Гликоген что это такое
Гликоген
Содержание
Гликоген в организме [ править | править код ]
Гликоген — это сложный углевод, который состоит из соединенных в цепочку молекул глюкозы. После приема пищи в кровь начинает поступать большое количество глюкозы и организм человека запасает излишки этой глюкозы в виде гликогена. Когда уровень глюкозы в крови начинает снижаться (например при выполнении физических упражнений), организм с помощью ферментов расщепляет гликоген, в результате чего уровень глюкозы остается в норме и органы (в том числе, мышцы во время тренировки) получают достаточное ее количество для производства энергии.
Гликоген откладывается главным образом в печени и мышцах. Общий запас гликогена в печени и мышцах взрослого человека составляет 300-400 г («Физиология человека» А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб). В бодибилдинге имеет значение только тот гликоген, который содержится в мышечной ткани.
При выполнении силовых упражнений (бодибилдинг, пауэрлифтинг) общая усталость наступает в связи с истощением запасов гликогена, поэтому за 2 часа до тренировки рекомендуется съедать богатую углеводами пищу, чтобы восполнить запасы гликогена.
Биохимия и физиология [ править | править код ]
С химической точки зрения гликоген (C6H10O5)n представляет собой полисахарид, образованный остатками глюкозы, связанными α-1→4 связями (α-1→6 в местах разветвления); основной запасной углевод человека и животных. Гликоген (также иногда называемый животным крахмалом, несмотря на неточность этого термина) является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц). Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы. Гликогеновый запас, однако, не столь ёмок в калориях на грамм, как запас триглицеридов (жиров). Только гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоциты) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма. Содержание гликогена в печени при увеличении его синтеза может составить 5-6% от массы печени. [1] Общая масса гликогена в печени может достигать 100—120 граммов у взрослых. В мышцах гликоген перерабатывается в глюкозу исключительно для локального потребления и накапливается в гораздо меньших концентрациях (не более 1 % от общей массы мышц), в то же время его общий мышечный запас может превышать запас, накопленный в гепатоцитах. Небольшое количество гликогена обнаружено в почках, и ещё меньшее — в определённых видах клеток мозга (глиальных) и белых кровяных клетках.
В качестве запасного углевода гликоген присутствует также в клетках грибов.
Метаболизм гликогена [ править | править код ]
При недостатке в организме глюкозы гликоген под воздействием ферментов расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровь. Регуляция синтеза и распада гликогена осуществляется нервной системой и гормонами. Наследственные дефекты ферментов, участвующих в синтезе или расщеплении гликогена, приводят к развитию редких патологических синдромов — гликогенозов.
Регуляция распада гликогена [ править | править код ]
Распад гликогена в мышцах инициирует адреналин, который связывается со своим рецептором и активирует аденилатциклазу. Аденилатциклаза начинает синтезировать циклический АМФ. Циклический АМФ запускает целый каскад реакций, которые в конечном итоге приводят к активации фосфорилазы. Гликогенфосфорилаза катализирует распад гликогена. В печени распад гликогена стимулируется глюкагоном. Этот гормон секретируют а-клетки поджелудочной железы при голодании.
Регуляция синтеза гликогена [ править | править код ]
Синтез гликогена инициируется после связывания инсулина со своим рецептором. При этом происходит аутофосфорилирование остатков тирозина в рецепторе инсулина. Запускается каскад реакций, в которых поочередно активируются следующие сигнальные белки: субстрат-1 инсулинового рецептора, фосфоинозитол-3-киназа, фосфоинозитол-зависимая киназа-1, протеинкиназа АКТ. В конечном итоге ингибируется киназа-3 гликогенсинтазы. При голодании киназа-3 гликогенсинтетазы активна и инактивируется только на короткое время после приема пищи, в ответ на сигнал инсулина. Она ингибирует гликогенсинтазу путем фосфорилирования, не позволяя ей синтезировать гликоген. Во время приема пищи инсулин активирует каскад реакций, в результате которого ингибируется киназа-3 гликогенсинтазы и активируется протеинфосфатаза-1. Протеинфосфатаза-1 дефосфорилирует гликогенсинтазу, и последняя начинает синтезировать гликоген из глюкозы.
Протеинтирозинфосфатаза и ее ингибиторы
Как только прием пищи заканчивается, протеинтирозинфосфатаза блокирует действие инсулина. Она дефосфорилирует остатки тирозина в рецепторе инсулина, и рецептор переходит в неактивную форму. У больных диабетом II типа активность протеинтирозинфосфатазы чрезмерно повышена, что приводит к блокированию сигнала инсулина, и клетки оказываются невосприимчивы к инсулину. В настоящее время проводятся исследования, направленные на создание ингибиторов протеинфосфатазы, с помощью которых станет возможным разработать новые методы лечения в лечении диабета II типа.
Восполнение запасов гликогена [ править | править код ]
Большинство зарубежных специалистов [2] [3] [4] [5] [6] акцентирует внимание на необходимости возмещения гликогена как главного источника энергии для обеспечения мышечной активности. Повторные нагрузки, отмечается в этих работах, могут вызывать глубокое истощение запасов гликогена в мышцах и печени и отрицательно сказываться на результативности спортсменов. Пища с высоким содержанием углеводов увеличивает запас гликогена, энергетический потенциал мышц и улучшает общую работоспособность. Большая часть калорий в день (60-70%), по наблюдениям В. Shadgan, должна приходиться на углеводы, которые обеспечивают хлеб, крупы, зерновые культуры, овощи и фрукты.
Гликоген что это такое
Факторы, определяющие выживаемость у пациентов с протоковой аденокарциномой поджелудочной железы
Как повысить частоту обнаружения аденом правых отделов толстой кишки?
Сравнение различных методов дренирования желчного пузыря при остром холецистите
Частота неполной резекции колоректальных полипов. Результаты систематического обзора и мета-анализа
Плюсы и минусы экстренного эндоскопического исследования у пациентов с острым кровотечением из верхних отделов ЖКТ
инсомния
Инсомния – расстройство сна, при котором возникают трудности с началом сна и его поддержанием на протяжении всей ночи.
Причины инсомний могут быть самыми разными: стресс, неврозы, психические расстройства, соматические заболевания, хронические боли, неблагоприятные бытовые условия, интенсивные физические нагрузки.
Клинику инсомнии условно можно разделить на симптомы нарушения засыпания, сна и просыпания. Для нарушения засыпания характерно увеличение количества времени для погружения в сон. Оно увеличивается до 2 часов. Человек с инсомнией долго пытается уснуть, при этом любой малейший звук может его пробудить.
В процессе сна, ночью возникают частые пробуждения. Причиной тому является как внешний шум, так и страшные сны, кошмары, тахикардия, позывы на мочеиспускание. Нарушение просыпания проявляется более ранним пробуждением, чувством неудовлетворенности от сна и как результат дневной сонливости.
Лечение – существует два подхода к лечению инсомний. Первый включает исключение вредных факторов. Для этого необходимо соблюдение режима сна и отдыха, исключение стрессовые ситуации, улучшение бытовых условий, консультации психолога в случае психических расстройств.
Вторым подходом является применение лекарственных средств для нормализации сна. Для этого используют снотворные средства и другие средства, обладающие снотворным и седативным эффектом.
Всероссийская Образовательная Интернет-Сессия
Информация и материалы, представленные на настоящем сайте, носят научный, справочно-информационный и аналитический характер, предназначены исключительно для специалистов здравоохранения, не направлены на продвижение товаров на рынке и не могут быть использованы в качестве советов или рекомендаций пациенту к применению лекарственных средств и методов лечения без консультации с лечащим врачом.
Лекарственные препараты, информация о которых содержится на настоящем сайте, имеют противопоказания, перед их применением необходимо ознакомиться с инструкцией и проконсультироваться со специалистом.
Мнение Администрации может не совпадать с мнением авторов и лекторов. Администрация не дает каких-либо гарантий в отношении cайта и его cодержимого, в том числе, без ограничения, в отношении научной ценности, актуальности, точности, полноты, достоверности научных данных представляемых лекторами или соответствия содержимого международным стандартам надлежащей клинической практики и/или медицины основанной на доказательствах. Сайт не несет никакой ответственности за любые рекомендации или мнения, которые могут содержаться, ни за применимость материалов сайта к конкретным клиническим ситуациям. Вся научная информация предоставляется в исходном виде, без гарантий полноты или своевременности. Администрация прикладывает все усилия, чтобы обеспечить пользователей точной и достоверной информацией, но в то же время не исключает возможности возникновения ошибок.
Основные закономерности метаболических процессов в организме человека. Часть 2.
Рассматривая обмен веществ в условиях нормального функционирования организма, следует остановиться на безусловно взаимосвязанных, но в то же время достаточно специфичных составляющих метаболизма, а именно на углеводном, белковом, липидном и водно-электролитном обмене.
Очевидно, что основная роль углеводов в метаболизме определяется их энергетической функцией. Именно глюкоза крови вследствие наличия простого и быстрого пути гликолитической диссимиляции и последующего окисления в цикле трикарбоновых кислот, а также возможности максимально быстрого извлечения ее из депо гликогена, обеспечивающей экстренную мобилизацию энергетических ресурсов, является наиболее востребованным источником энергии в организме. Использование циркулирующей в плазме глюкозы разными органами неодинаково: мозг задерживает 12% глюкозы, кишечник— 9%, мышцы — 7%, почки — 5%. При этом уровень глюкозы плазмы крови является одной из важнейших гомеостатических констант организма, составляя 3, 3—5, 5 ммоль/л. Как известно снижение уровня глюкозы ниже допустимого передела имеет своим незамедлительным следствием дискоординацию деятельности ЦНС, проявляющуюся соответствующей клинической симптоматикой: головной мозг содержит небольшие резервы углеводов и нуждается в постоянном поступлении глюкозы, поскольку энергетические расходы мозга покрываются исключительно за счет углеводов. Глюкоза в тканях мозга преимущественно окисляется, а небольшая часть ее превращается в молочную кислоту.
При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме из продуктов трансформации жиров и белков. В печени возможно новообразование углеводов как из собственных продуктов их распада (пировиноградной или молочной кислоты), так и из продуктов диссимиляции жиров и белков (кетокислот и аминокислот), что обозначается как глюконеогенез. В результате трансформации аминокислот образуется пировиноградная кислота, при окислении жирных кислот — ацетилкоэнзим А, который может превращаться в пировиноградную кислоту — предшественник глюкозы. Это наиболее важный общий путь биосинтеза углеводов. Между двумя основными источниками энергии — углеводами и жирами — существует тесная физиологическая взаимосвязь. Повышение содержания глюкозы в крови увеличивает биосинтез триглицеридов и уменьшает распад жиров в жировой ткани. Поступление в кровь свободных жирных кислот уменьшается. В случае возникновения гипогликемии процесс синтеза триглицеридов тормозится, ускоряется распад жиров и в кровь в большом количестве поступают свободные жирные кислоты. Гликогенез, гликогенолиз и глюконеогенез являются тесно взаимосвязанными процессами, обеспечивающими оптимальный уровень глюкозы крови сообразно степени функционального напряжения организма.
Центральным звеном регуляции углеводного и других видов обмена и местом формирования сигналов, управляющих уровнем глюкозы, является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются вегетативными нервами и гуморальным путем, включающим эндокринные железы. Единственным гормоном, снижающим уровень гликемии, является инсулин — гормон, вырабатываемый β-клетками островков Ланхгерганса. Снижение гликемии происходит за счет усиления инсулином синтеза гликогена в печени и мышцах и повышения потребления глюкозы тканями организма. Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких гормонов. Это глюкагон, продуцируемый α-клетками островков Ланхгерганса, адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников, глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечников, соматотропный гормон гипофиза, тироксин и трийодтиронин — гормоны щитовидной железы. Данные гормоны в связи с однонаправленностью их влияния на углеводный обмен и функциональным антагонизмом по отношению к эффектам инсулина часто объединяют понятием «контринсулярные гормоны».
Таким образом биологическая роль углеводов для организма человека определяется прежде всего их энергетической функцией. Обладая энергетической ценностью в 16, 7 кДж (4, 0 ккал) на 1 грамм вещества, углеводы являются основным источником энергии для всех клеток организма, при этом выполняя еще пластическую и опорную функции. Суточная потребность взрослого человека в углеводах составляет около 500 г.
— пластическая (структурная) функция заключается в том, что белки являются главной составной частью всех клеточных и межклеточных структур тканей;
— ферментная (каталитическая, энзимная) функция состоит в обеспечении всех химических реакций, протекающих в ходе обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение), деятельностью ферментов, являющихся по своей структуре белками;
— транспортная функция белков заключается в их способности к соединению с целым рядом метаболитов и переносе последних в связанном состоянии в межтканевой жидкости и плазме крови к области их утилизации;
— защитная функция белков проявляется реализацией иммунного ответа образованием иммуноглобулинов (антител) и системы комплемента при поступлении в организм чужеродного белка, а также способностью к непосредственному связыванию экзогенных токсинов; белки системы гемостаза обеспечивают свертывание крови и остановку кровотечения при повреждении кровеносных сосудов;
— регуляторная функция, направленная на сохранение гомеостаза с поддержанием биологических констатнт организма, реализуется буферными свойствами молекулы протеинов, белковой структурой клеточных рецепторов, активируемых в свою очередь регуляторными полипептидами и гормонами, также имеющими белковую структуру;
— двигательная функция, обеспечивается взаимодействием сократительных белков мышечной ткани актина и миозина;
— энергетическая роль белков состоит в обеспечении организма энергией, образующейся при диссимиляции белковых молекул; при окислении 1 г белка в среднем освобождается энергия, равная 16, 7 кДж (4, 0 ккал).
При катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак. При необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты. В случае использования белков в качестве источника энергии большинство аминокислот окисляются в конечном счёте через цикл лимонной кислоты до углекислого газа и воды. Прежде, чем эти вещества вовлекаются в заключительный этап катаболизма, их углеродный скелет превращается в двухуглеродный фрагмент в форме ацетил-КоА. Именно в этой форме большая часть молекул аминокислот включается в цикл лимонной кислоты.
Таблица 1. 1. Аминокислоты, входящие в состав белков человека.
1. Незаменимые
2. Частично заменимые
3. Условно заменимые
4. Заменимые
Таблица 1. 2. Классификация липидов организма человека.
1. Гликолипиды.
Содержат углеводный компонент.
2. Жиры.
3. Минорные липиды.
4. Стероиды.
А. Стерины (спирты).
Наиболее важен холестерин.
В. Стериды.
Эфиры стеринов и высших жирных кислот. Наиболее распространены эфиры холестерина.
5. Фосфолипипы.
Одним из продуктов катаболизма жиров, имеющем важное значения для метаболизма в целом являются кетоновые тела. Кетоновые тела — группа органических соединений, являющихся промежуточными продуктами жирового, углеводного и белкового обменов. К кетоновым телам относят β-оксимасляную и ацетоуксусную кислоты и ацетон, имеющие сходное строение и способные к взаимопревращениям. Главным путем синтеза кетоновых тел, происходящего в основном в печени, считается реакция конденсации между двумя молекулами ацетил-КоА, образовавшегося при β-окислении жирных кислот или при окислительном декарбоксилировании пирувата (пировиноградной кислоты) в процессе обмена глюкозы и ряда аминокислот. Данный путь синтеза кетоновых тел более других зависит от характера питания и в большей степени страдает при патологических нарушениях обмена веществ. Из печени кетоновые тела поступают в кровь и с нею во все остальные органы и ткани, где они включаются в универсальный энергообразующий цикл — цикл трикарбоновых кислот, в котором окисляются до углекислоты и воды. Кетоновые тела используются также для синтеза холестерина, высших жирных кислот, фосфолипидов и заменимых аминокислот. При голодании, однообразном безуглеводистом питании и при недостаточной секреции инсулина использование ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот подавляется, так как все метаболически доступные ресурсы организма превращаются в глюкозу крови. В этих условиях увеличивается синтез кетоновых тел. Следует подчеркнуть важную роль кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела – поставщики «топлива» для мышц, почек и действуют, возможно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая чрезвычайную мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Печень в этом смысле является исключением, она не использует кетоновые тела в качестве энергетического материала.
Процесс образования, отложения и мобилизации из депо жира регулируется нервной и эндокринной системами, а также тканевыми механизмами и тесно связаны с углеводным обменом. Так, повышение концентрации глюкозы в крови уменьшает распад триглицеридов и активизирует их синтез. Понижение концентрации глюкозы в крови, наоборот, тормозит синтез триглицеридов и усиливает их расщепление. Таким образом, взаимосвязь жирового и углеводного обменов направлена на обеспечение энергетических потребностей организма. При избытке углеводов в пище триглицериды депонируются в жировой ткани, при нехватке углеводов происходит расщепление триглицеридов с образованием неэтерифицнрованных жирных кислот, служащих источником энергии. В обмене жиров одна из важнейших ролей принадлежит печени. Печень — основной орган, в котором происходит образование кетоновых тел (бета-оксимасляная, ацетоуксусная кислоты, ацетон), используемых как альтернативный глюкозе источник энергии.
Как указывалось выше метаболизм жиров контролируется нервной и эндокринной системами. Мобилизация жиров из депо происходит под влиянием гормонов мозгового слоя надпочечников — адреналина и норадреналина. Соматотропный гормон гипофиза также обладает жиромобилизирующим действием. Аналогично действует тироксин — гормон щитовидной железы. Тормозят мобилизацию жира глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечника, вероятно, вследствие того, что они несколько повышают уровень глюкозы в крови. Действие инсулина связано с повышением активности внутриклеточной фосфодиэстеразы, что приводит к снижению концентрации цАМФ и угнетению липолиза. Таким образом, инсулин усиливает синтез жира и уменьшает скорость его мобилизации. Имеются данные, свидетельствующие о возможности прямых нервных влияний на обмен жиров. Симпатические влияния тормозят синтез триглицеридов и усиливают их распад. Парасимпатические влияния, напротив, способствуют отложению жира в депо.
Статья добавлена 31 мая 2016 г.
ГЛИКОГЕН
ГЛИКОГЕН (греч, glykys сладкий + gennao создавать, производить; син. животный крахмал) — главный резервный полисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α-D-глюкозы, (C6H10O5)n. Открыт К. Бернаром в 1857 г. Содержится во всех органах и тканях животных и человека, в наибольшем количестве в печени (до 20%) и мышцах (до 4%), встречается также в некоторых растениях, высших грибах, микроорганизмах (напр., дрожжах). Врожденные наследственные заболевания, связанные с нарушением обмена углеводов, в значительной своей части представлены гликогенозами.
Величины мол. веса (массы) нативного Гликогена находятся в пределах 10 7 —10 9 и выше. Различные Гликогены гетеродисперсны, т. е. представляют собой смеси молекул разной массы. Величина мол. веса Гликогена зависит от вида животного, органа, физиологического состояния и от метода выделения Гликогена. Из тканей Гликоген можно выделить извлечением холодной 10% трихлоруксусной к-той с последующим осаждением спиртом (метод Остерна) или экстрагированием тканей горячим 60% р-ром едкого кали, гидролизующим белки и другие соединения, но в основном сохраняющим Г., который затем осаждают спиртом (метод Пфлюгера), однако при выделении Г. этими методами происходит значительная деполимеризация его молекул, и для получения более нативных препаратов пользуются экстрагированием холодной водой или фенолом, гомогенизацией тканей в глициновом буферном р-ре pH 10,4 с хлороформом с последующим дифференциальным центрифугированием.
У животных сохраняется постоянная картина распределения Г. по мол. весам, носящая, по-видимому, индивидуальный характер и мало изменяющаяся как при убыли Г. (напр., при голодании или введении адреналина), так и при стимуляции биосинтеза Г. (напр., при введении глюкозы). Очевидно, это достигается устойчивой регуляцией метаболизма Г. При патологических условиях мол. веса Г. могут сильно изменяться.
Г. представляет собой аморфный белый порошок, растворяющийся в воде с образованием опалесцирующих или молочно-белых р-ров. Растворимость Г. равна 15—21% при 20°. Из р-ров Г. осаждается спиртом, танином и сульфатом аммония при полном насыщении. С р-ром йода Г. в зависимости от происхождения препарата дает окрашивание от красного до желто-бурого, к-рое исчезает при кипячении и вновь появляется при охлаждении. Г. обладает оптической активностью, [a]D + 196°. Т. к. в огромной молекуле Г. существует лишь один полуацетальный гидроксил, Г. обладает ничтожной восстанавливающей (редуцирующей) способностью. Каждый глюкозный остаток содержит в среднем 3 спиртовых гидроксила (от 2 до 4), поэтому при действии метилирующих реагентов на Г. можно получить триметилгликоген.
Кипячение Г. с разбавленными к-тами приводит к его неполному гидролизу и образованию декстринов (см.). Продуктом полного гидролиза Г. является глюкоза (см.):
Полный гидролиз Г. с количественным определением образовавшейся глюкозы является одним из способов количественного определения Г.
Молекулы Г. построены из дихотомически ветвящихся полиглюкозидных цепей, в которых глюкозные остатки соединены альфа-1,4-глюкозидными связями; в точках ветвления имеются альфа-1,6-глюкозидные связи (7— 9%) (рис. 1,а).
В молекуле Г. различают внутренние цепи (ветви) — участки полиглюкозидных цепей между точками ветвления и наружные цепи (ветви)— участки от периферической точки ветвления до нередуцирующего конца цепи (рис. 1,6). Длина наружных и внутренних цепей в молекулах Г. значительно варьирует в зависимости от вида животного и органа, из к-рого выделен Г. Эта схема строения молекулы Г. была предложена Майером (К. Н. Meyer) и Бернфельдом (Р. Bernfeld) и получила всеобщее признание, т. к. подтверждалась не только хим., но и энзиматическими исследованиями.
Высокие мол. веса Г. и результаты гидролитического расщепления различных Г. дали возможность Уилану (W. Whelan) и его сотрудникам в 1970 г. предложить новый вариант схемы строения молекулы Г. (рис. 2). Общее число A-цепей как в схеме Майера, так и в схеме Уилана также приблизительно равно числу B-цепей. На схеме видны «спрятанные» цепи В, к к-рым могут быть присоединены «спрятанные» цепи А. В этой модели половина цепей В несет вдвое большее число цепей А; вторая половина цепей В не несет цепей А, но несет цепи В. Схема Уилана не выражает точно подлинную структуру Г., но объясняет некоторые новые данные, полученные в химии гликогенов.
В 1942 г. А. А. Лазарев путем дифференциального центрифугирования выделил из печени высокомолекулярный Г., названный частичковым. В 60-х годах 20 в. были получены электронно-микроскопические снимки частичковых Г. (рис. 3). Самые крупные частицы, имеющие вид тутовых ягод (диам. 50—200 нм, мол. вес 10 7 —10 9 ), были названы альфа-частицами, самые мелкие, являющиеся их субчастицами (диам. 20—40 нм, мол. вес 2—5×10 6 ), — гамма-частицами, а промежуточные по величине, состоящие из небольшого числа гамма-частиц,— бета-частицами.
С 40-х годов 20 в. считалось, что Исходным соединением в биосинтезе Г. является глюкозо-1-фосфат, глюкозный остаток к-рого переносится на акцептор — гликоген-затравку под действием специфической фосфорилазы:
Образующиеся линейные полиглюкозидные цепи превращаются в ветвистые при помощи альфа-глюканветвящей глюкозилтрансферазы (КФ 2.4.1.18).
Проведенное впервые сов. исследователями изучение строения синтетических Г., полученных in vitro при помощи ферментов из мышц, показало их близость природным Г. (Б. Н. Степаненко и сотр.). Затем было установлено, что in vivo главным путем биосинтеза Г. является синтез его из нуклеозиддифосфатсахаров, из которых наиболее активна в этом отношении уридиндифосфатглюкоза (УДФГ). Глюкозный остаток УДФГ под действием фермента УДФГ-гликоген — глюкозилтрансферазы (КФ 2.4.1.11) переносится на полисахарид — акцептор:
Далее ветвящий фермент превращает линейные цепи полисахарида в ветвистые. Синтез Г. из УДФГ большинство исследователей считает главным. С термодинамической точки зрения УДФГ является гораздо более выгодным донатором глюкозных остатков, чем глюкозо-1-фосфат, т. к. обладает значительно большим запасом энергии, однако имеются данные, что синтез из глюкозо-1-фосфата при определенных условиях может происходить и in vivo.
В 1975 г. Крисман и Баренго (С. R. Krisman, R. Barengo) установили, что в отсутствие гликогена-затравки синтез Г. осуществляется на молекуле белка-матрицы («primer») при участии фермента — инициатора синтеза Г., катализирующего перенос на белок-матрицу глюкозных остатков с УДФГ с образованием олигосахаридной цепочки. Далее в процесс вступает фермент гликогенсинтетаза, действующий обычным образом.
Расщепление Г.— гликогенолиз может осуществляться фосфорилитическим путем (при действии фосфорилазы) и гидролитическим — амилолитическим путем. Амилолиз Г. осуществляется при участии трех амилаз (см.). альфа-Амилаза (КФ 3.2.1.1) катализирует гидролиз молекулы Г. на крупные блоки, которые служат затравкой при синтезе новых молекул Г.; бета-амилаза (КФ 3.2.1.2) гидролизует альфа-1,4-связи, последовательно отщепляя фрагменты от нередуцирующих концов цепей Г.
В тканях человека и животных советскими биохимиками Е. Л. Розенфельд и И. А. Поповой обнаружена гамма-амилаза, катализирующая отщепление остатков глюкозы от молекулы Г. по альфа-1,4-связи. Глюкоза, освобожденная т. о., поступает в кровоток и используется для энергетических нужд организма. Главным ферментом, расщепляющим Г. in vivo, является гликогенфосфорилаза (КФ 2.4.1.1).
Однако полностью молекула Г. может расщепиться лишь при участии нескольких ферментов. Фосфорилаза (см.) отщепляет глюкозные остатки, начиная от периферического конца наружных ветвей молекулы Г, При приближении к альфа-1,6-связям ее действие прекращается. Глюкозный остаток, соединенный с остальной частью молекулы альфа-1,6-связью, остается обнаженным. На такой остаток действует амило-1,6-глюкозидаза (декстрин-1,6-глюкозидаза; КФ 3.2.1.33); после его удаления продолжет свое действие гликогенфосфорилаза.
Продукт фосфоролиза Г. — глюкозо-1-фосфат изомеризуется под действием фосфоглюкомутазы (КФ 2.7.5.1), превращаясь в глюкозо-6-фосфат. Последний далее может участвовать в различных видах обмена (гликолиз или пентозофосфатный путь); в печени значительная его часть гидролизуется глюкозо-6-фосфатазой с образованием свободной глюкозы, к-рая поступает в кровь,— это и есть один из главных метаболических источников глюкозы в крови.
Регуляция метаболизма Г. осуществляется нейрогуморальным путем, её молекулярные механизмы в значительной степени выяснены. Одним из основных принципов этих механизмов является существование двух форм важнейших ферментов метаболизма Г.— гликогенфосфорилазы (фосфорилазы а) и гликогенсинтетазы (УДФГ-гликоген — глюкозилтрансферазы); одна из этих форм обладает мало изменяющейся активностью, тогда как активность другой способна сильно изменяться под влиянием активаторов.
Давно известен феномен быстрого расщепления Г. при действии адреналина (см.). Синтез Г. адреналином угнетается. Инсулин (см.) — антагонист адреналина, оказывает на биосинтез Г. противоположное действие. Другие гормоны — глюкагон (см.), половые гормоны (см.) и т. д. также влияют на метаболизм Г.
При нарушениях обмена Г., приводящих к его аномальному накоплению в клетках и увеличению концентрации F. в крови, развивается так наз. гликогенная (гликогеновая) болезнь, или гликогенозы (см.). В зависимости от локализации аномального накопления Г. различают печеночную, мышечную и генерализованную форму гликогенозов. Классификация гликогенозов основана на полном отсутствии или дефиците того или иного фермента, участвующего в обмене Г. Известно более 10 типов гликогенозов. При гепатитах различной этиологии количество Г. в крови уменьшается.
Методы определения гликогена
В крови человека содержание Г. определяют по методу Преображенской, который основан на кислотном гидролизе Г., осажденного из крови щелочью и этанолом, и количественном определении образовавшейся глюкозы.
Количество Г. в крови здорового человека, по Преображенской, равно 2,72 мг% (от 1,69 до 3,87 мг%).
Г. в крови человека определяют также методом Пфлайдерера. В этом случае образовавшуюся после кислотного гидролиза Г. глюкозу фосфорилируют за счет АТФ при участии гексокиназы (см.), в результате чего образуются эквимолярные количества АДФ; АДФ перефосфорилируется с фосфоенолпируватом при участии пируваткиназы, образовавшийся пируват восстанавливают при участии НАД-H и лактатдегидрогеназы до молочной к-ты. Количество глюкозы находят по изменению количества НАД-H, определяемому спектрофотометрически при 340 или 366 нм.
Гистохимические методы определения гликогена в тканях
Для выявления гистохим, методами Г. в тканях пользуются его свойством не растворяться в спиртах. Очень часто для фиксации употребляют абсолютный спирт или жидкость Карнуа. По Нейкирху (P. Neukirch), материал фиксируют в жидкостях, насыщенных декстрозой; по Жандре (F. L. de Gendre), применяют смесь спирта, пикриновой, уксусной к-т и формалина. Методика Гелей (J. Gelei) предусматривает применение смеси осмиевой к-ты с абсолютным спиртом.
Гистохимически гликоген определяют с помощью метода Беста, метода Шабадаша и PAS-реакции (см. Беста метод, Шабадаша способы, ШИК-реакция).
В живой клетке Г. частично распределен в цитоплазме диффузно, частично связан с гранулами (напр., в эозинофильных лейкоцитах). При действии соответствующих фиксирующих жидкостей Г. осаждается в форме зерен и глыбок. После смерти или в органах, извлеченных из организма, Г. быстро начинает исчезать и тем быстрее, чем выше окружающая температура. Под действием воды растворение Г. сильно ускоряется. Сильное растворяющее действие оказывает также 15% р-р едкого кали или солянокислый пепсин. Материал для приготовления препаратов, предназначенных для исследования на Г., должен фиксироваться в свежем состоянии. Следует избегать соприкосновения его с водой, физиол, р-ром как до, так и после фиксации. Общим для действия всех фиксаторов Г. является то, что в наружных зонах препарата, особенно в клетках, богатых протоплазмой, происходит характерное смещение зернистого или глыбчатого осадка Г., так наз. бегство гликогена от спирта.
В неокрашенном состоянии клеточный Г. отличается сильным блеском и бесструктурностью; он обычно имеет вид зерен, расположенных в большем или меньшем количестве в протоплазме, а при патол, условиях нередко и в ядрах клеток.
При болезнях, сопровождающихся нарушениями углеводного обмена, наблюдаются повышенные отложения гранул Г. в мышцах, печени, почках. Характерно накопление Г. в эпителии петель Генле при сахарном диабете (см. Диабет сахарный), связанное с нарушением реабсорбции глюкозы в условиях гипергликемии. Различают: «стабильный» Г., который прочно входит в состав клеточной протоплазмы, не подвергается значительным количественным колебаниям, часто лишь с трудом обнаруживается (или совсем не обнаруживается) микрохим. реакциями, и «лабильный», или «расходный», Г., временно откладывающийся в клетке, легко от нее отщепляющийся по мере потребности организма в энергетическом материале, подверженный резким количественным колебаниям и отчетливо определяемый микрохимически. Стабильный Г. при физиол. условиях имеется у человека во всех органах, кроме нервной системы, грудной железы и костей. Характерно его постоянное присутствие в тех тканевых элементах, которые находятся в нек-ром отдалении от кровяного тока, именно в хрящевых клетках и в различных видах многослойного эпителия. Богаты Г. ткани эмбриона, у к-рого при нормальных условиях Г. встречается всюду, кроме нервной системы. Повышенное содержание его у эмбриона связывается большинством исследователей с особенно оживленным обменом веществ в растущих клетках.
Иногда присутствие Г. зависит от функционального состояния органа. Так, в эпителии слизистой оболочки матки тотчас после менструального периода обнаруживается наименьшее содержание Г. или даже полное его отсутствие. Главным депо лабильного Г. служат печень и скелетная мускулатура; при этом в печени исчезновение Г. у голодающего животного начинается с периферии дольки и постепенно распространяется по направлению к центру. Накопление при возобновившемся кормлении идет в обратном порядке, т. е. от клеток, расположенных около центральных вен, к периферии. Иногда Г. можно встретить и вне клеток (в межуточном веществе, лимф, пространствах и т. д.). Чаще всего это результат посмертного вымывания его из клеточной протоплазмы, реже — последствие прижизненного повреждения или гибели клеток.
Приведенные сведения о локализации и динамике накопления Г. в тканях, полученные гл. обр. с помощью гистохимии, значительно расширились в связи с развитием методов электронной микроскопии (см.) и электронной гистохимии (см.). При помощи электронной микроскопии было установлено, что Г. характеризуется тремя уровнями организации, каждому из которых свойственны специфические размеры и морфол, особенности (альфа-, бета- и гамма-частицы).
Гранулы Г. локализуются в трубочках и пузырьках эндоплазматической сети, гранулярные отложения Г. обнаруживаются также в матриксе митохондрий.
Малер Г. Р. и Кордес Ю.Г. Основы биологической химии, пер. с англ., М., 1970; Степаненко Б. Н. Углеводы, Успехи в изучении строения и метаболизма, серия «Итоги науки», М., 1968; Степаненко Б. Н. и Боброва Л. Н. Современные представления о микро- и макромолекулярной структуре гликогена, Усп. биол, хим.,т. 15, с. 195, 1974, библиогр.; Cori G. Т. Glycogen structure and enzyme deficiencies in glycogen-storage disease, Harvey Lect., ser. 48,p. 145, 1954, bibliogr.; Krisman C. R. a. Barengo R. Aprecursor of glycogen, biosynthesis, Europ. j. Biochem., v. 52, p. 117, 1975, bibliogr.; Rуman B. E. a. Whelan W. J. New aspects of glycogen metabolism, Advanc. Enzymol., v. 34, p. 285, 1971, bibliogr.; Whelan W. J. On the oridinof primer for glycogen synthesis, Trends Biochem. Sci., v. 1, p. 113, 1976, bibliogr.
Б. H. Степаненко; H. К. Пермяков (гист.).