Где происходит синтез гликогена в поджелудочной железе
Гликоген – это запасной углевод животных, состоящий из большого количества остатков глюкозы. Запас гликогена позволяет быстро восполнять недостаток содержания в крови глюкозы, как только её уровень понижается, происходит расщепление гликогена, и в кровь поступает свободная глюкоза. В организме человека глюкоза в основном хранится в виде гликогена. Запасать отдельные молекулы глюкозы клеткам не выгодно, так как это значительно повышало бы осмотическое давление внутри клетки. По своей структуре гликоген напоминает крахмал, то есть полисахарид, который в основном запасают растения. Крахмал тоже состоит из остатков глюкозы, соединённых между собой, однако в молекулах гликогена гораздо больше разветвлений. Качественная реакция на гликоген – реакция с йодом – даёт бурое окрашивание, в отличие от реакции йода с крахмалом, которая позволяет получить фиолетовое окрашивание.
Регуляция образования гликогена
Образование и расщепление гликогена регулируют несколько гормонов, а именно:
1) инсулин
2) глюкагон
3) адреналин
Образование гликогена происходит после того, как концентрация глюкозы в крови повышается: раз глюкозы много, то её необходимо запасти впрок. Поглощение глюкозы клетками в основном регулируется двумя гормонами-антагонистами, то есть гормонами с противоположным действием: инсулином и глюкагоном. Оба гормона выделяются клетками поджелудочной железы.
Обратите внимание: слова «глюкагон» и «гликоген» очень похожи, но глюкагон – это гормон, а гликоген – запасной полисахарид.
Инсулин синтезируется, если глюкозы в крови много. Это обычно бывает после того, как человек поел, в особенности если еда – это богатая углеводами пища (например, если съесть мучное или сладкое). Все углеводы, которые содержатся в пище, расщепляются до моносахаридов, и уже в таком виде через стенку кишечника всасываются в кровь. Соответственно, уровень глюкозы повышается.
Когда рецепторы клеток реагируют на инсулин, клетки поглощают глюкозу из крови, и её уровень вновь снижается. Кстати, именно поэтому диабет – недостаток инсулина – образно называют «голод среди изобилия», ведь в крови после употребления пищи, которая богата углеводами, появляется очень много сахара, но без инсулина клетки не могут его поглотить. Часть глюкозы клетки используют для получения энергии, а оставшуюся превращают в жир. Клетки печени используют поглощённую глюкозу для синтеза гликогена. Если же в крови мало глюкозы, то происходит обратный процесс: поджелудочная железа выделяет гормон глюкагон, и клетки печени начинают расщеплять гликоген, выделяя глюкозу в кровь, или синтезировать глюкозу заново из более простых молекул, таких как молочная кислота.
Адреналин также приводит к распаду гликогена, потому что всё действие этого гормона направлено на то, чтобы мобилизовать организм, подготовить его к реакции по типу «бей или беги». А для этого необходимо, чтобы концентрация глюкозы стала выше. Тогда мышцы смогут использовать её для получения энергии.
Таким образом, поглощение пищи приводит к выделению в кровь гормона инсулина и синтезу гликогена, а голодание – к выделению гормона глюкагона и распаду гликогена. Выделение адреналина, происходящее в стрессовых ситуациях, также приводит к распаду гликогена.
Из чего синтезируется гликоген?
Субстратом для синтеза гликогена, или гликогеногенеза, как его по-другому называют, служит глюкозо-6-фосфат. Это молекула, которая получается из глюкозы после присоединения к шестому атому углерода остатка фосфорной кислоты. Глюкоза, образующая глюкозо-6-фосфат, попадает в печень из крови, а в кровь – из кишечника.
Возможен и другой вариант: глюкоза может быть заново синтезирована из более простых предшественников (молочной кислоты). В таком случае из крови глюкоза попадает, например, в мышцы, где расщепляется до молочной кислоты с выделением энергии, а потом накопленная молочная кислота транспортируется в печень, и клетки печени заново синтезируют из неё глюкозу. Потом эту глюкозу можно превратить в глюкозо-6-фосфот и далее на его основе синтезировать гликоген.
Этапы образования гликогена
Итак, что же происходит в процессе синтеза гликогена из глюкозы?
1. Глюкоза после присоединения остатка фосфорной кислоты становится глюкозо-6-фосфатом. Это происходит благодаря ферменту гексокиназе. Этот фермент имеет несколько разных форм. Гексокиназа в мышцах немного отличается от гексокиназы в печени. Та форма этого фермента, которая присутствует в печени, хуже связывается с глюкозой, а продукт, образующийся в ходе реакции, не ингибирует протекание реакции. Благодаря этому клетки печени способны поглощать глюкозу только тогда, когда её много, и могу сразу превратить в глюкозо-6-фосфат очень много субстрата, даже если не успевают его переработать.
2. Фермент фосфоглюкомутаза катализирует превращение глюкозо-6-фосфата в его изомер – глюкозо-1-фосфат.
3. Полученный глюкозо-1-фосфат потом соединяется с уридинтрифосфатом, образуя УДФ-глюкозу. Катализирует этот процесс фермент УДФ-глюкозопирофосфорилаза. Эта реакция не может протекать в обратную сторону, то есть является необратимой в тех условиях, которые присутствуют в клетке.
4. Фермент гликогенсинтаза переносит остаток глюкозы на формирующуюся молекулу гликогена.
5. Гликогенразветвляющий фермент добавляет точки ветвления, создавая новые «веточки» на молекуле гликогена. Позже на конец этого ответвления добавляются новые остатки глюкозы с помощью гликогенсинтазы.
Где запасается гликоген после образования?
Гликоген – это необходимый для жизни запасной полисахарид, и хранится он в виде небольших гранул, находящихся в цитоплазме некоторых клеток.
Гликоген запасают следующие органы:
1. Печень. В печени гликогена довольно много, и это единственный орган, который использует запас гликогена для регуляции концентрации сахара в крови. До 5-6 % может составлять гликоген от массы печени, что примерно соответствует 100-120 граммам.
2. Мышцы. В мышцах запас гликогена меньше в процентном соотношении (до 1 %), однако суммарно по весу может превосходить весь гликоген, запасённый в печени. Мышцы не выделяют ту глюкозу, которая образовалась после распада гликогена, в кровь, они используют её только для своих собственных нужд.
3. Почки. В них обнаружено незначительное количество гликогена. Ещё меньшие количества были найдены в глиальных клетках и в лейкоцитах, то есть белых кровяных клетках.
Надолго ли хватает запасов гликогена?
В процессе жизнедеятельности организма гликоген синтезируется довольно часто, практически каждый раз после еды. Организму нет смысла запасать огромные количества гликогена, ведь основная его функция – это не служить донором питательных веществ как можно дольше, а регулировать количество сахара в крови. Запасов гликогена хватает на срок около 12 часов.
Для сравнения, запасённые жиры:
– во-первых, обычно имеют массу гораздо большую, чем масса запасённого гликогена,
– во-вторых, их может хватить на месяц существования.
К тому же стоит отметить, что организм человека может превращать углеводы в жиры, но не наоборот, то есть запасённый жир превратить в гликоген никак не получится, только напрямую использовать для получения энергии. А вот расщепить гликоген до глюкозы, потом разрушить саму глюкозу и использовать получившийся продукт для синтеза жиров организм человека вполне в состоянии.
Источник
Регуляция обмена глюкозы. Синтез и распад гликогенаСкорость транспорта глюкозы, как и транспорта других моносахаридов, существенно увеличивается инсулином. Если поджелудочная железа продуцирует большие количества инсулина, скорость транспорта глюкозы в большинстве клеток возрастает более чем в 10 раз по сравнению со скоростью транспорта глюкозы при отсутствии инсулина. Напротив, при отсутствии инсулина количество глюкозы, которое может диффундировать внутрь большинства клеток, за исключением клеток мозга и печени, столь мало, что не в состоянии обеспечить нормальный уровень энергетических потребностей. Как только глюкоза попадает в клетки, она связывается с фосфатными радикалами в соответствии со следующей схемой реакции: Глюкоза=>Глюкозо-6-фосфат. После поступления внутрь клетки глюкоза практически немедленно используется клеткой для энергетических целей либо запасается в виде гликогена, который является крупным полимером глюкозы. Все клетки организма способны запасать какие-то количества гликогена, но особенно большие его количества депонируются клетками печени, которая может запасать гликоген в количествах, составляющих от 5 до 8% веса этого органа, или мышечными клетками, содержание гликогена в которых составляет от 1 до 3%. Молекула гликогена может полимеризоваться так, что в состоянии иметь практически любую молекулярную массу; в среднем молекулярная масса гликогена составляет около 5 млн. В большинстве случаев гликоген, осаждаясь, образует крупные гранулы.
Превращение моносахаридов в преципитирующее соединение с большой молекулярной массой (гликоген) дает возможность запасать большие количества углеводов без заметного изменения осмотического давления во внутриклеточном пространстве. Высокая концентрация растворимых моносахаридов с низкой молекулярной массой могла бы приводить к катастрофическим последствиям для клеток в связи с формированием огромного градиента осмотического давления по обе стороны клеточной мембраны. Химические реакции образования гликогена показаны на рисунке. На рисунке видно, что глюкозо-6-фосфат становится глюкозо-1-фосфатом, который затем превращается в глюкозоуридинфосфат, в итоге образующий гликоген. Для этих превращений необходимы специфические ферменты. Кроме того, и другие моносахариды, превращаясь в глюкозу, могут участвовать в образовании гликогена. Более мелкие соединения, включая молочную кислоту, глицерол, пировиноградную кислоту и некоторые дезаминированные аминокислоты, также могут превращаться в глюкозу или близкие ей соединения и затем становиться гликогеном. Процесс расщепления гликогена, хранящегося в клетках, который сопровождается высвобождением глюкозы, называют гликогенолизом. Затем глюкоза может использоваться в целях получения энергии. Гликогенолиз невозможен без реакций, обратных реакциям получения гликогена, при этом каждая вновь отщепляющаяся от гликогена молекула глюкозы подвергается фосфорилированию, катализируемому ферментом фосфорилазой. В состоянии покоя фосфорилаза пребывает в неактивном состоянии, поэтому гликоген может храниться в депо. Когда появляется необходимость получить глюкозу из гликогена, прежде всего должна активироваться фосфорилаза. Это может достигаться несколькими путями. Два гормона — адреналин и глюкагон — могут активировать фосфорилазу и таким образом ускорять процессы гликогенолиза. Начальные моменты влияний этих гормонов связаны с образованием в клетках циклического аденозинмонофосфатау который затем запускает каскад химических реакций, активирующих фосфорилазу. Адреналин выделяется из мозгового вещества надпочечников под влиянием активации симпатической нервной системы, поэтому одна из ее функций заключается в обеспечении обменных процессов. Эффект адреналина особенно заметен в отношении клеток печени и скелетных мышц, что обеспечивает наряду с влияниями симпатической нервной системы готовность организма к действию. Глюкагон — гормон, выделяемый альфа-клетками поджелудочной железы, когда концентрация глюкозы в крови снижается до слишком низких значений. Он стимулирует образование циклического АМФ главным образом в клетках печени, что, в свою очередь, обеспечивает превращение в печени гликогена в глюкозу и ее высвобождение в кровь, повышая таким образом концентрацию глюкозы в крови. – Также рекомендуем “Гликолиз глюкозы и высвобождение энергии. Цикл лимонной кислоты или цикл Кребса” Оглавление темы “Патология желудочно-кишечного тракта. Физиология обмена”: |
Источник
Мобилизация гликогена (гликогенолиз)
Резервы гликогена используются по-разному в зависимости от функциональных особенностей клетки.
Гликоген печени расщепляется при снижении концентрации глюкозы в крови, прежде всего между приемами пищи. Через 12-18 часов голодания запасы гликогена в печени полностью истощаются.
В мышцах количество гликогена снижается обычно только во время физической нагрузки – длительной и/или напряженной. Гликоген здесь используется для обеспечения глюкозой работы самих миоцитов. Таким образом, мышцы, как впрочем и остальные органы, используют гликоген только для собственных нужд.
Мобилизация (распад) гликогена или гликогенолиз активируется при недостатке свободной глюкозы в клетке, а значит и в крови (голодание, мышечная работа). При этом уровень глюкозы крови “целенаправленно” поддерживает только печень, в которой имеется глюкозо-6-фосфатаза, гидролизующая фосфатный эфир глюкозы. Образуемая в гепатоците свободная глюкоза выходит через плазматическую мембрану в кровь.
В гликогенолизе непосредственно участвуют три фермента:
1. Фосфорилаза гликогена (кофермент пиридоксальфосфат) – расщепляет α-1,4-гликозидные связи с образованием глюкозо-1-фосфата. Фермент работает до тех пор, пока до точки ветвления (α1,6-связи) не останется 4 остатка глюкозы.
Роль фосфорилазы при мобилизации гликогена
2. α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза – фермент, переносящий фрагмент из трех остатков глюкозы на другую цепь с образованием новой α1,4-гликозидной связи. При этом на прежнем месте остается один остаток глюкозы и “открытая” доступная α1,6-гликозидная связь.
3. Амило-α1,6-глюкозидаза, (“деветвящий” фермент) – гидролизует α1,6-гликозидную связь с высвобождением свободной (нефосфорилированной) глюкозы. В результате образуется цепь без ветвлений, вновь служащая субстратом для фосфорилазы.
Роль ферментов в расщеплении гликогена
Синтез гликогена
Гликоген способен синтезироваться почти во всех тканях, но наибольшие запасы гликогена находятся в печени и скелетных мышцах. Накопление гликогена в мышцах отмечается в период восстановления после нагрузки, особенно при приеме богатой углеводами пищи. В печени синтез гликогена происходит только после еды, при гипергликемии. Это объясняется особенностями печеночной гексокиназы (глюкокиназы), которая имеет низкое сродство к глюкозе и может работать только при ее высоких концентрациях, при нормальных концентрациях глюкозы в крови ее захват печенью не производится.
Непосредственно синтез гликогена осуществляют следующие ферменты:
1. Фосфоглюкомутаза – превращает глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат;
2. Глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза – фермент, осуществляющий ключевую реакцию синтеза. Необратимость этой реакции обеспечивается гидролизом образующегося дифосфата;
Реакции синтеза УДФ-глюкозы
3. Гликогенсинтаза – образует α1,4-гликозидные связи и удлиняет гликогеновую цепочку, присоединяя активированный С1 УДФ-глюкозы к С4 концевого остатка гликогена;
Химизм реакции гликогенсинтазы
4. Амило-α1,4-α1,6-гликозилтрансфераза,”гликоген-ветвящий” фермент – переносит фрагмент с минимальной длиной в 6 остатков глюкозы на соседнюю цепь с образованием α1,6-гликозидной связи.
Роль гликогенсинтазы и гликозилтрансферазы в синтезе гликогена
Источник
Все процессы в организме человека регулируются с помощью центральной нервной системы и гормонов, которые вырабатываются эндокринными органами. Отлаженные механизм позволяет быстро адаптироваться к внешним и внутренним негативным факторам.
Поджелудочная железа – уникальный орган, которые принимает не только участие в процессах пищеварения, но и предстает своеобразной «фабрикой», синтезирующей необходимые вещества для нормальной жизнедеятельности.
Внутренний орган состоит из эндокринной части, которая способствует продуцированию ферментов пищеварения и панкреатических островков, где синтезируются гормоны поджелудочной железы. Они помогают регулировать углеводный, белковый и жировой обмен.
Даже незначительный сбой в функционировании органа может привести к серьезным последствиям. Дефицит или избыток гормонов нарушают работу внутренних органов.
Основные гормоны, синтезируемые поджелудочной железой
Главный гормон, который способна секретировать поджелудочная железа – это инсулин. Он представляет собой полипептид, который включает в свой состав 51 аминокислоту. За его синтезирование отвечают бета-клетки, располагающиеся в панкреатических островках.
Гормон инсулин вырабатывается в поджелудочной железе, выполняет ряд функций. Он отвечает за регуляцию сахара в организме, способствует торможению синтеза глюкозы в печени, помогает снизить 
скорость распада глюкагона.
Если нарушается такая «биохимия» в организме человека, то наблюдается рост сахара в крови, что увеличивает вероятность развития сахарного диабета в несколько раз.
Белковый гормон инсулин активизирует секрецию жирных кислот. Влияет на продуцирование веществ ЖКТ, гормонов роста и эстрогенов.
Помимо инсулина поджелудочная железа синтезирует следующие вещества:
- Гастрин.
- Амилин.
- Панкреатический полипептид.
- Глюкагон.
- С-пептид.
Мнение эксперта
Шалаева Светлана Сергеевна
эндокринолог, высшая категория, стаж 18 лет
Липокаин может рассматриваться как второй гормон, вырабатываемый внутренним органом (помимо инсулина). Он тормозит развитие жировой инфильтрации печени, стимулирует липотропный обмен.
Функции гормональных веществ
Инсулин является гормоном, который воздействует на все клетки организма. Основной функционал вещества – поддержание концентрации сахара в крови на требуемом уровне. Гормон запускает многие биохимические процессы в организме, которые обеспечивают требуемый результат.
Небольшое количество глюкозы всегда содержится в печени и мышцах, это является стратегическим запасом для организма человека. Этот запас представлен в виде гормона гликогена, который при надобности трансформируется в исходное состояние. Иными словами, преобразуется в глюкозу. Синтез гликогена происходит в печени, лейкоцитах и мышечной ткани. Гормон – главная форма существования углеводов в человеческом организме.
Глюкагон – еще одно вещество поджелудочной железы. Он помогает расщепляться гликогену, чтобы высвободилась глюкоза; способствует расщеплению липидов, вследствие чего в жировых клетках возрастает ферментированная липаза.
Функции соматостатина:
- Снижает концентрацию глюкагона.
- Замедляет выведение желудочного сока.
- Замедляет синтезирование соляной кислоты.
- Угнетает выработку панкреатических ферментов.
- Снижает объем крови в брюшной полости.
Панкреатический полипептид был выявлен сравнительно недавно. Влияние эндокринного гормона до конца не изучено.
Мнение эксперта
Шалаева Светлана Сергеевна
эндокринолог, высшая категория, стаж 18 лет
Большинство ученых сходятся во мнении, что вещество способствует «экономии» пищеварительных панкреатических ферментов.
Согласно Указу №56742, каждый диабетик может получить уникальное средство по специальной цене!
Доктор медицинских наук, глава Института Диабетологии Татьяна Яковлева
Уже много лет я изучаю проблему ДИАБЕТА. Страшно, когда столько людей умирают, а еще больше становятся инвалидами из-за сахарного диабета.
Спешу сообщить хорошую новость – Эндокринологическому научному центру РАМН удалось разработать лекарство полностью вылечивающее сахарный диабет. На данный момент эффективность данного препарата приближается к 100%.
Еще одна хорошая новость: Министерство Здравоохранения добилось принятия специальной программы, по которой компенсируется вся стоимость препарата. В России и странах СНГ диабетики до 6 июля могут получить средство – БЕСПЛАТНО!
Лабораторное исследование поджелудочной железы
Анализ на ферменты поджелудочной железы – это анализ крови, который обеспечивает выявление всех нарушений разнообразного патогенеза в работе и состоянии внутреннего органа. Он применяется для диагностики заболеваний поджелудочной железы.
В эндокринологии данное исследование имеет несколько показаний. Назначается при клинических симптомах болезней внутреннего органа, также рекомендуется при подозрении на гипофункцию или гиперфункцию поджелудочной железы.
Результаты обследования помогают оценить функциональность внутреннего органа, степень имеющихся повреждений; дифференцировать болезнь от других заболеваний. Кроме того, анализ рекомендуется для наблюдения за больными с хроническим панкреатитом, желчекаменной болезнью и др. недугами; выявить опухолевые новообразования в поджелудочной.
Анализ проводится для взрослого и ребенка. Особой подготовки не существует. Главное – нельзя курить за 30 минут до забора крови. В качестве биологического материала используется венозная жидкость.
Определяется содержание следующих показателей:
- С-пептид определяется с помощью ферментного исследования.
- Определение сахара в плазме крови.
- Липаза определяется колориметрическим способом.
- Амилаза общая в сыворотке крови, билирубин общий, патобиохимия холинэстеразы.
- С-реактивный белок.
Если по результатам расшифровки увеличена активность ферментов железы, возрос уровень реактивного белка, то это говорит об острой форме панкреатита. Патологический уровень сахара и С-пептида указывает на дисфункцию внутреннего органа.
Проверка поджелудочной железы назначается в следующих случаях:
- Подозрение на опухоль.
- При симптоматике вероятного поражения органа (боль в верхнем отделе живота, рвота, изменение цвета стула – эти симптомы могут свидетельствовать о серьезном нарушении, вплоть до расстройства всасывания питательных веществ в кишечнике).
- Если инструментальные методы диагностики показали структурные изменения внутреннего органа.
- При наличии наследственного фактора к патологиям органа.
- Профилактическое обследование.
Дополнительно могут назначаться другие исследования, например, гемотест, ультразвуковое исследование, компьютерная томография органов брюшной полости. Это необходимо для того чтобы исключить вероятные патологии других внутренних органов и систем, уточнить патогенез патологических процессов в организме. Итоги обследования анализируются с учетом симптомов, продолжительности патологии, сопутствующих недугов.
Гормоны, вырабатываемые поджелудочной, влияют на все аспекты жизнедеятельности человеческого организма. Они должны участвовать во многих процессах, чтобы поддерживать нормальную работу органов и систем. Все в организме взаимосвязано, поэтому немаловажное значение имеют и другие гормоны.
Тироксин вырабатывается щитовидной железой. Он воздействует на показатели артериальное давление человека, способствуя его повышению. Физиология, энергичность, подвижность также зависят от концентрации вещества в крови. Дефицит приводит к избыточному весу, постоянной усталости, ломкости волос и ногтей, пониженному давлению и пр. симптомам. Для лечения фармакология предлагает синтетические препараты, которые включают в свой состав искусственный тироксин.
Гормон адреналин вырабатывается в надпочечниках. При избытке вещества оказывается влияние на психическое и физическое состояние. При увеличении концентрации возрастает артериальное давление, что будет являться большим риском инфаркта, если в анамнезе проблемы с сердечно-сосудистой системой; резко понижается содержание сахара в организме.
Гормоны, которые синтезируются поджелудочной железой, необходимы для поддержания нормальной работы организма. Если наблюдается их дефицит или избыток, то требуется коррекция уровня веществ с помощью медикаментов и питания.
Информация о гормонах поджелудочной железы предоставлена в видео в этой статье.
Тема: Победила сахарный диабет
От кого: Галина С. (galinaserova64@ya.ru)
Кому: Администрации diabeta-net.ru
В 47 лет мне поставили диагноз – сахарный диабет 2 типа. За несколько недель я набрала почти 15 кг. Постоянная усталость, сонливость, чувство слабости, начало садиться зрение.
А вот и моя история
Когда стукнуло 55 года, я уже стабильно колола себе инсулин, все было очень плохо… Болезнь продолжала развиваться, начались периодические приступы, скорая буквально возвращала меня с того света. Все время думала, что этот раз окажется последним…
Все изменилось, когда дочка дала прочитать мне одну статью в интернете. Не представляете на сколько я ей за это благодарна. Эта статья помогла мне полностью избавиться от сахарного диабета, якобы неизлечимой болезни. Последние 2 года начала больше двигаться, весной и летом каждый день езжу на дачу, выращиваю помидоры и продаю их на рынке. Тетки удивляются, как я все успеваю, откуда столько сил и энергии, все никак не поверят, что мне 66 лет.
Кто хочет прожить долгую, энергичную жизнь и навсегда забыть про эту страшную болезнь, уделите 5 минут и прочитайте эту статью.
Источник