Lekcija_19._Ruseckaja гликоген

Материалы для образовательного портала 29.03. 2011 год

Лекция № 19

Тема: «Биосинтез и распад гликогена. Механизм регуляции обмена углеводов и его нарушения при патологии» Лектор: доцент, канд. биол. наук Русецкая Наталья Юрьевна

План:

1.Распад гликогена.

2.Биосинтез гликогена.

3.Гормональная регуляция обмена гликогена.

4.Заболевания, связанные с обменом гликогена: гликогенозы и агликогенозы.

5.Нарушение углеводного обмена. Сахарный диабет.

1.Распад гликогена. Гликоген («glykys» - сладкий) – высокомолекулярный полимер, построенный из остатков глюкозы, связанных α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями. В большом количестве содержится в печени и мышцах. Гликоген упакован в гранулы, размер которых 100 – 400 А. В гранулах находятся ферменты синтеза и распада гликогена.

Распад гликогена происходит в интервалах между приемами пищи; этот процесс ускоряется при физических нагрузках. Гликогенолиз происходит за счет отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата (см. наглядный материал). Фермент гликогенфосфорилаза расщепляет α-1,4- гликозидные связи в гликогене в результате остаются 4 остатка глюкозы до места ветвления (α-1,6- гликозидная связь). Олигосахаридтрансфераза переносит фрагмент гликогена (состоящий из трех остатков глюкозы) на неразветвленный участок цепи, остается один остаток глюкозы, связанный α- 1,6-гликозидной связью. Фермент α-1,6-глюкозидаза отщепляют мономерный остаток глюкозы.

Суммарная реакция:

Глюкозо-1-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы. Образующийся глюкозо-6-фосфат вступает в реакции гликолиза (или пентозного цикла) клеток мышц и мозга, а в клетках печени, почек и кишечника происходит дефосфорилирование глюкозо-6- фосфата с образованием глюкозы и фосфорной кислоты (под действием фермента глюкозо-6- фосфатазы). Далее глюкоза поступает в кровь и разносится с кровью к тканям.

2. Биосинтез гликогена. При голодании гликоген распадается до небольшого фрагмента, содержащего 4-6 остатков глюкозы, связанных α-1,4-гликозидными связями. Этот фрагмент гликогена называется «затравкой» (или праймером); на нем начинается процесс биосинтеза гликогена. Глюкоза вступает в синтез гликогена в «активной» форме УДФ-глюкозы. В период пищеварения глюкоза поступает в клетку и фосфорилируется с образованием глюкозо-6-фосфата под действием фермента гексокиназы (или глюкокиназы в печени), затем изомеризуется в глюкозо-1- фосфат под действием фосфоглюкомутазы. Глюкозо-1-фосфат превращается в УДФ-глюкозу под действием фермента УДФ-глюкуронилтрансферазы:

1

Материалы для образовательного портала 29.03. 2011 год

Реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна лишь в том случае, когда в цепи «затравки» гликогена содержится более 4-6 остатков глюкозы:

УДФ-глюкоза + гликоген (n) → гликоген (n+1) + УДФ, где n ≥ 4-6. УДФ-глюкоза взаимодействует с нередуцированным остатком цепи гликогена (см. наглядный

материал). Ветвление гликогена осуществляется ферментом амило-1,4-1,6-глюкозилтрансферазой («гликогенветвящий» фермент). Этот фермент присоединяет полисахаридную цепочку (n ≥7) с помощью α-1,6-гликозидной связи (точка ветвления). В месте ветвления находится 10-12 остатков глюкозы, от ближайшего места ветвления не менее 4 остатков глюкозы.

Значение ветвления: увеличивается растворимость, ускоряется рост полисахаридной цепи.

3.Гормональная регуляция обмена гликогена осуществляется адреналином, глюкагоном и инсулином. Адреналин и глюкагон активируют распад гликогена и тормозят его синтез. Гормональная регуляция опосредуется общими механизмами через ц-АМФ, который активирует цитозольные ферменты протеинкиназу, киназу фосфорилазы и киназу гликогенсинтазы. Киназы при участии АТФ фосфорилируют ферменты гликогенфосфорилазу и гликогенсинтазу. Фосфорилаза активна в фосфорилированном состоянии, поэтому под действием адреналина и глюкагона активируется распад гликогена, а гликогенсинтаза, напротив, в фосфорилированном состоянии становится неактивной, поэтому синтез гликогена под действием адреналина и глюкагона тормозится.

Под действием инсулина активируются ферменты фосфодиэстераза и фосфопротеинфосфатазы. Фосфодиэстераза разрушает ц-АМФ; фосфопротеинфосфатазы катализируют дефосфорилирование ферментов гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Фосфорилаза в дефосфорилированном состоянии становится неактивной и процесс распада гликогена прекращается, а гликогенсинтаза, напротив, активируется, поэтому под действием инсулина активируется синтез гликогена.

4.Заболевания, связанные с обменом гликогена: гликогенозы и агликогенозы.

1.Болезнь Гирке (недостаток глюкозо-6-фосфатазы печени). Клиническая картина описана в 1929 г.: увеличение печени уже в период новорожденности, гипогликемия между приемами пищи, гипогликемия, сохраняющаяся при действии адреналина и глюкагона, нарушение жирового обмена (усиливается отложение жира в подкожной клетчатке и внутренних органах).

2.Болезнь Форбса-Кори (дефицит фермента амило-1,6-глюкозидазы печени): неполное расщепление гликогена, гепатомегалия, мышечная слабость, гипогликемия. Эта болезнь не угрожает жизни ребенка, хотя может привести к задержке физического развития и полового созревания. У некоторых

2

Материалы для образовательного портала 29.03. 2011 год

больных в подростковом возрасте отмечается умеренная миопатия, т.к. понижена мышечная утилизация гликогена.

3.Болезнь Андерсена (недостаток активности «ветвящего» фермента в печени): гепатоспленомегалия, цирроз печени, прогрессирующая печеночная недостаточность - длинные неразветвленные цепи плохо разрушаются; развивается цирроз печени. Эта болезнь встречается крайне редко и всегда приводит к ранней смерти.

4.Болезнь Херса (недостаток активности печеночной фосфорилазы): гепатомегалия, умеренная гипергликемия, ацидоз. Данная патология встречается крайне редко и только у мальчиков.

5.Болезнь Мак-Ардля (недостаток мышечной фосфорилазы): спазмы мышц при нагрузке, преходящая миоглобинурия.

Агликогенозы – наследственное заболевание, вызванное дефектом гликогенсинтазы. В печени почти или полностью отсутствует гликоген, выражена гипогликемия (0,39 – 0,67 ммоль/л). Характерный симптом – у детей судороги обычно по утрам. Их можно предупредить частым кормлением ночью.

Гипогликемия новорожденных. Наблюдается у всех новорожденных из-за прекращения поступления крови через плаценту (преходящая гипогликемия). Коррекция происходит быстро и самостоятельно. У новорожденных, матери которых страдают сахарным диабетом, может быть тяжелая гипогликемия – проявление функционального гиперинсулинизма, устраняемое только введением глюкозы.

5.Нарушение углеводного обмена. Сахарный диабет. Важным показателем гомеостаза является концентрация глюкозы в крови. В норме концентрация глюкозы в крови 3,3 – 5,5 ммоль/л. Больше 5,5 ммоль/л – гипергликемия. В норме сахар в моче отсутствует. Почечный порог для глюкозы – 10 ммоль/л или 180 мг% в крови. Для уточнения диагноза сахарный диабет проводят тест на толерантность к глюкозе.

Тест на толерантность к глюкозе (метод сахарной нагрузки). Перед проведением теста в течение 3-х дней рекомендуется низкоуглеводная диета. В день анализа пациенту натощак дают выпить раствор 100 г глюкозы/100 мл воды. Концентрацию глюкозы определяют в трех пробах крови: натощак, через 60 и через 120 минут после «Сахарной нагрузки». Результат на фоне здоровья: натощак менее 5,55 ммоль/л, через 60 мин. – менее 8,88 ммоль/л, через 120 мин. – менее 6,66 ммоль/л. На основе полученных данных строят «сахарные кривые»:

Особенности сахарной нагрузки у детей. До 6 лет дают 1,5 г/кг веса, от 6 до 12 – 2 г/кг веса, после 13 лет по 2,5 г/кг веса.

Наличие гипергликемии через 2 часа после начала исследования, глюкозурия и обнаружение кетоновых тел в моче – триада симптомов для постановки диагноза сахарный диабет. Содержание глюкозы в моче определяют пробой Бенедикта.

3