Гликоген является сложным, комплексным углеводом, который в процессе гликогенеза образуется из глюкозы, поступающей в организм человека вместе с пищей. С химической точки зрения он определяется формулой C6H10O5 и представляет собой коллоидальный полисахарид, имеющий сильно разветвленную цепь из остатков глюкозы. В этой статье мы расскажем все про гликогены: что это такое, каковы их функции, где они запасаются. Также мы опишем, какие бывают отклонения в процессе их синтезирования.
и как они синтезируются?
Гликоген является необходимым организму резервом глюкозы. В организме человека он синтезируется следующим образом. Во время приема пищи углеводы (в том числе крахмал и дисахариды - лактоза, мальтоза и сахароза) под действием фермента (амилазы) расщепляются на мелкие молекулы. Затем в тонком кишечнике такие ферменты, как сахараза, панкреатическая амилаза и мальтаза осуществляют гидролиз углеводных остатков до моносахаридов, в том числе и глюкозы.
Одна часть высвобожденной глюкозы, поступив в кровоток, направляется в печень, а другая транспортируется в клетки других органов. Непосредственно в клетках, в том числе и в мышечных, происходит последующий распад моносахарида глюкозы, который называется гликолиз. В процессе гликолиза, происходящего с участием или без участия (аэробный и анаэробный) кислорода синтезируются молекулы АТФ, которые являются источником энергии во всех живых организмах. Но не вся глюкоза, попадающая с пищей в организм человека, расходуется на Часть ее запасается в форме гликогена. Процесс гликогенеза предполагает полимеризацию, то есть последовательное присоединение друг к другу мономеров глюкозы и формирование полисахаридной разветвленной цепи под воздействием специальных ферментов.
Где находится гликоген?
Хранится полученный гликоген в виде особых гранул в цитоплазме (цитозоле) многих клеток организма. Особенно велико содержание гликогена в печени и мышечной ткани.
Причем мышечный гликоген - это источник запаса глюкозы для самой мышечной клетки (в случае сильной нагрузки), а печеночный поддерживает нормальную концентрацию глюкозы в крови. Также запас этих сложных углеводов имеется в нервных клетках, клетках сердца, аорты, эпителиальных покровов, соединительной ткани, слизистой оболочки матки и эмбриональных тканей. Итак, мы рассмотрели, что понимается под термином "гликогены". Что это такое, теперь понятно. Далее поговорим про их функции.
Для чего необходимы организму гликогены?
В организме гликоген служит в качестве энергетического резерва. В случае острой необходимости организм сможет получить из него недостающую глюкозу. Как это происходит? Распад гликогена осуществляется в периодах между приемами пищи, а также значительно ускоряется во время серьезной физической работы. Этот процесс происходит путем отщепления глюкозных остатков под воздействием особых ферментов. В итоге гликоген распадается до свободной глюкозы и глюкозо-6-фосфата без затрат АТФ.
Зачем нужен гликоген в печени?
Печень является одним важнейших внутренних органов человеческого тела. Она выполняет множество разнообразных жизненно необходимых функций. В том числе обеспечивает необходимый для функционирования головного мозга. Главными механизмами, при помощи которых осуществляется поддержание глюкозы в нормальном диапазоне - от 80 до 120 мг/дл, являются липогенез с последующим распадом гликогена, глюконеогенез и трансформация других сахаров в глюкозу.
При понижении уровня сахара в крови происходит активизация фосфорилазы, и тогда гликоген печени расщепляется. Из цитоплазмы клеток исчезают его скопления, и глюкоза поступает в кровь, давая организму необходимую энергию. При повышении уровня сахара, к примеру после приема пищи, клетки печени начинают активно синтезировать гликоген и депонировать его. Глюконеогенез представляет собой процесс синтезирования печенью глюкозы из других веществ, в том числе и аминокислот. Регуляторная делает ее критически необходимым для нормальной жизнедеятельности органа. Отклонения - значительные повышения/понижения уровня глюкозы в крови - представляют для здоровья человека серьезную опасность.
Нарушение синтеза гликогена
Нарушения обмена гликогена представляют собой группу наследственных Их причинами являются различные дефекты ферментов, непосредственно участвующих в регуляции процессов образования или расщепления гликогенов. Среди гликогеновых заболеваний выделяют гликогенозы и агликогенозы. Первые представляют собой редкие наследственные патологии, обусловленные чрезмерным накоплением полисахарида C6H10O5 в клетках.
Синтез гликогена и его последующее избыточное нахождение в печени, легких, почках, скелетных и сердечной мышцах вызываются дефектами ферментов (например, глюкоза-6-фосфатазы), участвующих в распаде гликогена. Чаще всего при гликогенозе наблюдаются нарушения развития органов, задержка психомоторного развития, тяжелые гипогликемические состояния, вплоть до наступления комы. Для подтверждения диагноза и определения типа гликогеноза проводят и мышц, после чего отправляют полученный материал на гистохимическое исследование. В ходе него устанавливают содержание гликогена в тканях, а также активность ферментов, способствующих его синтезу и распаду.
Если в организме отсуствуют гликогены, что это значит?
Агликогенозы представляют собой тяжелое наследственное заболевание, вызванное отсутствием фермента, способного осуществлять синтез гликогена (гликогенсинтетазы). При наличии данной патологии в печени полностью отсутствует гликоген. Клинические проявления заболевания таковы: крайне низкое содержание глюкозы в крови, вследствие чего - постоянные гипогликемические судороги. Состояние больных определяется как крайне тяжелое. Наличие агликогеноза исследуют, осуществляя биопсию печени.
Гликоген – это «запасной» углевод в человеческом организме, принадлежащий к классу полисахаридов.
Иногда его ошибочно называют термином «глюкоген». Важно не путать оба названия, поскольку второй термин – это белковый гормон-антагонист инсулина, вырабатываемый в поджелудочной железе.
Что такое гликоген?
Практически с каждым приемом пищи организм получает , которые поступают в кровь в виде глюкозы. Но порой ее количество превышает потребности организма и тогда глюкозные излишки накапливаются в форме гликогена, который при надобности расщепляется и обогащает тело дополнительной энергией.
Где хранятся запасы
Запасы гликогена в форме мельчайших гранул хранятся в печени и мышечной ткани. Также этот полисахарид есть в клетках нервной системы, почек, аорты, эпителия, мозга, в эмбриональных тканях и в слизистой оболочке матки. В теле здорового взрослого человека обычно есть около 400 г вещества. Но, кстати, при повышенных физических нагрузках организм преимущественно использует гликоген из мышц. Поэтому культуристы примерно за 2 часа до тренировки должны дополнительно насытить себя высокоуглеводной пищей, дабы восстановить запасы вещества.
Биохимические свойства
Полисахарид с формулой (C6H10O5)n химики называют гликогеном. Другое название этого вещества – животный . И хоть гликоген хранится в животных клетках, но это название является не совсем правильным. Открыл вещество французский физиолог Бернар. Почти 160 лет тому назад ученый впервые нашел в клетках печени «запасные» углеводы.
«Запасной» углевод хранится в цитоплазме клеток. Но если организм ощущает внезапный недостаток , гликоген высвобождается и попадает в кровь. Но, что интересно, трансформироваться в глюкозу, которая способна насытить «голодный» организм, способен только полисахарид, накопленный в печени (гепатоцид). Запасы гликогена в железе могут достигать 5 процентов от ее массы, и во взрослом организме составлять около 100-120 г. Своей максимальной концентрации гепатоциды достигают примерно через полтора часа после трапезы, насыщенной углеводам (кондитерские изделия, мучное, крахмалистая пища).
В составе мышц полисахарид занимает не больше 1-2 процентов от массы ткани. Но, учитывая общую площадь мускул, становится понятно, что гликогеновые «залежи» в мышцах превышают запасы вещества в печени. Также небольшие запасы углевода есть в почках, глиальных клетках мозга и в лейкоцитах (белых кровяных клетках). Таким образом, общие запасы гликогена во взрослом организме могут составить почти полкилограмма.
Интересно, что «запасной» сахарид найден в клетках некоторых растений, в грибах (дрожжевых) и бактериях.
Роль гликогена
В основном гликоген концентрируется в клетках печени и мышц. И следует понимать, что эти два источника резервной энергии обладают разными функциями. Полисахарид из печени поставляет глюкозу для организма в целом. То есть отвечает за стабильность уровня сахара в крови. При чрезмерной активности или между приемами пищи уровень глюкозы в плазме снижается. И дабы избежать гипогликемии гликоген, содержащийся в клетках печени, расщепляется и попадает в кровоток, выравнивая глюкозный показатель. Регуляторную функцию печени в этом плане нельзя недооценивать, поскольку изменение уровня сахара в любую сторону чревато серьезными проблемами, вплоть до летального исхода.
Мышечные запасы необходимы для поддержания работы опорно-двигательной системы. Сердце также является мышцей, в которой есть запасы гликогена. Зная об этом, становится понятно, почему у большинства людей после длительного голодания или при анорексиии возникают проблемы с сердцем.
Но если излишки глюкозы могут отложиться в форме гликогена, тогда возникает вопрос: «Почему углеводная пища откладывается на теле жировой прослойкой?». Этому также есть объяснение. Запасы гликогена в организме не безразмерны. При низкой физической активности запасы животного крахмала не успевают тратиться, поэтому глюкоза накапливается в другой форме – в виде липидов под кожей.
Помимо этого, гликоген необходим для катаболизма сложных углеводов, участвует в обменных процессах в организме.
Синтезирование
Гликоген – это стратегический запас энергии, который синтезируется в организме из углеводов.
Сначала тело использует полученные углеводы в стратегических целях, а остатки откладывает «на черный день». Дефицит энергии является причиной для расщепления гликогена к состоянию глюкозы.
Синтез вещества регулируется гормонами и нервной системой. Этот процесс, в частности в мышцах, «запускает» адреналин. А расщепление животного крахмала в печени активизирует гормон глюкагон (вырабатывается поджелудочной железой во время голодания). За синтезирование «запасного» углевода отвечает гормон инсулин. Процесс состоит из нескольких этапов и происходит исключительно во время приема пищи.
Гликогеноз и другие нарушения
Но в некоторых случаях расщепление гликогена не происходит. В результате гликоген накапливается в клетках всех органов и тканей. Обычно подобное нарушение наблюдают у людей с генетическими нарушениями (дисфункция ферментов, необходимых для расщепления вещества). Такое состояние называют термином гликогеноз и относят его к списку аутосомно-рецессивных патологий. На сегодня в медицине известны 12 типов этого заболевания, но пока достаточно изученной является только половина из них.
Но это не единственная патология, связанная с животным крахмалом. В число гликогеновых заболеваний также входит агликогеноз – нарушение, сопровождающееся полным отсутствием фермента, отвечающего за синтез гликогена. Симптомы болезни – ярко выраженные гипогликемии и судороги. Наличие агликогеноза определяют путем биопсии печени.
Гликоген, как запасной источник энергии, важно регулярно восстанавливать. Так, по крайней мере, утверждают ученые. Повышенная физическая активность может привести к тотальному истощению углеводных запасов в печени и мышцах, что в результате скажется на жизненной активности и работоспособности человека. В результате длительной безуглеводной диеты запасы гликогена в печени снижаются почти к нулю. Мышечные резервы истощаются во время интенсивных силовых тренировок.
Минимальная суточная доза гликогена составляет от 100 г и выше. Но эту цифру важно увеличить при:
Напротив, осторожно к пище, богатой гликогеном, стоит отнестись лицам с дисфункцией печени, недостатком ферментов. Кроме того, диета с высоким содержанием глюкозы предусматривает снижение употребления гликогена.
Пища для накопления гликогена
Как утверждают исследователи, для адекватного накопления гликогена примерно 65 процентов калорий организм должен получать из углеводных продуктов. В частности, для восстановления запасов животного крахмала важно ввести в рацион хлебобулочные изделия, каши, злаки, разные фрукты и овощи.
Лучшие источники гликогена: сахар, мед, шоколад, мармелад, варенье, финики, изюм, инжир, бананы, арбуз, хурма, сладкая выпечка, соки из фруктов.
Влияние гликогена на вес тела
Ученые определили, что во взрослом организме может накопиться около 400 граммов гликогена. Но также ученые определили и то, что каждый грамм резервной глюкозы связывает примерно 4 грамма воды. Вот и получается, что 400 г полисахарида – это примерно 2 кг гликогенного водного раствора. Этим объясняется обильное потоотделение во время тренировок: организм расходует гликоген и при этом теряет в 4 раза больше жидкости.
Этим свойством гликогена объясняется и быстрый результат экспресс-диет для похудения. Безуглеводные диеты провоцируют интенсивное израсходование гликогена, а с ним – жидкости из организма. Один литр воды, как известно, – это 1 кг веса. Но как только человек возвращается к обычному рациону с содержанием углеводов, запасы животного крахмала восстанавливаются, а с ними и потерянная за период диеты жидкость. В этом и кроется причина недолгосрочности результата экспресс-похудения.
Для по-настоящему эффективного похудения врачи советуют не только пересматривать рацион (отдавать предпочтение протеинам), но и усиливать физические нагрузки, которые ведут к быстрому израсходованию гликогена. Кстати, исследователи рассчитали, что 2-8 минут интенсивных кардиотренировок достаточно для использования запасов гликогена и потери лишнего веса. Но эта формула подходит исключительно лицам, не имеющим кардиологических проблем.
Дефицит и излишек: как определить
Организм, в котором, содержатся лишние порции гликогена, скорее всего, сообщит об этом сгущением крови и нарушениями работы печени. У людей с чрезмерными запасами этого полисахарида также случаются сбои в работе кишечника, увеличивается вес тела.
Но и нехватка гликогена не проходит для организма бесследно. Дефицит животного крахмала может послужить причиной эмоционально-психических нарушений. Возникают апатии, депрессивные состояния. Также заподозрить истощение энергетических резервов можно у людей с ослабленным иммунитетом, плохой памятью и после резкой потери мышечной массы.
Гликоген – важный резервный источник энергии для организма. Его недостаток – это не только снижение тонуса и упадок жизненных сил. Дефицит вещества скажется на качестве волос, кожи. И даже потеря блеска в глазах – это также результат нехватки гликогена. Если вы заметили у себя симптомы недостатка полисахарида, самое время подумать об усовершенствовании своего рациона.
Регистрационный номер: П №015125/01
Торговое название:
ГлюкаГен® 1 мг ГипоКит (GlucaGen ® 1 mg HypoKit)
Международное непатентованное название (мНн):
Глюкагон
Лекарственная форма
Лиофилизат для приготовления раствора для инъекций
Состав:
Активное вещество: глюкагона гидрохлорид генно-инженерный - 1 мг (соответствует 1 МЕ).Вспомогательные вещества
лактозы моногидрат, вода для инъекций. (В состав могут также входить кислота хлористоводородная и/или натрия гидроксид, используемые при производстве препарата для подбора рН).
Описание
Лиофилизированный порошок или пористая масса белого цвета. При растворении в прилагаемом растворителе в течение 1 мин образуется прозрачный бесцветный раствор.
Фармакотерапевтическая группа
Средство для лечения гипогликемии.
Код АТХ : Н04АА01.
Фармакологические свойства
ГлюкаГен® 1 мг ГипоКит содержит генно-инженерный человеческий глюкагон -белково-пептидный гормон, физиологический антагонист инсулина, участвующий в регуляции углеводного обмена. Глюкагон усиливает расщепление гликогена в печени до глюкозо-6-фосфата (глюкогенолиз), в результате чего повышается концентрация глюкозы в крови. Глюкагон не эффективен при лечении пациентов, в печени которых запасы гликогена истощены. По этой причине глюкагон малоэффективен или не эффективен вовсе при лечении пациентов натощак или пациентов с надпочечниковой недостаточностью, хронической гипогликемией или гипогликемией, вызванной приемом алкоголя. В отличие от адреналина, глюкагон не оказывает воздействия на мышечную фосфорилазу и поэтому не может содействовать переносу углеводов из более богатых запасами гликогена скелетных мышц.
Глюкагон стимулирует выделение катехоламинов. При наличии феохромоцитомы глюкагон может спровоцировать выделение опухолью большого количества катехоламинов, которые вызывают резкое повышение АД. Глюкагон снижает сократительную способность гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта. Действие препарата начинается через 1 минуту после внутривенной инъекции, длительность действия препарата составляет 5-20 минут в зависимости от дозы и органа.
При лечении тяжелой гипогликемии действие глюкагона на содержание глюкозы в крови обычно наблюдается в течение 10 минут.
Фармакокинетика. Скорость метаболического клиренса глюкагона у человека составляет приблизительно 10 мл/кг/мин. Глюкагон метаболизируется ферментативным путем в плазме крови и в органах, в которых он распределен. Основные места метаболизма глюкагона -печень и почки, вклад каждого органа в общую скорость метаболического клиренса составляет приблизительно 30 %. Период полувыведения глюкагона составляет 3-6 минут.
Показания к применению
Тяжелые гипогликемические состояния (низкий уровень глюкозы в крови), возникающие у больных сахарным диабетом после инъекции инсулина или приема таблетированных гипогликемических препаратов.
Противопоказания:
Повышенная индивидуальная чувствительность к глюкагону или любому другому компоненту препарата; гипергликемия; феохромоцитома
Применение в период беременности и кормления грудью
ГлюкаГен не проходит через человеческий плацентарный барьер и может использоваться для лечения тяжелой гипогликемии во время беременности. При назначении препарата в период грудного вскармливания какого-либо риска для ребенка не отмечено.
Способ применения и дозы
Для приготовления инъекционного раствора 1 мг (1 ME) лиофилизата растворяют в 1 мл растворителя. Полученный раствор может вводиться подкожно, внутримышечно или внутривенно. В данной лекарственной форме препарат ГлюкаГен 1 мг ГипоКит вводят подкожно или внутримышечно. Введение препарата медицинским персоналом
Вводят 1 мг (взрослым и детям с массой тела более 25 кг или 6-8 лет) или 0.5 мг (детям с массой тела менее 25 кг или младше 6-8 лет) подкожно, внутримышечно или внутривенно. Пациент обычно приходит в сознание в течение 10 минут после введения препарата. После того, как пациент придет в сознание, ему необходимо дать пищу, богатую углеводами, для предотвращения повторного развития гипогликемии. Если в течение 10 минут больной не придет в сознание, ему необходимо ввести внутривенно глюкозу. Введение препарата пациенту родственником(ами) Родственники или близкие друзья больного сахарным диабетом должны знать, что в случае развития у него тяжелой гипогликемической реакции, ему необходимо оказание медицинской помощи. Если у больного сахарным диабетом развилась тяжелая гипогликемия, и он не способен съесть сахар, родственники или друзья должны сделать ему инъекцию препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит. Вводят 1 мг (взрослым и детям с массой тела более 25 кг) или 0.5 мг (детям с массой тела менее 25 кг или младше 6-8 лет) подкожно или в верхнюю наружную часть мышц бедра. Пациент обычно приходит в сознание в течение 10 минут после введения препарата. После того, как пациент придет в сознание, ему необходимо дать сахар для предотвращения повторного развития гипогликемии. Всем пациентам с тяжелой формой гипогликемии необходима медицинская помощь.
Приготовление раствора:
1.Снять оранжевый колпачек с флакона и защитный наконечник иглы со шприца;
2. Проколоть иглой резиновую пробку флакона, содержащего лиофилизат ГлюкаГен, и ввести во флакон всю жидкость, находящуюся в шприце.
3. Не вынимая иглы из флакона, осторожно встряхивать флакон до полного растворения препарата ГлюкаГен и образования прозрачного раствора.
4. Необходимо убедиться, что поршень полностью задвинут вперед. Набрать весь раствор в шприц. Следует следить за
тем, чтобы поршень не вышел из шприца.
5. Выпустить из шприца воздух и сделать инъекцию.
Побочное действие
Тяжелые побочные эффекты очень редки. Со стороны системы органов пищеварения: Иногда могут появляться тошнота и рвота, особенно при введении дозы более 1 мг, или при быстром введении препарата (в течение менее 1 минуты). Со стороны сердечно-сосудистой системы: кратковременная тахикардия, транзиторное повышение АД.
Со стороны иммунной системы: повышенная чувствительность, включая анафилактический шок.
Побочные эффекты, указывающие на токсичность препарата ГлюкаГен, не зарегистрированы. Если у пациента возникли какие-либо побочные реакции, в том числе и не перечисленные выше, но по его мнению вызванные применением препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит, он должен сообщить об этом своему врачу.
Передозировка:
При передозировке препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит возможно появление тошноты, рвоты, диареи, гипокалиемии, тахикардии, повышение АД. Лечение симптоматическое. Необходим постоянный контроль уровня калия и, при необходимости, его коррекция. Применение форсированного диуреза и гемодиализа - малоэффективно. В случае появления рвоты - регидратация и восполнение потерь калия.
Взаимодействие с другими лекарственными средствами
На фоне бета-адреноблокаторов введение препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит может привести к выраженной тахикардии и повышению АД. Инсулин: Действие глюкагона противоположно действию инсулина (инсулин антагонист глюкагона). Индометацин: при совместном применении глюкагон может утратить способность повышать содержание глюкозы в крови и даже вызвать гипогликемию. Варфарин: при совместном применении глюкагон может усилить действие антикоагулянта варфарина.
Особые указания
После введения препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит необходимо контролировать содержание глюкозы в плазме крови.
ГлюкаГен 1 мг ГипоКит оказывает гипергликемический эффект только при наличии гликогена в печени, поэтому он будет неэффективен у голодающих пациентов, у больных с надпочечниковой недостаточностью и хронической гипогликемией, а также если гипогликемия вызвана чрезмерным употреблением алкоголя.
Следует соблюдать осторожность при применении препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит у больных с инсулиномой или глюкагономой.
Больной сахарным диабетом должен строго придерживаться врачебных рекомендаций, направленных на предупреждение гипогликемических состояний. Нельзя использовать раствор, если он выглядит как гель, или если порошок растворился не полностью. Флакон имеет защитный, термоустойчивый пластмассовый колпачок с цветовым кодом. Для того чтобы растворить порошок препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит, Вы должны снять пластиковый колпачок. Если он потерян или отсутствует при приобретении флакона, верните его в аптеку.
Форма выпуска:
Лиофилизат для приготовления раствора для инъекций 1 мг во флаконах в комплекте с растворителем в одноразовых шприцах по 1 мл.
1 флакон с лиофилизированным порошком (лиофилизатом) и 1 шприц с растворителем в пластиковом пенале.
Условия хранения:
Список Б. ГлюкаГен (в виде порошка) должен храниться при температуре не выше 25°С.
Не замораживать во избежание повреждения шприца. Флакон с препаратом ГлюкаГен должен храниться в защищенном от света месте. Готовый раствор препарата ГлюкаГен 1 мг ГипоКит должен использоваться немедленно после приготовления. Не хранить готовый раствор для последующего использования. Хранить в недоступном для детей месте.
Срок годности:
2 года. Не использовать препарат после истечения срока годности, указанного на упаковке.
Резервы гликогена используются по-разному в зависимости от функциональных особенностей клетки.
Гликоген печени расщепляется при снижении концентрации глюкозы в крови, прежде всего между приемами пищи. Через 12-18 часов голодания запасы гликогена в печени полностью истощаются.
В мышцах количество гликогена снижается обычно только во время физической нагрузки – длительной и/или напряженной. Гликоген здесь используется для обеспечения глюкозой работы самих миоцитов. Таким образом, мышцы, как впрочем и остальные органы, используют гликоген только для собственных нужд.
Мобилизация (распад) гликогена или гликогенолиз активируется при недостатке свободной глюкозы в клетке, а значит и в крови (голодание, мышечная работа). При этом уровень глюкозы крови "целенаправленно" поддерживает только печень , в которой имеется глюкозо-6-фосфатаза, гидролизующая фосфатный эфир глюкозы. Образуемая в гепатоците свободная глюкоза выходит через плазматическую мембрану в кровь.
В гликогенолизе непосредственно участвуют три фермента:
1. Фосфорилаза гликогена (кофермент пиридоксальфосфат) – расщепляет α-1,4-гликозидные связи с образованием глюкозо-1-фосфата. Фермент работает до тех пор, пока до точки ветвления (α1,6-связи) не останется 4 остатка глюкозы.
Роль фосфорилазы при мобилизации гликогена
2. α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза – фермент, переносящий фрагмент из трех остатков глюкозы на другую цепь с образованием новой α1,4-гликозидной связи. При этом на прежнем месте остается один остаток глюкозы и "открытая" доступная α1,6-гликозидная связь.
3. Амило-α1,6-глюкозидаза , ("деветвящий " фермент) – гидролизует α1,6-гликозидную связь с высвобождением свободной (нефосфорилированной) глюкозы. В результате образуется цепь без ветвлений, вновь служащая субстратом для фосфорилазы.
Роль ферментов в расщеплении гликогена
Синтез гликогена
Гликоген способен синтезироваться почти во всех тканях, но наибольшие запасы гликогена находятся в печени и скелетных мышцах. Накопление гликогена в мышцах отмечается в период восстановления после нагрузки, особенно при приеме богатой углеводами пищи. В печени синтез гликогена происходит только после еды, при гипергликемии. Это объясняется особенностями печеночной гексокиназы (глюкокиназы ), которая имеет низкое сродство к глюкозе и может работать только при ее высоких концентрациях, при нормальных концентрациях глюкозы в крови ее захват печенью не производится.
Непосредственно синтез гликогена осуществляют следующие ферменты:
1. Фосфоглюкомутаза – превращает глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат;
2. Глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза – фермент, осуществляющий ключевую реакцию синтеза. Необратимость этой реакции обеспечивается гидролизом образующегося дифосфата;
Реакции синтеза УДФ-глюкозы
3. Гликогенсинтаза – образует α1,4-гликозидные связи и удлиняет гликогеновую цепочку, присоединяя активированный С 1 УДФ-глюкозы к С 4 концевого остатка гликогена;
Гликоген представляет собой многоразветвленный полисахарид глюкозы, который служит в качестве формы хранения энергии у людей, животных, грибов и бактерий. Полисахаридная структура представляет собой основную форму хранения глюкозы в организме. У людей, гликоген производится и хранится, в основном, в клетках печени и мышцах, гидратированных тремя или четырьмя частями воды. Гликоген функционирует как вторичное долговременное хранилище энергии, причем первичные запасы энергии являются жирами, содержащимися в жировой ткани. Мышечный гликоген превращается в глюкозу мышечными клетками, а гликоген печени превращается в глюкозу для использования по всему телу, включая центральную нервную систему. Гликоген является аналогом крахмала, глюкозного полимера, который функционирует как хранилище энергии в растениях. Он имеет структуру, похожую на амилопектин (компонент крахмала), но более интенсивно разветвленную и компактную, чем крахмал. Оба являются белыми порошками в сухом состоянии. Гликоген встречается в виде гранул в цитозоле / цитоплазме во многих типах клеток и играет важную роль в цикле глюкозы. Гликоген образует запас энергии, который можно быстро мобилизовать для удовлетворения внезапной потребности в глюкозе, но менее компактен, чем энергетические запасы триглицеридов (липидов). В печени, гликоген может составлять от 5 до 6% от массы тела (100-120 г у взрослого человека). Только гликоген, хранящийся в печени, может быть доступен другим органам. В мышцах, гликоген находится в низкой концентрации (1-2% от массы мышц). Количество гликогена, хранящегося в организме, особенно в мышцах, печени и красных кровяных клетках , в основном, зависит от тренировок, базового метаболизма и привычек в еде. Небольшое количество гликогена находится в почках и даже меньшее количество – в некоторых глиальных клетках мозга и лейкоцитов. Матка также хранит гликоген во время беременности, чтобы питать эмбрион.
Структура
Гликоген представляет собой разветвленный биополимер, состоящий из линейных цепей глюкозных остатков с дальнейшими цепями, разветвляющимися каждые 8-12 глюкоз или около того. Глюкозы связаны линейно с помощью α (1 → 4) гликозидных связей от одной глюкозы к следующей. Ветви связаны с цепями, от которых они отделяются гликозидными связями α (1 → 6) между первой глюкозой новой ветви и глюкозой в цепочке стволовых клеток .
Из-за того, как синтезируется гликоген, каждая гликогенная гранула имеет в своем составе гликогениновый белок.
Гликоген в мышцах, печени и жировых клетках хранится в гидратированной форме, состоящей из трех или четырех частей воды на часть гликогена, связанной с 0,45 миллимолями калия на грамм гликогена.
Функции
Печень
Поскольку еда, содержащая углеводы или белок, съедается и переваривается, уровень глюкозы в крови повышается, а поджелудочная железа выделяет инсулин. Кровь глюкозы из воротной вены поступает в клетки печени (гепатоциты). Инсулин воздействует на гепатоциты, чтобы стимулировать действие нескольких ферментов, включая гликогенсинтазу. Молекулы глюкозы добавляются к цепям гликогена до тех пор, пока как инсулин, так и глюкоза остаются обильными. В этом постпрандиальном или «сытом» состоянии печень берет больше глюкозы из крови, чем высвобождает. После того, как еда была переварена и уровень глюкозы начинает падать, секреция инсулина снижается, и синтез гликогена прекращается. Когда это необходимо для энергии, гликоген разрушается и снова превращается в глюкозу. Гликогенфосфорилаза является основным ферментом распада гликогена. В течение следующих 8-12 часов, глюкоза, полученная из гликогена печени, является основным источником глюкозы в крови, используемой остальной частью организма для получения топлива. Глюкагон, еще один гормон, вырабатываемый поджелудочной железой, во многом служит противодействующим сигналом к инсулину. В ответ на уровень инсулина ниже нормы (когда уровень глюкозы в крови начинает падать ниже нормального диапазона), глюкагон секретируется в возрастающих количествах и стимулирует как гликогенолиз (распад гликогена), так и глюконеогенез (производство глюкозы из других источников).
Мышцы
Гликоген мышечной клетки, по-видимому, функционирует как непосредственный резервный источник доступной глюкозы для мышечных клеток. Другие ячейки, которые содержат небольшие количества, также используют его локально. Поскольку мышечным клеткам не хватает глюкозо-6-фосфатазы, которая требуется для приема глюкозы в кровь, гликоген, который они хранят, доступен исключительно для внутреннего использования и не распространяется на другие клетки. Это контрастирует с клетками печени, которые по требованию легко разрушают свой сохраненный гликоген в глюкозу и отправляют его через кровоток в качестве топлива для других органов.
История
Гликоген был обнаружен Клодом Бернардом. Его эксперименты показали, что в печени содержится вещество, которое может привести к восстановлению сахара под действием «фермента» в печени. К 1857 году он описал выделение вещества, которое он назвал «la matière glycogène», или «сахарообразующее вещество». Вскоре после открытия гликогена в печени, А. Сансон обнаружил, что мышечная ткань также содержит гликоген. Эмпирическая формула для гликогена (C6H10О5)n был установлен Кекуле в 1858 году.
Метаболизм
Синтез
Синтез гликогена, в отличие от его разрушения, является эндергоническим – он требует ввода энергии. Энергия для синтеза гликогена приходит из уридин трифосфата (УТФ), который реагирует с глюкозо-1-фосфатом, образуя УДФ-глюкозу, в реакции, катализируемой УТФ-глюкозо-1-фосфатной уридилтрансферазой. Гликоген синтезируется из мономеров УДФ-глюкозы изначально белком гликогенином, который имеет два тирозиновых анкера для восстанавливающего конца гликогена, поскольку гликогенин является гомодимером. После того, как к тирозиновому остатку добавляется около восьми молекул глюкозы, фермент гликогенсинтаза постепенно удлиняет гликогенную цепь с использованием УДФ-глюкозы, добавляя α (1 → 4) -связанную глюкозу. Фермент гликогена катализирует перенос концевого фрагмента из шести или семи остатков глюкозы из нередуцирующего конца в гидроксильную группу С-6 глюкозного остатка глубже во внутреннюю часть молекулы гликогена. Разветвляющийся фермент может действовать только на ветку, имеющую, по меньшей мере, 11 остатков, и фермент может переноситься в одну и ту же цепь глюкозы или соседние цепи глюкозы.
Гликогенолиз
Гликоген расщепляется от нередуцирующих концов цепи ферментом гликогенфосфорилазы с получением мономеров глюкозо-1-фосфата. In vivo, фосфорилиз протекает в направлении распада гликогена, поскольку соотношение фосфата и глюкозо-1-фосфата обычно больше 100. Затем глюкозо-1-фосфат превращается в 6-фосфат глюкозы (G6P) фосфоглюкомтазой. Для удаления α (1-6) ветвей в разветвленном гликоге необходим специальный ферментационный фермент, преобразующий цепочку в линейный полимер. Полученные мономеры G6P имеют три возможных судьбы: G6P может продолжаться по пути гликолиза и использоваться в качестве топлива. G6P может проникать через пентозофосфатный путь через фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу для получения НАДФН и 5-углеродных сахаров. В печени и почках, G6P можно дефосфорилировать обратно в глюкозу ферментом глюкозо-6-фосфатазой. Это последний шаг в пути глюконеогенеза.
Клиническая значимость
Нарушения метаболизма гликогена
Наиболее распространенным заболеванием, при котором метаболизм гликогена становится ненормальным, является , при котором из-за аномальных количеств гликоген печени может аномально накапливаться или истощаться. Восстановление нормального метаболизма глюкозы обычно нормализует метаболизм гликогена. При гипогликемии, вызванной чрезмерным уровнем инсулина, количества гликогена в печени высоки, но высокие уровни инсулина предотвращают гликогенолиз, необходимый для поддержания нормального уровня сахара в крови. Глюкагон является распространенным методом лечения этого типа гипогликемии. Различные врожденные ошибки метаболизма вызваны недостатками ферментов, необходимых для синтеза или расщепления гликогена. Они также называются заболеваниями, связанными с хранением гликогена.
Эффект истощения гликогена и выносливость
Спортсмены, бегающие на длинные дистанции, такие как марафонские бегуны, лыжники и велосипедисты, часто испытывают истощение гликогена, когда почти все запасы гликогена в организме спортсмена истощаются после длительных нагрузок без достаточного потребления углеводов. Истощение гликогена может быть предотвращено тремя возможными способами. Во-первых, во время упражнения углеводы с максимально возможной скоростью преобразования в глюкозу крови (высокий гликемический индекс) поступают непрерывно. Наилучший результат этой стратегии заменяет около 35% глюкозы, потребляемой при сердечных ритмах, выше примерно 80% от максимума. Во-вторых, благодаря адаптационным тренировкам на выносливость и специализированным схемам (например, тренировки с низкой степенью выносливости плюс диета), организм может определять мышечные волокна типа I для улучшения эффективности использования топлива и рабочей нагрузки для увеличения процента жирных кислот, используемых в качестве топлива, чтобы сберечь углеводы. В-третьих, при потреблении больших количеств углеводов после истощения запасов гликогена в результате физических упражнений или диеты, организм может увеличить емкость хранилищ внутримышечных гликогенов. Этот процесс известен как «углеводная нагрузка». В общем, гликемический индекс источника углеводов не имеет значения, поскольку чувствительность мышечного инсулина в результате временного истощения гликогена увеличивается.
