Глікоген, інсулін та глюкагон

Функції глюкози

Як ми бачили на попередній сторінці, усі вуглеводи, що потрапляють з їжею, розщеплюються на моносахарид глюкозу процесами в тонкому кишечнику, і в значно меншій мірі також на моносахариди фруктозу та галактозу. Після всмоктування ці три моносахариди потрапляють у печінку через ворітну вену. Тут фруктоза та галактоза перетворюються на глюкозу, а частина глюкози використовується для власного виробництва печінки. Інша частина зберігається у вигляді глікогену. Однак більша частина глюкози потрапляє в кров і транспортується до клітин організму, де потім використовується для виробництва енергії (гліколіз, а потім або цикл лимонної кислоти та дихального ланцюга, або анаеробне бродіння).

глюкози крові

Основними функціями глюкози в організмі людини є:

  1. Забезпечення енергія для клітин
  2. Сирий матеріал для синтезу таких важливих сполук, як глікопротеїни, гліколіпіди, певні амінокислоти та жирні кислоти.

Травлення та всмоктування

Перетравлення вуглеводів та поглинання моносахаридів, що утворюються з них, вже торкалися на відповідній сторінці. Цікаво також, що резорбція глюкози та галактози є активним транспортним процесом, який споживає енергію, тоді як резорбція фруктози відбувається за допомогою нормальної дифузії у напрямку градієнта концентрації, тобто не споживає енергії. Оскільки глюкоза активно транспортується з тонкого кишечника в кров, концентрація глюкози в крові (так званий рівень цукру в крові) також відносно швидко підвищується [1]. За умови чисто пасивного транспорту це збільшення зайняло б набагато більше часу.

Зберігання глікогену в печінці та м’язових клітинах

Після всмоктування глюкоза (разом з фруктозою та галактозою) надходить через ворітну вену в печінку. Печінка потребує частини самої глюкози, інша частина перетворюється у нерозчинний у воді полісахарид глікоген, і більша частина потім стає доступною для організму.

Запас глікогену в печінці досить малий, у печінці може зберігатися лише близько 150 г глікогену [1]. Коли запас глікогену поповнюється, і ще більше глюкози «надходить» через ворітну вену, печінка виробляє жирні кислоти з надлишку молекул глюкози, які - ще перебуваючи в печінці - етерифікуються гліцерином, завдяки чому створюються нейтральні жири. Цей процес називається ліпогенезом, англійською мовою: формування жиру.

Печінка - не єдиний орган в організмі людини, який може зберігати глікоген. Значно більша кількість глікогену може зберігатися в м’язах. За даними Biesalski et al. [1], м’язи „можуть навіть становити більшу частину запасів (приблизно 0,5 кг)“ .

Однак є одна важлива різниця між печінкою та м’язами щодо зберігання глікогену: печінка може виділяти синтезовану глюкозу з розпаду глікогену в інші органи, тоді як м’язові клітини не можуть, оскільки їм не вистачає важливого ферменту. М'язові клітини можуть "лише" використовувати накопичений глікоген для власного енергозабезпечення.

інсулін

Нормальні клітини організму можуть отримувати свою енергію як з глюкози, так і з жирних кислот, тому занадто низький рівень глюкози в крові не є настільки критичним. Щось зовсім інше стосується клітин мозку, вони можуть отримувати свою енергію виключно з глюкози (і з певних кетонів, якщо є дефіцит глюкози). Мозок потребує близько 140 г глюкози на день [1]. Транспорт глюкози до клітин мозку відбувається пасивно, тобто за допомогою нормальної дифузії за допомогою білків-носіїв. Це означає, що, з одного боку, не потрібна додаткова енергія для транспортування глюкози в клітини мозку, що вже вигідно, з іншого боку, мозок залежить від певної концентрації глюкози в крові, так що цей пасивний транспорт взагалі можливий (згадайте біологію - Уроки: Дифузія завжди відбувається у напрямку градієнта концентрації, тобто з боку з більшою концентрацією на сторону з меншою концентрацією).

Якщо рівень глюкози в крові занадто низький для цієї дифузії, виникають катастрофічні розлади функції мозку. Це не повинно відбуватися ні за яких обставин, і тому організм гарантує, що концентрація глюкози в крові залишається досить постійною. Таким чином регулюється концентрація глюкози. Для цього організм має два виконавчих механізми, а саме два гормони інсулін та глюкагон.

інсулін

Інсулін - це невеликий пептид, який виробляється в бета-клітинах підшлункової залози. Завдання інсуліну полягає у забезпеченні транспорту глюкози до певних клітин тіла, а саме до м’язових клітин та до клітин жирової тканини [2] .

Можна подумати, що транспортер глюкози цих клітин - це простий білок-носій, який має алостеричний центр інсуліну. Коли інсулін осідає в цьому алостеричному центрі, носій стає активним і може транспортувати глюкозу з градієнтом концентрації в клітину. На жаль, все не так просто, як ви хотіли б, щоб вони були як студент. Є два білки, відповідальні за транспортування глюкози. Детальніше див. У "дрібному шрифті":

Транспортер глюкози GLUT-4

Два білки відповідають за транспортування глюкози. Перш за все, рецептор інсуліну. Це невеликий мембранний білок, який зовні має док-станцію для гормону інсуліну. Коли молекула інсуліну фактично стикується з рецептором інсуліну, вона стає активною. Інсуліновий рецептор використовує внутрішньоклітинну речовину, що називається IRS, для забезпечення того, що певні пухирці (невеликі порожнисті тіла, оточені мембраною) зливаються з клітинною мембраною. Подумайте про це як про щось на зразок злиття синаптичних пухирців з пресинатичною мембраною.

Шкода, що не всі з вас вибрали біологію як просунутий курс, тоді ви тепер знали б, про що я говорю. Але ви можете прочитати все на моїх сторінках нейробіології.

Мембрана цих везикул тепер містить другий білок, власне транспортер глюкози GLUT-4. Якщо везикули тепер зливаються з клітинною мембраною, молекули GLUT-4 також потрапляють у клітинну мембрану. Там вони тепер діють як транспортери глюкози, і глюкоза потрапляє в клітини [3] .

Пастка для глюкози!

Вам може бути знайомий експеримент з іонною пасткою з нейтральним червоним з вашого курсу біології рівня EF. Цибулеві клітини поміщають у розчин нейтрального червоного. Клітини поглинають барвник за допомогою пасивної дифузії, але не припиняють поглинати барвник, коли внутрішня концентрація досягає значення зовнішньої концентрації, а натомість накопичують все більше і більше барвника. Спочатку можна подумати, що це може бути активний транспорт. Але ні, все набагато простіше: усередині клітини є кисле середовище, і молекули нейтрального червоного поглинають по протону. Це перетворює їх на іони. Однак іони не можуть пройти крізь клітинну мембрану. Нейтральні червоні іони потрапляють у клітинку, тому експеримент також відомий як "експеримент з іонною пасткою". Однак завдяки дії кислоти концентрація нейтральних червоних молекул усередині клітини завжди залишається на дуже низькому рівні, тому пасивна дифузія все ще може мати місце.

Яке відношення все це має до транспорту глюкози? Ну, щось подібне відбувається і тут. Як тільки молекули глюкози пасивно переходять у клітини через транспортер GLUT-4, вони фосфорилюються ферментом, тобто забезпечуються фосфатною групою. Глюкоза стає глюкозо-фосфатною. Це означає, що таким чином концентрація глюкози всередині клітини завжди залишається дуже низькою, так що все більше і більше глюкози може надходити всередину.

Вуглеводи та інсулін

Інсулін синтезується в бета-клітинах підшлункової залози. Їжа, багата вуглеводами, сприяє вивільненню інсуліну, а рівень інсуліну в крові зростає.

Точніше, у підшлунковій залозі вже є певний запас преінсуліну. Предінсулін - це білок, який виробляється безпосередньо шляхом транскрипції на рибосомах клітин. Для того, щоб виробляти "правильний" інсулін, деякі амінокислоти потрібно вилучити з цього преінсуліну. Це створює два короткі пептидні ланцюги, які потім з'єднуються між собою за допомогою двох дисульфідних мостів. Все це регулюється певними ферментами. І ці ферменти стають активними, коли рівень цукру в крові перевищує певне значення.

Кожен гормон - а інсулін є гормоном - має певні клітини-мішені, в мембрані яких знаходяться білки рецептора гормону (принцип блокування та блокування). Клітини-мішені інсуліну є

  1. клітини скелетних м’язів
  2. клітини печінки
  3. клітини жирової тканини

Ці три типи клітин можуть засвоювати глюкозу і, таким чином, знижувати рівень цукру в крові. Однак інсулін працює по-різному в трьох типах клітин:

Клітини печінки

Глюкоза потрапляє в клітини печінки незалежно від інсуліну. Тут інсулін викликає такі процеси:

  1. Сприяння накопиченню глікогену
  2. Інгібування розпаду глікогену
  3. Інгібування глюконеогенезу (вироблення глюкози)
  4. Утворення жирних кислот з глюкози або ацетил-КоА (продукт розпаду глюкози)

М’язові клітини

Інсулін має наступні ефекти на м’язові клітини:

  1. Активація транспортера глюкози
  2. Сприяння накопиченню глікогену
  3. Інгібування розпаду глікогену
  4. Пригнічення глюконеогенезу

Жирові клітини

Нарешті, інсулін має такі ефекти на жирові клітини:

  1. Активація транспортера глюкози
  2. Сприяння накопиченню ліпідів
  3. Пригнічення розпаду ліпідів.

Глюкагон

Цей гормон є антагоністом інсуліну. Глюкагон також утворюється в клітинах підшлункової залози, але не в бета-клітинах, а в альфа-клітинах. Основний ефект глюкагону можна швидко описати: Глюкагон активує розщеплення глікогену в печінці і тим самим підвищує рівень цукру в крові.

Внутрішні посилання:

  • Перетравлення вуглеводів (EL)
  • Глюкоза (органічна)
  • Перевезення речовин (органічні)
  • Цикл Корі (EL)
IMPRINT/Політика конфіденційності/Карта сайту

Хронологія:
08.07.2017: Сторінку створено.