherte Glykogen übersteigen. Muskeln geben nicht die Glukose ab, die nach dem Abbau von Glykogen im Blut gebildet wurde, sondern verwenden sie nur für ihren eigenen Bedarf.
3. Nieren Sie fanden eine kleine Menge Glykogen. Noch kleinere Mengen wurden in Gliazellen und Leukozyten, also weißen Blutkörperchen, gefunden.
Wie lange halten die Glykogenspeicher?
Im Prozess der vitalen Aktivität eines Organismus wird Glykogen ziemlich oft, fast jedes Mal nach einer Mahlzeit, synthetisiert. Der Körper ist nicht in der Lage, große Mengen an Glykogen zu speichern, da seine Hauptfunktion darin besteht, nicht so lange wie möglich als Nährstoffspender zu dienen, sondern die Zuckermenge im Blut zu regulieren. Glykogenspeicher halten etwa 12 Stunden.
Zum Vergleich gespeicherte Fette:
- Erstens haben sie normalerweise eine viel größere Masse als die Masse des gespeicherten Glykogens.
- zweitens können sie für einen Monat des Lebens ausreichen.
Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass der menschliche Körper Kohlenhydrate in Fette umwandeln kann, nicht umgekehrt, dh das gespeicherte Fett kann nicht in Glykogen umgewandelt werden, es kann nur direkt zur Energiegewinnung verwendet werden. Aber um Glykogen in Glukose zu zerlegen, dann zerstört man die Glukose selbst und verwendet das resultierende Produkt für die Synthese von Fetten, was dem menschlichen Körper durchaus gelingt.
Glykogen ist eine leicht nutzbare Energiereserve.
Mobilisierung von Glykogen (Glykogenolyse)
Glykogenreserven werden je nach den funktionellen Eigenschaften der Zelle unterschiedlich genutzt.
Das Leberglykogen wird abgebaut, indem die Glukosekonzentration im Blut, vor allem zwischen den Mahlzeiten, reduziert wird. Nach 12-18 Stunden Fasten sind die Glykogenspeicher in der Leber vollständig aufgebraucht.
In den Muskeln nimmt die Glykogenmenge normalerweise nur bei körperlicher Aktivität ab - länger und / oder intensiv. Glykogen wird hier verwendet, um die Funktion der Myozyten durch Glukose sicherzustellen. Daher verwenden Muskeln sowie andere Organe Glykogen nur für ihre eigenen Bedürfnisse.
Die Mobilisierung (Zersetzung) von Glykogen oder Glykogenolyse wird aktiviert, wenn freie Glukose in der Zelle und damit im Blut fehlt (Fasten, Muskelarbeit). Der Blutzuckerspiegel unterstützt "absichtlich" nur die Leber, in der sich Glucose-6-Phosphatase befindet, die den Glucosephosphatester hydrolysiert. Die im Hepatozyten gebildete freie Glukose wird durch die Plasmamembran in das Blut freigesetzt.
Drei Enzyme sind direkt an der Glykogenolyse beteiligt:
1. Phosphorylaseglykogen (Coenzympyridoxalphosphat) - spaltet α-1,4-glycosidische Bindungen unter Bildung von Glucose-1-phosphat. Das Enzym wirkt, bis 4 Glucosereste bis zum Verzweigungspunkt (α1,6-Bindung) verbleiben.
Die Rolle der Phosphorylase bei der Mobilisierung von Glykogen
2. Die α (1,4) -α (1,4) -Glucanthransferase ist ein Enzym, das ein Fragment von drei Glucoseresten in eine andere Kette überführt und dabei eine neue α1,4-glycosidische Bindung bildet. Gleichzeitig verbleiben ein Glucoserest und eine "offene" zugängliche α1,6-glycosidische Bindung an derselben Stelle.
3. Amylo-α1,6-glucosidase (Enzym "detituschy") hydrolysiert die α1,6-glycosidische Bindung unter Freisetzung von freier (nicht phosphorylierter) Glucose. Dadurch wird eine Kette ohne Verzweigungen gebildet, die wiederum als Substrat für die Phosphorylase dient.
Die Rolle von Enzymen beim Abbau von Glykogen
Glykogen-Synthese
Glykogen kann in fast allen Geweben synthetisiert werden, aber die größten Glykogenspeicher befinden sich in der Leber und im Skelettmuskel.
In den Muskeln nimmt die Glykogenmenge normalerweise nur bei körperlicher Aktivität ab - länger und / oder intensiv. Die Anhäufung von Glykogen wird hier in der Erholungsphase festgestellt, insbesondere wenn Sie kohlenhydratreiche Nahrungsmittel einnehmen.
Das Leberglykogen wird abgebaut, indem die Glukosekonzentration im Blut vorwiegend zwischen den Mahlzeiten (nach der Adsorption) reduziert wird. Nach 12-18 Stunden Fasten sind die Glykogenspeicher in der Leber vollständig aufgebraucht. Glykogen reichert sich erst nach dem Essen in der Leber mit Hyperglykämie an. Dies liegt an den Besonderheiten der Leberkinase (Glukokinase), die eine geringe Affinität für Glukose aufweist und nur bei hohen Konzentrationen wirken kann.
Bei normalen Glukosekonzentrationen im Blut wird keine Erfassung durch die Leber durchgeführt.
Die folgenden Enzyme synthetisieren direkt Glykogen:
1. Phosphoglucomutase - wandelt Glucose-6-phosphat in Glucose-1-phosphat um;
2. Glucose-1-phosphat-Uridyltransferase - ein Enzym, das die Schlüsselsynthesereaktion durchführt. Die Irreversibilität dieser Reaktion wird durch Hydrolyse des resultierenden Diphosphats gewährleistet;
Reaktionen der Synthese von UDP-Glucose
3. Glykogen-Synthase - bildet α1,4-glycosidische Bindungen und verlängert die Glykogen-Kette, wobei aktivierte C 1 UDF-Glucose an einen C 4-terminalen Glykogenrest gebunden wird;
Chemie der Glykogen-Synthesereaktion
4. Amylo-α1,4-α1,6-glycosyltransferase, Enzym "Glykogenverzweigung" - überträgt ein Fragment mit einer Mindestlänge von 6 Glucoseresten an eine benachbarte Kette unter Bildung einer α1,6-glycosidischen Bindung.
Chemikerhandbuch 21
Chemie und chemische Technologie
Glykogenabbau zu Glukose
Bei der Phosphorolyse zersetzt sich Glykogen somit unter Bildung von Glucosephosphorsäureester, ohne ihn zunächst in größere Fragmente des Polysaccharidmoleküls aufzuspalten. [S.251]
Phosphorylasen übertragen Polysaccharide (insbesondere Glykogen) aus der Speicherform in die metabolisch aktive Form in Gegenwart von Phosphorylase, und Glykogen bricht unter Bildung von Glucosephosphatether (Glucose-1-phosphat) ab, ohne ihn in größere Fragmente des Polysaccharidmoleküls aufzuteilen. Allgemein kann diese Reaktion wie folgt dargestellt werden [S.325]
Später werden wir diese wichtige Frage ausführlicher beantworten (Kap. 25). Jetzt sagen wir nur noch, dass das Nebennierenmark, wenn sich der Körper plötzlich in einer kritischen Situation befindet, das Hormon Adrenalin in das Blut abgibt, das als molekulares Signal für Leber und Muskeln dient. Unter dem Einfluss dieses Signals schaltet die Leber ihre Glykogenphosphorylase ein, wodurch der Blutzuckerspiegel ansteigt, d.h. Muskeln bekommen Treibstoff. Das gleiche Signal beinhaltet im Skelettmuskel den Abbau von Glykogen unter Bildung von Laktat, wodurch es erhöht wird [S.464]
Die Verdauung von Kohlenhydraten in der Nahrung beginnt in der Mundhöhle. Unter der Wirkung des Enzyms Speichelamylase werden Stärke und Glykogen flach gespalten, um Polysaccharide mit niedrigem Molekulargewicht - Dextrine - zu bilden. Eine weitere Zersetzung von Dextrinen sowie unverdauter Stärke und Glissogen findet im Dünndarm unter Beteiligung von Pankreassaftamylase statt. Das Ergebnis ist ein Disaccharid Maltose, bestehend aus zwei Glucoseresten. Der Abbau von Kohlenhydraten wird durch die Umwandlung der gebildeten Maltose und anderer Nahrungsmitteldisaccharide (Saccharose, Laktose) in Monosaccharide (Glukose, Fruktose, Galaktose) vervollständigt, deren Hauptbestandteil Glukose ist. [c.44]
Komplexe Kohlenhydrate beginnen bereits in der Mundregion, sich umzuwandeln. Speichel, ein Sekret, das von den Speicheldrüsen (Parotis, Submandibular, Sublingual) produziert wird, enthält zwei Enzyme, die Kohlenhydrat-Amylase (Amylase des Speichels, die als Ptyalin bezeichnet wird) und in einer geringen Menge Maltase abbauen. Diese Enzyme bringen durch aufeinanderfolgende Einwirkung von Stärke oder Glykogen den Abbau (Hydrolyse) dieser Polysaccharide zur Bildung von Glucose. [c.241]
Damit Glykogen-Phosphorylase unter Glykogenwirkung abgebaut werden kann, muss auch ein anderes Enzym auf das Polysaccharid wirken. (1 -> 6) -Glucosidase. Dieses Enzym katalysiert zwei Reaktionen. Im ersten Fall spaltet er drei Glucosereste von den vier genannten aus der Kette und überträgt sie an das Ende einer anderen äußeren Seitenkette. In der zweiten Reaktion, katalysiert durch eine (1 - + -> 6) -Glucosidase, wird der vierte Glucoserest gespalten, der am Verzweigungspunkt einer (1-> 6> -Bindung gebunden ist. Die Hydrolyse einer (1-> 6> -Bindung am Verzweigungspunkt führt zu die Bildung eines Moleküls D-Glucose und von- [S.457]
Glykogen löst sich in heißem Wasser und bildet eine opaleszierende Lösung. Es ist mit Jod in rotbrauner Farbe bemalt, die der Farbe von jodfarbenem Amylopektin nahe kommt. Glykogen hat keine reduzierenden Eigenschaften. Während der Hydrolyse von Glykogen durch verdünnte Mineralsäure sowie durch Spaltung mit Enzymen wird a-O-Glucose gebildet. Die Reste von Glucosemolekülen in Glykogenmolekülen sind durch die glucosidischen Bindungen 1,4 und 1,6 miteinander verbunden. Somit hat das Glykogenmolekül wie Amylopektin eine verzweigte Struktur mit einer größeren Menge von 1,6 glucosidischen Bindungen (bei 12 Bindungen von 1,4 gibt es eine 1,6-Bindung) als im Amylopektinmolekül und daher stärker verzweigt und kompakter (Abb. 5). [c.74]
Die Funktion der Leber im Kohlenhydratstoffwechsel ist extrem groß und vielfältig. Es ist in der Lage, Glykogen aus Glukose- und Nicht-Kohlenhydratmaterial zu synthetisieren. Ein solches Material kann Milchsäure, Glycerin, die Spaltprodukte von Glycocol, Alanin, Tyrosin, Phenylalanin, Serin, Threonin, Cystein, Valin, Isoleucin, Asparagin- und Glutaminsäuren, Arginin und Prolin sein. Dies sind die sogenannten Glucogensäuren. Die Leber kann Brenztraubensäure zu ATP oxidieren, das von der Leber zur Umwandlung von Milchsäure in Glykogen verwendet wird. [ca. 84]
Bei der Untersuchung des Glykogenstoffwechsels in Skelettmuskelzellen wurde erstmals mit AMP-abhängiger Phosphorylierung von Proteinen nachgewiesen. Glykogen ist die Hauptreserve von Glukose. Wie bereits erwähnt, wird der Zerfall in Muskelzellen durch Adrenalin reguliert (Adrenalin reguliert tatsächlich sowohl den Abbau von Glykogen als auch seine Synthese im Skelettmuskel). Wenn das Tier zum Beispiel Stress ausgesetzt ist (Angst usw.), werden die Nebennieren Adrenalin ins Blut werfen, wodurch die verschiedenen Körpergewebe in einen Bereitschaftszustand gebracht werden. Adrenalin, das im Blut zirkuliert, bewirkt insbesondere den Abbau von Glykogen in Muskelzellen zu Glucose-1-phosphat und hemmt gleichzeitig die Synthese von neuem Glykogen. Glucose-1-phosphat wird in Glucose-6-phosphat umgewandelt, das in Glykolysereaktionen unter Bildung von ATP oxidiert wird, wodurch Energie für intensive Muskelarbeit bereitgestellt wird. Auf diese Weise bereitet Adrenalin die Muskelzellen für intensive Arbeit vor. [c.372]
Beim Menschen ist eine Anzahl genetischer Erkrankungen bekannt, die mit einer gestörten Synthese oder einem Abbau von Glykogen verbunden sind. Einer der ersten Fälle war eine chronische Lebervergrößerung - bei einem 8-jährigen Mädchen, das auch verschiedene Arten von Stoffwechselstörungen hatte. Das Mädchen starb an der Grippe. Eine Autopsie ergab, dass ihre Leber das Dreifache der Norm war, sie enthielt enorm viel Glykogen und hatte einen Anteil von fast 40% des Trockengewichts der Orgel. Das aus der Leber isolierte Glykogen war chemisch völlig normal, als jedoch ein Stück Lebergewebe homogenisiert und in einem Puffer inkubiert wurde, blieb dieses Glykogen intakt - es wurde weder Laktat noch Glukose gebildet. Wenn eine aus dem Gewebe einer normalen Leber hergestellte Suspension zu Glykogen gegeben wurde, brach sie schnell zu Glukose zusammen. Basierend auf diesem biochemischen Test schlussfolgerten die Forscher, dass der Patient den Glykogenabbau gestört hatte (diese Krankheit wird oft als Gyrke-Krankheit bezeichnet, nachdem der Name des Arztes, der sie beschrieben hat). Zunächst wurde angenommen, dass die Glucose-6-phosphatase das defekte Enzym war, da die erkrankte Leber keine Glucose bildete, aber die Abwesenheit der Lactatbildung zeigte an, dass der Defekt entweder die Glykogenphosphorylase oder das Debranching-Enzym betraf [a (1 - 6) a) -Glucosidase]. Später waren die Forscher der Meinung, dass es in diesem klassischen Fall von einer (1 - 6) -Glucosidase betroffen war. Als Folge davon könnten Glykogenmoleküle in der Leber in Glukose zerlegt werden oder [c.616]
Hier ist darauf hinzuweisen, dass der Abbau von Glykogen in der Leber unter Bildung von freier Glucose (Glykogenmobilisierung, S. 245) hauptsächlich durch Phosphorolytika erfolgt. Gleichzeitig wird Glykogen unter dem Einfluss von nicht Amylase, sondern hepatischer Phosphorylase unter Bildung von Glucose-1-monophosphorsäureether abgebaut (S. 251). Letzteres wird dann sehr schnell durch Leberphosphatasen in freie Glukose und Phosphorsäure gespalten. Folglich spalten Phosphorylase und Glucose-1-monophosphorische Etherphosphatase in der Leber Glykogen in einzelne Glucoseteilchen auf, ohne dass dazwischen Dextrine und Maltose gebildet werden, die charakteristische Produkte des hydrolytischen Glykogenabbaus (in Gegenwart von Amylase) sind. [S.245]
Der Stoffwechsel im Gehirn, in den Muskeln, im Fettgewebe und in der Leber ist sehr unterschiedlich. In einer normal ernährten Person ist Glukose praktisch die einzige Energiequelle für das Gehirn. Beim Fasten übernehmen Ketonkörper (Acetoacetat und 3-Hydroxybutyrat) die Rolle der Hauptenergiequelle für das Gehirn. Muskeln nutzen Glukose, Fettsäuren und Ketonkörper als Energiequelle und synthetisieren Glykogen als Energiereserve für ihre eigenen Bedürfnisse. Fettgewebe ist auf die Synthese, Lagerung und Mobilisierung von Triacylglycerinen spezialisiert. Vielfache Stoffwechselprozesse der Leber unterstützen die Arbeit anderer Organe. Die Leber kann schnell Glykogen mobilisieren und Glukoneogenese durchführen, um die Bedürfnisse anderer Organe zu erfüllen. Die Leber spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des Fettstoffwechsels. Wenn reichlich Energiequellen vorhanden sind, kommt es zur Fettsäuresynthese und Veresterung. Dann bewegen sie sich in Form von Lipoproteinen mit sehr geringer Dichte (VLDL) von der Leber zu Fettgewebe. Beim Fasten werden Fettsäuren in der Leber jedoch zu Ketonkörpern umgewandelt. Die Integration der Aktivität all dieser Organe erfolgt durch Hormone. Insulin signalisiert eine Fülle von Nahrungsressourcen, es stimuliert die Bildung von Glykogen und Triacylglycerolen sowie die Proteinsynthese. Glucagon dagegen signalisiert einen niedrigen Glucosegehalt im Blut, es stimuliert den Abbau von Glykogen und Gluconeogenese in der Leber und die Hydrolyse von Triacylglycerinen im Fettgewebe. Adrenalin und Noradrenalin wirken wie Glucagon auf Energieressourcen ein, mit dem Unterschied, dass ihr Hauptziel der Muskel und nicht die Leber ist. [ca. 296]
Insulin Eine wichtige Rolle im Kohlenhydratstoffwechsel und bei der Regulierung des Blutzuckers spielt das Hormon Insulin. Im Gegensatz zur Wirkung anderer Hormone senkt es die Konzentration von Zucker im Blut, erhöht die Umwandlung von Glukose in Glykogen in Leber und Muskeln, fördert die ordnungsgemäße Oxidation von Glukose in den Geweben und verhindert den Abbau von Glykogen in der Leber unter Bildung von Glukose. Insulin wirkt auf den Prozess der Glukosephosphorylierung mit der Bildung von Glukose-6-phosphat, dem ersten Schritt der Glukogenese oder der Bildung von Glykogen, ein. Wenn keine ausreichende Insulinzufuhr vorliegt, wird die Umwandlung von extrazellulärer Glucose in intrazelluläres Glucose-6-phosphat verzögert. [c.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). In diesem Fall handelt es sich bei dem geschädigten Enzym um die MAVN-abhängige Methämoglobinreduktase. Der erste Versuch, systematisch eine Gruppe von Erkrankungen des Menschen mit Stoffwechselstörungen zu untersuchen, wurde 1951 unternommen. In einer Studie zur Erkrankung der Glykogenansammlung [1044] zeigte das Cory-Paar, dass in acht von zehn Fällen eines pathologischen Zustands, der als Gyrke-Krankheit (23220) diagnostiziert wurde, die Struktur des Leberglykogens eine normale Variante war und in zwei Fällen deutlich beeinträchtigt war. Es war auch offensichtlich, dass sich überschüssig anhäufendes Leberglykogen nicht direkt in Zucker umwandeln kann, da die Patienten zu Hypoglykämie neigen. Viele Enzyme sind für den Abbau von Glykogen erforderlich, um Glukose in der Leber zu bilden. Zwei davon, Amylo-1,6-glucosidase und Glucose-6-phosphatase, wurden als mögliche defekte Elemente des Enzymsystems zur Untersuchung ausgewählt. In den Homogenisaten der Leber bei verschiedenen pH-Werten wurde die Phosphatfreisetzung aus Glucose-6-phosphat gemessen. Die Ergebnisse sind in Abb. 1 dargestellt. [c.10]
Somit wird eine energiereiche Phosphatbindung verbraucht, wenn Glucose-6-phosphat in Glykogen enthalten ist. Die Energieabgabe beim Abbau von Glykogen ist extrem hoch. Etwa 90% der Rückstände sind eine phosphorolytische Spaltung unter Bildung von Glucose-1-phosphat, das ohne Energiekosten in Glucose-b-phosphat übergeht. Die restlichen 10% der Rückstände gehören zu den Zweigen und werden hydrolytisch gespalten. Ein ATP-Molekül wird verwendet, um jedes dieser Glucosemoleküle zu Glucose-b-phosphat zu phosphorylieren. Die vollständige Oxidation von Glucose-b-phosphat ergibt siebenunddreißig [c.122]
Synthese und Abbau von Glykogen. Glykogen ist eine leicht mobilisierbare Form der Energiespeicherung. Es ist ein verzweigtes Polymer von Glucoseresten. Ein aktiviertes Glykogen-Syntheseintermediat ist UDP-Glucose, die aus Glucose-1-phosphat und UTP gebildet wird. Eine Lycogen-Synthase katalysiert die Übertragung eines Glucoserests von UDP-Glucose an die terminale Hydroxylgruppe der wachsenden Kette. Die Aufspaltung von Glykogen ist ein anderer Weg. Phosphorylase katalysiert den Abbau von Glykogen durch Orthophosphat unter Bildung von Glucose-1-phosphat. Synthese und Spaltung von Glykogen sind koordiniert mit [S.285]
Der Kohlenhydratstoffwechsel in jeder lebenden Zelle (lebender Stoff) ist ein einzelner Prozess, bei dem miteinander verbundene Reaktionen des Abbaus und der Synthese organischer Substanzen gleichzeitig verbunden sind. Im Zentrum des Kohlenhydratstoffwechsels bei Tieren befinden sich Glykogenese und Glycogenolyse, d. H. Die Prozesse der Bildung und des Abbaus von Glykogen. Sie kommen hauptsächlich in der Leber vor. Glykogen kann sowohl aus Kohlenhydraten als auch aus Nichtkohlenhydratquellen gebildet werden, wie zum Beispiel bestimmten Aminosäuren, Glycerin, Milch-, Pyruvin- und Propionsäure sowie aus vielen anderen einfachen Verbindungen. Der Begriff Glykogenolyse bezieht sich auf den tatsächlichen Abbau von Glykogen zu Glukose. Nun wird unter diesem Begriff jedoch häufig die gesamte Summe der Prozesse verstanden, die zur glykolytischen Bildung von Milchsäure führen, wenn das Ausgangssubstrat nicht Glukose, sondern Glykogen ist. Unter Glykolyse wird im Allgemeinen der Abbau von Kohlenhydraten von Anfang an verstanden, dh von Glukose oder Glykogen, es macht keinen Unterschied zu den Endprodukten. [c.376]
Während der alkoholischen Fermentation werden beim Aufspalten eines Glucosemoleküls vier ATP-Moleküle gebildet (50 kcal oder 210 kJ). Davon entfallen zwei auf funktionelle Aktivität und Synthese. Nach Berechnungen einiger Autoren sammelt sich bei der Glykolyse und Glykogenolyse 35–40 / o aller freigesetzten Energie in energiereiche Phosphorbindungen, während die restlichen 60–65% in Form von Wärme dispergiert werden. Die Leistungsfähigkeit von Zellen, Organen, die unter anaeroben Bedingungen arbeiten, liegt nicht über 0,4 (aerob 0,5). Diese Berechnungen basieren hauptsächlich auf Daten, die aus Muskelextrakten und Hefesaft gewonnen wurden. Unter den Bedingungen eines lebenden Organismus verbrauchen Muskelzellen, Organe und Gewebe Energie, wahrscheinlich viel mehr. Aus physiologischer Sicht ist der Prozess der Glykogenolyse und Glykolyse äußerst wichtig, insbesondere wenn Lebensprozesse unter Sauerstoffmangelbedingungen durchgeführt werden. Zum Beispiel besteht bei der kraftvollen Arbeit der Muskeln, insbesondere in der ersten Aktivitätsphase, immer eine Lücke zwischen der Zufuhr von Sauerstoff zu den Muskeln und ihrem Bedarf. In diesem Fall werden die anfänglichen Energiekosten weitgehend durch Glykogenolyse gedeckt. Ähnliche Phänomene werden bei verschiedenen pathologischen Zuständen (Hypoxie des Gehirns, Herzens usw.) beobachtet. Außerdem ist die potentielle Energie, die in der Milchsäure enthalten ist, letztendlich nicht an einen hochorganisierten Organismus verloren. Die entstehende Milchsäure wird schnell von den Muskeln in das Blut überführt und dann in die Leber transportiert, wo sie erneut in Glykogen umgewandelt wird. Der anaerobe Abbau von Kohlenhydraten unter Bildung von Milchsäure ist in der Natur sehr verbreitet und wird nicht nur in den Muskeln, sondern auch in anderen Geweben des tierischen Organismus beobachtet. [c.334]
Zum ersten Mal wurde die Abfolge der Ereignisse bei der Untersuchung des Glykogenstoffwechsels in Zellen des Skelettmuskels geklärt. Glykogen ist die Hauptreserve von Glukose. Seine Synthese und Zersetzung werden durch bestimmte Hormone streng reguliert. Wenn zum Beispiel ein Tier Angst hat oder einem anderen Stress ausgesetzt ist, sekretieren die Nebennieren Adrenalin in den Blutkreislauf und bringen so verschiedene Gewebe des Körpers in Bereitschaft. Zirkulierendes Adrenalin verursacht insbesondere den Abbau von Glykogen in den Epikonzellen zu Glucose-1-phosphat und stoppt gleichzeitig die Synthese von neuem Glykogen. Glucose-1-phosphat wird in Glucose-6-phosphat umgewandelt, das in Glykolysereaktionen oxidiert wird, was zur Bildung von ATP führt, das für die Arbeit von mypps notwendig ist. Auf diese Weise bereitet Adrenalin Muskelzellen für intensives Arbeiten vor. [c.271]
Siehe Seiten, auf denen der Begriff Glykogenspaltung unter Bildung von Glucose erwähnt wird: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
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Arzneimittel, Medizin, Biologie
Glykogen
Glykogen (trotz der Ungenauigkeit dieses Namens auch als „tierische Stärke“ bezeichnet) ist ein Polysaccharid, ein Homopolymer von α-Glucose, die Hauptform seiner Speicherung in tierischen Zellen, den meisten Pilzen, vielen Bakterien und Archaeen. Im menschlichen Körper bilden die Leber und der Skelettmuskel die Hauptakkumulationsstellen von Glykogen.
Die Fähigkeit der Leber, die Glukosekonzentration im Blut zu erhöhen, und das Vorhandensein einer stärkehaltigen Substanz, die als Glykogen bezeichnet wurde, wurde 1875 von Claude Bernard entdeckt.
Chemische Struktur
Glykogen ist ein α-Glucosehomopolymer, dessen Reste durch (α1 → 4) -Glucosidbindungen miteinander verbunden sind. Alle 8-10 Monomerreste verzweigen sich, die Seitenzweige sind durch ein Bündel verbunden (α1 → 6). Somit ist das Glykogenmolekül viel kompakter und verzweigter als Stärke. Der Polymerisationsgrad liegt nahe am Amylopektin.
Alle Glykogenzweige haben ein Nichtfrequenzende, so dass, wenn die Anzahl der Verzweigungen gleich n ist, das Molekül n-1 nicht seltene Enden und nur ein reduzierendes hat. Bei der Glykogenhydrolyse zur Nutzung als Energiequelle werden die Glucosereste von den nicht reduzierbaren Enden nacheinander abgespalten. Durch ihre große Anzahl können Sie den Prozess erheblich beschleunigen.
Die stabilste Konformation der Zweige mit (α1 → 4) - Ligament ist eine dichte Helix mit sechs Glucoseresten pro Umdrehung (die Ebene jedes Moleküls wird gegenüber dem vorherigen auf 60 ° zurückgestellt).
Um seine biologische Funktion zu erfüllen: die möglichst kompakte Speicherung von Glukose und gleichzeitig die Möglichkeit seiner schnellen Mobilisierung sicherzustellen, muss das Glykogen eine Struktur haben, die für mehrere Parameter optimiert ist: 1) Anzahl der Verzweigungsstufen (Ebenen); 2) die Anzahl der Zweige in jeder Schicht; 3) die Menge an Glucoseresten in jedem Zweig. Bei einem Glykogenmolekül mit einer konstanten Anzahl von Monomereinheiten nimmt die Anzahl der äußeren Verzweigungen, von denen Glucose bis zum Verzweigungspunkt mobilisiert werden kann, mit zunehmender durchschnittlicher Länge jeder Verzweigung ab. Die Dichte der äußersten Verzweigungen ist sterisch begrenzt, so dass die maximale Größe des Glykogenmoleküls mit zunehmender Anzahl von Verzweigungen auf demselben Niveau abnimmt. Reife Glykogenmoleküle unterschiedlicher Herkunft haben im Durchschnitt 12 Verzweigungsstufen, von denen jede im Durchschnitt zwei Verzweigungen aufweist, von denen jede ungefähr 13 Glucosereste enthält. Die mathematische Analyse hat gezeigt, dass eine solche Struktur dem optimalen Erreichen der maximalen Glukosemenge in kürzester Zeit sehr nahe kommt.
Verteilung und Bedeutung
Glykogen ist eine Form der Glukosespeicherung bei Tieren, Pilzen, einigen Bakterien (insbesondere Cyanobakterien) und APEX. In Mikroorganismen wird Glykogen in Form von Granula mit einem Durchmesser von 20-100 nm mehr oder weniger gleichmäßig im gesamten Cytoplasma einer Zelle gestreut und kann normalerweise nur durch ein Elektronenmikroskop gesehen werden. Wenn eine Zelle viel Glykogen enthält, wird sie beim Malen mit Jodlösung rotbraun. In Wirbeltieren werden die größten Mengen an Glykogen in der Leber gespeichert, wo es 7-10% der Gesamtmasse (100-120 g bei einem Erwachsenen) und Skelettmuskeln (1-2% der Gesamtmasse) betragen kann. Kleine Mengen Glykogen befinden sich in den Nieren und noch weniger in bestimmten Gliazellen des Gehirns und in weißen Blutkörperchen.
Die Glukosespeicherung erfolgt nicht in freier Form, sondern in Form von Polysacchariden aus zwei Gründen. Erstens, wenn sich zum Beispiel in der Hepatozyte die gesamte Glukosemasse, die Teil des Glykogens ist, in einem freien Zustand befindet, hätte ihre Konzentration 0,4 Mol / l erreicht. Und dies würde wiederum zu einem signifikanten Anstieg des osmotischen Drucks des Cytosols führen, zu einem übermäßigen Einstrom von Wasser in die Zelle und zu dessen Bruch. Zweitens würde eine solche hohe Glukosekonzentration im Falle eines Hepatozyten aus dem Blut, wo der Glukosespiegel nur 5 mmol / l beträgt, seinen aktiven Transport aus der Zellumgebung praktisch unmöglich machen. Durch die Lagerung von Glukose in Form von Glykogen wird die Konzentration in der Zelle auf 0,01 µmol / L reduziert.
Die Glykogenvorräte beim Menschen sind signifikant geringer als die Fettvorräte. Letztere haben eine Reihe von Vorteilen: Zum einen ermöglichen sie mehr als doppelt so viel Energie wie die gleiche Masse an Kohlenhydraten, zum anderen handelt es sich um hydrophobe Moleküle, die im Gegensatz zu Kohlenhydraten keine Hydratation benötigen, was die Masse an Energiereserven reduziert. Glykogen ist jedoch eine schnelle Energiequelle. Abgesehen vom tierischen Körper gibt es keine Stoffwechselwege für die Umwandlung von Fettsäuren in Glukose, die vom Gehirn nicht für den anaeroben Muskelstoffwechsel verwendet werden können.
In Hepatozyten wird Glykogen als großes zytoplasmatisches Granulat gespeichert. Das elementare sogenannte β-Teilchen ist ein Molekül des Gilcogens, hat einen Durchmesser von etwa 21 nm und enthält 55000 Glucosereste und 2000 unregelmäßige Enden. 20-40 dieser Partikel bilden zusammen α-Rosetten, die unter dem Mikroskop in den Geweben gut gefütterter Tiere zu sehen sind. Sie verschwinden jedoch nach 24 Stunden. Glykogenkörnchen sind komplexe Aggregate, die neben Glykogen selbst Enzyme enthalten, synthetisieren und abbauen sowie regulatorische Moleküle.
Muskelglykogen dient als schnelle Energiequelle sowohl für den aeroben als auch den anaeroben Stoffwechsel. Seine Reserven können in einer Stunde intensiver körperlicher Aktivität erschöpft sein. Durch regelmäßiges Training können Sie die Muskelglykogenspeicher erhöhen, wodurch sie länger ermüdungsfrei arbeiten können. In der Leber ist Glykogen eine Glukose-Reserve für andere Organe, falls die Nahrungsaufnahme begrenzt ist. Diese Reserve ist besonders wichtig für Neuronen, die Fettsäuren nicht als Energiesubstrat verwenden können. Die Glykogen-Leberreserve während des Fastens ist in 12-24 Stunden erschöpft.
Glykogen ist auch in den geheimen Drüsen der Gebärmutter enthalten, die sie nach der Ovulation des Menstruationszyklus nach der Befruchtung in die Höhle abgeben. Hier wird das Polysaccharid als Nährstoffquelle für den Embryo für seine Implantation verwendet.
Glykogen gelangt auch mit der Nahrung in den Körper und wird im Dünndarm von hydrolytischen Enzymen abgebaut.
Glykogenstoffwechsel
Glykogenabbau
Der Abbau von Glykogen erfolgt auf zwei Arten: Während der Verdauung wird es zu Glucose hydrolysiert, die von den Epithelzellen des Dünndarms aufgenommen werden kann. Die intrazelluläre Spaltung der Glykogenspeicher (Glykogenolyse) erfolgt durch Phosphorolyse, deren Produkt Glucose-1-phosphat ist. Auf diese Weise können Sie durch die Bildung von Phosphatester etwas Energie der glykosidischen Bindungen einsparen. Um die gebildete Glukose in die Glykolyse oder den Pentosephosphatweg einzubauen, ist es daher nicht notwendig, ATP zu verbrauchen. Außerdem ist die Bildung von Glucose-1-phosphat vorteilhaft für die Muskeln, da für diese Verbindung NO-Träger in der Plasmamembran vorhanden sind und sie nicht aus der Zelle „entweichen“ kann.
Glykogenhydrolyse während der Verdauung
Beim Menschen beginnt die Glykogenverdauung (wie Stärke) in der Mundhöhle, wo die α-Amylase des Speichels wirkt. Dieses Enzym hydrolysiert intramolekulare (α1 → 4) -Bindungen und spaltet Polysaccharide mit Oligosacchariden. Im Magen wird Speichelamylase durch einen hohen Säuregehalt des Mediums inaktiviert. Magensaft enthält keine Enzyme zur Verdauung von Kohlenhydraten. Im Duodenum wirkt die Pankreas-α-Amylase auf die (α1 → 4) -Link von Glykogen und auf die (α1 → 6) -Link von einem speziellen Eisenfreisetzungsenzym Amylo-1,6-glycosidase. Damit ist die Hydrolyse von Glykogen zu Maltose abgeschlossen, die unter dem Einfluß des Parietalenzyms der Dünndarmmalase (α-Glucosidase) in Glukose umgewandelt und absorbiert wird.
Glykogenolyse
Intrazellulärer Muskel- und Leberglykogen wird während der Glykogenolyse gespalten, an der drei Enzyme beteiligt sind: Glykogenphosphorylase, Glycogendendoglozhuyuyu-Enzym und Phosphoglucomutase. Der erste von ihnen katalysiert eine Reaktion, bei der anorganisches Phosphat die glykosidische (α1 → 4) -Verbindung zwischen den letzten beiden Glucoseresten vom nicht seltenen Ende angreift, was zur Abspaltung des letzten Rests als Glucose-1-phosphat führt. Cofaktor in dieser Reaktion ist Pyridoxalphosphat.
Die Glykogenphosphorylase spaltet nacheinander ein Monomer vom nicht seltenen Ende ab, bis es die Stelle erreicht, an der vier Reste von der (α1 → 6) -Verknüpfung entfernt sind (Verzweigungspunkt). Hier kommt ein bifunktionelles (eukriot), voluminöses Enzym ins Spiel. Erstens katalysiert es die Transferase-Reaktion, die darin besteht, einen Block von drei Glucoseresten von einem Zweig zum nächstgelegenen nicht-seltenen Ende zu übertragen, an das er gebunden ist (α1 → 4). Danach zeigt das spaltbare Enzym (α1 → 6) -Glucosidase-Aktivität, die in der Spaltung von (α1 → 6) -Link und der Freisetzung von freier Glucose besteht.
Glucose-1-phosphat wird gebildet, um Phosphoglucomutase in Glucose-6-phosphat umzuwandeln, das im Skelettmuskel in den Prozess der Glykolyse eintritt. In der Leber kann Glukose-6-phosphat auch in das endoplasmatische Retikulum transportiert werden, dort unter Einwirkung von Glukose-6-phosphatase (die Muskeln sind dieses Enzyms entzogen), in Glukose umgewandelt und in das Blut abgegeben.
Glykogen-Biosynthese
In geringem Umfang tritt die Glykogenbiosynthese (Glykogenese) in fast allen Körpergeweben auf, ist jedoch in der Leber und den Muskeln am stärksten ausgeprägt. Dieser Prozess beginnt mit Glukose-6-phosphat, aus der Glukose zur Hexokinase- oder Glukokinase-Reaktion gebildet wird. Ein Teil der Glukose, die mit der Nahrung in den Körper gelangt, wird zunächst von roten Blutkörperchen absorbiert, die sie zur Energiegewinnung bei der Milchsäuregärung verwenden. In Hepatozyten gebildetes Laktat wird während der Glukoneogenese in Glucose-6-phosphat umgewandelt.
Die Stoffwechselwege der Biosynthese und der Abbau bestimmter Verbindungen unterscheiden sich in der Regel durch einige Reaktionen. Der Glykogenstoffwechsel war das erste offene Beispiel für dieses wichtige Prinzip. 1957 fand Louis Leloir, dass im Prozess der Glykogenese nicht Glucose-1-phosphat, sondern Uridindiphosphat-Glucose verwendet wird.
Glucose-6-phosphat wird zunächst unter dem Einfluss von Phosphoglucomutase in Glucose-1-phosphat umgewandelt. Das Produkt dieser Reaktion wird zum Substrat für das Enzym UDP-Glucose-Phosphorylase, das die Reaktion katalysiert:
Glucose-1-phosphat + UTP → UDP-Glucose + FF n
Da das Pyrophosphat sofort durch anorganische Pyrophosphatase gespalten wird, ist das Reaktionsgleichgewicht stark in Richtung der Bildung von UDP-Glucose verschoben. Letzteres ist ein Substrat für Glykogensynthase, das den Glucoserest an das nicht seltene Ende des Glykogenmoleküls überträgt.
Die Bildung von lateralen Verzweigungen liefert Gilkozil- (4 → 6) -Transglycosylase (verzweigtes Enzym). Es spaltet einen Ast ab, enthält zuletzt mehr als 11 Monomereinheiten von 6-7 und überträgt sie an die C6-Hydroxylgruppe des Glucoserests in einer inneren Position auf demselben oder einem anderen Ast. Somit tritt eine Verzweigung auf, die für eine bessere Löslichkeit von Glykogen notwendig ist, und der Zugang einer größeren Anzahl von Enzymen der Synthese und der Spaltung an nicht seltenen Enden.
Glykogen-Synthase kann Glykogen nur dann synthetisieren, wenn sie einen Primer enthält - ein vorgefertigtes Glucosepolymer mit weniger als sechs Monomereinheiten. Die Bildung von de novo-Glykogenmolekülen ist nur durch das Glycogenin-Protein möglich, das auch als "Samen" dient, auf dem sich neue Glykogen-Verzweigungen und ein Enzym ansammeln, das den Beginn unserer Forschungsbildung katalysiert.
Glykogenese und Glykogenolyse haben auf mehreren Ebenen ein komplexes Regulationssystem. Viele der an diesen Prozessen beteiligten Enzyme sind allosterisch und können ihre Aktivität ändern, indem sie sich an die Bedürfnisse der Zelle anpassen. Die Menge der Glykogenspeicher wird auch auf hormoneller Ebene reguliert, um die Homöostase des gesamten Organismus aufrechtzuerhalten.
Klinische Bedeutung
Verletzungen des Glykogenstoffwechsels treten bei vielen Erkrankungen des Menschen auf, einschließlich Diabetes mellitus. Es gibt auch eine Reihe von Erbkrankheiten, die mit einer übermäßigen Ablagerung von Glykogen in der Leber einhergehen, sie werden Glykogenose genannt. Sie sind normalerweise von schwerer Hypoglykämie (niedriger Blutzucker) zwischen den Mahlzeiten begleitet. Die erste Glykogenose wurde 1929 von Edgar von Gorky beschrieben. Gerty Corey leistete einen großen Beitrag zur Erforschung dieser Krankheiten. Nun sind 13 Formen der Glykogenose bekannt, die durch Funktionsstörungen verschiedener Proteine hervorgerufen werden.
Synthese und Abbau von Glykogen
Wenn die Glukosekonzentration im Blut beispielsweise infolge seiner Absorption im Darm während der Verdauung ansteigt, steigt der Glukosefluss in die Zellen, und zumindest ein Teil dieser Glukose kann zur Synthese von Glykogen verwendet werden. Die Ansammlung von Kohlenhydratreserven in Zellen in Form von Glykogen hat gegenüber der Ansammlung von Glukose gewisse Vorteile, da sie nicht mit einem Anstieg des intrazellulären osmotischen Drucks einhergeht. Bei einem Mangel an Glukose kann Glykogen jedoch leicht zu Glukose oder ihren Phosphatestern abgebaut werden, und die resultierenden Monomereinheiten werden von Zellen mit Energie- oder Kunststoffzielen verwendet.
4.1. Glykogen-Synthese
Glukose, die in die Zellen eindringt, wird unter Beteiligung von Hexokinase- oder Glukokinase-Enzymen phosphoryliert:
Als nächstes wird das resultierende gl-6-f unter Beteiligung des Enzyms Phosphoglucomutase [FGM] zu gl-1-f isomerisiert:
Dann interagiert chl-1-f mit Uridintriphosphaten zur Bildung von UDP-Glucose unter Beteiligung des Enzyms UDP-Glucose-Pyrophosphorylase [oder Glucose-1-Phosphaturidyltransferase]:
Das Pyrophosphat wird sofort unter Beteiligung des Enzyms Pyrophosphatase in zwei Phosphorsäurereste gespalten. Diese Reaktion geht mit einem Energieverlust in der Größenordnung von 7 kcal / mol einher, wodurch die Reaktion der Bildung von UDP-Glucose irreversibel wird - thermodynamische Kontrolle der Richtung des Prozesses.
In der nächsten Stufe wird der Glukoserest aus UDP-Glukose unter Beteiligung des Enzyms Glykogen-Synthetase auf das synthetisierte Glykogenmolekül übertragen:
UDP-Glucose + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ Glykogen / und das Glykogenmolekül wird um einen Glucoserest verlängert. Das Enzym Glycogen-Synthetase ist in der Lage, den Glucoserest aus UDP-Glucose an das im Bau befindliche Glycogenmolekül nur durch Bildung einer -1,4-glycosidischen Bindung zu binden. Folglich kann nur ein lineares Polymer unter Beteiligung eines einzigen Enzyms synthetisiert werden. Glykogen ist ein verzweigtes Polymer und die Verzweigung im Molekül wird unter Beteiligung eines anderen Enzyms gebildet: Amylo-1,4 -> 1,6 - Glycosyltransferase. Dieses Enzym, auch als Zweigenzym bekannt, transportiert ein Fragment von 5-7 Monomereinheiten vom Ende des linearen Bereichs des nahe seiner Mitte synthetisierten Polysaccharids, und dieses Fragment verbindet sich aufgrund der Bildung einer a-1,6-glycosidischen Bindung mit der Polymerkette:
Es ist zu beachten, dass gemäß anderen Daten das spaltbare Fragment, das aus mindestens 6 Glucoseresten besteht, auf die benachbarte Kette des verzweigten Polysaccharids übertragen wird, das gerade aufgebaut wird. In jedem Fall werden in Zukunft beide Ketten aufgrund der Wirkung der Glykogensynthetase verlängert, und unter Beteiligung des Zweigenzyms werden neue Verzweigungen gebildet.
Die Glykogensynthese findet in allen Organen und Geweben statt, der höchste Gehalt wird jedoch in der Leber [zwischen 2 und 5 bis 6% der Gesamtmasse des Organs] und in den Muskeln [bis zu 1% ihrer Masse] beobachtet. Mit dem Einschluss von 1 Glucoserest im Glykogenmolekül gehen zwei energiereiche Äquivalente (1 ATP und 1 UTP) einher, so dass die Glykogensynthese in den Zellen nur bei ausreichender Energieversorgung der Zellen erfolgen kann.
4.2. Glykogenmobilisierung
Glykogen sammelt sich als Glukosereserve während der Verdauung in den Zellen und wird während der Nachabsorptionsphase verbraucht. Die Glykogenspaltung in der Leber oder ihre Mobilisierung wird unter Beteiligung des Enzyms Glykogenphosphorylase durchgeführt, das häufig einfach als Phosphorylase bezeichnet wird. Dieses Enzym katalysiert die phosphorolytische Spaltung von a-1,4-glycosidischen Bindungen von terminalen Glucoseresten des Polymers:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Zur Aufspaltung eines Moleküls im Bereich der Verzweigung werden zwei zusätzliche Enzyme benötigt: das sogenannte Debranching (degenerierende) Enzym und Amylo-1,6-glycosidase Darüber hinaus wird durch die Wirkung des letzten Enzyms freie Glucose in den Zellen gebildet, die entweder die Zelle verlassen oder eine Phosphorylierung eingehen kann.
Gl-1-f in Zellen wird unter Beteiligung von Phosphoglucomutase in gl-6-is isomerisiert. Das weitere Schicksal von gl-6-Phosphat wird durch die Anwesenheit oder Abwesenheit von Glucose-6-Phosphatase in den Zellen des Enzyms bestimmt. Wenn das Enzym in der Zelle vorhanden ist, katalysiert es die hydrolytische Abspaltung des Phosphorsäurerestes von gl-6-Phosphat, um freie Glucose zu bilden:
Gl-6-f + H2O D> Glucose + H3PO4 kann in die äußere Zellmembran eindringen und in den Blutkreislauf gelangen. Wenn Glucose-6-Phosphatase nicht in den Zellen vorhanden ist, wird Glucose nicht dephosphoryliert und der Glucoserest kann nur von dieser bestimmten Zelle verwendet werden. Beachten Sie, dass die Aufspaltung von Glykogen in Glukose keinen zusätzlichen Energiezufluss erfordert.
In den meisten menschlichen Organen und Geweben fehlt Glucose-6-phosphatase, daher wird das in ihnen gespeicherte Glykogen nur für den eigenen Bedarf verwendet. Ein typischer Vertreter solcher Gewebe ist Muskelgewebe. Glucose-6-phosphatase ist nur in der Leber, in den Nieren und im Darm vorhanden, jedoch ist das Vorhandensein eines Enzyms in der Leber (genauer in Hepatozyten) am signifikantesten, da Dieses Organ spielt die Rolle einer Art Puffer, der Glukose absorbiert, wenn sein Gehalt im Blut steigt, und Glukose dem Blut zuführt, wenn die Glukosekonzentration im Blut zu sinken beginnt.
4.3. Regulation der Synthese und des Abbaus von Glykogen
Beim Vergleich der Stoffwechselwege der Synthese und Mobilisierung des Glyko-Gens werden wir feststellen, dass sie unterschiedlich sind:
Dieser Umstand ermöglicht es, die diskutierten Prozesse separat zu regeln. Die Regulierung wird auf der Ebene zweier Enzyme durchgeführt: der Glykogen-Synthetase, die an der Glykogensynthese beteiligt ist, und der Phosphorylase, die den Abbau von Glykogen katalysiert.
Der Hauptmechanismus für die Regulierung der Aktivität dieser Enzyme ist ihre kovalente Modifikation durch Phosphorylierung-Dephosphorylierung. Phosphorylierte oder Phosphorylase "a" ist hochaktiv, während phosphorylierte Glykogensynthetase oder Synthetase "b" inaktiv ist. Wenn sich beide Enzyme in phosphorylierter Form befinden, wird Glykogen in der Zelle gespalten, um Glukose zu bilden. Im dephosphorylierten Zustand dagegen ist die Phosphorylase inaktiv (in Form von "b") und die Glykogen-Synthetase (in Form von "a"), wobei Glykogen aus Glukose in der Zelle synthetisiert wird.
Da das Leberglykogen für den gesamten Organismus die Rolle einer Glukose-Reserve spielt, sollte seine Synthese oder Auflösung durch superzelluläre Regulationsmechanismen gesteuert werden, deren Arbeit darauf gerichtet sein sollte, eine konstante Glukosekonzentration im Blut aufrechtzuerhalten. Diese Mechanismen sollten den Einbau der Glykogensynthese in Hepatozyten bei erhöhten Glukosekonzentrationen im Blut sicherstellen und den Abbau von Glykogen fördern, wenn der Blutzuckerspiegel abfällt.
Das primäre Signal, das die Mobilisierung des Glyko-Gens in der Leber stimuliert, ist also eine Abnahme der Glukosekonzentration im Blut. Als Reaktion geben die Pankreas-Alpha-Zellen ihr Hormon Glucagon in den Blutkreislauf ab. Das im Blut zirkulierende Glucagon interagiert mit seinem Rezeptorprotein, das sich an der Außenseite der äußeren Zellmembran des Hepatozyten befindet. Berge bilden - Mon-Rezeptor-Komplex. Die Bildung des Hormonrezeptorkomplexes führt zur Aktivierung des Adenylatcyclaseenzyms, das sich auf der inneren Oberfläche der äußeren Zellmembran befindet, und zwar unter Verwendung eines speziellen Mechanismus. Das Enzym katalysiert die Bildung von cyclischem 3,5-AMP (cAMP) aus ATP in einer Zelle.
CAMP aktiviert wiederum das Enzym cAMP-abhängige Proteinkinase in der Zelle. Die inaktive Form der Proteinkinase ist ein Oligomer, das aus vier Untereinheiten besteht: zwei regulatorischen und zwei katalytischen. Wenn die cAMP-Konzentration in der Zelle steigt, werden zwei cAMP-Moleküle zu jeder der regulatorischen Untereinheiten der Proteinkinase hinzugefügt, die Konformation der regulatorischen Untereinheiten ändert sich und das Oligomer zerfällt in regulatorische und katalytische Untereinheiten. Freie katalytische Untereinheiten katalysieren die Phosphorylierung einer Reihe von Enzymen in der Zelle, einschließlich der Phosphorylierung von Glykogen-Synthetase mit ihrem Übergang in einen inaktiven Zustand, wodurch die Glykogen-Synthese abgeschaltet wird. Gleichzeitig findet eine Phosphorylierung der Phosphorylasekinase statt, und dieses durch seine Phosphorylierung aktivierte Enzym katalysiert seinerseits die Phosphorylase-Phosphorylase mit ihrer Umwandlung in die aktive Form, d.h. in Form von "a". Durch die Aktivierung der Phosphorylase wird der Glykogenabbau aktiviert, und die Hepatozyten fangen an, Glukose ins Blut abzugeben.
Nebenbei bemerken wir, dass bei der Stimulierung des Glykogenabbaus in der Leber mit Katecholaminen die Hauptmediatoren die b-Hepatozytenrezeptoren sind, die Adrenalin binden. Gleichzeitig steigt der Gehalt an Ca-Ionen in den Zellen an, wo sie die Ca / Calmodulin-sensitive Kinase der Phosphorylase stimulieren, die wiederum Phosphorylase durch ihre Phosphorylierung aktiviert.
Aktivierungsschema der Glykogenspaltung in Hepatozyten
Eine Erhöhung der Blutzuckerkonzentration ist ein externes Signal für Hepatozyten im Hinblick auf die Stimulierung der Glykogensynthese und damit die Bindung von überschüssiger Glukose aus dem Blutstrom.
Das Aktivierungsschema der Glykogensynthese in der Leber
Der Mechanismus funktioniert: Mit einer Erhöhung der Glukosekonzentration im Blut steigt auch der Gehalt an Hepatozyten. Die Erhöhung der Glukosekonzentration in Hepatozyten wiederum aktiviert auf ziemlich komplizierte Weise das Enzym Phosphoproteinphosphatase, das die Entfernung von Phosphorsäureresten aus phosphorylierten Proteinen katalysiert. Die Dephosphorylierung der aktiven Phosphorylase wandelt sie in eine inaktive Form um, und die Dephosphorylierung der inaktiven Glykogensynthetase aktiviert das Enzym. Infolgedessen geht das System in einen Zustand über, in dem die Glykogen-Synthese aus Glukose erfolgt.
Bei einer Abnahme der Phosphorylaseaktivität in Hepatozyten spielt das Hormon der β-Zellen des Pankreasinsulins eine entscheidende Rolle. Es wird von b-Zellen als Reaktion auf einen Anstieg des Blutzuckerspiegels ausgeschieden. Seine Bindung an Insulinrezeptoren auf der Oberfläche von Hepatozyten führt zu einer Aktivierung in den Leberzellen des Enzyms Phosphodiesterase, das die Umwandlung von cAMP in normales AMP katalysiert, das nicht die Fähigkeit hat, die Bildung von aktiver Proteinkinase zu stimulieren. Auf diese Weise wird die Akkumulation von aktiver Phosphorylase in Hepatozyten beendet, was auch für die Hemmung des Abbaus von Glykogen wichtig ist.
Es ist ganz natürlich, dass die Mechanismen der Regulierung der Synthese und des Abbaus von Glykogen in den Zellen verschiedener Organe ihre eigenen Eigenschaften haben. Als ein Beispiel können wir darauf hinweisen, dass es in Myozyten ruhender Muskeln oder Muskeln, die wenig Arbeit verrichten, praktisch keine Phosphorylase "a" gibt, die Glykogenspaltung jedoch auftritt. Tatsache ist, dass die Muskelphosphorylase, die sich im dephosphorylierten Zustand oder in der Form von "b" befindet, ein allosterisches Enzym ist und durch AMP und anorganisches Phosphat in Myozyten aktiviert wird. Die auf diese Weise aktivierte Phosphorylase "b" gewährleistet die Geschwindigkeit der Glykogenmobilisierung, die für moderate körperliche Arbeit ausreicht.
Bei intensiver Arbeit, insbesondere wenn die Belastung dramatisch ansteigt, wird dieser Grad der Glykogenmobilisierung jedoch unzureichend. In diesem Fall funktionieren die superzellulären Mechanismen der Regulation. Als Reaktion auf ein plötzliches Bedürfnis nach intensiver Muskelaktivität dringt das Hormon Adrenalin aus dem Nebennierenmark in das Blut ein. Adrenalin verursacht durch Bindung an Rezeptoren auf der Oberfläche von Muskelzellen eine Reaktion von Myozyten, die in ihrem Mechanismus der gerade beschriebenen Hepatozytenreaktion auf Glucagon ähnelt. In Muskelzellen erscheint die Phosphorylase "a" und die Glykogen-Synthetase wird inaktiviert, und das gebildete ch-6-f wird als Energie- "Brennstoff" verwendet, dessen oxidativer Abbau Energie für die Muskelkontraktion bereitstellt.
Es ist zu beachten, dass hohe Adrenalinkonzentrationen, die im Blut von Menschen unter emotionalen Stressbedingungen beobachtet werden, den Abbau von Glykogen in der Leber beschleunigen und dadurch den Glucosegehalt im Blut erhöhen - eine Abwehrreaktion, die auf die Notfallmobilisierung von Energieressourcen abzielt.
O B M E N U GL O V O D O V
2.1. Oxidativer Abbau von Kohlenhydraten in Geweben
Die wichtigsten Funktionen von Monosacchariden im Körper sind Energie und Kunststoff. Beide Funktionen werden während des oxidativen Abbaus von Monosacchariden in Zellen realisiert. Während der Kohlenhydratoxidation werden 4,1 kcal / g (etwa 17 kJ / g) freie Energie freigesetzt, und aufgrund der Kohlenhydratoxidation decken die Menschen 5560% ihres gesamten Energieverbrauchs ab. Bei der Oxidation von Kohlenhydraten werden zahlreiche Zerfallsprodukte gebildet, aus denen verschiedene Lipide, essentielle Aminosäuren und andere für die Zellen notwendige Verbindungen synthetisiert werden. Darüber hinaus werden bei der Oxidation von Kohlenhydraten in Zellen Regenerationspotentiale erzeugt, die von ihnen bei Reduktionsreaktionen in der Biosynthese, bei Entgiftungsprozessen zur Steuerung des Lipidspiegels usw. verwendet werden.
Das Hauptmonosaccharid, das oxidative Umwandlungen in Zellen durchläuft, ist Glukose, da es in großen Mengen vom Darm in die innere Umgebung des Körpers gelangt. Es wird während der Glukoneogenese synthetisiert oder in freier Form oder in Form von Phosphorsäureethern während der Glykogenspaltung gebildet. Die Rolle anderer Monosaccharide ist weniger bedeutsam, da ihre Menge, die quantitativ in die Zellen gelangt, je nach Zusammensetzung der Nahrung stark variiert.
Es gibt mehrere Stoffwechselwege für die Oxidation von Glukose, von denen die folgenden hauptsächlich sind:
a) aerober Aufschluss zu Kohlendioxid und Wasser;
b) anaerobe Oxidation zu Lactat;
c) Pentose-Oxidation;
g) Oxidation unter Bildung von Glucuronsäure.
Die Tiefe der oxidativen Abspaltung des Glucosemoleküls kann
anders sein: von der Oxidation einer der Molekülendgruppen zur Carboxylgruppe, die bei der Bildung von Glucuronsäure auftritt, bis zum vollständigen Abbau des Glucosemoleküls während seines aeroben Abbaus.
2.1.1. Aerobe Glukoseoxidation
In den Zellen von aeroben Organismen ist der aerobe Abbau zu Kohlendioxid und Wasser zumindest im Verhältnis zur Gesamtmenge an spaltbarer Glucose grundlegend. Beim Aufteilen von 1 M Glucose (180 g) unter aeroben Bedingungen werden 686 kcal freie Energie freigesetzt. Der Prozess der aeroben Glucoseoxidation kann in 3 Stufen unterteilt werden:
1. Die Aufspaltung von Glukose in Pyruvat.
2. Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat zu Acetyl-CoA.
3. Oxidation von Acetyl im Krebszyklus (CTC), gekoppelt mit der Arbeit der Atmungsenzymkette.
Diese Stufen können auch als allgemeines Schema dargestellt werden:
Glucose> 2 Pyruvat D> 2 Acetyl CoA D> 4CO 2 + 10 H 2 O
2.1.1.1. Spaltung von Glukose zu Pyruvat
Nach modernen Konzepten verläuft die erste Stufe der Glukoseoxidation im Zytosol und wird von einem supramolekularen Proteinkomplex-Glykolytischen Metabolon katalysiert, der bis zu einem Dutzend einzelner Enzyme umfasst.
Die erste Stufe der Glukoseoxidation kann wiederum in zwei Stufen unterteilt werden. Bei den Reaktionen der ersten Stufe, der Glucosephosphorylierung, der Isomerisierung des Glucoserestes in den Fructoserrest, kommt es zu einer zusätzlichen Phosphorylierung des Fructoserrests und schließlich zum Schluß. Aufteilung des Hexoserückstands in zwei Phosphotrioserückstände:
Diese Reaktion wird durch das Enzym Hexokinase katalysiert. ATP wird als Photobindemittel in der Zelle verwendet. Die Reaktion geht mit einem Verlust an freier Energie in der Größenordnung von 5,0 kcal / mol einher und ist unter den Bedingungen der Zelle irreversibel.
Die zweite durch Phosphohexoisomerase katalysierte Reaktion ist leicht reversibel.
Die dritte Reaktion wird durch Enzyme Phosphofructokinase katalysiert. Bei dieser Reaktion geht auch 3,4 kcal / mol Energie verloren und ist wie die Hexo-Kinase-Reaktion unter Zellbedingungen irreversibel.
Diese Reaktion wird durch das Enzym Aldolase katalysiert, die Reaktion ist reversibel. Infolge der Reaktion wird Fructose-1,6-bisphosphat in zwei Triosophosphate gespalten.
Unter Zellbedingungen wird Phosphodihydroxyaceton (FDA) unter Beteiligung des Enzyms Triosephosphat-Isomerase während der fünften Reaktion leicht zu 3-Phosphoglyceraldehyd (PHA) isomerisiert. Daher können wir davon ausgehen, dass in der ersten Stufe dieser Stufe 2 ATP verbraucht wird und zwei Moleküle 3-Phosphoglyceraldehyd aus dem Glucosemolekül gebildet werden.
In der zweiten Stufe der ersten Stufe der Glukoseoxidation wird PHA in Pyruvat umgewandelt. Da der Abbau des Glucosemoleküls 2 PHA-Moleküle bildet, müssen wir diesen Umstand in der weiteren Beschreibung des Prozesses berücksichtigen.
Die folgende Reaktion des betrachteten Verfahrens ist eine oxidative Reaktion:
Während dieser Reaktion, katalysiert durch Dehydrogenase-3-Phosphoglycerinaldehyd, wird PHA zu 1,3-Diphosphoglycerinsäure oxidiert. Die Oxidation erfolgt durch Dehydrierung, und die vom Substrat abgespaltenen Wasserstoffatome werden unter Bildung der reduzierten Form des Coenzyms auf NAD + übertragen. Die Oxidationsenergie sammelt sich in der Zelle erstens in Form von reduzierter NADH + H + -Energie und zweitens in Form einer makroergischen Bindung zwischen dem Oxidationsprodukt und der an der Reaktion beteiligten Phosphorsäure, d. in der makroergischen Bindung von 1,3-Diphosphoglycerinsäure.
In der siebten Reaktion wird der Phosphorsäurerest aus 1,3-Diphosphoglycerat zusammen mit der in der makroergischen Bindung gespeicherten Energie unter Bildung von ATP auf ADP übertragen:
Diese reversible Reaktion wird durch das Enzym Phosphoglyceratkinase katalysiert.
Als nächstes kommt die reversible Isomerisierung von 3-Phosphoglycerinsäure zu 2-Phosphoglycerinsäure unter Beteiligung des Enzyms Phosphoglycerat-Rutmutase:
In der nächsten, neunten Reaktion wird Wasser von 2-Phosphoglycerinsäure abgespalten:
Während der Wasserspaltung verteilt sich die Elektronendichte im Molekül unter Bildung einer makroergischen Bindung zwischen dem zweiten Kohlenstoffatom der Enolform von Brenztraubensäure und dem Rest der Phosphorsäure. Die Reaktion ist reversibel, sie wird durch das Enzym Enolase katalysiert.
Die in der makroergischen Bindung von FEP zusammen mit dem Phosphorsäurerest während der nächsten Reaktion angesammelte Energie wird unter Bildung von ATP auf ADP übertragen. Die Reaktion wird durch Pyruvatkinase katalysiert.
Die Reaktion geht mit einem Energieverlust von 7,5 kcal / mol einher und ist unter den Zellbedingungen praktisch irreversibel.
Die Gesamtgleichung der ersten Stufe der aeroben Glukoseoxidation:
Glucose + 2 ADP + 2 H 3 PO 4 + 2 NAD + >> 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H 2 O
Während dieser Stufe werden 140 kcal / mol Energie freigesetzt, der Hauptteil (etwa 120 kcal / mol) sammelt sich in der Zelle als 2 ATP-Energie und 2 reduzierte NAD + ADSCH-Energie an, woraus folgt, dass sich das Glucosemolekül in der ersten Stufe in zwei Moleküle aufspaltet Brenztraubensäure, während die Zelle für jedes verdaute Glukosemolekül 2 Moleküle ATP und zwei Moleküle reduziertes NADH + H + empfängt.
Die Regulierung der ersten Stufe der aeroben Glucosespaltung erfolgt unter Verwendung thermodynamischer Mechanismen und allosterischer Modulationsmechanismen regulatorischer Enzyme, die an der Arbeit dieses Stoffwechselweges beteiligt sind.
Mit Hilfe thermodynamischer Mechanismen wird der Fluss von Metaboliten entlang dieses Stoffwechselweges gesteuert. Das beschriebene Reaktionssystem umfasst drei Reaktionen, bei denen viel Energie verloren geht: Hexokinase (G0 = 5,0 kcal / mol), Phosphofructokinase (G0 = 3,4 kcal / mol) und Pyruvatkinase (G0 = 7,5 kcal / mol) ). Diese Reaktionen in der Zelle sind praktisch nicht reversibel, insbesondere die Pyruvatkinase-Reaktion, und aufgrund ihrer Irreversibilität wird der Prozess insgesamt irreversibel.
Die Intensität des Metabolitenflusses im betrachteten Stoffwechselweg wird in der Zelle durch Änderung der Aktivität der im System enthaltenen allosterischen Enzyme kontrolliert: Hexokinase, Phosphofructokinase und Pyruvatkinase. Somit sind die Punkte der thermodynamischen Kontrolle des Stoffwechselweges gleichzeitig die Stellen, an denen die Intensität der Metaboliten reguliert wird.
Das hauptsächliche regulatorische Element des Systems ist Phosphofructocolase. Die Aktivität dieses Enzyms wird durch hohe ATP-Konzentrationen in der Zelle gehemmt, der Grad der allosterischen Hemmung des Enzyms ATP wird bei hohen Citratkonzentrationen in der Zelle verstärkt. AMP ist ein allosterischer Aktivator der Phosphofructokinase.
Hexokinase wird durch den allosterischen Mechanismus durch hohe Konzentrationen von Gl6f inhibiert. In diesem Fall beschäftigen wir uns mit der Arbeit des zugehörigen Regulierungsmechanismus. Nach der Hemmung der Phosphofructokinase-Aktivität durch hohe ATP-Konzentrationen wird Fr6f in der Zelle akkumuliert, was bedeutet, dass sich Gl6f ansammelt, da die durch Phosphohexoisomerase katalysierte Reaktion leicht reversibel ist. In diesem Fall inhibiert eine Erhöhung der ATP-Konzentration in der Zelle nicht nur die Aktivität der Phosphofructokinase, sondern auch der Hexokinase.
Die Regulierung der Aktivität der dritten Pyruvatkinase-Kinase scheint sehr schwierig zu sein. Die Enzymaktivität wird durch Gl6f, Fr1.6bf und PHA durch den allosterischen Mechanismus, die sogenannte Aktivierung durch den Vorläufer, stimuliert. Hohe intrazelluläre Konzentrationen von ATP, NADH, Citrat, Succinyl-CoA und Fettsäuren hemmen wiederum die Enzymaktivität durch einen allosterischen Mechanismus.
Im Allgemeinen wird die Aufspaltung von Glukose in Pyruvat auf der Ebene der drei angegebenen Kinasen mit einer hohen ATP-Konzentration in der Zelle inhibiert, d. bei guter Energieversorgung der Zelle. Bei einem Mangel an Energie in der Zelle wird die Aktivierung der Glucosespaltung erreicht, indem zum einen die allosterische Inhibierung von Kinasen mit hohen ATP-Konzentrationen und die allosterische Aktivierung der AMP-Phosphofructokokinase und zum anderen aufgrund der allosterischen Aktivierung der Pyruvatkinase durch die Vorläufer Gl6F, Fr1.6bf und PHA entfernt werden.
Was ist der Sinn der Hemmung der Citratphosphofructokinase und der Citrat- und Succinyl-CoA-Pyruvatkinase? Tatsache ist, dass zwei Moleküle Acetyl-CoA aus einem einzigen Glucosemolekül gebildet werden, das dann im Krebs-Zyklus oxidiert wird. Wenn sich Citrat und Succinyl-CoA in der Zelle ansammeln, wird der Krebs-Zyklus nicht mit der Oxidation von bereits angesammeltem Acetyl-CoA fertig, und es ist sinnvoll, seine zusätzliche Bildung zu verlangsamen, was durch die Hemmung der Phosphorruktokinase und der Pyruvatkinase erreicht wird.
Schließlich ist die Hemmung der Glucoseoxidation auf der Ebene der Pyruvatkinase mit zunehmender Fettsäurekonzentration darauf gerichtet, Glucose in der Zelle unter Bedingungen zu sparen, wenn die Zelle mit einer anderen, effizienteren Form von Energiebrennstoff versorgt wird.
2.1.1.2. Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat
Unter aeroben Bedingungen wird Pyruvinsäure oxidativ decarboxyliert, um Acetyl-CoA zu bilden. Diese Umwandlung wird durch den supramolekularen Pyruvatdehydrogenase-Komplex in der Mitochondrienmatrix katalysiert. Der Pyruvatdehydrogenase-Komplex besteht aus drei verschiedenen Enzymen: Pyruvat-Decarboxylase, Dihydrolipatoacetyltransferase und Dehydrogenase-Dihydroliponsäure, deren Mengenverhältnisse im Komplex von der Ausscheidungsquelle abhängen. In der Regel liegt dieses Verhältnis bei 30: 1: 10.
Das erste Enzym dieses Komplexes ist die Pyruvatdecarboxylase (E1).