Szerkesztő:Glikogén2017/próbalap

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A glikogén bioszintézise és lebontása; szabályozása, tárolási betegségei

A Glikogén[szerkesztés]

Glikogén struktúra

A glükóz ismétlődő egység az „állati keményítő", másképpen nevezve a glikogén szintézise során, amely a szénhidrátok fő raktározási formája a szervezetben. A glükózból történő glikogénképzést glikogenezisnek, míg az azzal ellentétes folyamatot glikogenolízisnek nevezzük.

A glikogén mennyisége növekedhet, ha a glükózfelvétel fokozódik, ugyanakkor csökkenhet, ha a glikogenolítikus folyamatok kerülnek előtérbe. A glikogénraktározás két legfontosabb szerve a máj és a vázizomzat. A glikogén koncentrációja a májban nagyobb, mint az izomban, ennek ellenére a vázizomban jóval több glikogén raktározódik, mivel össztömege is jelentősen nagyobb. A glikogén a sejtek citoszomáiban van jelen granulumok formájában, amelyek átmérője 100-400 A ° közötti.
A raktározott glikogén egyrészt a vér glükózszintjének szabályozásában játszik szerepet, másrészt glükózraktárt képez az izomműködéshez. A májban folyó glikogénraktározás szabályozásában elsősorban az inzulin, a glükagon és az adrenalin vesz részt. Míg az inzulin a glikogenezist serkenti, s ezen keresztül csökkenti a vér glükózkoncentrációját (hypoglykaemiás hatás), addig a glükagon és az adrenalin a glikogenolízist támogatja, s így növeli a vér glükózszintjét (hiperglykaemiás hatás).

Metabolizmus (I-II.)[szerkesztés]

Vércukorszint fenntartása – anyagcsere központja a glükóz. 24 óra: glikogén bontása tartja fenn a glukóz-szintet, ezután glukoneogenezis indul meg. 24 óra alatt: máj glikogén-tartalma napszak (étkezések) szerint változik.
Fénymikroszkóposan is látható óriási molekula – alapszerkezet: 1,4-kötéssel kapcsolódó D-glukóz egységek, 1,6-kötéssel elágazási pontok (glukózláncok közötti kapcsolat). Nem redukáló végek száma fontos paraméter: felépítés-lebontás sebességét meghatározza.

Felépítése és Szerkezete[szerkesztés]

  • lényege a glükóz tárolása magas vércukorszint esetén
  • csak májsejtben és vázizomsejtben mehet végbe a felépítése
  • Glikogén szerkezete: egyetlen redukáló véggel rendelkezik, a többi vég nemredukáló
  • glikogenin: ő kezdi el a felépítést, létrehozza az első 8 glükózból álló egységet (alfa-1-4-kötések) és a redukáló véget, majd benne is marad a molekulában
  • branching enzim: elágazásokat hoz létre (alfa-1-6 kötések)
  • glikogén-szintáz folytatja a láncképzést

A glikogén szintézise (glikogenezis)[szerkesztés]

A glikogén a májban és a vázizomban található tartalék tápanyag. Táplálkozás után a felesleges, a glikolízis során fel nem használódó glükózból épülnek fel a glikogénraktárak. A glikogén szintézisét a glukozilcsoport szállítása során is meg lehet említeni. A glükóz a felvétel után a szokásos módon foszforilálódik, majd a glukóz-6-P foszfogluko-mutáz enzim segítségével reverzibilis reakcióban glükóz-1-foszfáttá alakul. A glukóz-1-P ezután UTP-vel reagál; UDP-glukóz és pirofoszfát keletkezik. A katalizáló enzim neve: UDP-glukóz pirofoszforiláz. A keletkező pirofoszfátnak a pirofoszfatáz enzim segítségével történő hidrolízise teszi irreverzibilissé a folyamatot. A glikogén-szintáz enzim teszi lehetővé, hogy a glükóz monomer glikozidos kötéssel beépüljön a polimerbe, miközben UDP szabadul fel. Egy glükóz-molekula beépüléséhez két, vissza nem nyerhető ATP befektetésére van tehát szükség (a glükóz foszforilációjához az egyikre, UDP-UTP-vé alakításához a másikra), ami csakis glukóz-felesleg esetén, energia-dús állapotban lehetséges.
A glikogén a jobb térkitöltés és a gyorsabb hozzáférhetőség végett kb. 10-14 glukóz monomerekként elágazásokat is tartalmaz. Az elágazásokat speciális elágaztató enzimek (amilo-1,4-1,6-transzgklikozidáz) végzik. Az új elágazás akkor jöhet létre, ha már viszonylag sok (legalább 11) monomert tartalmazó, elágazás nélküli glikogén polimer keletkezett a legutóbbi elágazás óta. Ekkor egy (7 vagy több glükóznyi) oligomer leszakad, és átkerül a megmaradó láncvégtől számított negyedik glükóz hatodik szénatomjára.
Még fontos megemlíteni, hogy :
Jóllakott állapotban : a májban a glukóz tárolása glikogén formájában, glikogénraktárak feltöltése, majd ezután glikolízis.
Glukozilálás : 2 ATP-t igényel, glu-glu-6-P átalakulás illetve UDP-glu létrehozása energiaigényes.

Glükóz + ATP -> glükóz-6-P + ADP
Enzim: hexokináz, glükokináz
Glükóz-6-P -> glükóz-1-P
Enzim: foszfoglüko-mutáz
Glükóz-1-P + UTP    -> UDP-glükóz + PPi
Enzim: pirofoszforiláz
A szintézis alapanyaga: uridindifoszfát-glükóz (UDP-glükóz)

SER[szerkesztés]

A glikogén-szintézis lánckezdése a SER funkciója, a láncnövekedést azonban már a citoszól enzimei katalizálják. Ezért a glikogén a SER tubulusok között a citoszólban jelenik meg. A glikogén emlős állatok májában rendszerint különböző méretű aggregátumok, ún. rozetták formájában halmozódik fel. Jól táplált állatok májában a glikogén bőségesen fordul elő és nagyméretű masszában koncentrálódhat. A preparátumkészítést közvetlenül megelőzően a májban felhalmozott szénhidrát kiürülését eredményező feltételeknek alávetett, vagy rövid ideig éheztetett állatok májsejtjeiben a rozettás felhalmozódási forma sokkal előnyösebben megfigyelhető. Ilyenkor a glikogéntartalom csökken, s emiatt a rozetták világosan kivehetők az agranuláris endoplazmás retikulum tubulusai között.

A glikogén lebontása (glikogenolízis)[szerkesztés]

A májban alacsony vércukorszint esetén, a vázizomban izommunka következtében megindul a glükóz glikogénből történő mobilizációja. Ez nem teljesen úgy zajlik, mint a glikogén emésztése az amiláz által. Itt a viszonylag nagy energiájú glikozidos kötés felhasadása lehetővé teszi egy inorganikus foszfát csatlakozását a felszabaduló glükóz monomerhez. Az eredmény eggyel rövidebb glikogén és glukóz-1-foszfát lesz. A reakciót a glikogén-foszforiláz enzim katalizálja. Az elágazások bontását elágazást bontó enzimek segítik. Amikor a glikogén lebomlása elér az elágazás utáni negyedik glukóz monomerig, akkor az enzim segítségével a három glukózból álló oligomer áthelyeződik egy másik, hosszabb lánc végére. Ezután az utolsó, 1,6-kötéssel kapcsolódó glükóz 1,6-glikozidáz segítségével hasad le (ebben az esetben nem kapcsolódik hozzá inorganikus foszfát) . A keletkező glukóz-1-P a foszfogluko-mutáz enzim segítségével átalakul glukóz-6-foszfáttá. A glukóz-6-foszfát az izomban a glikolízissel bomlik le. A májban a glükóz-6-P bejut az endoplazmás retikulumba (ER), ahol defoszforilálódik, a glükóz pedig visszajut a citoplazmába (csak a májban található glukóz-6-foszfatáz enzim), ahonnan kijut a vérbe.


Glikogén lebontás jelátvitele (PKA-út):[szerkesztés]

  1. Glükagon (csak májra ható) vagy Epinefrin (májra és izomra ható) hormonok hatása
  2. G-fehérje receptor alfa alegysége GTP-t köt a komplex disszociál
  3. adenilát-cikláz aktiváció: cAMP keletkezik
  4. cAMP-függő protein-kináz (PKA) aktiválódik
  5. foszforiláz-kinázt aktiválja (foszforilálja), amit izomsejtben még pluszban a magas Ca2+ szint által kiváltott calmodulin is aktivál
  6. ez aktiválja a glikogén foszforilázt (foszforiláció), ugyanezt izomsejtben a magas AMP szint is kiváltja
  7. Izomban végbemegy a glikolízis, májban azonban glükoneogenezis. Jelerősítés kb. 10.000-szeres, tehát 1 hormon 10ezer glükóz felszabadulását eredményezi!!!

Szabályozása[szerkesztés]

Glikogén szintézis szabályozása[szerkesztés]

A glikogén-szintáz enzimet kell szabályozni, mely a legtöbb enzimmel ellentétben foszforiláltan inaktív.

Alacsony vércukorszint esetén (glukagon, epinefrin) inaktiváljuk.

inaktiválja: a GSK3 (glikogén szinzáz-kináz), ami 3szorosan foszforilálja, de előtte a kazein-kináz II. priming foszforilációt végez, csak ezután tud kapcsolódni a GSK3. Szintén foszforilálva inaktiválja a PKA.

Glikogén szabályozás

aktiválja: a PP1(foszforiláz-foszfatáz), mert defoszforilálja a glikogén-szintázt, így az aktív lesz.

serkenti a PP1-et:

  • inzulin (ez közben gátolja a GSK3-at is)
  • glükóz jelenléte
  • glükóz-6-foszfát jelenléte

gátolja:

  • glükagon/epinefrin

GM fehérjekomplex:

  1. egyszeresen foszforilálja az inzulin szenzitív kináz (inzulin jelenlétében), így a GM csatlakozik az enzimkomplexhez, melyben a PP1 defoszforilál mindent (főként a glikolízis enzimeit), a GSK3 pedig gátolva van, ezáltal nyugodtan tud menni a glikogén szintézis
  2. kétszeresen pedig a PKA foszforilálja (adrenalin/glükagon hatás), ekkor azonban a kétszeresen foszforilált GM leválasztja a komplexről a PP1-et, ami inaktív lesz


A glikogenezis és a glikogenolízis koordinált szabályozása[szerkesztés]

A glikogén szintézis és a lebontás természetesen nem folyhat egy időben. A felépítő és a lebontó folyamatban szerepet játszó két fő enzim, a glikogén-szintáz és a glikogén-foszforiláz szabályozódik mind allosztérikusan, mind kovalens módosítással. Májban glukagon, vázizomban adrenalin hormon hatására aktiválódik a protein-kináz-A, ez foszforilálja a glikogén-foszforiláz kináz enzimet. A glikogén-foszforiláz kináz segítségével foszforilálódik a glikogén-foszforiláz, ezáltal aktiválódik, elindul a glikogén lebomlása. Ugyancsak a glikogén-foszforiláz és részben a PKA foszforilálja a glikogén-szintázt, amely így inaktiválódik, így gátlódik a glikogén felépítése. Vázizomban a nikotinos acetil-kolin-, májban az adrenalin-receptorok Ca2+-ionok felszabadításával is aktiválják a glikogén-szintáz-kinázt, elősegítve ezzel a glikogén lebontását.
Jóllakottsági állapotban az inzulin receptor aktiválódik, aktiválva ezzel a foszfoprotein foszfatázt, mely inaktiválja glikogén-foszforilázt, és aktiválja a glikogén-szintázt. Ugyancsak az inzulin receptor aktiválódásának következménye a glikogén-szintáz-kináz-3 enzim inaktiválódása, mely így nem tudja foszforilálni, ezáltal inaktiválni a glikogén-szintázt, tehát az aktív marad.
Az enzimek allosztérikusan is szabályozódnak. Mind májban, mind vázizomban aktiválódik a glikogén-szintáz glukóz-6-P hatására, míg májban glükózzal gátlódik a glikogén-foszforiláz; mindkettő glükóz-felesleget jelent, ami a glikogén szintézis irányába hat. Izomban az AMP felszaporodása energiahiányt jelez; hatására a glikogén foszforiláz aktiválódik, ami mobilizálja a glikogént.


Izomban[szerkesztés]

glikogén-foszforiláz: izomban - dimer vagy tetramer, egyetlen Ser aminosav foszforilációja befolyásolja az aktivitását, allosztérikusan az AMP szabályoz (glikogén lebontás célja: ATP szintézis, ha sok az AMP, szükség van a lebontás fokozására). Foszforiláltan aktívabb, kevéssé érzékeny az AMP/ATP arányra.
Májban – enzim glukózt tud kötni („glukóz-szenzor”), foszforiláció is szabályozza – foszforiláltan R (relaxed), aktív állapot, kevésbé aktív a T (tense) állapot.

Foszforilációt a foszforiláz-kináz végzi. Béta alegység: foszforilálható, homronhatásra: adrenalin (izomban), delta alegység: kalmodulin, Ca 2+ szenzor, hormonhatásra: adrenalin (májban) - aktiválható hormonálisan és allosztérikusan.

glikogén-szintáz: 9 foszforilációs hely, PKA és egyéb protein kinázok foszforilálhatják – aktív: foszforilálatlan forma (a), inaktív: foszforilált (b), glukóz-6-P allosztérikus aktivátor ami a glikogén-foszforilázt aktiválja, a glikogén-szintázt gátolja: egy effektor – két támadáspont! – adrenalin modulált PP1 – protein foszfatáz 1, foszforiláz a-t inaktivál, glikogén-szintázt aktivál. PP1 aktív, ha asszociál a glikogénhez egy regulátorfehérjén keresztül. protein kináz A foszforilálja a regulátort, PP1 disszociál. Inhibitor foszforilálásával inhibitor köti a PP1-et – kettős gátlás inzulin: tirozin-kináz egy protein-kinázt aktivál, amely máshol foszforilálja a regulátort – PP1 köt, glikogénszintézis felé tolódik el a folyamat.

Májban[szerkesztés]

legfontosabb szabályozó szer: glukóz enzimek a glikogénhez asszociáltak – glükóz kötés befolyásolja őket: glikogén-foszforilázhoz való kötéssel PP1 disszociál: glikogénszintáz b a formába alakul át Szignál amplifikáció: 1 glukagon – 10000 glukóz vérbe jutása (Gs fehérje, adenilát-cikláz aktiválása, cAMP szint nő, aktív PKA, aktív glikogén-foszforiláz, glikogén bontása)

Vércukorszint szabályozása[szerkesztés]

  • HIPERGLIKÉMIA:
  1. MÁJBAN - fokozott glukózfelvétel (GLUT2), glukokináz jelenléte, fokozott glikogenezis (inzulin, PP1-glikogén szintáz), csökkent glikogén lebontás
  2. PANCREASBAN – GLUT2, fokozott glukózfelvétel, inzulin szekréció IZOM, ADIPOCYTA – GLUT4 transzlokáció, emelkedett glukózfelvétel hosszú távú hatás: PEPCK szint csökken
  • HIPOGLIKÉMIA:
  1. újszülöttek – korlátozott ketontest-szintézis (glukóz mellett fontos energia-forrás). Agy/test arány agy felé eltolt, emiatt fokozott glukózigény , de PEPCK nem indukált, glukoneogenezis nem megfelelő, glikogén raktár nem elegendő, glukokináz, glu-6-P-áz nem indukált – ezeknek még ki kell alakulnia


Tárolási betegségek[szerkesztés]

A glikogén-anyagcsere öröklődő rendellenességei a "glycogenosisok", a glikogéntárolási betegségek. Ezeknek a nem túl gyakori betegségeknek a segítségével igen jól értelmezhetők és érthetők a glikogénmetabolizmus összefüggései és szervspecifikus tulajdonságai. A célpontok: máj – vércukorszint szabályozása, egész szervezet energetikai szükségleteinek hátteret ad (glukóz-homeosztázis sérül, hipoglikémia, hepatomegália – májmegnagyobbodás) és izom – energetikai szükségletek biztosítása (ATP termelés sérül, izomgörcsök, izomgyengeség).
Nyolc típusú glycogenosist írtak le, amelyek a glikogén-anyagcsere kölönböző enzimeinek defektusai. Közülük a legismertebb és legfontosabb betegségek:



von Gierke-kór: egy nem glikogén metabolizmus enzim, glukóz-6-foszfatáz hiány – ER membránban helyezkedik el (transzporterekhez kötött enzim, néha az enzim mutálódik, néha a transzporterek hibásak). Glikogén szoros kapcsolatban az ER-mal! Glu-6-P – glu + Pi reakció nem megfelelő lejátszódása: glikogén mennyisége megnő, mert glukóz nem tud foszforilálva kilépni a májsejtből. A von Gierke-kór volt nemcsak az első leírt glikogéntárolási betegség, hanem az első megismert öröklődő májenzimdefektus is.A glukóz-6-foszfatáz hiánya következtében a glikogén nem tud lebomlani, mivel nincs meg a glukózszekréció lehetősége. Ezért hypoglykaemia alakul ki, étkezések közötti éhségrohamok jellemzik az állapotot, ketosis és hyperlipaemia lép fel. A máj glikogénszerkezete normális,de a mennyisége igen nagy és hepatomegalia jön létre.


McArdle-kór: nincs glikogén lebontás, mivel hiányzik a glikogén-foszforiláz. Elégtelen izommunka – mutatja az ADP szint emelkedése (nincs ATP utánpótlás!) A laktátkoncentráció ilyen esetekben nem emelkedik meg az izomban, illetve a pH nem csökken. Az izomglikogén nem tudja fedezni az izomsejt energiaszükségletét és ezt a szerepét nem lehet helyettesíteni mással. Ugyanakkor a betegségből az is következik, hogy a izomglikogén megfelelő hasznosítása nélkül is lehet élni.


Andersen betegség: nincsenek elágazások a glikogénben, nem alakulnak ki megfelelő glikogén-granulumok, nem tartható fenn a vércukorszint – halálos kórkép

Pompe-kór: alfa-1,4-glukozidáz hiány – lizoszómában felszaporodó glikogén a károsodott lebontás következtében




Jegyzetek,források[szerkesztés]



A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Szerkesztő:Glikogén2017/próbalap&oldid=18605665”