Распад гликогена в мышцах ускоряет какой гормон

Распад гликогена в мышцах ускоряет гормон адреналин

Синтез и распад гликогена реципрокны

Метаболизм гликогена в печени, мышцах и других клетках регулируется несколькими гормонами, одни из которых активируют синтез гликогена, а другие – распад гликогена. При этом в одной клетке не могут идти одновременно синтез и распад гликогена – это противоположные процессы с совершенно с разными задачами. Синтез и распад исключают друг друга или, по-другому, они реципрокны .

Активность ключевых ферментов метаболизма гликогена гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы изменяется в зависимости наличия в составе фермента фосфорной кислоты – они активны либо в фосфорилированной, либо в дефосфорилированной форме.

Присоединение фосфатов к ферменту производят протеинкиназы , источником фосфата является АТФ:

• фосфорилаза гликогена активируется после присоединения фосфатной группы,
• синтаза гликогена после присоединения фосфата инактивируется.

Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на клетку адреналина, глюкагона и некоторых других гормонов. В результате адреналин и глюкагон вызывают гликогенолиз , активируя фосфорилазу гликогена.

• во время мышечной работы адреналин вызывает фосфорилирование внутримышечных ферментов обмена гликогена. В результате фосфорилаза гликогена активируется, синтаза инактивируется. В мышце происходит распад гликогена, образуется глюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.
• при голодании в ответ на снижение глюкозы крови из поджелудочной железы секретируется глюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилирование ферментов обмена гликогена, что приводит к гликогенолизу и повышению глюкозы в крови.

Изменение активности ферментов обмена гликогена в зависимости от условий

Способы активации синтазы гликогена

Аллостерическая активация гликогенсинтазы осуществляется глюкозо-6-фосфатом.

Еще одним способом изменения ее активности является химическая (ковалентная) модификация. При присоединении фосфата гликогенсинтаза прекращает работу, т.е. она активна в дефосфорилированном виде. Удаление фосфата от ферментов осуществляют протеинфосфатазы , которые активируются при действии на клетку инсулина – в результате он повышает синтез гликогена.

Вместе с этим, инсулин и глюкокортикоиды ускоряют синтез гликогена, увеличивая количество молекул гликогенсинтазы.

Способы активации фосфорилазы гликогена

Скорость гликогенолиза лимитируется только скоростью работы фосфорилазы гликогена. Ее активность может изменяться тремя способами:

• ковалентная модификация,
• кальций-зависимая активация,
• аллостерическая активация с помощью АМФ.

Ковалентная модификация фосфорилазы

При действии некоторых гормонов на клетку происходит активация фермента через аденилатциклазный механизм, который является так называемым каскадным регулированием. Последовательность событий в данном механизме включает:

1. Молекула гормона (адреналин, глюкагон) взаимодействует со своим рецептором;
2. Активный гормон-рецепторный комплекс воздействует на мембранный G-белок;
3. G-белок активирует фермент аденилатциклазу;
4. Аденилатциклаза превращает АТФ в циклический АМФ (цАМФ) – вторичный посредник (мессенджер);
5. цАМФ аллостерически активирует фермент протеинкиназу А;
6. Протеинкиназа А фосфорилирует различные внутриклеточные белки:

• одним из этих белков является синтаза гликогена , ее активность угнетается,
• другим белком – киназа фосфорилазы , которая при фосфорилировании активируется;

1. Киназа фосфорилазы фосфорилирует фосфорилазу «b» гликогена, последняя в результате превращается в активную фосфорилазу «а»;
2. Активная фосфорилаза «а» гликогена расщепляет α-1,4-гликозидные связи в гликогене с образованием глюкозо-1-фосфата.

Аденилатциклазный способ активации фосфорилазы гликогена

Кроме гормонов, влияющих на активность аденилатциклазы через G-белки, существуют иные способы регуляции этого механизма. Например, после воздействия инсулина активируется фермент фосфодиэстераза , которая гидролизует цАМФ и, следовательно, снижает активность гликоген-фосфорилазы.

Кальций-зависимая активация

Некоторые гормоны влияют на углеводный обмен посредством кальций-фосфолипидного механизма. Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не протеинкиназой, а ионами Ca 2+ и кальмодулином . Этот путь работает при инициации кальций-фосфолипидного механизма. Такой способ оправдывает себя, например, при мышечной нагрузке, если гормональные влияния через аденилатциклазу недостаточны, но в цитоплазму под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca 2+ .

Суммарная схема способов активации фосфорилазы

Аллостерическая (метаболическая) активация

Также существует активация гликогенолиза с помощью АМФ – такая аллостерическая активация происходит благодаря присоединению АМФ к молекуле фосфорилазы «b«.

Молекулы АМФ, стимулирующие гликогенолиз, образуются в реакции фермента аденилаткиназы, активируемой при снижении количества АТФ и накоплении АДФ. Особенно ярко значение такой регуляции проявляется при интенсивной мышечной работе:

Распад гликогена.

Распад гликогена с образованием глюкозы происходит в период между приемами пищи, физической работе, при стрессе.

Пути мобилизации гликогена:

2. амилолитический путь распада гликогена происходит при участии фермента амилазы.

Фосфоролитический путь – основной путь распада гликогена с образованием глюкозы:

В мышечной ткани нет фермента глюкозо-6-фосфатазы, поэтому гликоген мышц не распадается с

образованием глюкозы, а окисляется или аэробным или анаэробным путем с освобождением энергии. Через

10-18 часов после приема пищи запасы гликогена в печени значительно истощаются.

Регуляция уровня глюкозы в крови. Роль ЦНС, механизм действия инсулина, адреналина, глюкагона,

СТГ, глюкокортикоидов, тироксина и их влияние на состояние углеводного обмена.

Ведущее значение в регуляции углеводного обмена принадлежит центральной нервной системе. Снижение уровня глюкозы в крови приводит к повышенной секреции адреналина, глюкагона, которые, поступая в орган-мишень для этих гормонов (печень), узнаются рецепторами мембран клеток печени и активируют фермент мембраны аденилатциклазу, запуская механизм, приводящий к распаду гликогена с образованием глюкозы.

Схема механизма взаимодействия адреналина и глюкагона с клеткой:

Адреналин – повышает уровень глюкозы за счет активации фермента фосфорилазы (аденилатциклазная система), которая приводит к распаду гликогена с образованием глюкозы, блокирует фермент гликогенсинтазу, т.е. синтез гликогена.

Глюкагон – действует подобно адреналину, но плюс к этому активирует ферменты глюконеогенеза.

Глюкокортикоиды – повышают уровень глюкозы крови, являясь индукторами синтеза ферментов глюконеогенеза.

СТГ актвирует глюконеогенез, тироксин активирует инсулиназу, расщепляющую инсулин, влияет на всасывание глюкозы в кишечнике.

Гликогенозы (болезни накопления гликогена) обусловлены дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Например, болезнь Гирке связана с отсутствием фермента глюкозо-6-фосфатазы, при этом наблюдается избыточное накопление гликогена в печени, гипогликемия и ее последствия. Болезнь Мак-Ардла: причина — отсутствие фосфорилазы в мышечной ткани. При этом уровень глюкозы в крови в норме, но наблюдается слабость мышечной ткани и снижена способность выполнять физическую работу. Болезнь Андерсена связана с дефектом, ветвящего фермента, что приводит к накоплению гликогена в печени с очень длинными наружными и редкими точками ветвления, вследствие этого – желтуха, цирроз печени, печеночная недостаточность, летальный исход (неразветвленный гликоген разрушает гепатоциты).

2,5 Концентрация глюкозы в крови поддерживается в течение суток на постоянном уровне 3,5-6,0 ммоль/л. После приема пищи уровень глюкозы возрастает в течение часа до 8 ммоль/л, а затем возвращается к норме. В организме постоянный уровень глюкозы в крови поддерживается благодаря существованию нейрогуморальных механизмов. Основным показателем состояния углеводного обмена служит содержание глюкозы в крови и моче.

ГИПЕРГЛИКЕМИЯ- состояние, при котором уровень глюкозы выше нормы. Причины:

1. Физиологические — алиментарная, эмоциональная.

2. Патологические – сахарный диабет; стероидный диабет (Иценко-Кушинга) – гиперпродукция глюкокортикоидов коры надпочечников; гиперпродукция адреналина, глюкагона, СТГ тироксина.

ГИПОГЛИКЕМИЯ — состояние, при котором уровень глюкозы ниже нормы. Причины:

1. Сниженный выход глюкозы: заболевания печени, эндокринные заболевания (дефицит гормона роста, кортизола), наследственные метаболические нарушения (дефицит гликогенсинтетазы, галактоземия, непереносимость фруктозы, печеночные формы гликогенозов).

2. Увеличенная утилизации глюкозы: снижение запасов жиров (нарушение питания), нарушение окисления жирных кислот, гиперплазия β-кл. подж. железы, передозировка инсулина, болезнь Аддисона – гипопродукция глюкокортикоидов.

ГЛЮКОЗУРИЯ – появление сахара в моче. Если уровень глюкозы в крови составляет 8-10 ммоль/л, то нарушается

почечный порог для глюкозы и она появляется в моче. Причины:

— нейрогенная на почве стрессовых состояний

— острые инфекционные заболевания

2.6. Сахарный диабет, биохимическая характеристика патогенеза.

Это заболевание, возникающее вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина.

Инсулин – единственный гормон, понижающий уровень глюкозы в крови. Механизм:

-повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы в клетках жировой и мышечной ткани, под его влиянием белки-транспортеры ГЛЮТ-4 перемешаются из цитоплазмы в мембрану клетки, где соединяются с глюкозой и транспортируют её во внутрь клетки;

-активирует гексокиназу, фруктокиназу, пируваткиназу (стимулирует гликолиз);

-активирует гликогенсинтетазу (стимулирует синтез гликогена);

-активирует дегидрогеназу пентозо-фосфатного пути;

-по механизму хронической регуляции является индуктором синтеза гексокиназы и репрессором синтеза ферментов глюконеогенеза (блокирует глюконеогенез);

-30% углеводов превращает в липиды;

-стимулирует ЦТК, активируя фермент синтетазу, которая катализирует реакцию взаимодействия ацетил-КоА с ЩУК;

Сахарный диабет (СД) классифицируют с учетом различия генетических факторов и клинического течения на две основные формы: диабет I типа – инсулинзависимый (ИЗСД), и диабет II типа – инсулиннезависимый (ИНСД).

ИЗСД – заболевание, вызванное разрушением β-клеток островков Лангерханса поджелудочной железы, вследствие аутоиммунных реакций, вирусных инфекций (вирус оспы, краснухи, кори, эпидемический паротит, аденовирус). При СД снижено соотношение инсулин/глюкагон. При этом ослабевает стимуляция процессов депонирования гликогена и жиров, и усиливается мобилизация энергоносителей. Печень, мышцы и жировая ткань даже после приема пищи функционируют в режиме постабсорбтивного состояния.

Гипергликемия – повышение конц. глюкозы в крови.

Она обусловлена снижением скорости использования глюкозы тканями вследствие недостатка инсулина или снижения биологического действия инсулина в тканях-мишенях. При дефиците инсулина уменьшается количество белков-переносчиков глюкозы (ГЛЮТ-4) на мембранах инсулинзависимых клеток (жировой ткани мышц). В мышцах и печени глюкоза не депонируется в виде гликогена. В жировой ткани уменьшается скорость синтеза и депонирования жиров. Активируется глюконеогенез из аминокислот, глицерола и лактата.

Глюкозурия – выделение глюкозы с мочой.

В норме проксимальные канальцы почек реабсорбируют всю глюкозу, если ее уровень не превышает 8,9 ммоль/л. Повышение концентрации глюкозы в крови превышает концентрационный почечный порог, что становится причиной появления ее в моче.

Кетонемия – повышение концентрации в крови кетоновых тел.

Жиры не депонируются, а ускоряется их катаболизм. Повышается концентрация неэтерифицированных жирных кислот, которые захватывает печень и окисляет их до ацетил – КоА. Ацетил-КоА превращается в β-гидроксимасляную и ацетоуксусную кислоты. В тканях происходит декарбоксилирование ацетоацетата до ацетона, поэтому от больных исходит его запах. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови (выше 20 мг/л) приводит к кетонурии. Накопление кетоновых тел снижает буферную емкость крои и вызывает ацидоз.

Дефицит инсулина приводит к снижению скорости синтеза белков и усилению их распада. Это вызывает повышение концентрации аминокислот в крови, которые дезаминируются в печени. Образующийся при этом аммиак вступает в орнитиновый цикл, что приводит к увеличению концентрации мочевины в крови и моче – азотемия.

Полиурия – повышенное мочеотделение (3-4л в сутки и выше), т.к. глюкоза повышает осмотическое давление.

Полидипсия – постоянная жажда, сухость во рту, вследствие потери воды.

Полифагия – испытывают голод, часто едят, но теряют в массе тела, т.к. глюкоза не является источником энергии — «голод среди изобилия».

ИНСД – возникает в результате относительного дефицита инсулина вследствие:

— нарушения секреции инсулина

— нарушения превращения проинсулина в инсулин

— повышения катаболизма инсулина

-дефекта рецептора инсулина, повреждения внутриклеточных посредников инсулинового сигнала.

Поражает людей старше 40 лет, характеризуется высокой частотой семейных форм. Главная причина поздних осложнений сахарного диабета – гипергликемия, которая приводит к повреждению кровеносных сосудов и нарушению функций различных тканей и органов. Одним из основных механизмов повреждения тканей при сахарном диабете является гликозилирование белков, приводящее к изменению их конформации и функций. Макроангиопатии проявляются в поражении крупных и средних сосудов сердца, мозга, нижних конечностей (гангрена). Микроангиопатия является результатом повреждения капилляров и мелких сосудов и проявляется в форме нефро-, нейро- и ретинопатии. В возникновении микроангиопатий определенную роль играет гликозилирование белков, что приводит к возникновению нефропатии (нарушение функции почек) и ретинопатии (вплоть до потери зрения).

Коллаген составляет основу базальных мембран капилляров. Повышенное содержание гликозилированного коллагена ведет к уменьшению его эластичности, растворимости, к преждевременному старению, развитию контрактур. В почках такие изменения приводят к запустению клубочков и хронической почечной недостаточности.

Гликозилированные липопротеины, накапливаясь в сосудистой стенке, приводят к развитию гиперхолестеринемии и липидной инфильтрации. Они служат основой атером, происходит нарушение сосудистого тонуса, что приводит к атеросклерозу.

2.5.Проба на толерантность к глюкозе.

После приема пищи концентрация глюкозы может достигать 300-500 мг/дл и сохраняется на высоком уровне в постабсорбтивном периоде, т.е. снижается толерантность к глюкозе и наблюдается в случаях скрытой формы сахарного диабета. В этих случаях у людей отсутствуют клинические симптомы, характерные для СД, а концентрация глюкозы натощак соответствует норме.

Для выявления скрытой формы сахарного диабета проводится оральный тест на толерантность к глюкозе. Для этого определяют натощак содержание глюкозы в крови. После этого исследуемый получает нагрузку глюкозой из расчета 1г на кг массы, затем каждые 30 минут в течение 3-х часов определяют уровень глюкозы в крови. Результаты представляют в виде кривой.

3. Лабораторно-практическиая работа:

3.1 . Определение глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

Определить содержание глюкозы натощак у студента. Проведение анализа. Подведите каплю крови на пальце руки к зоне теста на верхней части тест-полоски и удерживайте ее в таком положении до полного заполнения капилляра. На экране появляется отчет в течение 5 секунд, после чего обозначается величина уровня глюкозы в ммоль/л. После удаления тест-полоски изображение на экране прибора гаснет и он готов к следующему проведению анализа.

Ход работы:Вымойте руки теплой водой с мылом и тщательно высушите. Обработайте палец руки ватой, смоченной в этиловом спирте и подсушите его. Стерильным скарификатором проколите кожу пальца и выдавите из него капельку крови, которую введите в капилляр тест-полоски. Затем обработайте место прокола ватой, смоченной в этиловом спирте.

2. Дать выпить сладкий чай.

3. Определить содержание глюкозы через 30 минут с момента принятия нагрузки.

4. Определить содержание глюкозы через 2,5 часа с момента принятия нагрузки.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Синтез и мобилизация гликогена в мышцах

В абсорбтивном состоянии мышечные клетки активно потребляют глюкозу из кро­ ви и синтезируют гликоген. Этом)’ способствуют алиментарная гиперглюкоземия и то, что инсулин стимулирует перемещение ГЛЮТ-4 из цитозоля в плазматичес­ кую мембрану.

В мышцах нет рецепторов глюкагона, и распад гликогена стимулируется глав­ ным образом ионами Ca2+ и адреналином, сходно с тем, как это происходит в пе­ чени. Однако источником C a 2+B мышцах служит прежде всего его освобождение из саркоплазматического ретикулума при нейростимуляции, а не в результате дей­ ствия адреналина.

При кратковременных мышечных нагрузках основным поставщиком энергии служит глюкоза, которая частью поступает в мышцы из крови, частью образуется (в форме глюкозо-1-фосфата) из гликогена, запасенного в самих мышечных клетках. Отметим, что 100 г гликогена могут обеспечить бег примерно в течение 15 мин.

При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной работе потреб­ ность скелетных мышц в энергии за короткое время (доли секунды) возрастает в десятки раз. Каскадный механизм обеспечивает быстрое включение реакций, поставляющих энергию. Процесс начинается вне организма — с возникновения стрессовой ситуации, связанной с необходимостью напряженной работы, на­ пример в спортивных состязаниях, при бегстве от опасности и т. п. В ответ на сигнал центральной нервной системы из мозгового вещества надпочечников секретируется в кровь адреналин, который взаимодействует с рецепторами мем­ бран мышечных клеток, и запускаются каскады реакций, рассмотренные выше: аденилатциклазный, инозитолфосфатный, связанный с кальмодулином. В этих каскадах есть ступени усиления сигнала. Например, в аденилатциклазном каска­ де одна молекула адреналина активирует одну молекулу аденилатциклазы — здесь усиления нет. Ho одна молекула аденилатциклазы может синтезировать много молекул цАМФ — происходит усиление сигнала. Таким же образом сигнал усили­ вается на всех ферментативных стадиях. Это значит, что каскадный механизм обеспечивает включение в процесс катаболизма больших количеств глюкозы за короткое время.

Когда необходимость в мышечной работе отпадает, секреция адреналина пре­ кращается. Уже выделившийся адреналин разрушается, в результате чего инакти­ вируется аденилатциклаза. Имеющийся в клетке цАМФ разрушается фосфодиэстеразой, а следовательно, инактивируются протеинкиназы; гликогенфосфорила­ за и гликогенсинтетаза дефосфорилируются фосфатазами, и система приходит в состояние, когда мобилизация гликогена подавлена, но возможен его синтез.

Глава 9. Обмен и функции углеводов

Влияние адреналина на работоспособность связано не только с мобилизацией гликогена. Адреналин стимулирует также мобилизацию жиров. Кроме того, адре­ налин увеличивает частоту и силу сокращений сердечной мышцы, а значит, и ско­ рость кровотока. В результате увеличивается доставка в мышцы кислорода, а так­ же глюкозы и других веществ, служащих источниками энергии.

Каскадный механизм в мышцах функционирует при необходимости интен­ сивной и срочной работы. При умеренных нагрузках в мышцах практически нет фосфорилазы-Р (фосфорилированной), но распад гликогена тем не менее про­ исходит. Это связано с тем, что фосфорилаза-ОН может активироваться иным способом, без превращения в фосфорилазу-Р. В работающих мышцах в результате действия аденилаткиназы повышается концентрация АМФ вследствие его обра­ зования из АДФ:

АМФ является аллостерическим активатором мышечной фосфорилазы (пече­ ночную фосфорилазу АМФ не активирует). Мышечная фосфорилаза представля­ ет собой гомодимер; каждый из протомеров содержит центр связывания АМФ и центр фосфорилирования. Предельно активная фосфорилаза фосфорилирована и связана с АМФ (рис. 9.30). Промежуточные формы тоже обладают определен­ ной активностью, достаточной для выполнения умеренной физической работы. Выведены мутантные мыши, в клетках которых нет киназы фосфорилазы, и, сле­ довательно, вообще невозможно образование фосфорилазы-Р. В обычных ситуа­ циях по двигательной активности эти мыши не отличаются от нормальных; в ча­ стности, они могут долго плавать в воде, при этом гликоген в их мышцах расходу­ ется. Ho если такую мышь напутать кошкой, то вместо стремительного бега у нее возникают судороги в результате невозможности срочной и интенсивной моби­ лизации гликогена.

Рис. 9.30. Активация мышечной гликогенфосфорилазы:

1 — неактивная форма; 2 — полностью активная форма

РЕГУЛЯЦИЯ ГЛИКОЛИЗА И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА

В печени кроме пары противоположных процессов синтеза и распада гликогена, свойственной многим клеткам, есть и другая пара противоположных процессов — гликолиз и глюконеогенез (в других органах — только гликолиз). Как и в случае

Часть II. Обмен веществ и энергии

синтеза и распада гликогена, регуляция гликолиза и глюконеогенеза связана с рит­ мом питания, с гормонами инсулином и глюкагоном и с фосфорилированием-де- фосфорилированием ферментов. Переключение печени с гликолиза на глюконеогенез и обратно происходит главным образом в результате изменений активнос­ ти ферментов, образующих I и II субстратные циклы. Глюконеогенез включается в постабсорбтивном состоянии, когда концентрация глюкагона в крови повыше­ на и, следовательно, активирована аденилатциклазная система и протеинкиназа А.

В регуляции I цикла основная роль принадлежит пируваткиназе, фосфорилированная форма которой неактивна, а дефосфорилированная — активна (рис. 9.31). Следовательно, гликолитическая реакция ФЕП -* пируват ускоряется при пищева­ рении и замедляется в постабсорбтивном состоянии. Что касается реакций этого цикла, связанных с глюконеогенезом (пируват -►оксалоацетат -►ФЕП), то, по всей вероятности, они с определенной скоростью происходят при любых состоя­ ниях. Это может быть связано с необходимостью поддержания в клетке опреде­ ленной концентрации оксалоацетата, поскольку он участвует во многих важных процессах, включая цитратный цикл.

Рис. 9.31. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза в печени:

I, II, Ill — субстратные циклы; БИФ — бифункциональный фермент

Глава 9. Обмен и функции углеводов

Активность ферментов второго субстратного цикла зависит от концентрации фруктозо-2,6-бисфосфата (см. рис. 9.31). Как и фруктозо-1,6-бисфосфат, фруктозо- 2,6-бисфосфат образуется из фруктозо-6-фосфата и может снова превращаться во фруктозо-6-фосфат, т. е. тоже получается субстратный цикл. Обе реакции этого цикла катализирует один фермент — бифункциональный фермент (БИФ), кото­ рый регулируется путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Дефосфорилированный фермент (БИ Ф -ОН) обладает киназной активностью (фруктозо-6- фосфат-2-киназа), а фосфорилированный (БИФ -Р) — фосфатазной активностью (фосфатаза фруктозо-2,6-бисфосфата). Киназная и фосфатазная реакции катали­ зируются разными активными центрами, но в каждом из двух состояний фермента — фосфорилированном и дефосфорилированном — один из активных центров инги­ бирован.

Фруктозо-2,6-бисфосфат активирует фосфофруктокиназу (6-фосфофруктокина- зу), т. е. гликолитический фермент, и ингибирует фосфатазу фруктозо-1,6-бисфос- фата — фермент глюконеогенеза. При пищеварении БИФ дефосфорилирован, сле­ довательно, проявляет киназную активность, увеличивает концентрацию фрукго- зо-2,6-бисфосфата, который активирует гликолитическое направление цикла II, и ингибирует направление глюконеогенеза этого цикла.

В постабсорбтивном состоянии БИФ фосфорилирован, проявляет фосфатазную активность, и концентрация фруктозо-2,6-бисфосфата снижается. Вследствие этого активность 6-фосфофрукто-1-киназы тоже снижается, а активность фосфатазы фруктозо-1,6-фосфата увеличивается, т. е. гликолитическое направление тор­ мозится, а направление глюконеогенеза активируется.

Субстратный цикл III регулируется главным образом концентрацией глюкозы. При пищеварении концентрация глюкозы в гепатоцитах существенно повышает­ ся и, соответственно, повышается скорость фосфорилирования глюкозы глюко­ киназой (см. разд. «Фосфорилирование глюкозы»). Поскольку в этих условиях ак­ тивированы гликолитические ветви субстратных циклов II и I, то основная часть глюкозо-6-фосфата направляется на путь гликолиза.

Фруктозо-1,6-бисфосфат является аллостерическим активатором пируваткиназы. При ускорении начальных стадий гликолиза после приема пищи концентра­ ция фруктозо-1,6-бисфосфата повышается, что приводит к дополнительной акти­ вации пируваткиназы. Этим достигается координация функционирования I и II субстратных циклов.

В целом за счет распада гликогена и глюконеогенеза печень поставляет в кровь около 300 г глюкозы за сутки, из них примерно V., — из гликогена.

Один из основных результатов гликолиза в печени — образование исходных веществ для синтеза жиров. Конечный продукт аэробного гликолиза — пируват подвергается окислительному декарбоксилированию, и образующийся ацетилKoA используется для синтеза жирных кислот (наряду с окислением в цитратном цикле). Необходимый для синтеза жиров а-глицерофосфат образуется из другого метаболита гликолиза — диоксиацетонфосфата. Подробнее синтез жиров из глю­ козы рассматривается в гл. 10.

В целом регуляция гликолиза, глюконеогенеза, синтеза и распада гликогена с участием гормонов инсулина, глюкагона и адреналина обеспечивает следующие физиологические процессы:

РАСПАД ГЛИКОГЕНА (ГЛИКОГЕНОЛИЗ)

Для нормального метаболизма организма обычно достаточно глюкозы в кормах рациона животного. В противном случае могут быть мобилизованы резервы гликогена печени и мышечной ткани.

Распад гликогена осуществляется на основе последовательного удаления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Первая реакция распада гликогена катализируется ферментом гли- когенфосфорилазой. В ней участвует фосфат, а поэтому она носит название фосфоролиза. Реакция приводит к разрыву гликозид- ной связи а-1,4 гликогена с получением глюкозо-1-фосфата:

В следующей реакции происходит изомеризация глюкозо- 1-фосфата под влиянием фермента фосфолюкомутазы с образованием глюкозо-6-фосфата:

В печени (но не в мышцах) глюкозо-6-фосфат, полученный в процессе распада гликогена, гидролизуется глюкозо-6-фосфа- тазой с выходом свободной глюкозы:

Общий баланс отрыва одного глюкозного остатка от молекулы гликогена в печени путем гликогенолиза можно представить следующим уравнением:

Следует отметить, что энергия в форме АТФ в процессе гликогенолиза не используется и не образуется. В периферических тканях глюкозо-6-фосфат, полученный в процессе гликолиза, распадается до молочной кислоты в белой мышечной ткани и полностью окисляется до С0₂ и Н₂0 в красных мышцах.

Печень обладает огромной способностью запасать гликоген. В печени человека содержание гликогена может достигать 10% сырой массы железы. Уровень гликогена в мышцах много меньше — 1-2% от общей их массы, однако количественно гликогена значительно больше в мышечной ткани животного, учитывая отношение массы мышц к массе печени.

Гликоген мышц и печени выполняет различные роли. Мышечный гликоген служит резервом для синтеза АТФ для этой ткани, тогда как функция гликогена печени состоит в резерве глюкозы для поддержания концентрации свободной глюкозы в крови. Содержание гликогена в печени значительно варьирует в зависимости от уровня углеводов в рационе животного.

Процессы гликогенеза и гликогенолиза в печени функционируют как «буфер» уровня глюкозы в крови. Однако эта функция данных процессов малозначительна по отношению к мышечной ткани. Механическая работа является условием мобилизации мышечного гликогена в целях получения дополнительных количеств АТФ. Уровень использования гликогена зависит от типа (белый или красный) мышечного волокна. Красные мышечные волокна обладают богатой сетью кровеносных сосудов, содержат большое количество миоглобина и митохондрий. Внутри этих клеток гликоген трансформируется в пировиноградную кислоту, которая при наличии кислорода может быть окислена в С0₂ и Н₂0.

Процессы гликогенолиза и гликогенеза сопряжены с потребностями организма в глюкозе — источнике АТФ. Регуляция этих процессов представляется сложной. В ней участвуют аллостерические ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфори- лаза. Их активность осуществляют гормоны — первые внеклеточные мессенджеры (глюкагон и адреналин) и циклический АМФ (цАМФ), вторичный внутриклеточный мессенджер.

Глюкагон обеспечивает гликогенолиз в печени за счет активации гликогенфосфорилазы. Глюкагон вызывает также угнетение активности гликогенсинтазы. Таким образом, глюкагон в печени обеспечивает распад гликогена для нормализации уровня глюкозы в крови. Адреналин, активируя гликогенфосфорилазу, стимулирует выведение свободной глюкозы из печени в кровь для нужд всех периферических органов организма.

Гормональная регуляция углеводного и жирового обмена. Глюкагон и адреналин

Глюкагон и адреналин

Гормон поджелудочной железы и кишечника глюкагон в отличие от инсулина оказывает гипергликемическое действие. Он стимулирует фосфорилазу и несколько тормозит активность гликогенсинтетазы, тем самым повышая скорость распада гликогена и снижая интенсивность его синтеза. Эффекты гормона на ферменты метаболизма гликогена опосредуются аденилатциклазным механизмом, приводящим к накоплению в клетках-мишенях цАМФ и активации ПК. Глюкагон стимулирует глюконеогенез, усиливая синтез его ключевых ферментов, что также опосредуется цАМФ (Икстон и др., 1967-1971). Оба ряда эффектов глюкагона на клетки и обусловливают его гипергликемическое действие.

Адреналин по влиянию на углеводный обмен близок к глюкагону, поскольку механизмом медиации их эффектов является аденилатциклазный комплекс (Робизон и др., 1971). Адреналин, как и глюкагон, усиливает распад гликогена и процессы глюконеогенеза. В физиологических концентрациях глюкагон преимущественно рецептируется печенью и адипозной тканью, а адреналин — мышцами (прежде всего миокардом) и жировой тканью.

Поэтому для глюкагона в большей, а для адреналина в меньшей степени характерны отставленная во время стимуляция глюконеогенетических процессов. Однако же для адреналина в значительно большей степени, чем для глюкагона, типично повышение гликогенолиза и, по-видимому, вследствие этого гликолиза и дыхания в мышцах. В плане не механизмов, а общего влияния на гликолитические процессы в мышечных клетках адреналин является отчасти синерегистом инсулина, а не глюкагона. Видимо, инсулин и глюкагон в большей мере — гормоны питания, а адреналин — стрессорный гормон.

СТГ-«соматомедины», оказывая гипергликемическое действие, воспроизводят два ряда противоположных эффектов. С одной стороны, эти гормоны обладают инсулиноподобными свойствами, повышая аналогично инсулину проницаемость мембран мышечных и жировых клеток к глюкозе и увеличивая концентрацию гликогена в печени. По-видимому, за счет этого однократное введение небольшой дозы гормона, особенно сразу после инъекции, может вызывать у крыс и мышей гипогликемический эффект.

С другой стороны, СТГ-«соматомедины» — ингибиторы гликолиза и мощные стимуляторы глюконеогенеза в печени и секреции глюкозы в кровь (антиинсулиновое или диабетогенное действие). Усиление синтеза гликогена, имитирующее эффект инсулина, — следствие активации глюконеогенеза, а не ускорения гликогенсинтетазной реакции (Дауэдэй, 1966; Костайо, 1976). Механизмы действия СТГ-«соматомединов» на обмен глюкозы в клетке до сих пор остаются не выясненными. Они осуществляются, по-видимому, на уровне регуляции процессов трансляции и отчасти транскрипции. У плодов млекопитающих эффекты СТГ дублируются ХСМ.

Соматостатин, образующийся в гипоталамусе и панкреасе, обладает широким спектром регуляторных эффектов на секрецию других гормональных соединений (Гиллемин и др., 1971; Лабри и др., 1976). В частности, он непосредственно тормозит секрецию СТГ, инсулина и глюкагона и таким образом способен влиять на различные стороны углеводного метаболизма.

Наиболее интенсивно он тормозит секрецию глюкагона и СТГ. Секретин и панкреозимин, в свою очередь, служат стимуляторами продукции инсулина.

Глюкокортикоиды

Кортизол и его аналоги в отношении углеводного обмена почти по всем параметрам являются антиинсулиновыми (диабетогенные) гормонами. Они индуцируют на уровне транскрипции синтез ключевых ферментов глюконеогенеза и глюкозо-6-фосфатазы в печени, тормозят гликолиз и транспорт глюкозы в мышцы, лимфоидную и жировую ткани (Икстон др., 1971).

Стимуляция глюконеогенеза этими гормонами в определенной мере усиливается за счет вызываемой ими стимуляции процессов трансаминирования и распада некоторых аминокислот (см. выше). Кроме того, глюкокортикоиды, как уже упоминалось, пермиссируют действие глюкагона и адреналина на гликогенолиз. Все это обусловливает гипергликемический эффект кортикостероидов. Вместе с тем глюкокортикоиды, как и СТГ, усиливают синтез гликогена в печени благодаря увеличению концентрации глюкозо-6-фоофата в процессе глюконеогенеза.

Специфический стимулятор биосинтеза кортикостероидов АКТГ влияет на углеводный обмен только посредством гормонов коры надпочечников.

Видимо, соотношение уровней продукции гормонов, участвующих в регуляции углеводного обмена, зависит от пищевого режима, фазы питания, мышечной нагрузки, интенсивности нервных процессов и других факторов (см. ниже).

У насекомых два гипергликемических гормона кардиальных тел вызывают распад гликогена в жировом теле, образование дисахарида трегалозы — транспортной формы углеводов и выход последней в гемолимфу (Стил, 1963).

Источник статьи: http://mupvirc.ru/gormony/raspad-glikogena-v-myshtsah-uskoryaet-gormon-adrenalin/