Glikogen adalah cadangan karbohidrat hewan, terdiri dari sejumlah besar residu glukosa. Suplai glikogen memungkinkan Anda untuk dengan cepat mengisi kekurangan glukosa dalam darah, segera setelah levelnya menurun, glikogen terbelah, dan glukosa bebas memasuki darah. Pada manusia, glukosa terutama disimpan sebagai glikogen. Tidak menguntungkan bagi sel untuk menyimpan molekul glukosa individu, karena ini akan secara signifikan meningkatkan tekanan osmotik di dalam sel. Dalam strukturnya, glikogen menyerupai pati, yaitu polisakarida, yang terutama disimpan oleh tanaman. Pati juga terdiri dari residu glukosa yang terhubung satu sama lain, namun ada banyak cabang dalam molekul glikogen. Reaksi berkualitas tinggi terhadap glikogen - reaksi dengan yodium - memberikan warna cokelat, tidak seperti reaksi yodium dengan pati, yang memungkinkan Anda untuk mendapatkan warna ungu.
Regulasi produksi glikogen
Pembentukan dan pemecahan glikogen mengatur beberapa hormon, yaitu:
1) insulin
2) glukagon
3) adrenalin
Pembentukan glikogen terjadi setelah konsentrasi glukosa dalam darah naik: jika ada banyak glukosa, itu harus disimpan untuk masa depan. Penyerapan glukosa oleh sel terutama diatur oleh dua hormon-antagonis, yaitu hormon dengan efek sebaliknya: insulin dan glukagon. Kedua hormon ini disekresikan oleh sel-sel pankreas.
Harap dicatat: kata-kata "glukagon" dan "glikogen" sangat mirip, tetapi glukagon adalah hormon, dan glikogen adalah polisakarida cadangan.
Insulin disintesis jika ada banyak glukosa dalam darah. Ini biasanya terjadi setelah seseorang makan, terutama jika makanan itu adalah makanan kaya karbohidrat (misalnya, jika Anda makan tepung atau makanan manis). Semua karbohidrat yang terkandung dalam makanan dipecah menjadi monosakarida, dan sudah dalam bentuk ini diserap melalui dinding usus ke dalam darah. Dengan demikian, kadar glukosa naik.
Ketika reseptor sel merespons insulin, sel-sel menyerap glukosa dari darah, dan tingkatnya menurun lagi. Ngomong-ngomong, itu sebabnya diabetes - kekurangan insulin - secara kiasan disebut "kelaparan di antara kelimpahan", karena dalam darah setelah makan makanan yang kaya karbohidrat, banyak gula muncul, tetapi tanpa insulin, sel tidak bisa menyerapnya. Sebagian dari sel glukosa digunakan untuk energi, dan sisanya diubah menjadi lemak. Sel-sel hati menggunakan glukosa yang diserap untuk mensintesis glikogen. Jika ada sedikit glukosa dalam darah, proses sebaliknya terjadi: pankreas mengeluarkan hormon glukagon, dan sel-sel hati mulai memecah glikogen, melepaskan glukosa ke dalam darah, atau mensintesis glukosa lagi dari molekul yang lebih sederhana seperti asam laktat.
Adrenalin juga mengarah pada pemecahan glikogen, karena seluruh aksi hormon ini ditujukan untuk memobilisasi tubuh, mempersiapkannya untuk jenis reaksi "pukul atau jalankan". Dan untuk ini perlu bahwa konsentrasi glukosa menjadi lebih tinggi. Kemudian otot dapat menggunakannya untuk energi.
Dengan demikian, penyerapan makanan menyebabkan pelepasan hormon insulin ke dalam darah dan sintesis glikogen, dan kelaparan menyebabkan pelepasan hormon glukagon dan pemecahan glikogen. Pelepasan adrenalin, yang terjadi dalam situasi stres, juga mengarah pada pemecahan glikogen.
Dari mana glikogen disintesis?
Glukosa-6-fosfat berfungsi sebagai substrat untuk sintesis glikogen, atau glikogenogenesis, sebagaimana disebut. Ini adalah molekul yang diperoleh dari glukosa setelah menempelkan residu asam fosfat ke atom karbon keenam. Glukosa, yang membentuk glukosa-6-fosfat, masuk ke hati dari darah dan ke dalam darah dari usus.
Pilihan lain dimungkinkan: glukosa dapat disintesis ulang dari prekursor yang lebih sederhana (asam laktat). Dalam hal ini, glukosa dari darah masuk, misalnya, di otot, di mana ia dipecah menjadi asam laktat dengan melepaskan energi, dan kemudian asam laktat yang terakumulasi diangkut ke hati, dan sel-sel hati mensintesis kembali glukosa dari itu. Kemudian glukosa ini dapat diubah menjadi glukosa-6-fosfot dan selanjutnya berdasarkan itu untuk mensintesis glikogen.
Tahapan pembentukan glikogen
Jadi, apa yang terjadi dalam proses sintesis glikogen dari glukosa?
1. Glukosa setelah penambahan residu asam fosfat menjadi glukosa-6-fosfat. Ini disebabkan oleh enzim hexokinase. Enzim ini memiliki beberapa bentuk berbeda. Hexokinase di otot sedikit berbeda dari hexokinase di hati. Bentuk enzim ini, yang ada di hati, lebih buruk terkait dengan glukosa, dan produk yang terbentuk selama reaksi tidak menghambat reaksi. Karena ini, sel-sel hati dapat menyerap glukosa hanya ketika ada banyak, dan saya dapat segera mengubah banyak substrat menjadi glukosa-6-fosfat, bahkan jika saya tidak punya waktu untuk memprosesnya.
2. Enzim phosphoglucomutase mengkatalisis konversi glukosa-6-fosfat menjadi isomernya, glukosa-1-fosfat.
3. Glukosa-1-fosfat yang dihasilkan kemudian bergabung dengan uridin trifosfat, membentuk UDP-glukosa. Proses ini dikatalisis oleh enzim UDP-glukosa pyrophosphorylase. Reaksi ini tidak dapat berlangsung dalam arah yang berlawanan, yaitu, tidak dapat diubah dalam kondisi yang ada di dalam sel.
4. Enzim glikogen sintase mentransfer residu glukosa ke molekul glikogen yang muncul.
5. Enzim fermentasi glikogen menambah titik cabang, menciptakan "cabang" baru pada molekul glikogen. Kemudian pada akhir cabang ini residu glukosa baru ditambahkan menggunakan glikogen sintase.
Di mana glikogen disimpan setelah pembentukan?
Glikogen adalah polisakarida cadangan yang diperlukan untuk kehidupan, dan disimpan dalam bentuk butiran kecil yang terletak di sitoplasma beberapa sel.
Glikogen menyimpan organ-organ berikut:
1. Hati. Glikogen cukup melimpah di hati, dan merupakan satu-satunya organ yang menggunakan simpanan glikogen untuk mengatur konsentrasi gula dalam darah. Hingga 5-6% mungkin glikogen dari massa hati, yang kira-kira setara dengan 100-120 gram.
2. Otot. Pada otot, simpanan glikogen kurang dalam persentase (hingga 1%), tetapi secara total, berdasarkan beratnya, simpanan glikogen dapat melebihi semua glikogen yang disimpan di hati. Otot tidak memancarkan glukosa yang terbentuk setelah pemecahan glikogen ke dalam darah, mereka menggunakannya hanya untuk kebutuhan mereka sendiri.
3. Ginjal. Mereka menemukan sejumlah kecil glikogen. Bahkan jumlah yang lebih kecil ditemukan dalam sel glial dan leukosit, yaitu sel darah putih.
Berapa lama penyimpanan glikogen bertahan?
Dalam proses aktivitas vital suatu organisme, glikogen disintesis cukup sering, hampir setiap waktu setelah makan. Tubuh tidak masuk akal untuk menyimpan jumlah besar glikogen, karena fungsi utamanya bukan untuk berfungsi sebagai donor nutrisi selama mungkin, tetapi untuk mengatur jumlah gula dalam darah. Toko glikogen bertahan sekitar 12 jam.
Sebagai perbandingan, lemak yang disimpan:
- Pertama, mereka biasanya memiliki massa yang jauh lebih besar daripada massa glikogen yang tersimpan,
- kedua, mereka bisa cukup untuk satu bulan keberadaan.
Selain itu, perlu dicatat bahwa tubuh manusia dapat mengubah karbohidrat menjadi lemak, tetapi tidak sebaliknya, yaitu, lemak yang disimpan tidak dapat diubah menjadi glikogen, hanya dapat digunakan secara langsung untuk energi. Tetapi untuk memecah glikogen menjadi glukosa, maka hancurkan glukosa itu sendiri dan menggunakan produk yang dihasilkan untuk sintesis lemak yang mampu dilakukan tubuh manusia.
Glikogen adalah cadangan energi yang mudah digunakan.
Mobilisasi glikogen (glikogenolisis)
Cadangan glikogen digunakan secara berbeda tergantung pada karakteristik fungsional sel.
Glikogen hati dipecah dengan mengurangi konsentrasi glukosa dalam darah, terutama di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, simpanan glikogen di hati benar-benar habis.
Pada otot, jumlah glikogen biasanya berkurang hanya selama aktivitas fisik - berkepanjangan dan / atau intens. Glikogen digunakan di sini untuk memastikan berfungsinya miosit oleh glukosa. Dengan demikian, otot, serta organ lain, menggunakan glikogen hanya untuk kebutuhan mereka sendiri.
Mobilisasi (dekomposisi) glikogen atau glikogenolisis diaktifkan ketika ada kekurangan glukosa bebas dalam sel, dan karena itu dalam darah (puasa, kerja otot). Tingkat glukosa darah "sengaja" hanya mendukung hati, di mana ada glukosa-6-fosfatase, yang menghidrolisis glukosa ester fosfat. Glukosa bebas yang terbentuk dalam hepatosit dilepaskan melalui membran plasma ke dalam darah.
Tiga enzim terlibat langsung dalam glikogenolisis:
1. Phosphorylase glikogen (koenzim piridoksal fosfat) - memecah ikatan α-1,4-glikosidik untuk membentuk glukosa-1-fosfat. Enzim bekerja sampai 4 residu glukosa tetap sampai titik cabang (α1,6-ikatan).
Peran fosforilase dalam mobilisasi glikogen
2. α (1,4) -α (1,4) -glucanthransferase adalah enzim yang mentransfer fragmen dari tiga residu glukosa ke rantai lain dengan pembentukan ikatan α1,4-glikosidik baru. Pada saat yang sama, satu residu glukosa dan ikatan α1,6-glikosidik yang dapat diakses "terbuka" tetap berada di tempat yang sama.
3. Amil-α1,6-glukosidase, ("detituschy" enzyme) - menghidrolisis ikatan α1,6-glikosidik dengan melepaskan glukosa bebas (tidak terfosforilasi). Akibatnya, rantai tanpa cabang terbentuk, sekali lagi berfungsi sebagai substrat untuk fosforilase.
Peran enzim dalam pemecahan glikogen
Sintesis glikogen
Glikogen dapat disintesis di hampir semua jaringan, tetapi simpanan glikogen terbesar ada di hati dan otot rangka.
Pada otot, jumlah glikogen biasanya berkurang hanya selama aktivitas fisik - berkepanjangan dan / atau intens. Akumulasi glikogen di sini dicatat dalam periode pemulihan, terutama ketika mengambil makanan berkarbohidrat tinggi.
Glikogen hati dipecah dengan mengurangi konsentrasi glukosa dalam darah, terutama di antara waktu makan (periode pasca-adsorpsi). Setelah 12-18 jam puasa, simpanan glikogen di hati benar-benar habis. Glikogen terakumulasi di hati hanya setelah makan, dengan hiperglikemia. Ini disebabkan oleh kekhasan kinase hati (glukokinase), yang memiliki afinitas rendah terhadap glukosa dan hanya dapat bekerja pada konsentrasi tinggi.
Pada konsentrasi normal glukosa dalam darah penangkapannya oleh hati tidak dilakukan.
Enzim berikut secara langsung mensintesis glikogen:
1. Phosphoglucomutase - mengubah glukosa-6-fosfat menjadi glukosa-1-fosfat;
2. Glukosa-1-fosfat-uridiltransferase - enzim yang melakukan reaksi sintesis kunci. Ketidakbalikan reaksi ini disediakan oleh hidrolisis dari difosfat yang dihasilkan;
Reaksi sintesis UDP-glukosa
3. Glikogen sintase - membentuk ikatan α1,4-glikosidik dan memperluas rantai glikogen, melampirkan C1 UDF-glukosa teraktivasi menjadi residu glikogen terminal C4;
Kimia Reaksi Sintesis Glikogen
4. Amillo-α1,4-α1,6-glikosiltransferase, enzim "bercabang glikogen" - mentransfer fragmen dengan panjang minimum 6 residu glukosa ke rantai yang berdekatan dengan pembentukan ikatan α1,6-glikosidik.
Buku Panduan Kimiawan 21
Kimia dan teknologi kimia
Kerusakan glikogen untuk membentuk glukosa
Selama fosforolisis, glikogen dengan demikian terurai dengan pembentukan glukosa fosfat ester, tanpa terlebih dahulu membaginya menjadi fragmen yang lebih besar dari molekul polisakarida. [hal.251]
Fosforilasi mentransfer polisakarida (khususnya glikogen) dari bentuk penyimpanan ke bentuk aktif secara metabolik dengan adanya fosforilase, dan glikogen terpecah untuk membentuk glukosa fosfat eter (glukosa-1-fosfat) tanpa memecah molekul polisakarida yang lebih besar menjadi fragmen yang lebih besar. Secara umum, reaksi ini dapat direpresentasikan sebagai berikut [p.325]
Nanti kita akan menjawab pertanyaan penting ini lebih terinci (bab 25), sekarang kita hanya mengatakan bahwa jika tubuh tiba-tiba dalam situasi kritis, medula adrenal mengeluarkan hormon adrenalin ke dalam darah, yang berfungsi sebagai sinyal molekuler untuk hati dan otot. Di bawah pengaruh sinyal ini, hati menyalakan glikogen fosforilnya, sebagai akibatnya kadar glukosa darah naik, yaitu otot mendapatkan bahan bakar. Sinyal yang sama termasuk dalam otot rangka kerusakan glikogen dengan pembentukan laktat, sehingga meningkatkan [hal.464]
Pencernaan karbohidrat diet dimulai di rongga mulut. Di bawah aksi enzim air liur amilase, pati dan glikogen mengalami pembelahan dangkal untuk membentuk polisakarida dengan berat molekul rendah - dekstrin. Dekomposisi lebih lanjut dari dekstrin, serta pati dan glissogen yang tidak tercerna terjadi di usus kecil dengan partisipasi amilase jus pankreas. Hasilnya adalah maltosa disakarida, yang terdiri dari dua residu glukosa. Pencernaan karbohidrat diselesaikan oleh konversi maltosa yang terbentuk dan disakarida makanan lainnya (sukrosa, laktosa) menjadi monosakarida (glukosa, fruktosa, galaktosa), yang utamanya adalah glukosa. [c.44]
Karbohidrat kompleks mulai mengalami transformasi yang sudah ada di wilayah mulut. Air liur, sekresi yang diproduksi oleh kelenjar ludah (parotid, submandibular, sublingual), mengandung dua enzim yang memecah karbohidrat amilase (amilase saliva yang dulu disebut ptyalin) dan dalam jumlah kecil maltase. Enzim ini, dengan paparan berturut-turut terhadap pati atau glikogen, membawa pemecahan (hidrolisis) dari polisakarida ini ke pembentukan glukosa. [c.241]
Agar glikogen-fosforilase terurai di bawah aksi glikogen, enzim yang berbeda harus bekerja pada polisakarida juga. (1 -> 6) -glucosidase. Enzim ini mengkatalisasi dua reaksi. Dalam yang pertama ini, ia memotong dari rantai tiga residu glukosa dari empat yang disebutkan dan mentransfernya ke ujung beberapa rantai samping eksternal lainnya. Pada reaksi kedua, dikatalisis oleh (1 - + -> 6) -glucosidase, residu glukosa keempat dibelah, dilekatkan pada titik cabang ikatan (1- -> 6>. Hidrolisis ikatan (1-> 6> pada titik cabang mengarah ke pembentukan satu molekul D-glukosa dan dari- [hal.457]
Glikogen larut dalam air panas untuk membentuk larutan opalescent. Itu dicat dengan yodium dalam warna merah-coklat, dekat dengan warna amylopectin berwarna yodium. Glikogen tidak memiliki sifat pereduksi. Selama hidrolisis glikogen dengan asam mineral encer, serta dengan membelahnya dengan enzim, a-O-glukosa terbentuk. Sisa-sisa molekul glukosa dalam molekul glikogen saling terhubung oleh ikatan glukosidik 1,4 dan 1,6. Jadi, seperti amillo-pektin, molekul glikogen memiliki struktur bercabang, dengan jumlah yang lebih besar dari 1,6 ikatan glukosidik (untuk 12 ikatan 1,4, ada satu ikatan 1,6) daripada dalam molekul amilopektin, dan oleh karena itu lebih bercabang dan lebih kompak (Gbr. 5). [c.74]
Fungsi hati dalam metabolisme karbohidrat sangat besar dan beragam. Ini mampu mensintesis glikogen dari glukosa dan bahan non-karbohidrat. Bahan tersebut dapat berupa asam laktat, gliserin, produk pembelahan glikol, alanin, tirosin, fenilalanin, serin, treonin, sistein, valin, isoleusin, asam aspartat dan glutamat, arginin dan prolin. Ini adalah apa yang disebut asam glukogenik. Hati dapat mengoksidasi asam piruvat menjadi ATP, yang digunakan oleh hati untuk mengubah asam laktat menjadi glikogen. [c.84]
Untuk pertama kalinya dengan fosforilasi protein AMP-dependen terdeteksi dalam studi metabolisme glikogen dalam sel otot rangka. Glikogen adalah bentuk cadangan utama glukosa, sebagaimana telah disebutkan, disintegrasi dalam sel-sel otot diatur oleh adrenalin (pada kenyataannya, adrenalin mengatur baik pemecahan glikogen dan sintesisnya dalam otot rangka). Jika, misalnya, hewan mengalami stres (ketakutan, dll.), Maka kelenjar adrenalin akan mulai melempar adrenalin ke dalam darah, dan ini akan membawa berbagai jaringan tubuh ke dalam kondisi kesiapan. Adrenalin yang bersirkulasi dalam darah menyebabkan, khususnya, pemecahan glikogen dalam sel otot menjadi glukosa-1-fosfat dan pada saat yang sama menghambat sintesis glikogen baru. Glukosa-1-fosfat diubah menjadi glukosa-6-fosfat, yang kemudian dioksidasi dalam reaksi glikolisis dengan pembentukan ATP, memberikan energi untuk kerja otot yang intensif. Dengan cara ini, adrenalin menyiapkan sel-sel otot untuk pekerjaan intensif. [c.372]
Pada manusia, sejumlah penyakit genetik yang terkait dengan gangguan sintesis atau kerusakan glikogen diketahui. Salah satu yang pertama adalah kasus pembesaran hati kronis - pada seorang gadis berusia 8 tahun, yang juga memiliki berbagai jenis gangguan metabolisme. Gadis itu meninggal karena flu. Autopsi mengungkapkan bahwa hatinya adalah 3 kali norma, mengandung glikogen dalam jumlah sangat besar, bagiannya hampir 40% dari berat kering organ. Glikogen yang diisolasi dari hati secara kimiawi cukup normal, namun, ketika sepotong jaringan hati dihomogenisasi dan diinkubasi dalam buffer, glikogen ini tetap utuh - baik laktat maupun glukosa tidak terbentuk. Ketika suspensi yang dibuat dari jaringan hati normal ditambahkan ke glikogen, ia dengan cepat runtuh menjadi glukosa. Berdasarkan tes biokimia ini, para peneliti menyimpulkan bahwa pasien telah mengganggu proses pemecahan glikogen (penyakit ini sering disebut penyakit Gyrke setelah nama dokter yang menggambarkannya). Pada awalnya, diasumsikan bahwa glukosa-6-fosfatase adalah enzim yang rusak, karena hati yang sakit tidak membentuk glukosa, tetapi tidak adanya pembentukan laktat menunjukkan bahwa cacat mempengaruhi glikogen fosforilase atau enzim debranching [a (1 - 6) a) -glucosidase]. Kemudian, para peneliti diperkuat dalam pendapat bahwa dalam kasus klasik ini dipengaruhi oleh (1 - 6) -glucosidase. Akibatnya, molekul glikogen di hati dapat dipecah untuk membentuk glukosa atau [c.616]
Di sini perlu untuk menunjukkan bahwa pemecahan glikogen di hati dengan pembentukan glukosa bebas (mobilisasi glikogen, hal. 245) terjadi terutama oleh fosforolitik. Pada saat yang sama, glikogen dipecah di bawah pengaruh bukan amilase, tetapi fosforilase hati dengan pembentukan glukosa-1-monofosfat eter (hal. 251). Yang terakhir ini kemudian dengan cepat dibelah oleh fosfatase hati menjadi glukosa bebas dan asam fosfat. Dengan demikian, pada akhirnya, fosforilase dan glukosa-1-monofosfat eter fosfatase hadir dalam hati membagi glikogen menjadi partikel glukosa individu, tanpa pembentukan menengah dekstrin dan maltosa, yang merupakan produk khas dari degradasi hidrolitik glikogen (dengan adanya amilase). [hal.245]
Metabolisme di otak, otot, jaringan adiposa, dan hati sangat bervariasi. Pada orang yang diberi makan normal, glukosa praktis satu-satunya sumber energi untuk otak. Saat berpuasa, tubuh keton (asetoasetat dan 3-hidroksi-butirat) memperoleh peran sumber energi utama bagi otak. Otot menggunakan glukosa, asam lemak dan tubuh keton sebagai sumber energi dan mensintesis glikogen sebagai cadangan energi untuk kebutuhan mereka sendiri. Jaringan adiposa berspesialisasi dalam sintesis, penyimpanan, dan mobilisasi triasilgliserol. Berbagai proses metabolisme hati mendukung kerja organ-organ lain. Hati dapat dengan cepat memobilisasi glikogen dan melakukan glukoneogenesis untuk memenuhi kebutuhan organ lain. Hati memainkan peran utama dalam pengaturan metabolisme lipid. Ketika sumber energi berlimpah, terjadi sintesis asam lemak dan esterifikasi. Kemudian mereka pindah dari hati ke jaringan lemak dalam bentuk lipoprotein densitas sangat rendah (VLDL). Namun, saat puasa, asam lemak diubah di hati menjadi tubuh keton. Integrasi aktivitas semua organ ini dilakukan oleh hormon. Insulin menandakan berlimpahnya sumber makanan, itu merangsang pembentukan glikogen dan triasilgliserol, serta sintesis protein. Glucagon, sebaliknya, memberi sinyal tentang kadar glukosa yang rendah dalam darah, itu merangsang pemecahan glikogen dan glukoneogenesis dalam hati dan hidrolisis triasilgliserol dalam jaringan adiposa. Adrenalin dan norepinefrin bekerja pada sumber energi seperti glukagon, perbedaannya adalah target utamanya adalah otot, bukan hati. [c.296]
Insulin Peran penting dalam metabolisme karbohidrat dan dalam pengaturan gula darah memainkan hormon insulin. Berbeda dengan aksi hormon lain, itu menurunkan konsentrasi gula dalam darah, meningkatkan konversi glukosa menjadi glikogen di hati dan otot, mempromosikan oksidasi glukosa yang tepat dalam jaringan, serta mencegah pemecahan glikogen hati dengan pembentukan glukosa. Insulin bertindak pada proses fosforilasi glukosa dengan pembentukan glukosa-6-fosfat, yang merupakan langkah pertama glukogenesis, atau pembentukan glikogen. Dengan tidak adanya asupan insulin yang cukup, konversi glukosa ekstraseluler menjadi glukosa intraseluler-6-fosfat tertunda. [c.364]
Gibson, 1948 [1099]) (25080). Dalam hal ini, enzim yang rusak adalah MAVN - dependen methemoglobin reductase. Upaya pertama untuk mempelajari secara sistematis sekelompok penyakit manusia yang berhubungan dengan cacat metabolisme dilakukan pada tahun 1951. Dalam sebuah studi tentang penyakit akumulasi glikogen [1044], pasangan Cory menunjukkan bahwa dalam delapan dari sepuluh kasus kondisi patologis yang didiagnosis sebagai penyakit Gyrke (23220), struktur glikogen hati adalah varian normal, dan dalam dua kasus itu jelas mengalami gangguan. Itu juga jelas bahwa glikogen hati, yang terakumulasi berlebihan, tidak dapat secara langsung diubah menjadi gula, karena pasien menunjukkan kecenderungan untuk hipoglikemia. Banyak enzim yang diperlukan untuk pemecahan glikogen untuk membentuk glukosa di hati. Dua di antaranya, amillo-1,6-glukosidase dan glukosa-6-fosfatase, dipilih untuk diteliti sebagai elemen yang mungkin rusak dari sistem enzim. Dalam homogenat hati pada nilai pH yang berbeda, pelepasan fosfat dari glukosa-6-fosfat diukur. Hasilnya disajikan pada Gambar. [c.10]
Dengan demikian, satu ikatan fosfat berenergi tinggi dikonsumsi ketika glukosa-6-fosfat termasuk dalam glikogen. Output energi selama pemecahan glikogen sangat tinggi. Sekitar 90% residu adalah pembelahan fosforolitik dengan pembentukan glukosa-1-fosfat, yang berubah menjadi glukosa-b-fosfat tanpa biaya energi. Sisa 10% residu adalah milik cabang dan dibagi secara hidrolitik. Satu molekul ATP digunakan untuk memfosforilasi masing-masing molekul glukosa ini menjadi glukosa-b-fosfat. Oksidasi lengkap glukosa-b-fosfat menghasilkan tiga puluh tujuh [c.122]
Sintesis dan pemecahan glikogen. Glikogen adalah bentuk penyimpanan energi yang mudah dimobilisasi. Ini adalah polimer residu glukosa bercabang. Zat sintesis glikogen yang diaktifkan adalah UDP-glukosa, yang dibentuk dari glukosa-1-fosfat dan UTP. G lycogen synthase mengkatalisasi transfer residu glukosa dari glukosa UDP ke kelompok terminal hidroksil dari rantai yang sedang tumbuh. Pemisahan glikogen adalah cara lain. Phosphorylase mengkatalisasi pemecahan glikogen oleh ortofosfat untuk membentuk glukosa-1-fosfat. Sintesis dan pembelahan glikogen dikoordinasikan dengan- [hal.285]
Metabolisme karbohidrat di setiap sel hidup (zat hidup) adalah proses tunggal yang secara simultan terkait reaksi dekomposisi dan sintesis zat organik yang saling berhubungan. Di pusat metabolisme karbohidrat pada hewan adalah glikogenesis dan glikogenolisis, yaitu, proses pembentukan dan dekomposisi glikogen. Mereka terjadi terutama di hati. Glikogen dapat dibentuk dari sumber karbohidrat dan non-karbohidrat, seperti, misalnya, asam amino tertentu, gliserin, asam laktat, piruvat dan propionat, serta dari banyak senyawa sederhana lainnya. Istilah glikogenolisis mengacu pada pemecahan aktual glikogen menjadi glukosa. Tetapi sekarang kata ini sering dipahami sebagai keseluruhan jumlah proses yang mengarah pada pembentukan glikolitik asam laktat dalam kasus ketika substrat awal bukanlah glukosa, tetapi glikogen. Glikolisis umumnya dipahami sebagai pemecahan karbohidrat sejak awal, yaitu dari glukosa atau glikogen, tidak ada bedanya dengan produk akhir. [c.376]
Selama fermentasi alkohol, dalam proses pemisahan satu molekul glukosa, empat molekul ATP terbentuk (50 kkal, atau 210 kJ). Dari jumlah tersebut, dua dihabiskan untuk aktivitas fungsional dan sintesis. Menurut perhitungan beberapa penulis, selama glikolisis dan glikogenolisis, 35-40 / o dari semua energi bebas yang dilepaskan terakumulasi dalam ikatan fosfor yang kaya energi, sedangkan 60-65% sisanya tersebar dalam bentuk panas. Efisiensi sel, organ, yang bekerja dalam kondisi anaerob, tidak melebihi 0,4 (aerobik 0,5). Perhitungan ini didasarkan terutama pada data yang diperoleh dari ekstrak otot dan jus ragi. Di bawah kondisi organisme hidup, sel-sel otot, organ, dan jaringan memanfaatkan energi, mungkin jauh lebih banyak. Dari sudut pandang fisiologis, proses glikogenolisis dan glikolisis sangat penting, terutama ketika proses kehidupan dilakukan dalam kondisi kekurangan oksigen. Misalnya, dengan kerja keras dari otot, terutama pada fase pertama aktivitas, selalu ada jarak antara pengiriman oksigen ke otot dan kebutuhannya. Dalam hal ini, biaya energi awal sebagian besar ditanggung oleh glikogenolisis. Fenomena serupa diamati di berbagai keadaan patologis (hipoksia otak, jantung, dll.). Selain itu, energi potensial yang terkandung dalam asam laktat, pada akhirnya tidak hilang oleh organisme yang sangat terorganisir. Asam laktat yang dihasilkan dengan cepat ditransfer dari otot ke darah dan kemudian diangkut ke hati, di mana ia diubah lagi menjadi glikogen. Dekomposisi anaerob karbohidrat dengan pembentukan asam laktat sangat umum di alam, itu diamati tidak hanya di otot, tetapi juga di jaringan lain dari organisme hewan. [c.334]
Untuk pertama kalinya, urutan kejadian diklarifikasi dalam studi metabolisme glikogen dalam sel otot rangka. Glikogen adalah bentuk cadangan utama glukosa, sintesis dan dekomposisi diatur secara ketat oleh hormon-hormon tertentu. Jika, misalnya, seekor hewan ketakutan atau mengalami tekanan lain, kelenjar adrenalin mengeluarkan adrenalin ke dalam aliran darah, sehingga berbagai jaringan tubuh dalam keadaan siap. Adrenalin yang bersirkulasi, khususnya, rusaknya glikogen dalam sel epikon menjadi glukosa-1-fosfat dan pada saat yang sama menghentikan sintesis glikogen baru. Glukosa-1-fosfat dikonversi menjadi glukosa-6-fosfat, yang kemudian dioksidasi dalam reaksi glikolisis, yang mengarah pada pembentukan ATP, yang diperlukan untuk pekerjaan mypps. Dengan cara ini, adrenalin menyiapkan sel-sel otot untuk pekerjaan intensif. [c.271]
Lihat halaman di mana istilah Pemisahan Glikogen dengan pembentukan glukosa disebutkan: [c.158] [c.187] Human Genetics T.3 (1990) - [c.10]
Info-Pertanian.RU
Farmasi, kedokteran, biologi
Glikogen
Glikogen (juga dikenal sebagai "pati hewan", meskipun nama ini tidak akurat) adalah polisakarida, homopolimer α-glukosa, bentuk utama penyimpanannya dalam sel hewan, sebagian besar jamur, banyak bakteri, dan archaea. Dalam tubuh manusia, tempat utama akumulasi glikogen adalah hati dan otot rangka.
Kemampuan hati untuk meningkatkan konsentrasi glukosa dalam darah dan keberadaan zat seperti pati di dalamnya, yang disebut glikogen, ditemukan pada tahun 1875 oleh Claude Bernard.
Struktur kimia
Glikogen adalah homopolimer α-glukosa, residunya yang saling berhubungan oleh (α1 → 4) ikatan-glukosida. Setiap 8-10 residu monomer bercabang, cabang-cabang samping dilekatkan (α1 → 6) dengan sebuah bundel. Dengan demikian, molekul glikogen jauh lebih kompak dan bercabang daripada pati. Tingkat polimerisasi dekat dengan amilopektin.
Semua cabang glikogen memiliki ujung non-frekuensi, sehingga jika jumlah cabang sama dengan n, maka molekul akan memiliki n-1 ujung yang tidak jarang dan hanya satu yang mengurangi. Ketika hidrolisis glikogen terjadi untuk menggunakannya sebagai sumber energi, residu glukosa dipisahkan satu per satu dari ujung yang tidak dapat direduksi. Jumlahnya yang besar memungkinkan Anda mempercepat proses secara signifikan.
Konformasi cabang yang paling stabil dengan ligamentum (α1 → 4) adalah heliks padat dengan enam residu glukosa per revolusi (bidang setiap molekul dikembalikan ke 60 ° relatif terhadap yang sebelumnya).
Untuk melakukan fungsi biologisnya: memastikan penyimpanan glukosa yang paling ringkas dan pada saat yang sama kemungkinan mobilisasi yang cepat, glikogen harus memiliki struktur yang dioptimalkan untuk beberapa parameter: 1) jumlah tingkatan (level) percabangan; 2) jumlah cabang di setiap tingkatan; 3) jumlah residu glukosa di setiap cabang. Untuk molekul glikogen dengan jumlah konstan unit monomer, jumlah cabang eksternal dari mana glukosa dapat dimobilisasi ke titik cabang berkurang dengan meningkatnya panjang rata-rata setiap cabang. Kepadatan cabang terluar terbatas sterik, sehingga ukuran maksimum molekul glikogen berkurang dengan meningkatnya jumlah cabang pada tingkat yang sama. Molekul glikogen dewasa dari asal yang berbeda memiliki rata-rata 12 tingkatan cabang, masing-masing memiliki rata-rata dua cabang, yang masing-masing mengandung sekitar 13 residu glukosa. Analisis matematika menunjukkan bahwa struktur seperti itu sangat dekat dengan optimal untuk memobilisasi jumlah maksimum glukosa dalam waktu sesingkat mungkin.
Distribusi dan makna
Glikogen adalah bentuk penyimpanan glukosa pada hewan, jamur, beberapa bakteri (khususnya, cyanobacteria) dan APEX. Dalam mikroorganisme, glikogen lebih atau kurang tersebar merata di seluruh sitoplasma sel dalam bentuk butiran dengan diameter 20-100 nm, mereka biasanya dapat dilihat hanya melalui mikroskop elektron. Jika sebuah sel mengandung banyak glikogen, ia menjadi merah kecoklatan ketika mengecat dengan larutan yodium. Pada hewan vertebrata, jumlah glikogen terbesar disimpan di hati, di mana ia bisa 7-10% dari total massa (100-120 g pada orang dewasa), dan otot rangka (1-2% dari total massa). Sejumlah kecil glikogen ditemukan di ginjal, dan bahkan lebih sedikit lagi di sel otak glial dan sel darah putih.
Penyimpanan glukosa tidak dalam bentuk bebas, tetapi dalam bentuk polisakarida ditentukan oleh dua alasan. Pertama, jika, misalnya, dalam hepatosit, seluruh massa glukosa, yang merupakan bagian dari glikogen, berada dalam keadaan bebas, konsentrasinya akan mencapai 0,4 mol / l. Dan ini pada gilirannya akan menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam tekanan osmotik dari sitosol, masuknya air yang berlebihan ke dalam sel dan pecahnya. Kedua, konsentrasi glukosa yang tinggi akan membuat transpor aktif dari lingkungan sel, dalam kasus hepatosit dari darah, di mana kadar glukosa hanya 5 mmol / l, praktis tidak mungkin. Menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen mengurangi konsentrasinya dalam sel menjadi 0,01 µmol / L.
Cadangan glikogen pada manusia secara signifikan lebih sedikit daripada cadangan lemak. Yang terakhir memiliki sejumlah keuntungan: pertama, mereka memungkinkan untuk mendapatkan energi lebih dari dua kali lipat massa karbohidrat yang sama, kedua, mereka adalah molekul hidrofobik dan, tidak seperti karbohidrat, tidak memerlukan hidrasi, yang mengurangi massa cadangan energi. Namun, glikogen adalah sumber energi yang cepat, selain di dalam tubuh hewan tidak ada jalur metabolisme untuk konversi asam lemak menjadi glukosa, dan itu tidak dapat digunakan oleh otak dalam metabolisme anaerob otot.
Dalam hepatosit, glikogen disimpan sebagai butiran sitoplasma besar. Partikel dasar yang disebut β-partikel, adalah satu molekul gilcogen, memiliki diameter sekitar 21 nm dan mencakup 55.000 residu glukosa dan memiliki 2000 ujung yang tidak beraturan. 20-40 partikel tersebut bersama-sama membentuk α-roset, yang dapat dilihat di bawah mikroskop di jaringan hewan yang diberi makan dengan baik. Namun, mereka menghilang setelah puasa 24 jam. Butiran glikogen adalah agregat kompleks, yang selain glikogen itu sendiri termasuk enzim, mensintesis dan memecahnya, serta molekul pengatur.
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber energi cepat untuk metabolisme aerob dan anaerob. Cadangannya dapat habis dalam satu jam aktivitas fisik yang intens. Pelatihan teratur memungkinkan Anda untuk meningkatkan simpanan glikogen otot, dengan hasil bahwa mereka dapat bekerja lebih lama tanpa kelelahan. Di hati, glikogen adalah cadangan glukosa untuk organ lain, jika asupan makanannya terbatas. Cadangan ini sangat penting untuk neuron yang tidak dapat menggunakan asam lemak sebagai substrat energi. Cadangan hati glikogen selama puasa habis dalam 12-24 jam.
Glikogen juga terkandung dalam kelenjar rahim rahasia, yang dikeluarkannya ke dalam rongga selama periode pasca-ovulasi siklus menstruasi setelah pembuahan. Di sini, polisakarida digunakan sebagai sumber nutrisi untuk embrio untuk implantasinya.
Glikogen juga masuk ke dalam tubuh dengan makanan dan dipecah di usus kecil enzim hidrolitik.
Metabolisme glikogen
Kerusakan glikogen
Pemecahan glikogen terjadi dalam dua cara utama: selama pencernaan, itu dihidrolisis menjadi glukosa, yang dapat diserap oleh sel-sel epitel usus kecil. Pembelahan simpanan glikogen intraseluler (glikogenolisis) dilakukan oleh fosforolisis, produk yang berupa glukosa-1-fosfat, dengan cara ini memungkinkan Anda menghemat sebagian energi ikatan glikosidik melalui pembentukan ester fosfat. Jadi, untuk memasukkan glukosa yang dibentuk ke dalam glikolisis atau jalur pentosa fosfat, tidak perlu mengeluarkan ATP. Selain itu, pembentukan glukosa-1-fosfat bermanfaat bagi otot, karena untuk senyawa ini tidak ada pembawa dalam membran plasma, dan tidak dapat "keluar" dari sel.
Hidrolisis glikogen selama pencernaan
Pada manusia, pencernaan glikogen (seperti pati) dimulai di rongga mulut, di mana α-amilase air liurnya bekerja. Enzim ini menghidrolisis ikatan intramolekul (α1 → 4) dan membelah polisakarida menjadi oligosakarida. Di lambung, air liur amilase tidak aktif melalui keasaman tinggi dari medium. Jus lambung tidak mengandung enzim untuk mencerna karbohidrat. Dalam duodenum, tautan (α1 → 4) glikogen ditindaklanjuti oleh α-amilase pankreas, dan pada tautan (α1 → 6), oleh enzim pelepas zat besi khusus amylo-1,6-glikosidase. Ini melengkapi hidrolisis glikogen menjadi maltosa, yang, di bawah pengaruh enzim parietal dari maltase usus kecil (α-glukosidase), diubah menjadi glukosa dan diserap.
Glikogenolisis
Glikogen otot dan hati intraseluler dibelah selama glikogenolisis, di mana tiga enzim mengambil bagian: glikogen fosforilase, enzim glikogendendoglozhuyuyu dan enzim fosfoglukomutase. Yang pertama mengkatalisasi reaksi di mana fosfat anorganik menyerang glikosidik (α1 → 4) -koneksi antara dua residu glukosa terakhir dari ujung yang tidak langka, menghasilkan pemisahan dari residu terakhir sebagai glukosa-1-fosfat. Kofaktor dalam reaksi ini adalah pyridoxal phosphate.
Glikogen fosforilase berturut-turut membelah satu monomer dari ujung yang tidak langka sampai mencapai tempat yang dihilangkan oleh empat residu dari tautan (α1 → 6) (titik cabang). Di sinilah enzim bulking bifunctional (eukriot) berperan. Pertama, ini mengkatalisasi reaksi transferase, yang terdiri dari mentransfer tiga residu glukosa dari cabang ke ujung non-langka terdekat yang dilampirkan (α1 → 4) -tautan. Setelah ini, enzim fisil menunjukkan aktivitas (α1 → 6) -glucosidase, yang terdiri dari pembelahan tautan (α1 → 6) dan pelepasan glukosa bebas.
Glukosa-1-fosfat dibentuk untuk mengubah fosfoglukomutase menjadi glukosa-6-fosfat, yang pada otot rangka memasuki proses glikolisis. Di hati, glukosa-6-fosfat juga dapat diangkut ke retikulum endoplasma, di sana di bawah aksi glukosa-6-fosfatase (otot-otot kehilangan enzim ini), diubah menjadi glukosa dan dilepaskan ke dalam darah.
Biosintesis glikogen
Untuk sebagian kecil, biosintesis glikogen (glikogenesis) terjadi di hampir semua jaringan tubuh, tetapi paling jelas di hati dan otot. Proses ini dimulai dengan glukosa-6-fosfat, terbentuk dari glukosa menjadi reaksi heksokinase atau glukokinase. Bagian dari glukosa yang memasuki tubuh dengan makanan pertama kali diserap oleh sel darah merah, yang menggunakannya untuk energi dalam proses fermentasi laktat. Laktat yang terbentuk dalam hepatosit dikonversi menjadi glukosa-6-fosfat selama glukoneogenesis.
Jalur metabolisme biosintesis dan pemecahan senyawa-senyawa tertentu biasanya berbeda setidaknya oleh beberapa reaksi. Metabolisme glikogen adalah contoh terbuka pertama dari prinsip penting ini. 1957 Louis Leloir menemukan bahwa dalam proses glikogenesis tidak digunakan glukosa-1-fosfat, tetapi glukosa uridin difosfat digunakan.
Glukosa-6-fosfat pertama kali dikonversi menjadi glukosa-1-fosfat di bawah pengaruh phosphoglucomutase. Produk dari reaksi ini menjadi substrat untuk enzim UDP-glukosa phosphorylase, yang mengkatalisasi reaksi:
Glukosa 1-fosfat + UTP → UDP-glukosa + FF n
Karena pirofosfat segera dibelah oleh pirofosfatase anorganik, keseimbangan reaksi sangat bergeser ke arah pembentukan UDP-glukosa. Yang terakhir adalah substrat untuk glikogen sintase, yang mentransfer residu glukosa ke ujung molekul glikogen yang tidak jarang.
Pembentukan cabang lateral menghasilkan gilkozil- (4 → 6) -transglikosilase (enzim bercabang). Memisahkan cabang, berisi lebih dari 11 unit monomer 6-7 terakhir dan mentransfernya ke kelompok hidroksil C6 residu glukosa dalam posisi yang lebih internal pada cabang yang sama atau yang lain. Dengan demikian, terjadi percabangan, yang diperlukan untuk kelarutan glikogen yang lebih baik, dan akses sejumlah besar enzim sintesis dan pembelahan untuk tujuan yang tidak jarang.
Glycogen synthase dapat mensintesis glikogen hanya jika mengandung primer - polimer glukosa siap pakai dengan kurang dari enam unit monomer. Pembentukan molekul glikogen de novo hanya dimungkinkan karena protein glikogenin, yang juga berfungsi sebagai "benih", di mana cabang glikogen baru dan enzim berkumpul, yang mengkatalisasi awal pembentukan penelitian kami.
Glikogenesis dan glikogenolisis memiliki sistem regulasi yang kompleks pada beberapa tingkatan. Banyak enzim yang terlibat dalam proses ini bersifat alosterik dan dapat mengubah aktivitasnya dengan beradaptasi dengan kebutuhan sel. Jumlah simpanan glikogen juga diatur pada tingkat hormonal untuk mempertahankan homeostasis seluruh organisme.
Signifikansi klinis
Pelanggaran metabolisme glikogen terjadi pada banyak penyakit manusia, termasuk diabetes mellitus. Ada juga sejumlah kelainan keturunan yang berhubungan dengan penumpukan glikogen yang berlebihan di hati, mereka disebut glikogenosis. Mereka biasanya disertai dengan hipoglikemia berat (glukosa darah rendah) di antara waktu makan. Glikogenosis pertama dijelaskan pada tahun 1929 oleh Edgar von Gorky, Gerty Corey membuat kontribusi besar untuk mempelajari penyakit ini. Sekarang diketahui 13 bentuk glikogenosis, yang disebabkan oleh gangguan fungsi berbagai protein.
Sintesis dan pemecahan glikogen
Ketika konsentrasi glukosa dalam darah meningkat, misalnya, sebagai hasil penyerapannya dalam usus selama pencernaan, aliran glukosa ke dalam sel meningkat dan setidaknya sebagian dari glukosa ini dapat digunakan untuk mensintesis glikogen. Akumulasi cadangan karbohidrat dalam sel dalam bentuk glikogen memiliki keunggulan tertentu dibandingkan dengan akumulasi glukosa, karena tidak disertai dengan peningkatan tekanan osmotik intraseluler. Namun, dengan kekurangan glukosa, glikogen mudah dipecah menjadi glukosa atau ester fosfatnya, dan unit monomerik yang dihasilkan digunakan oleh sel dengan target energi atau plastik.
4.1. Sintesis glikogen
Glukosa yang memasuki sel mengalami fosforilasi dengan partisipasi enzim hexokinase atau glukokinase:
Selanjutnya, gl-6-f yang dihasilkan di isomerisasi menjadi gl-1-f dengan partisipasi enzim phosphoglucomutase [FGM]:
Kemudian chl-1-f berinteraksi dengan uridin trifosfat untuk membentuk UDP-glukosa dengan partisipasi enzim UDP-glukosa pirofosforilase [atau glukosa-1-fosfaturidiltransferase]:
Pirofosfat segera dibagi menjadi dua residu asam fosfat dengan partisipasi enzim pirofosfatase. Reaksi ini disertai dengan hilangnya energi urutan 7 kkal / mol, akibatnya reaksi pembentukan UDP-glukosa menjadi ireversibel - kontrol termodinamika arah proses.
Pada tahap selanjutnya, residu glukosa dari UDP-glukosa ditransfer ke molekul glikogen yang disintesis dengan partisipasi enzim glikogen sintetase:
UDP-glukosa + (C6H10O5) n> (C6H10O5) n + 1 + UDP
/ glikogen / dan molekul glikogen diperpanjang oleh satu residu glukosa. Enzim glikogen sintetase mampu melekatkan residu glukosa dari UDP-glukosa ke molekul glikogen yang sedang dibangun hanya dengan membentuk ikatan -1,4-glikosidik. Akibatnya, dengan partisipasi hanya satu enzim ini, hanya polimer linier yang dapat disintesis. Glikogen adalah polimer bercabang dan percabangan dalam molekul dibentuk dengan partisipasi enzim lain: amillo-1,4 -> 1,6 - glikosiltransferase. Enzim ini, atau dikenal sebagai enzim cabang, mengangkut fragmen 5-7 unit monomer dari ujung wilayah linier polisakarida yang disintesis lebih dekat ke tengahnya, dan fragmen ini bergabung dengan rantai polimer karena pembentukan ikatan-1,6-glikosidik:
Perlu dicatat bahwa, menurut data lain, fragmen yang dapat dibelah yang terdiri dari minimal 6 residu glukosa ditransfer ke rantai yang berdekatan dari polisakarida bercabang yang sedang dibangun. Bagaimanapun, di masa depan, kedua rantai diperpanjang karena aksi glikogen sintetase, dan cabang-cabang baru dibentuk dengan partisipasi enzim cabang.
Sintesis glikogen terjadi di semua organ dan jaringan, namun, kandungan tertinggi diamati di hati [dari 2 hingga 5-6% dari total massa organ] dan di otot [hingga 1% dari massa mereka]. Dimasukkannya 1 residu glukosa dalam molekul glikogen disertai dengan penggunaan 2 setara energi tinggi (1 ATP dan 1 UTP), sehingga sintesis glikogen dalam sel dapat terjadi hanya dengan pasokan energi yang cukup dari sel.
4.2. Mobilisasi glikogen
Glikogen, sebagai cadangan glukosa, terakumulasi dalam sel selama pencernaan dan dikonsumsi selama periode pasca-penyerapan. Pembelahan glikogen di hati atau mobilisasinya dilakukan dengan partisipasi enzim glikogen fosforilase, sering disebut hanya fosforilase. Enzim ini mengkatalisasi pembelahan fosforolitik ikatan a-1,4-glikosidik residu glukosa terminal dari polimer:
(C6 H10O5) n + H3PO4> (C6 H10O5) n-1 + Gl-1-F Untuk membelah molekul di wilayah percabangan, diperlukan dua enzim tambahan: yang disebut debranching (degenerasi) - enzim dan amil-1,6-glikosidase dan, sebagai hasil dari aksi enzim terakhir, glukosa bebas terbentuk di dalam sel, yang dapat meninggalkan sel atau mengalami fosforilasi.
Gl-1-f dalam sel di isomerisasi dengan partisipasi phosphoglucomutase dalam gl-6-f. Nasib lebih lanjut dari gl-6-fosfat ditentukan oleh ada atau tidaknya glukosa-6-fosfatase dalam sel-sel enzim. Jika enzim ada dalam sel, itu mengkatalisis pembelahan hidrolitik dari residu asam fosfat dari gl-6-fosfat untuk membentuk glukosa bebas:
Gl-6-f + H2O D> Glukosa + H3PO4 yang dapat menembus membran sel luar dan memasuki aliran darah. Jika glukosa-6-fosfatase tidak ada dalam sel, maka glukosa tidak mengalami defosforilasi dan residu glukosa hanya dapat digunakan oleh sel khusus ini. Perhatikan bahwa pemisahan glikogen menjadi glukosa tidak membutuhkan tambahan energi.
Pada sebagian besar organ dan jaringan manusia, glukosa-6-fosfatase tidak ada, oleh karena itu, glikogen yang tersimpan di dalamnya digunakan hanya untuk kebutuhan mereka sendiri. Perwakilan khas dari jaringan tersebut adalah jaringan otot. Glukosa-6-fosfatase hanya ada di hati, ginjal, dan usus, tetapi keberadaan enzim di hati (lebih tepatnya, dalam hepatosit) paling signifikan, karena organ ini memainkan peran semacam penyangga yang menyerap glukosa ketika kandungannya dalam darah naik dan memasok glukosa ke darah ketika konsentrasi glukosa dalam darah mulai turun.
4.3. Regulasi sintesis dan dekomposisi glikogen
Membandingkan jalur metabolisme sintesis dan mobilisasi gen glikco, kita akan melihat bahwa mereka berbeda:
Keadaan ini memungkinkan untuk mengatur secara terpisah proses yang dibahas. Regulasi dilakukan pada tingkat dua enzim: glikogen sintetase, yang terlibat dalam sintesis glikogen, dan fosforilase, yang mengkatalisis pemecahan glikogen.
Mekanisme utama pengaturan aktivitas enzim ini adalah modifikasi kovalen mereka dengan fosforilasi-defosforilasi. Fosforilasi atau fosforilasa "a" sangat aktif, sedangkan glikogen sintetase terfosforilasi atau sintetase "b" tidak aktif. Jadi, jika kedua enzim berada dalam bentuk terfosforilasi, glikogen dibelah dalam sel untuk membentuk glukosa. Dalam keadaan defosforilasi, sebaliknya, fosforilase tidak aktif (dalam bentuk "b") dan glikogen-sintetase aktif (dalam bentuk "a"), dalam situasi ini, glikogen dari glukosa disintesis dalam sel.
Karena glikogen hati memainkan peran cadangan glukosa untuk seluruh organisme, sintesis atau disintegrasinya harus dikendalikan oleh mekanisme pengaturan supercellular, yang pekerjaannya harus ditujukan untuk menjaga konsentrasi konstan glukosa dalam darah. Mekanisme ini harus memastikan penggabungan sintesis gen glikco dalam hepatosit pada konsentrasi glukosa yang meningkat dalam darah dan meningkatkan pemecahan glikogen ketika kadar glukosa darah turun.
Jadi, sinyal utama yang menstimulasi mobilisasi gen glikco di hati adalah penurunan konsentrasi glukosa dalam darah. Sebagai tanggapan, sel-sel alfa pankreas melepaskan hormon mereka, glukagon, ke dalam aliran darah. Glukagon yang bersirkulasi dalam darah berinteraksi dengan protein reseptornya yang terletak di sisi luar membran sel luar hepatosit. membentuk gunung - kompleks mon-reseptor. Pembentukan kompleks reseptor hormon mengarah ke aktivasi enzim adenilat siklase yang terletak di permukaan bagian dalam membran sel luar menggunakan mekanisme khusus. Enzim mengkatalisis pembentukan siklik 3,5-AMP (cAMP) dari ATP dalam sel.
Pada gilirannya, cAMP mengaktifkan protein kinase yang bergantung pada enzim cAMP dalam sel. Bentuk protein kinase yang tidak aktif adalah oligomer yang terdiri dari empat sub unit: 2 regulator dan dua katalitik. Ketika konsentrasi cAMP dalam sel meningkat, 2 molekul cAMP ditambahkan ke masing-masing subunit pengatur protein kinase, konformasi dari subunit pengatur berubah dan oligomer hancur menjadi subunit pengatur dan katalitik. Subunit katalitik bebas mengkatalisis fosforilasi sejumlah enzim dalam sel, termasuk fosforilasi glikogen sintetase dengan transfernya ke keadaan tidak aktif, sehingga mematikan sintesis glikogen. Pada saat yang sama, fosforilasi fosforilase kinase terjadi, dan enzim ini, diaktifkan oleh fosforilasi, pada gilirannya mengkatalisis fosforilase fosforilase dengan konversi menjadi bentuk aktif, yaitu dalam bentuk "a". Sebagai hasil dari aktivasi fosforilase, pemecahan glikogen diaktifkan dan hepatosit mulai mengantarkan glukosa ke dalam darah.
Secara sepintas, kami mencatat bahwa ketika merangsang pemecahan glikogen dalam hati dengan katekolamin, mediator utama adalah reseptor b-hepatosit yang mengikat adrenalin. Pada saat yang sama, ada peningkatan kandungan ion Ca dalam sel, di mana mereka menstimulasi Ca / calmodulin sensitif kinase dari fosforilase, yang pada gilirannya mengaktifkan fosforilase oleh fosforilasi.
Skema aktivasi pembelahan glikogen dalam hepatosit
Peningkatan konsentrasi glukosa darah adalah sinyal eksternal untuk hepatosit dalam hal merangsang sintesis glikogen dan dengan demikian mengikat kelebihan glukosa dari aliran darah.
Skema aktivasi sintesis glikogen di hati
Mekanisme berikut ini berfungsi: dengan peningkatan konsentrasi glukosa dalam darah, kandungannya dalam hepatosit juga meningkat. Meningkatkan konsentrasi glukosa dalam hepatosit, pada gilirannya, dengan cara yang agak rumit mengaktifkan di dalamnya enzim fosfoprotein fosfatase, yang mengkatalisis penghapusan residu asam fosfat dari protein terfosforilasi. Dephosforilasi dari fosforilase aktif mengubahnya menjadi bentuk tidak aktif, dan defosforilasi glikogen sintetase tidak aktif mengaktifkan enzim. Akibatnya, sistem memasuki keadaan yang menyediakan sintesis glikogen dari glukosa.
Dalam penurunan aktivitas fosforilase dalam hepatosit, hormon sel β insulin pankreas memainkan peran yang pasti. Ini disekresikan oleh sel-b dalam menanggapi peningkatan kadar glukosa darah. Pengikatannya dengan reseptor insulin pada permukaan hepatosit mengarah ke aktivasi dalam sel-sel hati enzim fosfodiesterase, yang mengkatalisis konversi cAMP menjadi AMP normal, yang tidak memiliki kemampuan untuk merangsang pembentukan protein kinase aktif. Dengan cara ini, akumulasi fosforilase aktif dalam hepatosit diakhiri, yang juga penting untuk menghambat pemecahan glikogen.
Sangat wajar bahwa mekanisme pengaturan sintesis dan dekomposisi glikogen dalam sel-sel berbagai organ memiliki karakteristiknya sendiri. Sebagai contoh, kita dapat menunjukkan bahwa dalam miosit otot yang beristirahat atau otot yang melakukan sejumlah kecil pekerjaan, praktis tidak ada fosforilase "a", tetapi pembelahan glikogen memang terjadi. Faktanya adalah bahwa otot fosforilase, yang berada dalam keadaan defosforilasi atau dalam bentuk "b", adalah enzim alosterik dan diaktifkan oleh AMP dan fosfat anorganik hadir dalam miosit. Fosorylase "b" yang diaktifkan dengan cara ini memastikan kecepatan mobilisasi glikogen, yang cukup untuk melakukan pekerjaan fisik sedang.
Namun, ketika melakukan pekerjaan intensif, terutama jika beban meningkat secara dramatis, tingkat mobilisasi glikogen ini menjadi tidak mencukupi. Dalam hal ini, mekanisme regulasi bekerja supercellular. Menanggapi kebutuhan mendadak untuk aktivitas otot yang intens, hormon adrenalin memasuki darah dari medula adrenal. Adrenalin, dengan mengikat reseptor pada permukaan sel otot, menyebabkan respons miosit, serupa dalam mekanismenya dengan respons hepatosit terhadap glukagon, yang baru saja dijelaskan. Dalam sel otot, fosforilase "a" muncul dan glikogen sintetase tidak aktif, dan ch-6-f yang terbentuk digunakan sebagai energi "bahan bakar", penguraian oksidatif yang menyediakan energi untuk kontraksi otot.
Perlu dicatat bahwa konsentrasi tinggi adrenalin, yang diamati dalam darah orang yang berada dalam kondisi stres emosional, mempercepat pemecahan glikogen di hati, sehingga meningkatkan kadar glukosa dalam darah - reaksi defensif yang bertujuan memobilisasi sumber daya energi darurat.
O B M E N U GL O V O D O V
2.1. Kerusakan oksidatif karbohidrat dalam jaringan
Fungsi paling penting dari monosakarida dalam tubuh adalah energi dan plastik; Kedua fungsi ini diwujudkan selama dekomposisi oksidatif monosakarida dalam sel. Selama oksidasi karbohidrat, 4,1 kkal / g (sekitar 17 kJ / g) energi bebas dilepaskan, dan karena oksidasi karbohidrat, orang menutupi 5560% dari total konsumsi energi mereka. Selama oksidasi karbohidrat, sejumlah besar produk peluruhan menengah terbentuk, yang digunakan untuk mensintesis berbagai lipid, asam amino esensial, dan senyawa lain yang diperlukan untuk sel. Selain itu, selama oksidasi karbohidrat dalam sel, potensi regenerasi dihasilkan, yang selanjutnya digunakan oleh mereka dalam reaksi reduksi biosintesis, dalam proses detoksifikasi, untuk mengontrol tingkat peroksidasi lipid, dll.
Monosakarida utama yang mengalami transformasi oksidatif dalam sel adalah glukosa, karena dalam jumlah besar yang berasal dari usus ke lingkungan internal tubuh, disintesis selama glukoneogenesis atau dibentuk dalam bentuk bebas atau dalam bentuk eter fosfat selama pembelahan glikogen. Peran monosakarida lain kurang signifikan, karena jumlah mereka yang memasuki sel secara kuantitatif sangat bervariasi tergantung pada komposisi makanan.
Ada beberapa jalur metabolisme untuk oksidasi glukosa, yang utamanya adalah:
a) pencernaan aerobik menjadi karbon dioksida dan air;
b) oksidasi anaerob menjadi laktat;
c) oksidasi pentosa;
g) oksidasi dengan pembentukan asam glukuronat.
Kedalaman pembelahan oksidatif dari molekul glukosa bisa
berbeda: dari oksidasi salah satu kelompok terminal molekul ke kelompok karboksil, yang terjadi selama pembentukan asam glukuronat, hingga degradasi lengkap molekul glukosa selama dekomposisi aerobiknya.
2.1.1. Oksidasi glukosa aerob
Dalam sel organisme aerob, dekomposisi aerob menjadi karbon dioksida dan air adalah dasar, setidaknya dalam kaitannya dengan jumlah total glukosa fisi. Ketika pemisahan 1 M glukosa (180 g) dalam kondisi aerobik, 686 kkal energi bebas dilepaskan. Proses oksidasi glukosa aerob dapat dibagi menjadi 3 tahap:
1. Pemisahan glukosa menjadi piruvat.
2. Dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil KoA.
3. Oksidasi asetil dalam siklus Krebs (CTC), ditambah dengan kerja rantai enzim pernapasan.
Tahapan-tahapan ini juga dapat disajikan sebagai skema umum:
Glukosa> 2 piruvat D> 2 asetil KoA D> 4CO2 + 10 H2O
2.1.1.1. Pembelahan glukosa menjadi piruvat
Menurut konsep modern, tahap pertama oksidasi glukosa berlangsung dalam sitosol dan dikatalisis oleh protein glikolitik kompleks protein supramolekul, yang mencakup hingga selusin enzim individu.
Tahap pertama oksidasi glukosa pada gilirannya dapat dibagi menjadi 2 tahap. Pada reaksi tahap pertama, fosforilasi glukosa, isomerisasi residu glukosa menjadi residu fruktosa, fosforilasi tambahan residu fruktosa dan, akhirnya, terjadi. pemisahan residu heksosa menjadi dua residu fosfotriosis:
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim hexokinase. ATP digunakan sebagai agen pengikat foto di dalam sel. Reaksi disertai dengan hilangnya energi bebas dari urutan 5,0 kkal / mol dan, di bawah kondisi sel, tidak dapat diubah.
Reaksi kedua yang dikatalisis oleh fosfoheksoisomerase mudah dibalik.
Reaksi ketiga dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase. Dalam reaksi ini, 3,4 kkal / mol energi juga hilang dan, seperti reaksi hexo-kinase, dalam kondisi sel tidak dapat diubah.
Reaksi ini dikatalisis oleh enzim aldolase, reaksinya reversibel. Sebagai hasil dari reaksi, fruktosa 1,6 bisphosphate dibagi menjadi dua triosophosphate.
Dalam kondisi sel, phosphodihydroxyacetone (FDA) mudah diisomerisasi menjadi 3-phosphoglyceraldehyde (PHA) dengan partisipasi enzim triose phosphate isomerase selama reaksi kelima. Oleh karena itu, kita dapat mengasumsikan bahwa pada tahap pertama dari ATP tahap 2 ini dikeluarkan, dan dua molekul 3-fosfogliseraldehida terbentuk dari molekul glukosa.
Pada tahap kedua dari tahap pertama oksidasi glukosa, PHA diubah menjadi piruvat. Karena penguraian molekul glukosa membentuk 2 molekul PHA, dalam uraian lebih lanjut tentang proses ini, kita harus memperhitungkan keadaan ini.
Reaksi berikut dari proses yang dipertimbangkan adalah reaksi oksidatif:
Selama reaksi ini, dikatalisis oleh dehydrogenase 3phosphoglycerinic aldehyde, PHA dioksidasi menjadi 1,3 diphosphoglyceric acid. Oksidasi berlangsung dengan dehidrogenasi, dan atom-atom hidrogen yang terpisah dari substrat dipindahkan ke NAD + dengan pembentukan bentuk koenzim yang tereduksi. Energi oksidasi terakumulasi dalam sel, pertama, dalam bentuk pengurangan energi NADH + H +, dan, kedua, dalam bentuk ikatan makroergik antara produk oksidasi dan asam fosfat yang terlibat dalam reaksi, yaitu. dalam ikatan makroergik dari 1,3 asam difosfogliserat.
Dalam reaksi ketujuh, residu asam fosfat dari 1,3 difosfogliserat bersama dengan energi yang tersimpan dalam ikatan makroergik dipindahkan ke ADP dengan pembentukan ATP:
Reaksi reversibel ini dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase.
Selanjutnya muncul isomerisasi reversibel dari asam 3fosfogliserat menjadi asam 2fosfogliserat dengan partisipasi enzim rutmutase fosfogliserat:
Dalam reaksi berikutnya, kesembilan, air dipisahkan dari asam 2-fosfogliserat:
Selama pemisahan air, kerapatan elektron dalam molekul meredistribusi dengan pembentukan ikatan makroergik antara atom karbon kedua dari enol membentuk asam piruvat dan sisa asam fosfat. Reaksi ini reversibel, dikatalisis oleh enzim enolase.
Energi yang terakumulasi dalam ikatan makroergik FEP bersama dengan residu asam fosfat selama reaksi selanjutnya ditransfer ke ADP dengan pembentukan ATP. Reaksi dikatalisis oleh piruvat kinase.
Reaksi disertai dengan kehilangan 7,5 kkal / mol energi dan praktis tidak dapat diubah dalam kondisi sel.
Persamaan total dari tahap pertama oksidasi glukosa aerob:
Glukosa + 2 ADP + 2 H3PO4 + 2 NAD + >> 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + H + + 2 H2O
Selama tahap ini, 140 kkal / mol energi dilepaskan, bagian utamanya (sekitar 120 kkal / mol) terakumulasi dalam sel sebagai 2 energi ATP dan 2 mengurangi energi NAD + ADSCH, yang darinya pada tahap pertama molekul glukosa terbagi menjadi dua molekul asam piruvat, sedangkan sel untuk setiap molekul glukosa yang dicerna menerima 2 molekul ATP dan dua molekul NADH + H + yang tereduksi.
Pengaturan tahap pertama pembelahan glukosa aerobik dilakukan dengan menggunakan mekanisme termodinamika dan mekanisme modulasi alosterik dari enzim pengatur yang terlibat dalam pekerjaan jalur metabolisme ini.
Dengan bantuan mekanisme termodinamika, aliran metabolit dikendalikan di sepanjang jalur metabolisme ini. Tiga reaksi termasuk dalam sistem reaksi yang digambarkan, di mana sejumlah besar energi hilang: heksokinase (G0 = 5,0 kkal / mol), fosfofruktokinase (G0 = 3,4 kkal / mol) dan piruvat kinase (G0 = 7,5 kkal / mol ). Reaksi-reaksi ini dalam sel praktis tidak dapat dibalikkan, terutama reaksi piruvat kinase, dan karena sifatnya yang tidak dapat dibalikkan, proses menjadi tidak dapat dibalikkan secara keseluruhan.
Intensitas fluks metabolit dalam jalur metabolisme yang dipertimbangkan dikontrol dalam sel dengan mengubah aktivitas enzim alosterik yang termasuk dalam sistem: hexokinase, phosphofructokinase, dan piruvat kinase. Dengan demikian, titik-titik kontrol termodinamik dari jalur metabolisme pada saat yang sama adalah lokasi di mana intensitas metabolit diatur.
Elemen pengatur utama sistem ini adalah fosfofruktokolase. Aktivitas enzim ini dihambat oleh konsentrasi tinggi ATP dalam sel, tingkat penghambatan allosterik dari enzim ATP ditingkatkan pada konsentrasi tinggi sitrat dalam sel. AMP adalah aktivator alosterik fosfofruktokinase.
Hexokinase dihambat oleh mekanisme alosterik oleh konsentrasi tinggi Gl6f. Dalam hal ini, kami menangani pekerjaan mekanisme pengaturan terkait. Setelah penghambatan aktivitas fosfofruktokinase oleh ATP konsentrasi tinggi, Fr6f terakumulasi dalam sel, yang berarti Gl6f terakumulasi, karena reaksi yang dikatalisis oleh fosfoheksoisomerase mudah dibalik. Dalam hal ini, peningkatan konsentrasi ATP dalam sel menghambat aktivitas tidak hanya fosfofruktokinase, tetapi juga hexokinase.
Pengaturan aktivitas piruvat kinase kinase ketiga terlihat sangat sulit. Aktivitas enzim dirangsang oleh Gl6f, Fr1.6bf dan PHA oleh mekanisme alosterik, yang disebut aktivasi oleh prekursor. Pada gilirannya, konsentrasi ATP, NADH, sitrat, suksinil CoA dan asam lemak intraseluler yang tinggi menghambat aktivitas enzim dengan mekanisme alosterik.
Secara umum, pemisahan glukosa menjadi piruvat dihambat pada level 3 kinase yang ditunjukkan dengan konsentrasi ATP yang tinggi dalam sel, yaitu. dalam kondisi pasokan energi sel yang baik. Dengan kurangnya energi dalam sel, aktivasi pemecahan glukosa dicapai, pertama, dengan menghilangkan penghambatan alosterik kinase dengan konsentrasi tinggi ATP dan aktivasi alosterik AMP fosfofruktokokinase dan, kedua, karena aktivasi alosterik piruvat kinase oleh prekursor Gl6F, Fr1.6bf dan PHA.
Apa gunanya menghambat sitrat fosfofruktokinase dan sitrat dan suksinil CoA piruvat kinase? Faktanya adalah bahwa dua molekul asetil-KoA dibentuk dari molekul glukosa tunggal, yang kemudian dioksidasi dalam siklus Krebs. Jika sitrat dan suksinil CoA terakumulasi dalam sel, siklus Krebs tidak mengatasi oksidasi asetil yang sudah terakumulasi CoA dan masuk akal untuk memperlambat pembentukan tambahannya, yang dicapai dengan menghambat ructokinase fosfor dan piruvat kinase.
Akhirnya, penghambatan oksidasi glukosa pada tingkat piruvat kinase dengan peningkatan konsentrasi asam lemak bertujuan untuk menghemat glukosa dalam sel dalam kondisi ketika sel disediakan dengan bentuk lain dari bahan bakar energi yang lebih efisien.
2.1.1.2. Dekarboksilasi oksidatif Piruvat
Dalam kondisi aerob, asam piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif untuk membentuk asetil KoA. Transformasi ini dikatalisis oleh kompleks dehidrogenase piruvat piruvat terlokalisasi dalam matriks mitokondria. Kompleks pyruvatdehydrogenase terdiri dari tiga enzim yang berbeda: piruvat decarboxylase, dihydrolipatoacetyltransferase dan asam dehydrogenase dihydrolipoic, rasio kuantitatif mereka dalam kompleks tergantung pada sumber ekskresi, sebagai aturan perbandingan ini mendekati 30: 1: 10.
Enzim pertama kompleks ini adalah piruvat dekarboksilase (E1)