4.3 Гомеостаз глюкозы

Гомеостаз глюкозы и сохранение уровня глюкозы в пределах 3,3-5,5 ммоль/л поддерживается равновесием двух противоположно направленных процессов.

Один ведет к развитию гипергликемии: поступление пищевых углеводов, синтез глюкозы путем глюконеогенеза и распад гликогена (гликогенолиз).

Другой сопровождается развитием гипогликемии: затраты углеводов организма на энергетические и различные пластические процессы, синтез гликогена и потери в составе мочи (патологическая почечная глюкозурия).

Рассмотрим вначале процессы синтеза и распада гликогена, затем охарактеризует отдельные гормоны.

4.4 Синтез и распад гликогена (гликогенолиз)

Гликоген - запасной полисахарид животных тканей, М > 10⁷ Д. Хранится в цитозоле клеток в виде гранул. Наибольшее содержание (по массе, %) в печени – 2 - 8, скелетных мышцах

0,5 – 0,8, в костной ткани - следы, около 0,02, но в отсутствие гликогена клетки костной ткани остеобласты не способны к остеогенезу.

Основные цепи содержат молекулы глюкозы, соединенные связями α (1 - 4), в местах ветвления α (1 - 6), точки ветвления располагаются примерно через каждые 10 звеньев глюкозы.

В каждой молекуле гликогена только один редуцирующий конец. Гликоген кости имеет нераз-ветвленное строение (аналогичен фракции крахмала амилозе).

Синтез гликогена

Активно происходит в течение 2 - 3 часов после приема пищи с высоким содержанием углеводов и при повышенном содержании глюкозы в крови. Последовательно проходят следующие реакции.

Гл + АТФ—гексокиназа,Mg²⁺ —> Гл-6-ф + АДФ

Гл-6-ф < = > Гл-1-ф

Гл-1-ф + УТФ ———> УДФ - глюкоза + пирофосфат

УДФ - глюкоза взаимодействует с затравочным количеством гликогена и удлиняет ее на один

остаток глюкозы. Роль «затравки - праймера» чрезвычайно важна для синтеза гомополисахарида, и если клетка долго «голодала», она теряет способность быстро запасать гликоген и медленно восстанавливает эту функцию.

УДФ-глюкоза + ( С₆ Н ₁₀ О ₅)n —гликогенсинтетаза———> ( С₆ Н ₁₀ О ₅)_n+1 + УДФ

Гликогенсинтетаза активируется инсулином, кортизолом, для проявления ее функции необходим витамин В6, образует связь α (1 - 4).

Рис. Схематическое изображение строения гликогена

Разветвленная структура образуется с участием фермента амило-1,4 ->1,6- глюкозилтрансферазы (фермент ветвления). Точка ветвления располагается на расстоянии не менее 4 остатков глюкозы от соседнего ветвления. Ветвящий фермент по мере роста цепи переносит олигосахарид от конца цепи и создает новую точку ветвления (см. рис ).

Распад гликогена стимулируется в случаях гипогликемии и выделения контринсулярных гормонов. Инсулин ингибирует распад гликогена.

При физиологическом кратковременном чувстве голода и гипогликемии действует глюкагон. При длительном чувстве голода, длительной гипогликемии или стрессе (на фоне любого уровня глюкозы) участвует адреналин и затем кортизол.

Глюкагон и адреналин действуют через мембранный белок - рецептор G-белок (рис ). Глюкагон вызывает распад гликогена в печени, миокарде. Адреналин - печени, миокарде, скелетных мышцах

Распад (фосфоролиз) гликогена осуществляет фермент гликогенфосфорилаза, которая подвергает фосфоролизу только α (1-4)-гликозидные связи. Для полного фосфоролиза необходимо присутствие олигосахаридтрансферазы, которая переносит «веточки», состоящие из 4 мономеров на основную цепь, создавая линейную структуру

Активация фосфорилазы гликогена - достаточно сложный стадийный процесс, который связан с активацией промежуточного фермента киназы фосфорилазы, который затем превращает неактивную фосфорилазу в активную (этот механизм активации изучали в теме «.Медицинская энзимология. Ферменты»)

Выделение свободной глюкозы в кровь возможно только после изомеризации Гл-1-ф и гидролиза Гл-6-ф.

Гл-1-Ф ↔ Гл-6 -Ф

Гл-6 –Ф + Н2 О —фосфатаза—> Гл + Н3 РО4

Фермент фосфатаза (этот факт уже обсуждали) присутствует только на мембранах ЭПР клеток печени, почек, кишечника.

(С₆ Н₁₀ О₅)_{n+1 ---------------------}-> ( С₆ Н₁₀ О₅)_n + Гл-1-Ф

(аденилатциклаза)

Гормон ———>G-белок—> A-белок—— >АТФ———>цАМФ + пирофосфат

Киназа фосфорилазы (неакт )

< ———цАМФ <————————

Киназа фосфорилазы ( акт) ——— >Гликогенфосфорилаза (неакт)

Гликогенфосфорилаза (акт)

Рис. Механизм активации гликогенфосфорилазы

*Синтез и распад гликогена протекает с участием различных ферментов. * Гликоген мышц служит только для обеспечения мышц глюкозой. * Гликоген печени участвует в поддержании уровня глюкозы крови и обеспечивает глюкозой другие ткани. *Фосфорилаза гликогена активна в фосфорилированной форме, а синтетаза гликогена – в дефосфорилированной.