füsioloogia

Glükogeen

Glükogeen on α-glükoosi makromolekul (molekulmass ligikaudu 400 miljonit daltonit), milles on α-1, 6 glükosiidsidemete tõttu peamiselt a-1, 4 glükosiidsidemed ja oksad.

Glükogeen moodustab reservmaterjali ja laguneb pidevalt ja taastub; kogu keharakkudes on meil umbes 100 g glükogeeni: enamus sellest on maksas, kus see on mobiilne ja mida võib seetõttu kasutada teiste organite reservina (glükogeen lihastes ei ole mobiilne).

Kõik ensüümid, mis katalüüsivad glükogeeni lagunemist ja sünteesi, on kõik tsütoplasmas, mistõttu on vaja reguleerimissüsteemi, mis muudab ühe marsruudi mitteaktiivseks, kui teine ​​on aktiivne: kui glükoos on saadaval, muundatakse viimane glükogeeniks (anabolism), mis on reserv, vastupidi, kui vajatakse glükoosi, siis glükogeen laguneb (katabolism).

Glükogeeni struktuuri vaadates võib näha, et neljanda süsiniku hüdroksüülrühma ja esimese vaba süsiniku hüdroksüülrühma puhul on ainult üks ots (külg-glükosiidne ühik) ja seda nimetatakse redutseerivaks otsteks; selle asemel on palju lõppu hüdroksüülrühmaga, mis on seotud esimese glükoosi süsinikuga, mis on seotud sidemega ja neljanda süsiniku hüdroksüülrühmaga, mis ei ole seotud ühegi sidemega: mitte-redutseerivad otsad. Mitte-redutseerivatel otstel on see võimeline seonduma glükogeeni lagunemise või sünteesi eest vastutava ensüümiga; Arvestades mitte-redutseerivate otste suurt arvu, võivad paljud ensüümühikud toimida samaaegselt ja see muudab glükogeeni sünteesi või lagunemise väga kiiresti. Glükogeeni ainevahetus on kiire reaktsioon.

Glükogeeni lagunemisel peamiselt ensüüm on glükogeeni fosforülaas ; see ensüüm on võimeline lõhustama a-1, 4-glükosiidsidet, kasutades lüütilise agensina anorgaanilist ortofosfaati: lõhustumine toimub fosforolüütilise ja glükoos-1-fosfaadi kaudu.

Viie või kuue ühikuga hargnemispunktist ei ole glükogeenfosforülaasi ensüüm enam võimeline toimima, mistõttu see eemaldub glükogeenist ja asendatakse asendava ensüümiga, mis on transferaas : selle ensüümi katalüütilises kohas on olemas „histidiin, mis võimaldab kolme sahhariidühiku ülekandmist lähimasse glükosiidi ahelasse (histidiin ründab glükoosimolekuli esimest süsinikku). Mainitud ensüüm on glükosüültransferaas ; selle ensüümi toime lõppedes jääb külgahelasse ainult üks glükoosiüksus, kusjuures esimene süsinik on seotud peaahela glükoosi kuuenda süsinikuga. Külgahela viimane glükoosiühik vabaneb α-1, 6 glükosidaasi ensüümi toimel (see ensüüm on hargnevate ensüümide teine ​​osa); arvestades, et glükogeenis olevad oksad on makromolekuli täielikust lagunemisest alates 1:10, saame umbes 90% glükoosi 1-fosfaati ja umbes 10% glükoosi.

Eespool nimetatud ensüümide toime võimaldab glükogeenimolekulist kõrvalahela eemaldamist; nende ensüümide aktiivsust saab korrata seni, kuni ahel on täielikult lagunenud.

Vaatame hepatotsüüte; glükoos (mis on omaks võetud dieedi kaudu), kui see rakku siseneb, muudetakse see glükoos 6-fosfaadiks ja aktiveerub. Glükoos 6-fosfaat transformeerub fosfoglükomutaasi toimel glükoos-1-fosfaadiks: viimane on biosünteesi mittesihke prekursor; biosünteesi puhul kasutatakse suhkrute aktiveeritud vormi, mida esindab difosfaadiga seotud suhkur: tavaliselt uridüüldiposfaat (UDP). Seejärel konverteeritakse glükoosi 1-fosfaat UDP-glükoosiks; see metaboliit on glükogeeni süntaasi toimel, mis on võimeline seostama UDP-glükoosi kasvava glükogeeni mitte-redutseeriva otsaga: piklik glükogeen saadakse glükosiidühikust ja UDP-st. UDP konverteerib ensüüm nukleosiidifosfokinaas UTP-ks, mis pöördub tagasi ringlusse.

Glükogeeni lagunemine toimub glükogeeni fosforülaasi toimel, mis vabastab glükoosimolekuli ja muundab selle glükoos-1-fosfaadiks. Seejärel muundab fosfoglükomutaas glükoosi 1-fosfaadi glükoos-6-fosfaadiks.

Glükogeen sünteesitakse eelkõige maksas ja lihastes: kehas on 1-1, 2 grammi glükogeeni jaotunud kogu lihasmassi.

Müotsüüdi glükogeen kujutab endast ainult selle raku energiareservi, samas kui maksas sisalduv glükogeen on ka reserv teiste kudede jaoks, see tähendab, et seda saab glükoosina saata teistele rakkudele.

Glükogeeni lagunemisel lihastes saadud glükoosi 6-fosfaat saadetakse seejärel energiavajaduse korral glükolüüsile; maksas glükoosi 6-fosfaat konverteeritakse glükoosiks 6-fosfaatfosfataasi (hepatotsüütidele iseloomulik ensüüm) toimel ja viiakse vereringesse.

Nii glükogeeni süntaas kui glükogeenfosforülaas töötavad glükogeeni mitte-redutseerivate ühikutega, mistõttu peab olema hormonaalne signaal, mis juhib ühe raja aktiveerimist ja teise blokeerimist (või vastupidi).

Laboris oli võimalik glükogeeni ahelat pikendada, kasutades glükogeeni fosforülaasi ja kasutades glükoosi 1-fosfaati väga kõrge kontsentratsiooniga.

Rakkudes katalüüsib glükogeenfosforülaas ainult lagunemisreaktsiooni, sest metaboliitide kontsentratsioonid on sellised, et nihutavad järgmise reaktsiooni tasakaalu paremale (st glükogeeni lagunemise suunas):

Vaatame glükogeeni fosforülaasi toimemehhanismi: atsetaalhape (mis toimib silda glükoosiühikute vahel) seondub vesiniku fosforüüliga: reaktsiooni vaheühend moodustub karbokaadiga (glükoosil, mis on otsas), millele fosforüül (Pi) seondub väga kiiresti.

Glükogeeni fosforülaas nõuab kofaktorit, mis on püridoksaalfosfaat (see molekul on ka transaminaaside kofaktor): sellel on ainult osaliselt protoneeritud fosforüül (püridoksaalfosfaat ümbritseb hüdrofoobne keskkond, mis õigustab sellega seotud prootonite olemasolu) . Fosforüül (Pi) on võimeline tekitama glükogeeni prootoni, kuna sellised fosforüülid siis taastuvad, prooton püridoksaalfosfaadi osaliselt protoneeritud fosforüülist. Tõenäosus, et füsioloogilises pH juures fosforüül kaotab prootoni ja jääb täielikult deprotoonitud, on väga väike.

Nüüd vaatame, kuidas toimib fosfoglukomutaas. Sellel ensüümil on katalüütilises kohas fosforüülitud seriinijääk; seriin annab glükoos-1-fosfaadile fosforüüli (asendis 6): lühikese aja jooksul moodustub 1, 6-bisfosfaat glükoos, seejärel seriin fosforüülitakse asendis 1. Fosfoglükoosi mutaas võib töötada mõlemas suunas, st teisendada glükoosi 1-fosfaati glükoosi 6-fosfaadiks või vastupidi; glükoosi 6-fosfaadi valmistamisel võib selle otse glükolüüsi, lihastesse või maksa glükoosiks muundada.

Ensüüm uridüülfosfoglükoosi transferaas (või UDP glükoosi pürofosforülaas) katalüüsib glükoosi 1-fosfaadi ülekandumisreaktsiooni UTP-le fosforüülrünnakuga a.

Kirjeldatud ensüüm on pürofosforülaas: see nimi on tingitud asjaolust, et vastupidine reaktsioon just kirjeldatule on pürofosforüülimine.

Kirjeldatud viisil saadud UDP glükoos on võimeline pikendama monosahhariidühiku glükogeeni ahelat.

Reaktsioon on võimalik areneda UDP glükoosi moodustumise suunas, kõrvaldades pürofosfaadi sisaldava produkti; ensüüm pürofosfataas muundab pürofosfaadi kaheks ortofosfaadi molekuliks (anhüdriidi hüdrolüüs) ja hoiab sellega pürofosfaadi kontsentratsiooni nii madalana, et UDP glükoosi moodustumise protsess on termodünaamiliselt eelistatud.

Nagu mainitud, on UDP glükoos tänu glükogeeni süntaasi toimele võimeline glükogeeni ahelat pikendama.

Need tagajärjed (suhe 1:10) on tingitud asjaolust, et kui glükogeeni ahel koosneb 20-25 ühikust, sekkub hargnev ensüüm (millel on katalüütilises kohas histidiin), mis on võimeline kandma seeriat seeriat. -8 glükosiidühikut 5-6 ühikut allavoolu: seega genereeritakse uus hargnemine.

Närvisüsteemi või füüsilise pingutuse tõttu vajaliku energia tõttu eritub adrenaliin neerupealistest.

Adrenaliini (ja norepinefriini) sihtrakud on maksa, lihaste ja rasvkoe rakud (viimases on triglütseriidide lagunemine ja rasvhapete ringlus: mitokondrites toodetakse seega glükoosi 6 -fosfaat, mis saadetakse glükolüüsile, samas kui adipotsüütides muundatakse glükoos 6-fosfaat glükoosiks glükoosi 6-fosfaatfosfataasi ensüümi toimel ja eksporditakse kudedesse).

Vaatame nüüd adrenaliini toimeviisi. Adrenaliin läheb seonduma retseptoriga, mis paikneb rakumembraanil (müotsüütide ja hepatotsüütide) ning see määrab signaali translatsiooni väljastpoolt raku sees. Valgu kinaas aktiveeritakse, mis toimib samaaegselt glükogeeni sünteesi ja lagunemist reguleerivates süsteemides:

Glükogeeni süntaas eksisteerib kahes vormis: defosforüülitud vorm (aktiivne) ja fosforüülitud vorm (mitteaktiivne); valgu kinaas fosforüülib glükogeeni süntaasi ja blokeerib selle toime.

Glükogeeni fosforülaas võib eksisteerida kahes vormis: aktiivne vorm, milles esineb fosforüülitud seriin ja inaktiivne vorm, milles seriin on defosforüülitud. Glükogeeni fosforülaasi saab aktiveerida glükogeeni fosforülaasi kinaasi ensüümiga. Glükogeeni fosforülaasi kinaas on aktiivne, kui see on fosforüülitud ja mitteaktiivne, kui see on defosforüülitud; proteiinkinaasil on substraadina glükogeeni fosforülaasi kinaas, st ta on võimeline fosforüleerima (ja seega aktiveerima) viimast, mis omakorda aktiveerib glükogeeni fosforülaasi.

Kui adrenaliini signaal on möödas, peab ka see toime rakus lõppema: fosfataasi ensüümid sekkuvad seejärel valgu liikidesse.