Обмен гликогена состоит из следующих процессов:
· Распад гликогена
· Синтез гликогена
Синтез гликогена - это гликогеногинез, гликогенез.
Распад гликогена - это гликогенолиз, мобилизация гликогена.
Регуляторный фермент в синтезе гликогена - это гликогенсинтаза.
Регуляторный фермент в распаде гликогена - это гликогенфосфорилаза.
1) Регуляция этих двух ферментов осуществляется путем ковалентной модификации. Это основной способ. То есть путем их фосфорилирования и дефосфорилирование. При этом гликогенсинтаза будет активной дефосфорилированной форме, а гликогенфосфорилаза в фосфорилированной. Поэтому эти два процесса одновременно в одной клетке происходить не могут. Такая регуляция называется реципрокная.
Реципрокная регуляция- это, когда одновременно под действием одного вещества один процесс активируется, другой противоположный ингибируется.
От концентрации цАМФ (метаболита), который является вторичным посредником, зависит скорость обмена гликогена.
Первое путем фосфорилирования и дефосфорилировани. В зависимости от концентрации вторичного посредника АМФ.
Циклическая АМФ, когдаее в клетке много начинает действовать на протеинкиназу А.
Строение протеинкиназы А. Протеинкиназа А имеет четвертичное строение. Состоит из 4 субъединиц. 2 регуляторные и 2 каталитические. На регуляторных субъединицах есть аллостерический центр. Происходит присоединение к аллостерическому центру, вследствие этого изменение конформации, и за счет этого идет разъединение субъединиц (диссоциация субъединиц). Получается 2 отдельных субъединицы регуляторные и каталитические. И в каталитическом открывается активный центр и фермент становиться активным. То есть это типичный пример аллостерической регуляции.
Активная протеинкиназа катализирует реакции фосфорилирования. И первое она начнет фосфорилировать гликогенсинтазы, и она станет неактивной. Синтез гликогена выключиться. Второе протеинкиназа действует на киназу фосфорилазу и она становиться активной и начинает действовать на гликоген фосфорилазу, и соответственно тоже ее фосфорилировать. И она становить активной и повышаться распад гликогена.
(Если концентрация цАМФ снизиться будет происходить дефосфорилирование.) Когда мало цАМФ повышается активность протеинфосфотаз, а их катализируют реакции дефосфорилирования. Действует на все те же ферменты. Первое – это гликогенсинтаза и она при этом станет активной и синтез гликогена увеличиться, а гликогенфосфорилаза наоборот станет неактивной распад гликогена уменьшиться и киназафосфорилаза тоже уменьшиться.
Концентрация цАМФ зависит от влияния адреналина. Влияние гормонов зависит от концентрации глюкозы в крови. То есть если скорость аэробного окисления зависит от того в каком состоянии клетка активна или неактивна, нужна ей энергия или не нужна, то обмен гликогена будет зависит от концентрации глюкозы.
Когда глюкозы много, а в норме это наблюдается после еды, абсорбтивный период. При этом вырабатывается гормон-инсулин. Инсулин активирует фосфодиэстеразу. Фосдиэстераза разрушает цАМФ. И поэтому активируется протеинфосфотазы и запускаются реакции дефосорилирования.
Когда глюкозы мало, адреналин и глюкагон активируют аденилатциклазу, и повышают концентрация цАМФ и запускается реакция фосфорилирования, а поэтому изменяется обмен гликогена.
2) Путем аденилирования, деаденилирования. Это аллостерическая регуляция. При работе, в активном состоянии в клетке повышается концентрация АМФ в активном состояние. Вот эта АМФ может соединяться в аллостерический центр гликогенфосфорилазы и активировать ее. Это называется аденилирование. Ну и соответственно запускаем распад гликогена и дополнительный источник энергии.
В состоянии покоя концентрация АМФ снижается, и она отщепляется от аллостерического центра гликогенфосфорилазы, и она переходит снова в неактивное состояние. Это называется деаденилирование.
3) Ионы кальция. Опосредованные эффекты Са++. Через кальмодулин может тоже активировать гликогенфосфорилазу.
Это метаболическая регуляция обмена гликогена. И так называемая реципрокная регуляция.
Реципрокная регуляция гликолиза и глюконеогенеза за счет глюкоза-2,6-дифосфат. (в учебнике есть) надо ли?
В схеме Е не надо было писать. У киназы-ОН, и перевести ее в фосорилированую форму. Зачем добавлять не известный фермент. Гликогенситаза вот у нее ОН группа, (то есть Е-ОН-это гликогенсинтаза-ОН) и она переходит в фосфорилированую форму и становиться не активной.Гликоген фосфорилаза болтается, где-то в воздухе и не видно, сто она фосфорилируеться.
Гормональная регуляция.
Гормональная регуляция углеводного обмена контролирует уровень глюкозы в крови. В норме уровень глюкозы в крови 3,3-5,5 ммоль/л. Это натощак, в состояние покоя. Норма глюкозы зависит от локализации. То есть той крови в которой ее определяют. 3,3-5,5 ммоль/л – это для цельной крови. Например, капиллярной из пальчика. Человек дома из глюкометра измеряет. А если в клиники, берут кровь из вены, мы определяем сыворотку, там норма 3,4- 6,9 ммоль/л.
Инсулин
Уровень глюкозы в крови понижает инсулин. Вырабатывается в абсортивный период в норме, после еды глюкозы много. Все его действие что бы вернуть концентрацию глюкозы в норму.
Место синтеза: Инсулин вырабатываться в бета клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. В виде проинсулина.
По химической природе: инсулин- полипептид. Состоит из двух полипептидных цепей, и они соединены между собой двумя дисульфидными мостиками.
Механизм действия: инсулин связывается с рецепторами (рецепторы находятся на мембране так как соединение происходит по опосредованному типу(мембранному)). 1ТМС рецептор с тирозинкиназной активностью.
Эффекты в углеводном обмене:
1) Инсулин активирует ГЛЮТ-4 и может индуцировать все остальные ГЛЮТы. И за счет этого мы увеличиваем транспорт глюкозы в клетку.
2) Глюкоза попала в клетку. Далее следует перевести глюкозу в активную форму (глюкоза-6-фосфат) Гексокиназа и глюкокиназа активирует реакцию активации. Инсулин будет активировать гексокиназу и индуцировать глюкокиназу, поэтому увеличивает образование активной формы.
3) После того как получили активную форму глюкозы. Инсулин увеличивает окисление глюкозы, и гликолиз. Повышает и дихотомическое окисление глюкозы влияет на ферменты (там много ферментов может ингибировать и индуцировать), и апотомическое (то есть пентозофосфатный цикл, его ключевой фермент-это глюкоза-6-фосфат ДГ. И инсулин индуцирует глюкозу-6-фосфат ДГ).
4) Подавляет глюконеогенза. За счет репрессии ключевых ферментов глюконеогенеза. Это глюкоза-6-фосфатаза, фруктоза-1,6-дифосфататаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа и пирвуткарбксилаза. (только лучше читать с конца)
5) Обмен гликогена. Инсулин активирует фосфодиэстеразу, снижается концентрация цАМФ. У нас работает фермент протеинфосфотаза и в результате происходит дефосфорилирование. Гликогенсинтаза переходит в активную форму. Гликоген фосфотазарилаза в неактивную. Поэтому синтез гликогена активируется, а распад снижается. (все на схеме гликогена)
6) Инсулин 30% глюкозы переводит в липиды. Повышает синтез жирных кислот, холестерина, триацилглицерина.
7) Инсулин вызывает индукцию и репрессию различных белков, и в частности ферментов.
На что обратить внимание! По сколько инсулин-это единственный гормон, который снижает уровень глюкозы. Значит регулирует все процессы углеводного обмена. И поскольку он должен снизить глюкозу. Значит все процессы, которые образуют глюкозу. Инсулин должен уменьшить, а это распад гликогена и глюконеогенез а все использование он должен увеличить. Это синтез гликогена и все ее окисление.
Глюкагон.
Место синтеза: Синтезируется альфа клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Может также синтезироваться в некоторых клетках кишечника, и в некоторых клетках центральной нервной системы.
По химической природе: Глюкагон-это полипептид. Состоящий из одной цепи.
Механизм действия: действует опосредованно, связываясь с 7ТМС рецептором аденилатциклазной активностью. Рецепторы глюкагона встречаются в печени и в жировой ткани. Глюкагон работает между приемами пищи, в постабсобтивный период. В отличии от инсулина, глюкагон вырабатываться, когда уровень глюкозы снижается. Для того, чтобы его поддержать.
Эффекты в углеводном обмене:
1) Вследствие связывания с 7ТМС рецептором будет увеличивать содержание цАМФ в клетках. цАМФ будет активировать протеинкиназу А, которая запускает реакции фосфорилирования, в итоге у нас активируется гликогенфосфорилаза и увеличивается распад гликогена. Протеинкиназа А будет дезактивировать дефосфорилируя гликогенсинтазу и поэтому и поэтому будут замедляться процессы синтеза гликогена. В первую очередь действия направлены на обмен гликогена. Распад повышаем, синтез уменьшаем.
2) Увеличивает глюконеогенез. Индуцируя и активируя синтез основных ферментов глюконеогенеза.
Адреналин
Место синтеза: Хромофильные клетки мозгового слоя надпочечников.
По химической природе: не пептидное производное аминокислоты- тирозина.
Механизм действия: мембранный, то есть опосредованный механизм. Через мембрану 7ТМС рецепторов по аденилатциклазным и фосфотидилинозитольным системам. Бета рецепторы- это аденилатциклазный механизм, если альфо рецепторы, то фосфотидилинозитольный механизм. Рецепторы к адреналину встречаются во всех органах и тканях, но только разные. Одни в бета, другие в альфа. В отличие от глюкагона.
Эффекты в углеводном обмене:
1) Адреналин влияет на обмен гликогена. Увеличивает распад гликогена. Фермент гликогенфофорилаза, он ее активирует фосфорилированием через аденилатциклазную систему. Увеличивается цАМФ, протеинкиназа А активируется и запускается фосфорилирование и гликогенфосфорилаза активируется. Снижает синтез гликогена, путем увеличения ц АМФ приводит в=к фосфорилированию гликогенсинтазы, и она становиться неактивной, потому, что этот фермент работает только в дефосфорилированной форме. Увеличивает распад и снижает синтез аналогичен глюкагону.
2) Увеличивает гликолиз в мышцах, за счет увеличения фруктоза-2,6-дифосфат, и повышает гликолиз в мышцах.
3) Меньше влияет на глюконеогенез, потому что адренорецепторы- это в первую очередь мышечная ткань в отличие от глюкагона. Да глюкагона это да в печени. Адреналин вырабатываться при стрессах, при этом уровень глюкозы может быть нормальным, то есть несильно повыситься. Здесь активации глюконеогенеза может и не быть.
Глюкокортикоиды