Биосинтез и распад гликогена. Механизм регуляции обмена углеводов и его нарушения при патологии

Тема: ≪Биосинтез и распад гликогена. Механизм регуляции обмена углеводов и его нарушения при

патологии≫

 

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:

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

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.