biochemia 7

Glukoneogenéza a metabolizmus glykogénu

12. POZNÁMKY KU GLUKONEOGENÉZE A METABOLIZMU Glykogénu

12.1 Úvodné poznámky

• Erytrocyt a mozog

  • Čerpajú energiu z glukózy.

  • Glukózu získavame absorpciou z potravy črevom.

• Zásoby glukózy

  • Organizmus má zásoby glukózy vo forme glykogénu v pečeni.

• Koncentrácia glykémie v krvi

  • Udržuje sa súhrou absorpcie glukózy z čreva a uvoľňovaním glukózy z glykogénu v procese glykogenolýzy.

• Nadbytok glukózy

  • Prijatý z potravy sa ukladá vo forme glykogénu v pečeni alebo vo svale procesom glykogenogenézy.

• Glykogén vo svale

  • Nie je možné použiť na udržiavanie koncentrácie glukózy v plazme.

• Taktiež glykogén uložený vo forme zásob predstavuje 200-300 g a stačí na cca 12 hodín.

• Koncentrácia glukózy v plazme

  • Udržiava sa v rozmedzí 3 - 5 mmol/l.

12.2 Poznámky k biochemickým princípom

• Glukoneogenéza

  • Opačný sled reakcie glykolýzy.

  • S výnimkou pyruvát dehydrogenázy a pyruvát karboxykinázy prebieha v

  • cytoplazme,

  • mitochondriálnej membráne,

  • mitochondrii.

• Regulácia glukoneogenézy

  • Riadená inzulínom a glukagónom.

  • Regulačné enzýmy sú ovplyvňované alostericky.

• Glukoneogenéza a lačnenie

  • Počas lačnenia/hladovania, keď je nedostatok glykogénu, predstavuje hlavný mechanizmus homeostázy glykémie.

• Tvorba glukózy z necukrových zdrojov:

  • Laktát, vznikajúci v erytrocyte anaeróbnou glykolýzou,

  • Uhľovodíková kostra aminokyselín,

  • Glycerol, uvoľňujúci z tukového tkaniva.

• Fruktóza

  • Metabolizuje sa na glukózu v obrátenom procese glykolýzy, proces prebieha v pečeni.

• Mechanizmus glukagónu

  • Glukagón sa viaže na receptor plazmatickej membrány buniek pečene.

  • Väzba aktivuje G-proteín nadviazaný na receptor na vnútornej strane membrány.

  • Proteín G:

  • Aktivuje adenylovú cyklázu, čo vedie k syntéze cyklického adenozin-monofosfátu (CAM).

  • CAM aktivuje proteinkinázu A.

  • Proteinkináza A aktivuje niekoľko fosforyláz.

  • Fosforylázy aktivujú fosfatázu.

  • Fosfatáza fosforyluje monomér glukózy zo škrobového polyméru.

• Kaskádový amplifikačný systém

  • Opísaný sled reakcií sa nazýva kaskádový amplifikačný systém.

• Účinky adrenalínu

  • Pôsobí cez niekoľko odlišných receptorov na viacerých bunkách.

  • Najviac študované sú alfa- a betareceptory.

  • Pôsobenie adrenalínu cez betareceptor sa podobá mechanizmu účinku glukagónu.

  • Pôsobenie cez alfareceptor vedie k aktivácii proteínu G, ale jeho účinok mediuje fosfolipáza C, vedúca k produkcii druhých poslov diacylglycerolu a inozitolu.

  • Tieto aktivujú proteinkinázu C, podporujú transport Ca do cytosolu.

  • Kalmodulín

  • Ca sa viaže na kalmodulín, ktorý aktivuje fosforylázu.

12.3 Štruktúra glykogénu

• Fosforyláza

  • Produkuje glukózo-1-fosfát.

  • Glukózo-1-fosfát sa konvertuje na glukózu.

• Glykogén

  • Homoglukán,

  • rozvetvený polysacharid zložený z monomérov glukózy.

  • Ukladá sa v granulách v cytoplazme pečene a svalu.

  • Vetvenie zabezpečuje možnosť dvojakej väzby 1 - 4 (amylóza) a 1 - 6 (amylopektín).

  • Väčšina glykogénu sa nachádza v stromovo vetviacej štruktúre, ktorá pripomína karfiol.

• Syntéza glykogénu

  • Regulačný prvok: prísun glukózy a aktivita glykogénsyntázy.

  • Syntéza glykogénu sa odohráva po jedle a predstavuje skladovanie energie vo forme glukózy/glykogénu.

  • Regulovaná inzulínom, vylučovaným z Langerhansových ostrovčekov do krvi, čo závisí od kvantity a kvality prijatej potravy a od koncentrácie glykémie v krvi.

• Pôsobenie inzulínu

  • Sprostredkované špecifickým receptorom s transmembránovým charakterom, ktorý aktivuje tyrozínkinázu.

  • Aktivácia enzýmov glykogénfosforyláza a glykogénsyntáza, ktoré katalyzujú syntézu glykogénu z glukózy.

12.4 Proces glykogenolýzy

• Glykogenolýza

  • Sled nasledujúcich premien/reakcií:

  • Na glykogén pôsobia striedavo glykogénfosforyláza, transglykoláza a glukozidáza, ktoré vedú k odštiepovaniu monomérov glukózo-1-fosfátu, ktoré sa postupne konvertujú na glukózo-6-fosfát a glukózu.

• Hlavní hormonálni aktivátori glykogenolýzy:

  • Glukagón (hlavný aktivátor hepatálnej glykogenolýzy).

  • Adrenalín (aktivátor glykogenolýzy vo svale aj v pečeni, z hľadiska stresovej reakcie).

  • Kortizol (induktor glykogenolýzy z dlhodobejšieho resp. biorytmového časového aspektu).

• Glukózový transportér 2 (GLUT2)

  • Transmembránový proteín, ktorý umožňuje transport glukózy cez membránu.

  • Nachádza sa v celulárnych membránach pečene, beta buniek pankreasu a hypotalamu, umožňuje transport medzi pečeňou a krvou.

  • Hrá úlohu pri reabsorbpcii glukózy v obličkách.

• Glykogenolýza vo svale

  • Svalová bunka nemá glukagónový receptor a glukózo-6-fosfatázu, takže nie je možné využiť svalový glykogén na reguláciu glykémie.

  • Glykogenolýza vo svale sa realizuje účinkom adrenalínu, konkrétne betaadrenergného receptora.

  • Sled reakcií je identický s opísaným v predchádzajúcej kapitole.

12.5 Klinický kontext

• Deficiencia mobilizácie glykogénu

  • Dôsledok mutácie hepatálnej glukózo-6-fosforylázy.

  • U dieťaťa často vyvíja ťažká hypoglykémia.

  • Terapiou je časté prijímanie potravy bohatej na cukry v malých dávkach.

• Zriedkavá deficiencia aktivity fosforylázy vo svale

  • Počas cvičenia môže nastať urýchlenie kŕčov, hypoxie a laktátovej acidóze.

• Hypoglykémia

  • Dieťa podvýživeno matkou, dieťa diabetickej matky, hypoglykémia po alkoholovom excese.

  • Zotavenie trvá polhodinu až hodinu a terapiou je vyvarovanie sa cvičenia.

  • Počas vývoja v maternici dostáva plod glukózu cez placentu od matky.

  • Po pôrode musí novorodenec na homeostázu glykémie využívať vlastný glykogén, jeho rezervy sú však menšie.

• Alkohol

  • Inhibuje glukoneogenézu a vedie k poškodeniu pečene.

  • Po akútnom excese alkoholu a absencii jedla je riziko hypoglykémie.

• G-protein

  • Trimerický proteín plazmatickej membrány, obsahujúci guanozínový nukleotid.

  • Zodpovedný za transdukciu signálu proteinkinázy A.

  • Aktivuje kinázy a fosforylázy.

  • Aktivácia adenylovej cyklázy produkuje druhého posla - cyklický adenozínmonofosfát.

• Regulácia glykogenolýzy

  • Ak pôsobí glukagón a adrenalín súčasne na pečeň, dochádza k aktivácii glykogenolýzy a inhibícii glykogenézy.

  • Inhibícia glykogenézy je realizovaná tromi proteinkinázami.

  • Všetky tri inhibujú glykogénsyntázu.

12.6 Najdôležitejšie vzorce a schémy

• Urididín-difosfo-glukóza (UDP)

  • Chemický vzorec:

  • OH

  • H₂N

  • OH