В клетках накапливается гликоген: в качестве запасающего вещества гликоген активно накапливается в клетках 1.клубня картофиля 2.бактерии туберкулеза 3.печени

Гликоген — словарь ветеринарных терминов — ВЦ Зоовет

Гликоген (от греч. glykys-сладкий и -genes-рождающий, рожденный) (С6Н10О5)„, разветвленный полисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасной углевод животных.
Гликоген (также иногда называемый животным крахмалом, несмотря на неточность этого термина) является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц). Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы. Гликогеновый запас, однако, не столь емок в калориях на грамм, как запас триглицеридов (жиров). Только гликоген, запасенный в клетках печени (гепатоциты) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма, при этом гепатоциты способны накапливать до 8 % своего веса в виде гликогена, что является максимальной концентрацией среди всех видов клеток. В мышцах гликоген перерабатывается в глюкозу исключительно для локального потребления и накапливается в гораздо меньших концентрациях (не более 1 % от общей массы мышц), в то же время его общий мышечный запас может превышать запас, накопленный в гепатоцитах. Небольшое количество гликогена обнаружено в почках, и еще меньшее — в определенных видах клеток мозга (глиальных) и белых кровяных клетках.

Гликоген содержится во всех тканях животных и представляет собой резервное вещество, легко расщепляющееся под действием ряда ферментов до глюкозы. В тканях животных гликоген присутствует в виде частиц, называемых гликогеносомами. Наиболее крупные из них, т.н.-частицы (диаметр 100-200 нм), собраны из -частиц (диаметр 30-40 нм). Встречаются также еще более мелкие частицы (3-20 нм).

Биосинтез гликогена осуществляется с помощью ферментов гликозилтрансфераз. Исходным веществом для синтеза может служить молекула олигосахарида, состоящая из остатков глюкозы, или белок, глюкозилированный в результате переноса на него остатка глюкозы с уридиндифосфатглюкозы. Гликоген расщепляется с помощью фермента фосфорилазы, переносящей остаток глюкозы на фосфорную к-ту с образованием L-D-глюкозо-! -фосфата, и различных гидролаз. Распад и синтез гликогена регулируется гормонами надпочечников и поджелудочной железы, например инсулином и адреналином.

Метаболизм гликогена:
При недостатке в организме глюкозы гликоген под воздействием ферментов расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровь. Регуляция синтеза и распада гликогена осуществляется нервной системой и гормонами. Нарушение обмена гликогена приводит к заболеваниям (гликогенозам), связанным с накоплением его в больших кол-вах в организме (гл. обр. в печени и сердце) или образованием молекул с отклонениями в строении.

Гликоген для увеличения мышц и сжигания жира

Что такое гликоген?

Энергию человеческому организму в основном дают белки, жиры и углеводы. Белки и жиры расщепляются медленно, поэтому они дают энергию чуть позже последних. Углеводы — это быстрая энергия, ведь они расщепляются сразу. Из-за того, что углеводы используются в виде глюкозы, они быстрее усваиваются. Глюкоза накапливается в организме в связной форме, что позволяет предотвратить диабет. Она сохраняется в организме человека в виде гликогена. Его количество в теле варьируется от 200 до 300 грамм. Он находится в печени, лишь 1 % располагается в мышцах. Гликоген даёт телу энергию, которая образуется из глюкозы. Мышечный гликоген используется только во время тренировок. В мышцах этот полисахарид находится в саркоплазме. Жидкости, которая окружает мышцы. Из-за увеличения объёма саркоплазмы мы наблюдаем рост мышц. При физических тренировках потребляется больше гликогена.

Гликоген — топливо для выносливости

МЫШЕЧНЫЙ ГЛИКОГЕН

— ОСНОВНОЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ для большинства видов физической нагрузки. Пополнение и поддержание запасов мышечного гликогена в период интенсивных тренировок требует диеты богатой углеводами. В зависимости от интенсивности и продолжительности физической активности вы должны ежедневно потреблять от 6 до 10 г углеводов на кг массы тела. Достаточные запасы мышечного гликогена дают вам возможность тренироваться интенсивнее и дольше, с меньшим утомлением. Богатая углеводами маложирная диета также рекомендуется для предотвращения сердечно-сосудистых (главным образом атеросклероза) и некоторых раковых заболеваний. Диетические рекомендации разрабатываются с целью помочь спортсменам укрепить здоровье и заложить хорошее основание для достижения пика их физической работоспособности.

Гликогеновые запасы и тренировки.

Бывали ли у вас дни, когда вы чувствовали, что утратили выносливость, скорость и точность движений? Причиной таких плохих дней может быть низкий уровень гликогена в ваших мышцах.

Истощение гликогена может происходить постепенно в течение нескольких повторяющихся дней интенсивных тренировок, когда распад мышечного гликогена превышает его возмещение. В такой ситуации запасы гликогена уменьшаются с каждым последующим днем, а тренировки становятся все более трудными и менее приятными. При этом снижается работоспособность и появляется ощущение вялости, что часто трактуется как перетренированность.

Гликогеновое истощение зачастую сопровождается резким снижением веса (вследствие утраты гликогена и воды) и неспособностью поддерживать привычную интенсивность тренировки. Если вы потребляете углеводы или энергию (калории) в недостаточном количестве и (или) тренируетесь без выходных, вы — первоочередной кандидат на гликогеновое истощение. Основная часть населения развитых стран потребляет 5 г углеводов на кг массы тела — это около половины всех калорий.

Рекомендации по потреблению углеводов в период тренировок.

Вы можете предотвратить гликогеновое истощение, если будете придерживаться высокоуглеводного питания (6-10 г углеводов на кг массы тела ежедневно) и периодически брать выходные от тренировок, давая мышцам время на восстановление их энергетических резервов. Если вы интенсивно тренируетесь по часу каждый день, вам необходимо ежедневно потреблять 6 г углеводов на кг массы тела. Если вы интенсивно тренируетесь по 2 часа в день, ваша норма — 8 г углеводов на кг массы тела ежедневно. Диета, обеспечивающая 10 г углеводов на кг массы тела, рекомендуется тем, кто ежедневно тренируется по 3 часа и более.

Богатая углеводами диета еще более значима для восстановления после продолжительной изнурительной нагрузки. Так, на «Тур де Франс» велосипедисты ежедневно потребляют около 12 г углеводов на кг массы тела и 6000 ккал. Если вы будете сохранять высокое потребление углеводов, то сможете предотвратить хроническое утомление, вызванное истощением гликогеновых запасов.

Для того чтобы легче определять индивидуальные потребности человека в углеводах, рекомендации для них даются в граммах на килограмм массы тела. К примеру, человеку весом 70 кг, который напряженно тренируется по часу в день, требуется ежедневно 420 г углеводов. Определить содержание углеводов в том или ином пищевом продукте можно, прочитав этикетку на его упаковке.

Источник: Эллен Колеман

«ПИТАНИЕ ДЛЯ ВЫНОСЛИВОСТИ»

Гликоген и мышцы.

Полисахарид влияет не только на жиросжигание, но и на рост мышечной мускулатуры. Успех тренировки на прямую зависит от количества гликогена. Он необходим, как во время занятия, так и после, чтобы восстановить организм. Если его недостаточно, то мышцы не будут расти.

Это не значит, что следует много есть перед тренировкой. Наоборот, промежутки между едой и спортивным занятием следует увеличивать. Таким образом организм научиться правильнее расходовать вещество. Кстати, это является основой интервального голодания.

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.

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.

Как пополнить запасы гликогена после тренировки?

Углеводы, поступающие в организм с пищей, в результате метаболизма превращаются в глюкозу. Именно углеводы необходимы для поддержания нормального уровня глюкозы в крови и достаточного количества энергии для ежедневной деятельности. Когда организм определяет, что уровень глюкозы избыточен, он превращает ее в гликоген в процессе гликогенеза. Запасы гликогена хранятся в мышечной ткани и печени. При снижении уровня глюкозы в крови гликоген снова превращается в глюкозу в процессе гликолиза.

Во время интенсивных упражнений глюкоза быстрее расходуется, в результате чего организм начинает получать ее из запасов гликогена.

При выполнении анаэробных упражнений (например, силовых), которые предусматривают кратковременный период высокой активности, для получения энергии используется преимущественно гликоген из мышечной ткани. При выполнении аэробных упражнений, для которых требуется сохранять активность на протяжении более длительных временных промежутков, в расход идет преимущественно хранимый в печени гликоген. Потому, к примеру, марафонцы часто сталкиваются с проблемой истощения запасов глюкозы. При этом появляются симптомы гипогликемии:

• усталость;
• нарушение координации;
• головокружения;
• проблемы с концентрацией.

На протяжении примерно двух часов после интенсивной тренировки организм способен более эффективно восстанавливать уровень гликогена – так называемое углеводное окно. Потому непосредственно после занятий спортом рекомендуют подкрепиться углеводами (для восстановления запасов гликогена) и белками (для восстановления мышечной ткани), например:

• фруктами;
• молоком, в том числе шоколадным;
• овощами;
• орехами;
• медом.

Пища, приготовленная с использованием обработанных сахаров, также является источником простых углеводов (конфеты, пирожные), однако пищевая ценность таких продуктов низкая.

Перед длительной тренировкой также не лишним будет зарядиться пищей, богатой углеводами и содержащей умеренное количество белка.

Влияние гликогена на мышцы: Биохимия.

Для набора мышечной массы требуется два условия: 1.Достаточное количество запасов гликогена в мышцах ДО тренировки. 2.Успешное восстановление гликогеновых депо ПОСЛЕ тренировки. Выполняя силовые упражнения без запасов гликогена в надежде «просушиться», прежде всего тело сжигает мышечные ткани.

Важно! Для роста мышц не так важно употребление белка и аминокислот BCAA, как наличие достаточного количества правильных углеводов в рационе, в особенности, достаточное потребление быстрых углеводов по окончании тренировки.

Организм не сможет нарастить мышцы, находясь на безуглеводной диете.

Вывод

Результаты настоящего исследования показывают, что совместный прием кофеина с углеводом приводит к значительно более высоким скоростям ресинтеза мышечного гликогена, по сравнению с приемом одного углевода. Эти результаты являются новыми в области метаболизма мышц и прикладного питания .

Внимание.Размещенные в разделе материалы допускается публиковать полностью либо частично только с обязательным указанием данного источника происхождения публикации.

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.

Функции гликогена в мышцах.

Биологически, гликоген накапливается не в мышечных волокнах, а в окружающей их жидкости — саркоплазме. Мышечная структура схожа с губкой, которая впитывает в себя саркоплазму и увеличивается в размерах.

Регулярные силовые тренировки увеличивают размер гликогеновых депо и количество саркоплазмы, визуально мышцы становятся больше и объемнее.

Число мышечных волокон задается прежде всего генетическим типом телосложения и практически не меняется в течение жизни.

Гликогеноз и другие нарушения

Но в некоторых случаях расщепление гликогена не происходит. В результате гликоген накапливается в клетках всех органов и тканей. Обычно подобное нарушение наблюдают у людей с генетическими нарушениями (дисфункция ферментов, необходимых для расщепления вещества). Такое состояние называют термином гликогеноз и относят его к списку аутосомно-рецессивных патологий. На сегодня в медицине известны 12 типов этого заболевания, но пока достаточно изученной является только половина из них.

Но это не единственная патология, связанная с животным крахмалом. В число гликогеновых заболеваний также входит агликогеноз – нарушение, сопровождающееся полным отсутствием фермента, отвечающего за синтез гликогена. Симптомы болезни – ярко выраженные гипогликемии и судороги. Наличие агликогеноза определяют путем биопсии печени.

Гликоген, как запасной источник энергии, важно регулярно восстанавливать. Так, по крайней мере, утверждают ученые. Повышенная физическая активность может привести к тотальному истощению углеводных запасов в печени и мышцах, что в результате скажется на жизненной активности и работоспособности человека. В результате длительной безуглеводной диеты запасы гликогена в печени снижаются почти к нулю. Мышечные резервы истощаются во время интенсивных силовых тренировок.

Минимальная суточная доза гликогена составляет от 100 г и выше. Но эту цифру важно увеличить при:

• усиленной умственной деятельности;
• после «голодных» диет.

Напротив, осторожно к пище, богатой гликогеном, стоит отнестись лицам с дисфункцией печени, недостатком ферментов. Кроме того, диета с высоким содержанием глюкозы предусматривает снижение употребления гликогена.

КАК И КОГДА ЛУЧШЕ ВСЕГО ВОСПОЛНЯТЬ ГЛИКОГЕН?

Гликоген – первоисточник энергии для сокращения мышечных волокон в режиме анаэробной нагрузки. Когда мы тренируется с отягощениями, то именно гликоген используется мышцами в качестве источника энергии. Сколько же у нас этого самого гликогена в организме и когда нам пополнять его запасы с максимальной эффективностью. Об этом мы сегодня и поговорим. Итак, погнали!
Запасы гликогена у человека достаточно не велики (обычно это около 1% от общей мышечной массы, у тренированных людей его может быть в 1,5-2 раза больше). Это своего рода депо для углеводов в ваших мышцах и печени. Он используется в организме во время интенсивной физической нагрузки, к которым относятся тренировки с отягощением. Т.е. это такие тренировки, когда вам нужно сделать сверхусилие. По большому счету усталость, которая накапливается у вас в процессе тренировки связанна с тем, что вы исчерпали свои запасы энергии. После этого, когда вы закончили тренировку, вам важно пополнить его запасы, чтобы организм мог полноценно восстанавливаться и на следующей тренировке вы снова могли ринуться в бой.

Исходя из этой логики, мы должны понимать, что для эффективной работы на каждой тренировке, нам важно восстановить полностью гликоген к этой тренировке. Однако, после того, как организм потратит весь гликоген (в случае если потратит, но об этом чуть позже), запасенный в мышцах и печени, то он начнет разрушать сами мышцы в качестве источника энергии. Поэтому, если после тренировки, ваша активность будет высока, то лучше имеет смысла после тренировки употребить быстрые и сложные углеводы (но это не как не связано с углеводным окном, это просто миф, о которым поговорим чуть ниже), чтобы процесс восстановления его запасов начался сразу.

При этом процесс восстановления гликогена достаточно медленный и длительный. Полностью гликоген восстанавливается в течении 24 часов, поэтому углеводы важно есть не сразу после тренировки, закрывая углеводное (анаболическое окно), а в течении суток после тренировки. Скорость синтеза гликогена после тренировки действительно немного выше после тренировки, но это время длится достаточно мало по времени и значение не на столько велико, чтобы поглощать углеводы еще не успев выйти из зала.

А вот еще один камень в огород сторонников, так называемого углеводного окна, которые нужно закрывать сразу. Потратить гликоген во время даже очень интенсивной тренировки, практические не возможно. Как показало недавнее исследование, в котором опытная групп выполняла следующие тренировочный объем на ноги: 4 упражнения по 5 сетов в каждом работая в отказ в диапазоне от 6 до 12 повторений с маленькими периодами отдыха, на всю тренировку порядка 30 минут. Те, кто тренируются сами понимают, что это достаточно высокий объем для такого времени и не каждый тренированный атлет справится с такой нагрузкой. Так вот, как показало исследование, гликоген испытуемые потратили всего лишь на 30%.

Поэтому делаем вывод:

1. Никакого смысла гнаться за углеводным окном нет, это просто миф

2. Важно иметь углеводы в своем рационе в последующие сутки после тренировки в достаточно количестве, чтобы восстановить гликоген к следующей тренировке

Источник

сеть ветеринарных лабораторий «Шанс Био»

Гликогеноз (Glycogen Storage Disease, GSD)

– группа аутосомно-рецессивных заболеваний, возникающих вследствие нарушения метаболизма гликогена.

Основным и наиболее универсальным источником энергии для человека, животных и растений является глюкоза. В организме животных глюкоза хранится в форме гликогена, который откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток, преимущественно в клетках печени и мышц. При недостатке глюкозы гликоген расщепляется, и глюкоза попадает в кровь. Превращение гликогена в глюкозу – многоступенчатый процесс, протекающий под воздействием ряда ферментов, нарушение работы которых приводит к избыточному накоплению гликогена в виде аномальных гранул и нарушению гомеостаза глюкозы.

Клинические проявления гликогеноза бывают разными в зависимости от исходных ферментативных нарушений, в связи с чем выделяют разные типы заболевания. Номера типам присваивались в хронологическом порядке по мере их открытия.

Для собак известны следующие породоспецифичные типы: Ia тип описан для мальтийских болонок (дефицит глюкозо-6-фосфотазы, болезнь фон Гирке), II тип – для лапландской собаки (дефицит лизосомальной кислоты альфа-глюкозидазы, болезнь Помпе), III тип – для немецкой овчарки (дефицит гликоген-дебранчинг фермента, болезнь Кори) и VII тип – для английских спрингер-спаниелей (

дефицит фосфофруктокиназы, PFK).

Недавно гликогеноз был описан для собак породы курчавошерстный ретривер (CCR) и классифицирован как тип IIIa. На первом году жизни GSD IIIa сложно детектируем и внешне почти никак не проявляется. С возрастом гликоген все больше и больше накапливается в клетках печени и мышц, начинают появляться непереносимость физических нагрузок, эпизодическая гипогликемия, вялость, миопатии. Люди, болеющие гликогенозом III типа, страдают от гипогликемии, возможно развитие скелетной миопатии, кардиомиопатии, цирроза печени, несмотря на это многие пациенты доживают до старости.Причина GSD IIIa у курчавошерстных ретриверов – мутация в гене AGL (amylo-alpha-1, 6-glucosidase, 4-alpha-glucanotransferase). Несмотря на сходство GSD IIIa CCR с болезнью Кори, показано, что для немецких овчарок заболевание имеет другую генетическую природу.

Диагностика

Для диагностики GSD IIIa курчавошерстных ретриверов разработан генетический тест. Исследование можно проводить в любом возрасте. При тестировании анализируется мутация в ДНК, приводящая к развитию заболевания. ДНК-тест позволяет определить дефектную (мутантную) копию гена и нормальную копию гена. Результат теста – это определение генотипа, которое позволяет разделить животных на три группы: здоровые (гомозиготы по нормальной копии гена), носители (гетерозиготы) и больные (гомозиготы по мутации).

Код 844

С1. Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?

Гликоген – это быстромобилизуемый энергетический резерв. В гликогене хранится глюкоза. После еды организм забирает из питательных веществ столько глюкозы, сколько ему необходимо для обеспечения физической активности и умственной деятельности, а остальное сохраняет в виде гликогена в печени и мышцах. Их он будет использовать тогда, когда придет время. Этот процесс называется синтез гликогена или просто — сахарообразование. Когда вы начинаете активную физическую деятельность, например, занятия спортом, организм начинает использовать свои запасы гликогена. Причем делает это по-умному. Он – организм – знает, что не может полностью использовать то, что образовалось в результате синтеза гликогена, ведь в противном случае ему будет нечего использовать для быстрого восполнения энергии (представьте себе, что вы просто не в состоянии ходить или бегать, потому что у вашего тела не осталось энергии, чтобы двигаться).

Через несколько часов «без дозаправки» в виде продуктов питания, запасы гликогена оказываются исчерпаны, но нервная система продолжает настойчиво требовать его для себя. Именно поэтому возникают вялые психические и физические реакции, человеку становится трудно сосредотачиваться и реагировать на какие-либо внешние раздражители.

Есть два сценария, по которым наш организм запускает синтез гликогена. После еды, особенно продуктов с высоким содержанием углеводов, уровень глюкозы в крови повышается. В ответ инсулин попадает в кровоток и облегчает доставку глюкозы в клетки, а также помогает синтезу гликогена. Второй механизм запускается в периоды крайнего голода или активной физической деятельности. В обоих случаях организм истощает запас гликогена в клетках, подавая мозгу сигналы о необходимости «дозаправки».

Крахмал — основной источник энергии для современного человека. Но по мнению докторов его же свойства являются причиной многочисленных болезней, связанных с нарушением обмена веществ.
В пищеварительном тракте он способствует восстановлению организма после скачка уровня сахара в крови у страдающих диабетом.

Глюкоза представляет собой простой сахар, состоящий из шести атомов углерода, и является важным энергетическим источником для всего организма и единственным – для головного мозга. В свободном состоянии глюкоза практически не присутствует в пищевых продуктах, однако она входит в состав сахарозы и крахмала, из которых она выделяется в процессе пищеварения, давая организму необходимую энергию.

По этому она и не употребляется в чистов виде. И не на капливается.
В общем глюкоза тратиться сразу на энергию.

пути превращения глюкозы в клетке

В растениях углеводы копятся в виде крахмала и целлюлозы. У животных – гликоген.

Сложные углеводы – полисахариды

Крахмал — 80% поступаемых с пищей углеводов. Основные источники крахмала в пище: зерновые (крупы, мука, макаронные изделия), бобовые, кроме сои, из овощей — картофель, кукуруза. Особенности усвоения крахмала:

 расщепление начинается во рту при участии слюны,

 затем процесс переваривания осуществляется постепенно на протяжении желудочно-кишечного тракта,

 пока не распадутся до простых углеводов, не будут усвоены организмом.

Гликоген.Запасается в печени (до 6% от массы печени) и в мышцах, (до 1% от их массы). Запас гликогена в организме человека массой 70 кг после приема пищи – около 327 г. Мышечный гликоген в основном расходуется при активных физических нагрузках самими мышцами. Гликоген, который хранится в печени, отвечает за поддержание уровня глюкозы в крови, когда мы не едим.

балластные (неперевариваемые):

Пищевые волокна — комплексный углевод. Пищевые волокна (целлюлоза, пектины, камедей) настолько сложные, что не усваиваются организмом. Тем не менее, пищевые волокна необходимы, так как: обеспечивают регулярную работу кишечника, являются пищей для нормальной микрофлоры кишечника, что не дает развиться вредным микроорганизмам, создают ощущение сытости, это особенно важно для тех, кто стремится похудеть, снижают уровень холестерола в крови, Те, кто мечтает похудеть, часто рассматривают углеводы как своих врагов, но, если подумать, наша жизнь без них невозможна, надо просто научиться разбираться какие углеводы лучше съесть, а какие оставить.

Наш пищеварительный тракт приспособлен для переваривания продуктов, которые помимо углеводов содержат большое количество пищевых волокон и питательных веществ (овощи, фрукты, бобовые и продукты из цельного зерна, коричневый рис). Они полезны для кишечника. Содержат необходимые витамины и микроэлементы (к примеру, для преобразования углеводов в глюкозу нужен витамин В1 — тиамин). Уровень сахара в крови повышается медленно и надолго. Продукты же, которые подверглись переработке (сахар, продукты из белой муки, сладкие хлопья, готовые продукты), отличаются низкой питательной ценностью. Употребляя эти продукты легко можно получить гораздо больше калорий, чем организм в состоянии переработать, а избыток превращается в жиры. Кроме того, организм недополучает витамины, минералы, клетчатку,

Простые углеводы

быстро усваиваются организмом, что приводит к резкому подъему уровня сахара в крови. Ты начинаешь чувствовать усталость, голод и сильное желание скушать чего-нибудь сладенького. Простые углеводы обладают очень низкой питательной ценностью. Простые углеводы — это, например, газировка, белый хлеб, белый рис, конфеты, хлопья на завтрак, сиропы и т.д. Фрукты также относятся к простым углеводам, но они содержат натуральный сахар, который богат различными питательными веществами.

Сложные углеводы (цельные злаки) усваиваются дольше, оставляют нормальный уровень сахара в крови, поэтому чувство сытости остаётся надолго, а также ощущается прилив энергии. Цельные злаки богаты различными питательными веществами, а особенно клетчаткой. Цельнозерновой хлеб, овсянка, коричневый рис, бобы, горох и овощи

Углеводы – это основные поставщики энергии! При сгорании 1г углеводов выделяетcя 4 ккaл энергии. Суточная энергетическая потребность организма должна компенсироваться за счет сложных углеводов на 60-80% и за счет простых углеводов (сахар) на 5-10 %, а оставшиеся 20-30% энергии образуется за счет сгорания жиров и белков. Такие углеводы как рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (генетического материала).

Основное количество углеводов, поступающих с пищей, – это сложные полисахариды (крахмал), дисахариды и моносахариды. При обильном поступлении сахара в организм его излишек откладывается в печени и мышцах в виде гликогена. Как только уровень сахара в крови падает, гликоген распадается, восполняя дефицит.

Углеводы могут синтезироваться в организме из белков и жиров.

Особое место среди углеводов занимает клетчатка (целлюлоза). Она практически не усваивается, но в качестве балласта помогает пищеварению, механически очищая слизистые оболочки желудка и кишечника.
Углеводов много в картофеле и овощах, крупах, макаронных изделиях, фруктах и хлебе. Норма потребления углеводов составляет 400(300) – 500 г в сутки в зависимости от степени физической активности. Хронический дефицит углеводов способствует отложению жира в печени и появлению побочного действия усиленного распада жиров и белков.

Избыток углеводов в пище способствует развитию ожирения, атеросклероза, сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и кариеса зубов.

Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией. Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Быстрота ее распада и окисления, а также возможность быстрого извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетических ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии в случаях эмоционального возбуждения, при интенсивных мышечных нагрузках и др. Уровень глюкозы в крови составляет 3,3—5,5 ммоль/л (60— 100 мг%) и является важнейшей гомеостатической константой организма. Особенно чувствительной к понижению уровня глюкозы в крови (гипогликемия) является ЦНС.

Незначительная гипогликемия проявляется общей слабостью и быстрой утомляемостью. При снижении уровня глюкозы в крови до 2,2—1,7 ммоль/л (40— 30 мг%) развиваются судороги, бред, потеря сознания, а также вегетативные реакции: усиленное потоотделение, изменение просвета кожных сосудов и др. Это состояние получило название «гипогликемическая кома». Введение в кровь глюкозы быстро устраняет данные расстройства.

Изменения углеводов в организме. Глюкоза, поступающая в кровь из кишечника, транспортируется в печень, где из нее синтезируется гликоген.Гликоген печенипредставляет собой резервный, т. е. отложенный в запас, углевод. Количество его может достигать у взрослого человека 150—200 г. Образование гликогена при относительно медленном поступлении глюкозы в кровь происходит достаточно быстро, поэтому после введения небольшого количества углеводов повышения содержания глюкозы в крови (гипергликемия) не наблюдается. Если же в пищеварительный тракт поступает большое количество легко расщепляющихся и быстро всасывающихся углеводов, содержание глюкозы в крови быстро увеличивается. При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме из продуктов распада жиров и белков.

По мере убыли глюкозы в крови происходят расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь (мобилизация гликогена). Благодаря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в крови. Гликоген откладывается также в мышцах, где его содержится около 1—2%. Количество гликогена в мышцах увеличивается в случае обильного питания и уменьшается во время голодания. При работе мышц под влиянием фермента фосфорилазы, которая активируется в начале мышечного сокращения, происходит усиленное расщепление гликогена, являющегося одним из источников энергии мышечного сокращения. Захват глюкозы разными органами из притекающей крови неодинаков: мозг задерживает 12% глюкозы, кишечник— 9%, мышцы — 7%, почки — 5% (Е. С. Лондон).

Распад углеводов в организме животных происходит как бескислородным путем до молочной кислоты (анаэробный гликолиз), так и путем окисления продуктов распада углеводов до СО2 и Н2O.

Регуляция обмена углеводов. Основным параметром регулирования углеводного обмена является поддержание уровня глюкозы в крови в пределах 4,4—6,7 ммоль/л. Изменение содержания глюкозы в крови воспринимается глюкорецепторами, сосредоточенными в основном в печени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипоталамуса. Показано участие ряда отделов ЦНС в регуляции углеводного обмена.

Роль коры головного мозга в регуляции уровня глюкозы крови иллюстрирует развитие гипергликемии у студентов во время экзамена, у спортсменов перед ответственными соревнованиями, а также при гипнотическом внушении. Центральным звеном регуляции углеводного и других видов обмена и местом формирования сигналов, управляющих уровнем глюкозы, является гипоталамус.

Отсюда регулирующие влияния реализуются вегетативными нервами и гуморальным путем, включающим эндокринные железы. Выраженным влиянием на углеводный обмен обладает инсулин — гормон, поджелудочной железы. При введении инсулина уровень глюкозы в крови снижается. Это происходит за счет усиления инсулином синтеза гликогена в печени и мышцах и повышения потребления глюкозы тканями организма.

Инсулин является единственным гормоном, понижающимуровень глюкозы в крови, поэтому при уменьшении секреции этого гормона развиваются стойкая гипергликемия и последующая глюкозурия (сахарный диабет, или сахарное мочеизнурение). Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких гормонов. Это глюкагон, поджелудочной железы; адреналин— гормон мозгового слоя надпочечников; глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечника; соматотропныйгормон гипофиза; тироксин и трийодтиронин — гормоны щитовидной железы.

Энергетика любой клетки нашего организма основана на окислении глюкозы.

Что такое гликоген и какова его роль

Окисление глюкозы происходит по двум направлениям:

Пути метаболизма пирувата в присут- ствии и в отсутствии кислорода

1. Окисление с образованием пентоз: рибозы, рибулозы, ксилулозы.

Этот путь называется пентозофосфатный шунт и не связан с получением энергии

2. Окисление с получением энергии.

Второй путь, т.е. тот по которому глюкоза окисляется для получения энергии, называется гликолиз(греч.

glykos — сладкий и греч. lysis — растворение). Конечным продуктом гликолиза является пировиноградная кислота (пируват).

В зависимости от дальнейшей судьбы пирувата различают аэробноеи анаэробноеокисление глюкозы.

Целью обоих типов окисления является получение АТФ.

В аэробном процессе пировиноградная кислота превращается в ацетил-SКоА (реакции ПВК-дегидрогеназы) и далее окисляется в митохондриях в цикле трикарбоновых кислот до углекислого газа и воды с накоплением энергии в виде АТФ. Кроме того, промежуточные продукты гликолиза являются материалом для синтеза многих важных соединений и используются организмом как еще один источник материала для процессов ассимиляции.

Общее уравнение аэробного окисления глюкозы:

C6h22O6 + 6 O2 + 38 АДФ + 38 Фнеорг → 6 CO2 + 44 h3О + 38 АТФ

В анаэробных условиях гликолиза из каждой молекулы расщепившейся глюкозы образуются 2 молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) и 2 молекулы молочной кислоты.

У большинства позвоночных, в том числе и у человека, анаэробный гликолиз встречается только на короткое время при напряженной работе мышц, например, при беге на 100м, т.е.

когда кислород не успевает достаточно быстро поступать в ткани и не успевает обеспечить окисление пирувата и сопряженный с ним синтез АТФ. В крови при этом накапливается лактат, который позднее в печени превратится обратно в глюкозу (цикл Кори). Бескислородное окисление глюкозы усиливается при гипоксииклеток при анемиях, нарушении кровообращения в тканях.

Суммарное уравнение анаэробного гликолиза:

Процесс гликолиза катализируется одиннадцатью ферментами, гликолиз протекает в гиалоплазме (цитозоле) клетки.

Гликолиз включает 2 стадии: 1 — подготовительная, 2 –«выплата процентов», т.е.

1 стадия – фосфорилирование глюкозы и ее превращение в глицеральдегид-3-фосфат с использованием 2 молекул АТФ (1 — 5 реакции)

1 этап. Активирование глюкозы с образованием фруктозо-1,6-бифосфата.

2 этап. Дихотомический распад активированной гексозы (фруктозы-1,6-бифосфата) пополам с образованием 2 триоз.

2 стадия – превращение глицеральдегид-3-фосфата в лактат и сопряженное образование 4х молекул АТФ (6 — 11 реакции).

3 этап. Окисление и фосфорилирование триоз, синтез 2 АТФ путем первого субстратного фосфорилирования

4 этап. Внутримолекулярное окисление фосфоглицерата (енолазная реакция), возникновение макроергической связи (фосфоенолпируват), синтез 2 АТФ путем второго субстратного фосфорилирования

5 этап. Восстановление пирувата в лактат

Что накапливается в мышцах и печени

Сложные углеводы – полисахариды

Крахмал — 80% поступаемых с пищей углеводов.

Основные источники крахмала в пище: зерновые (крупы, мука, макаронные изделия), бобовые, кроме сои, из овощей — картофель, кукуруза. Особенности усвоения крахмала:

 расщепление начинается во рту при участии слюны,

 затем процесс переваривания осуществляется постепенно на протяжении желудочно-кишечного тракта,

 пока не распадутся до простых углеводов, не будут усвоены организмом.

Гликоген.Запасается в печени (до 6% от массы печени) и в мышцах, (до 1% от их массы).

Запас гликогена в организме человека массой 70 кг после приема пищи – около 327 г. Мышечный гликоген в основном расходуется при активных физических нагрузках самими мышцами. Гликоген, который хранится в печени, отвечает за поддержание уровня глюкозы в крови, когда мы не едим.

балластные (неперевариваемые):

Пищевые волокна — комплексный углевод.

Пищевые волокна (целлюлоза, пектины, камедей) настолько сложные, что не усваиваются организмом. Тем не менее, пищевые волокна необходимы, так как: обеспечивают регулярную работу кишечника, являются пищей для нормальной микрофлоры кишечника, что не дает развиться вредным микроорганизмам, создают ощущение сытости, это особенно важно для тех, кто стремится похудеть, снижают уровень холестерола в крови, Те, кто мечтает похудеть, часто рассматривают углеводы как своих врагов, но, если подумать, наша жизнь без них невозможна, надо просто научиться разбираться какие углеводы лучше съесть, а какие оставить.

Наш пищеварительный тракт приспособлен для переваривания продуктов, которые помимо углеводов содержат большое количество пищевых волокон и питательных веществ (овощи, фрукты, бобовые и продукты из цельного зерна, коричневый рис).

Они полезны для кишечника. Содержат необходимые витамины и микроэлементы (к примеру, для преобразования углеводов в глюкозу нужен витамин В1 — тиамин). Уровень сахара в крови повышается медленно и надолго. Продукты же, которые подверглись переработке (сахар, продукты из белой муки, сладкие хлопья, готовые продукты), отличаются низкой питательной ценностью. Употребляя эти продукты легко можно получить гораздо больше калорий, чем организм в состоянии переработать, а избыток превращается в жиры.

Кроме того, организм недополучает витамины, минералы, клетчатку,

Простые углеводы быстро усваиваются организмом, что приводит к резкому подъему уровня сахара в крови. Ты начинаешь чувствовать усталость, голод и сильное желание скушать чего-нибудь сладенького. Простые углеводы обладают очень низкой питательной ценностью.

Простые углеводы — это, например, газировка, белый хлеб, белый рис, конфеты, хлопья на завтрак, сиропы и т.д. Фрукты также относятся к простым углеводам, но они содержат натуральный сахар, который богат различными питательными веществами.

Сложные углеводы (цельные злаки) усваиваются дольше, оставляют нормальный уровень сахара в крови, поэтому чувство сытости остаётся надолго, а также ощущается прилив энергии. Цельные злаки богаты различными питательными веществами, а особенно клетчаткой.

Цельнозерновой хлеб, овсянка, коричневый рис, бобы, горох и овощи

Углеводы – это основные поставщики энергии! При сгорании 1г углеводов выделяетcя 4 ккaл энергии. Суточная энергетическая потребность организма должна компенсироваться за счет сложных углеводов на 60-80% и за счет простых углеводов (сахар) на 5-10 %, а оставшиеся 20-30% энергии образуется за счет сгорания жиров и белков.

Такие углеводы как рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (генетического материала).
Основное количество углеводов, поступающих с пищей, – это сложные полисахариды (крахмал), дисахариды и моносахариды.

При обильном поступлении сахара в организм его излишек откладывается в печени и мышцах в виде гликогена. Как только уровень сахара в крови падает, гликоген распадается, восполняя дефицит.
Углеводы могут синтезироваться в организме из белков и жиров.
Особое место среди углеводов занимает клетчатка (целлюлоза). Она практически не усваивается, но в качестве балласта помогает пищеварению, механически очищая слизистые оболочки желудка и кишечника.
Углеводов много в картофеле и овощах, крупах, макаронных изделиях, фруктах и хлебе.

Норма потребления углеводов составляет 400(300) – 500 г в сутки в зависимости от степени физической активности. Хронический дефицит углеводов способствует отложению жира в печени и появлению побочного действия усиленного распада жиров и белков.
Избыток углеводов в пище способствует развитию ожирения, атеросклероза, сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и кариеса зубов.

Основная роль углеводов определяется их энергетической функцией.

Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Быстрота ее распада и окисления, а также возможность быстрого извлечения из депо обеспечивают экстренную мобилизацию энергетических ресурсов при стремительно нарастающих затратах энергии в случаях эмоционального возбуждения, при интенсивных мышечных нагрузках и др.

Уровень глюкозы в крови составляет 3,3—5,5 ммоль/л (60— 100 мг%) и является важнейшей гомеостатической константой организма. Особенно чувствительной к понижению уровня глюкозы в крови (гипогликемия) является ЦНС. Незначительная гипогликемия проявляется общей слабостью и быстрой утомляемостью. При снижении уровня глюкозы в крови до 2,2—1,7 ммоль/л (40— 30 мг%) развиваются судороги, бред, потеря сознания, а также вегетативные реакции: усиленное потоотделение, изменение просвета кожных сосудов и др.

Это состояние получило название «гипогликемическая кома». Введение в кровь глюкозы быстро устраняет данные расстройства.

Изменения углеводов в организме. Глюкоза, поступающая в кровь из кишечника, транспортируется в печень, где из нее синтезируется гликоген.Гликоген печенипредставляет собой резервный, т. е. отложенный в запас, углевод. Количество его может достигать у взрослого человека 150—200 г. Образование гликогена при относительно медленном поступлении глюкозы в кровь происходит достаточно быстро, поэтому после введения небольшого количества углеводов повышения содержания глюкозы в крови (гипергликемия) не наблюдается.

Если же в пищеварительный тракт поступает большое количество легко расщепляющихся и быстро всасывающихся углеводов, содержание глюкозы в крови быстро увеличивается. При полном отсутствии углеводов в пище они образуются в организме из продуктов распада жиров и белков. По мере убыли глюкозы в крови происходят расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь (мобилизация гликогена). Благодаря этому сохраняется относительное постоянство содержания глюкозы в крови. Гликоген откладывается также в мышцах, где его содержится около 1—2%.

Количество гликогена в мышцах увеличивается в случае обильного питания и уменьшается во время голодания. При работе мышц под влиянием фермента фосфорилазы, которая активируется в начале мышечного сокращения, происходит усиленное расщепление гликогена, являющегося одним из источников энергии мышечного сокращения.

Захват глюкозы разными органами из притекающей крови неодинаков: мозг задерживает 12% глюкозы, кишечник— 9%, мышцы — 7%, почки — 5% (Е. С. Лондон).

Распад углеводов в организме животных происходит как бескислородным путем до молочной кислоты (анаэробный гликолиз), так и путем окисления продуктов распада углеводов до СО2 и Н2O.

Регуляция обмена углеводов. Основным параметром регулирования углеводного обмена является поддержание уровня глюкозы в крови в пределах 4,4—6,7 ммоль/л.

Изменение содержания глюкозы в крови воспринимается глюкорецепторами, сосредоточенными в основном в печени и сосудах, а также клетками вентромедиального отдела гипоталамуса. Показано участие ряда отделов ЦНС в регуляции углеводного обмена.

Роль коры головного мозга в регуляции уровня глюкозы крови иллюстрирует развитие гипергликемии у студентов во время экзамена, у спортсменов перед ответственными соревнованиями, а также при гипнотическом внушении. Центральным звеном регуляции углеводного и других видов обмена и местом формирования сигналов, управляющих уровнем глюкозы, является гипоталамус. Отсюда регулирующие влияния реализуются вегетативными нервами и гуморальным путем, включающим эндокринные железы.

Выраженным влиянием на углеводный обмен обладает инсулин — гормон, поджелудочной железы. При введении инсулина уровень глюкозы в крови снижается. Это происходит за счет усиления инсулином синтеза гликогена в печени и мышцах и повышения потребления глюкозы тканями организма. Инсулин является единственным гормоном, понижающимуровень глюкозы в крови, поэтому при уменьшении секреции этого гормона развиваются стойкая гипергликемия и последующая глюкозурия (сахарный диабет, или сахарное мочеизнурение).

Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких гормонов. Это глюкагон, поджелудочной железы; адреналин— гормон мозгового слоя надпочечников; глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечника; соматотропныйгормон гипофиза; тироксин и трийодтиронин — гормоны щитовидной железы.

Расщепление — гликоген

Расщепление гликогена в печени катализируется двумя ферментами: гликоген-фосфорилазой и а-1 6-глюкози-дазой. Оба фермента высоко специфичны и к структуре отщепляемого остатка ( отщепляют только концевой остаток a — D-глюкопиранозы), и к типу разрываемой связи ( первый расщепляет только 1 — 4-связи.

Расщепление гликогена до глюкозо-1 — фосфата катализируется фосфо-рилазой, которая активируется АМФ. Показано, что фосфорилаза состоит из двух неактивных субъединиц; активной формой фосфорилазы является димер. АМФ, являясь активатором фосфорилазы, способствует димеризации.

Вероятно, АМФ действует как аллостерический эффектор.

Процесс расщепления гликогена называется гликогенолизом и включает активацию фермента фосфорилазы гормоном глюкагоном. Глюкагон тоже вырабатывается поджелудочной железой и выделяется в ответ на недостаток сахара в крови ( разд. В момент опасности, при стрессе или в условиях холода фосфорилазу активируют также адреналин, выделяемый мозговым веществом надпочечников, и норадреналином, высвобождаемый также мозговым веществом надпочечников и окончаниями симпатических нейронов

Для того чтобы расщепление гликогена под действием гликоген-фосфорилазы могло продолжаться, на полисахарид должен предварительно подействовать другой фермент, а ( 1 — 6) — глюкозидаза. Этот фермент катализирует две реакции. В первой из них он отщепляет от цепи три глюкозных остатка из упомянутых четырех и переносит их на конец какой-нибудь другой внешней боковой цепи. Во второй реакции, катализируемой а ( 1 — — 6) — глюкозидазой, отщепляется четвертый глюкозный остаток, присоединенный в точке ветвления а ( 1 — — 6) — связью.

Гликогенолиз начинается с расщепления гликогена ( или крахмала) путем фосфоролиза в присутствии энзима фосфорилазы.

Почему конечные продукты расщепления гликогена в этих двух тканях оказываются разными.

Глюкагон обладает способностью стимулировать расщепление гликогена в печени, повышая тем самым уровень сахара в крови.

В отличие от адреналина глюкагон не активирует фосфорилазу скелетных мышц. Гипогликемия, возникающая под действием инсулина, ведет к усиленному расщеплению гликогена в печени, которое стимулируется глюкагоном.

В механизме гомеостаза глюкозы глюкагон является антагонистом инсулина. Показан также синергизм действия глюкагона и инсулина при освобождении глюкозы из гликогена. Присутствие инсулина стимулирует утилизацию свободной глюкозы в периферических тканях. Глюкагон вырабатывается в а-клетках островков Лангерганса и содержится в ряде других тканей.

Гликогенолиз — это процесс расщепления гликогена, приводящий к вовлечению глюкозных остатков этого запасного полисахарида в гликолиз.

Глю-козные единицы боковых цепей гликогена и крахмала у растений вовлекаются в гликолиз в результате последовательного действия двух ферментов — глико-генфосфорилазы ( или фосфорилазы крахмала) и фосфоглюкомутазы.

Ранее мы видели, что расщепление гликогена регулируется посредством кова-лентной и аллостерической модуляции гликоген-фосфорилазы.

Киназа фосфорилазы превращает фосфорилазу b снова в фосфорилазу а за счет АТР, фосфорилирующего упомянутые остатки серина.

Здесь необходимо указать, что расщепление гликогена в печени с образованием свободной глюкозы ( мобилизация гликогена, стр.

При этом гликоген расщепляется под влиянием не амилазы, а печеночной фосфорилазы с образованием глюкозо-1 — монофосфорного эфира ( стр. Этот последний затем очень быстро расщепляется ф осфатазами печени на свободную глюкозу и фосфорную кислоту.

Здесь необходимо указать, что расщепление гликогена в печени с образованием свободной глюкозы — мобилизация гликогена.

При этом гликоген расщепляется под влиянием не амилазы, апеченочной фосфорилазы с образованием глюкозо-1 — монофосфорного эфира.

Этот последний затем очень быстро после превращения в глюкозо-6 — монофосфат.

Инсулин по своему влиянию на процесс расщепления гликогена в печени является в известной мере антагонистом адреналина и симпатинов.

Что такое болезнь Помпе | Рідкісні захворювання

Болезнь Помпе — это редкое заболевание, которое может встречаться у людей мужского и женского пола разного возраста и этнической принадлежности. Это генетическое заболевание, то есть оно передается в семье от родителей к детям.

Болезнь Помпе может вызвать целый ряд проблем со здоровьем, но наиболее распространенным признаком является мышечная слабость, которая при отсутствии лечения усиливается со временем. Болезнь Помпе также известна под названием метаболическое расстройство. Слово «метаболическое» используется для описания химических процессов, которые происходят в организме.

Болезнь Помпе неизлечима, однако существуют методы контроля симптомов и прогрессирования заболевания.

Другие названия болезни Помпе

Болезнь Помпе также известна под одним из следующих названий, но они описывают одно и то же состояние:

• Дефицит кислой мальтазы (AMD)
• Нарушение накопления гликогена (GSD) типа II
• Гликогеноз типа ІІ
• Дефицит кислой альфа-глюкозидазы

Что вызывает болезнь Помпе?

Ферменты — это вещества, вырабатываемые клетками организма и способствующие протеканию химических реакций. Существует много различных ферментов, которые играют разные роли и помогают организму нормально функционировать.

Один из ферментов, который в норме вырабатывается организмом, называется кислая альфа-глюкозидаза или сокращенно GAA. GAA помогает расщеплять вещество под названием гликоген. Болезнь Помпе — это состояние, при котором организм не вырабатывает достаточно GAA. И это проблема, потому что недостаточность GAA способствует нарушению расщепления гликогена, поэтому он накапливается в клетках организма, особенно в мышечных клетках. С течением времени накопление гликогена может привести к повреждению мышц, поэтому их нормальная функция нарушается. Например, при повреждении мышц ног человеку становится труднее ходить.

У большинства взрослых с болезнью Помпе заболевание диагностируется поздно, когда они уже находятся в конечной стадии заболевания. Это может быть связано с тем, что жалобы могут быть неспецифическими, непонятными или в начале заболевания не вызывать озабоченности ни у больного, ни у врача.

Начало клинических проявлений поздней формы болезни Помпе наблюдается в возрасте 20-50 лет. Жалобы и клинические проявления зависят от мышц, вовлекаемых в патологический процесс, степени выраженности мышечной слабости. Особенностью поздней формы заболевания является сочетание проблем с мышцами, дыхательных расстройств и желудочно-кишечных нарушений.

Первые симптомы заболевания неспецифические, не выражены, скорость прогрессирования может быть медленной, больные не осознают их и не обращаются за медицинской помощью. При нарастании мышечной слабости и нарушении качества движения, человек ощущает трудности при вставании с кресла, прыжках, беге, являющихся основной причиной обращения к врачу. Диагностика заболевания крайне тяжела, потому что клинические проявления схожи с многими другими нервно-мышечными расстройствами. Ученые проанализировали жалобы, которые часто могут говорить о возможности наличия болезни Помпе. Это такие жалобы, как: мышечная слабость, трудности при беге, трудности при подъеме по лестнице, трудности при занятии спортом, усталость и боль в мышцах, трудности при ходьбе, трудности при поднятии с кресла, трудности вставания из положения лежа, дыхательные расстройства. 

То же самое происходит и с легкими. При повреждении мышц, которые помогают легким работать, дыхание затрудняется.

Поражение мышц диафрагмы способствует нарушению дыхательных функций в виде нарушения дыхания во сне; одышки при нагрузке и предрасположенности к заболеваниям бронхолегочной системы с затяжным течением. Осложнением нарушения дыхания во сне является утренняя головная боль, сонливость в течение дня.

Наш организм состоит из очень маленьких строительных блоков, которые называются клетками. Часть клетки, в которой накапливается и хранится гликоген, называется лизосома. Поэтому болезнь Помпе называют нарушением лизосомального накопления.

Болезнь Помпе — накопление гликогена в клетках вследствие недостаточности GAA

Что такое гликоген, как он влияет на наши тренировки и можно ли увеличить его запасы в организме?

Гликоген – это полисахарид (длинная цепочка углеводов), который хранится в печени и скелетных мышцах и является источником глюкозы в периоды мышечной активности или отсутствия пищи.

В 1920-х годах стало очевидно, что углеводы выступают важным источником топлива для тренировки мышц. Чуть позже было доказано, что концентрация глюкозы в крови связана с утомляемостью во время марафонского бега, и что увеличение потребления углеводов перед забегом и питание по ходу дистанции предотвращали слабость и утомляемость. 

Несмотря на эти наблюдения и гораздо более раннее открытие гликогена в 1858 году, связь между содержанием углеводов в рационе, уровнем полисахаридов в мышцах и способностью выполнять больше физической работы подтвердилась лишь в 1960-х годах, когда группа скандинавских ученых воспользовалась методом мышечной биопсии (отсечение небольшого образца ткани для изучения), чтобы установить, что содержание мышечного гликогена оказывает значительное влияние на работоспособность.

Роль гликогена в организме

Способность спортсменов тренироваться день за днем ​​в значительной степени зависит от адекватного восполнения запасов гликогена в организме – процесса, который требует потребления достаточного количества углеводов с пищей и адекватного времени отдыха. Попытка новичков тренироваться несколько раз в день и последующее чувство усталости в том числе связано с исчерпаемостью запасов гликогена, которые дают нам необходимую энергию в процессе тренировок.

При планировании тренировочного процесса важно учитывать не только сами тренировки, но и сбалансированное питание и отдых. Также необходимо понимать, как конкретный вид спорта расходует запасы энергии.

Например, спорт на выносливость (бег, велоспорт, плавание, лыжи) выжигает значительные запасы углеводов и требует особого внимания к правильному питанию после тренировок, особенно длительных и интенсивных.

Где накапливается гликоген и как восполнить его запасы

Гликоген преимущественно накапливается в печени и скелетных мышцах. При этом данные депо (совокупный объем накопленных полисахаридов) выполняют разные функции и по разному питают организм.

Гликоген печени в основном поставляет глюкозу в кровоток во время периодов голодания, а тот, что хранится в скелетных мышцах, обеспечивает глюкозой мышечные волокна во время физической нагрузки. Следовательно, его содержание в печени уменьшается, когда вы долго не употребляете углеводы, а в мышцах концентрация полисахаридов падает после продолжительных и интенсивных тренировок.

Гликоген в печени преимущественно восстанавливается сразу после приема пищи. Этот процесс называется прямым синтезом гликогена.

С мышцами все немного сложнее. Сразу после физической нагрузки мышечные волокна, которые были задействованы в работе, метаболически подготавливаются к быстрому гликогенезу (процессу синтеза полисахаридов из глюкозы). Проще говоря, использование гликогена во время упражнений запускает его синтез в период восстановления.

Когда после тренировки углеводы попадают в организм с пищей, отработавшие на полную мышцы начинают усиленно поглощать глюкозу из еды, заполняя гликогеновые депо. Эта повышенная чувствительность может длиться до 48 часов. Именно поэтому важно после изматывающей тренировки сразу съесть что-то с высоким содержанием углеводов.

Особенно важно правильное питание во время многодневных соревнований, например, в велогонках. Если у спортсмена есть хотя бы 6 часов отдыха между этапами, то употребление углеводов из расчета 1-1,2 г на килограмм веса в час позволит восполнить до 80% опустевших депо к старту следующего отрезка гонки. 

Признаки и причины низкого уровня гликогена

Низкий уровень полисахаридов в организме будет выражаться в быстрой утомляемости при выполнении физических упражнений и умственной работе. Решить эту проблему поможет питание, богатое углеводами, и отдых.

Также встречаются метаболические заболевания – гликогенозы, 1 случай на 100-500 тысяч новорожденных. Эти нарушения обмена веществ вызваны дефицитом ферментов, влияющих на синтез гликогена в мышцах и клетках печени. Они проявляются в виде быстрой мышечной утомляемости, судорог при занятиях спортом и даже миопатии (поражениях мышц и нервов).

Можно ли повысить запасы гликогена и как?

Физические упражнения способствуют накоплению гликогена после тренировок. В задействованных в ходе занятий мышцах содержание полисахаридов во время восстановления быстро увеличивается, достигая со временем более высокого уровня, чем до начала тренировок (эффект суперкомпенсации). Соответственно, у регулярно тренирующихся людей запасы гликогена в организме будут выше, чем у нетренированных.

Важно понимать, что продукты питания сами по себе не повышают запасы гликогена, а лишь способствуют его более быстрому восполнению. Именно поэтому для регулярно тренирующихся или занятых физическим трудом людей важно контролировать достаточное содержание углеводов в рационе.

Какие продукты рекомендовано есть?

В первые часы после тренировки употребление продуктов с высоким гликемическим индексом (ГИ), например, сладостей, выпечки, риса или картофеля может ускорить восстановление гликогена в мышцах.

Также в двух исследованиях было доказано, что при недостатке углеводов в рационе прием дополнительных 0,3-0,4 г протеина на килограмм массы тела ускорял восполнение полисахаридов. В некоторых публикациях можно найти доказательства того, что прием креатина положительно влияет на синтез гликогена в мышцах в период отдыха после тренировок.

Еще один важный момент: учитывайте, что избыточное употребление углеводов не ускоряет процесс расширения гликогеновых депо у тренирующихся. Также длительное потребление большого количества углеводов не увеличивает содержание полисахаридов в скелетных мышцах у нетренированных людей. Питайтесь сбалансировано в соответствии с вашими тренировкам.

Подведем итоги:

• Гликоген – это наше топливо в периоды физических нагрузок и наш резервный источник энергии в периоды голодания.
• Он преимущественно накапливается в печени и мышцах.
• Объем запасов полисахаридов можно повысить за счет систематических тренировок и правильного сбалансированного питания.
• Чем выше тренированность, тем большей емкостью обладают гликогеновые депо.

Больше о тренировках, питании, спортивной медицине и спорте как занятии – в разделе «Здоровье»

Подписывайтесь на телеграм-канал Sports.ru о здоровье

Фото: pexels.com/Li Sun, RUN 4 FFWPU, Pixabay, Flo Dahm, Karolina Grabowska, JÉSHOOTS, Polina Tankilevitch

Накопление гликогена, центральный углеродный метаболизм и старение гемопоэтических стволовых клеток и клеток-предшественников

Все методы были выполнены в соответствии с соответствующими руководящими принципами и правилами.

Выделение гемопоэтических стволовых и клеток-предшественников (HPC)

Образцы костного мозга были взяты у людей из заднего гребня подвздошной кости с помощью иглы Ямшиди с отсасыванием на 5-7 различных уровнях примерно по 10 мл на каждом уровне ²⁹ . Исследование было одобрено Комитетом по этике для людей в Гейдельбергском университете, и от каждого человека было получено письменное информированное согласие.Мы набрали 17 субъектов в возрасте от 21 до 71 года для различных экспериментов в рамках этого исследования. Аспираты костного мозга обрабатывали плотностным фракционированием FICOLL для выделения мононуклеарных клеток (МНК). После окрашивания CD34-APC и CD14-PE (оба от BD Biosciences, Сан-Хосе, Калифорния) популяцию клеток CD34 + выделяли с использованием сортировщика клеток для проточной цитометрии FACSAria II (BD Biosciences). После сортировки клеток с активацией флуоресценции (FACS) отсортированные клетки анализировали на предмет их чистоты путем повторного анализа аликвоты соответствующей популяции клеток ¹⁰ .

Окрашивание периодической кислотой-Шиффом (PAS)

Цитопины получали в соответствии с инструкциями производителя с использованием центрифуги Cytospin 2 (Thermo-Shandon, Питтсбург, Пенсильвания, США). Вскоре 10.000 клеток CD34 + ресуспендировали в 100 мкл PBS и пипетировали внутрь специальной пластиковой камеры, соединенной специальным металлическим зажимом со стеклянным предметным стеклом и фильтрующей картой (Thermo-Shandon, Питтсбург, Пенсильвания, США), и центрифугировали при 700 об / мин для 5 мин.

Образованные цитоспины окрашивали с использованием метода Шиффа с периодической кислотой (PAS) (395B-1KT, Sigma-Aldrich, St Louis, MO) для определения накопления гликогена в каждой клетке в соответствии с инструкциями производителя.Вскоре клетки фиксировали 4% параформальдегидом, инкубировали с 0,5% раствором периодической кислоты в течение 5 минут и окрашивали реактивом Шиффа в течение 15 минут. Затем проводят контрастное окрашивание раствором гематоксилина в течение 1,5 мин. Все этапы выполнялись при комнатной температуре, и клетки промывались водопроводной водой после каждого этапа ³⁰ .

Полуколичественная оценка содержания гликогена

Для полуколичественной оценки различий в содержании гликогена среди клеток CD34 + и особенно различий в течение жизни мы разработали новую платформу для анализа изображений.Светлопольные изображения мазков HPC, окрашенных PAS, были получены с помощью микроскопа Olympus BH-2, оснащенного CMOS-камерой Panasonic GP-Kh332HM (8-битный RGB) и иммерсионным объективом 100x. Все изображения были сделаны с одинаковой настройкой освещения с использованием одной и той же камеры, чтобы получить стабильный, постоянный фоновый профиль. Следует отметить, что изображения были сделаны в течение 4 месяцев после подготовки образцов мазка, поскольку образцы показали значительное ухудшение цвета после 6 месяцев окрашивания.Полученные изображения анализировали с помощью программы ImageJ / Fiji ³¹ . Чтобы компенсировать неоднородную фоновую засветку и чувствительность матрицы датчиков, мы скорректировали фон в соответствии с \ (I_ {c} = 255 \ times \ left ({I_ {s} — I_ {d}} \ right) / \ left ({ I_ {b} — I_ {d}} \ right) \). \ (I_ {c} \) обозначает изображение после коррекции, а \ (I_ {s} \) — необработанное изображение образца. \ (I_ {b} \) и \ (I_ {d} \) — фоновые сигналы, полученные с открытыми и заблокированными световыми путями, соответственно ³² .

Чтобы оценить сигналы PAS из полученных изображений, мы сначала подвергли изображения с коррекцией фона широко используемой цветовой деконволюции с определенными цветовыми векторами ³³ . К сожалению, небольшие различия в тонах сделали деконволюцию цветов практически невозможной (Рисунок S1 в дополнительных материалах). Чтобы преодолеть разницу в тонах, мы преобразовали изображения с коррекцией фона из представления RGB (красный – зеленый – синий) в представление HSB (оттенок-насыщенность-яркость) ³⁴ с помощью подключаемого модуля Fiji Color Inspector 3D ³⁵ .Это позволяет нам параметризовать цвет каждого пикселя в оцифрованных изображениях как функцию значения оттенка (H) в угловом измерении от 0 ° до 360 °, в то время как насыщенность (S) и яркость (B) могут быть параметризованы линейно. размер от 0 до 1. Окрашивание гематоксилином характеризуется как «синий» фон при H ≈ 250 °, в то время как первоначально «красное» окрашивание PAS проявлялось как «пурпурный» субпик при H ≈ 270 °. Поскольку полученные гистограммы могут быть хорошо подогнаны к двум экспоненциально модифицированным функциям распределения Гаусса с использованием программного обеспечения IGOR (WaveMetrics, Inc., OR, США) соотношение площади пика PAS и общей площади под кривой использовалось в качестве точного показателя для количественного сравнения содержания гликогена. Как показано на фиг. 1A, B, положения пиков демонстрировали небольшие, но не пренебрежимо малые изменения от образца к образцу, что объясняет, почему деконволюция цвета с определенными цветовыми векторами не удалась.

Активность репрезентативных гликолитических ферментов

Основываясь на наблюдении значительного возрастного увеличения количества белков, участвующих в верхней части гликолиза, мы выполнили ферментативные анализы репрезентативных гликолитических ферментов в клетках CD34 +, происходящих из разных возрастных групп. .Методы были описаны в предыдущей публикации ³⁶ . Была оценена активность следующих ключевых ферментов гликолитического пути, гексокиназы, альдолазы, триозофосфат-изомеразы, а также аденилаткиназы. Клетки CD34 + инкубировали на льду в буфере ETC (20 мМ Трис-HCl pH 7,4, 250 мМ сахароза, 50 мМ KCl, 5 мМ MgCl2) с 0,015% дигитонином в течение 30 мин. Все ферменты, добавленные в буфер для связанных ферментативных анализов, были приобретены у Sigma-Aldrich и получены из мышц кролика.Во всех системах анализа активность определялась с добавлением субстрата и без него для вычитания неспецифического фона. Активность гексокиназы оценивали как восстановление НАДФ в буфере ЕТС, содержащем 1 мМ АТФ, 1 мМ глюкозу, 0,5 мМ НАДФ, 0,05 Ед / мл глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Активность триозофосфат-изомеразы определяли по окислению НАДН в буфере ЕТС, содержащем 0,2 мМ НАДН, 4,9 мМ DL-глицеральдегид-3-фосфат, 0,4 Ед / мл α-глицерофосфатдегидрогеназы (GPD1). Активность пируваткиназы детектировали как окисление НАДН в буфере ЕТС, содержащем 0.1 мМ фосфоенолпируват, 1 мМ АДФ, 0,5 мМ НАДН, 2 Ед / мл ЛДГ. Активность аденилаткиназы определяли как восстановление НАДФ в буфере ЕТС, содержащем 1 мМ АДФ, 1 мМ глюкозу, 0,5 мМ НАДФ, 1 ед. / Мл HK и 0,05 ед. / Мл глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы при pH 7,5 и 37 ° C.

Основной проблемой ферментных анализов для образцов человека является биологическая дисперсия, которая не может быть объяснена нормализацией белка или подсчетом числа клеток, что делает данные очень зашумленными. С этой целью мы нормализовали ферменты, которые были связаны с фенотипом с высокой степенью гликолиза, с ферментами, связанными с нормальным гликолитическим состоянием, причем последний является пируваткиназой с «высоким сродством».Эта внутренняя нормализация, буквально внутри самого гликолитического пути, устраняет много шума и учитывает индивидуальные различия в общей активности гликолиза.

Классификация подмножеств HPC по способностям поглощения глюкозы

Поглощение глюкозы клетками CD34 + определяли с использованием набора для анализа поглощения глюкозы Cayman’s Gluosis Assay-Kit (Cayman Chemical, Michigan, USA). Этот набор определяет непосредственно поглощение глюкозы клетками с использованием флуоресцентно меченного аналога дезоксиглюкозы 2-NBDG (2 — [(7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол-4-ил) амино] -d-глюкоза).Ингибитор транспорта глюкозы, опосредованный GLUT1, апигенин, флавоноид, используется в качестве контроля. Преимущество этого метода заключается в том, что клетки остаются жизнеспособными после оценки, и затем клетки CD34 + могут быть разделены с помощью FACS-Sorter в соответствии с их уровнями метаболизма глюкозы ³⁷ .

Секвенирование одноклеточной РНК и обработка данных

В этом исследовании мы повторно проанализировали ранее опубликованные наборы данных scRNA seq ¹⁰ . Подробно описаны детали секвенирования РНК одной клетки.Вкратце, библиотеки секвенирования из 192 отдельных клеток CD34 + + на донора были созданы на основе протокола smart-seq2 Picelli et al. ³⁸ и процедура мечения Hennig et al. ³⁹ . Единичные CD34-положительные клетки были отсортированы с помощью FACS непосредственно в 96-луночные планшеты, содержащие 4,4 мкл лизирующего буфера на лунку. Лизаты инкубировали в течение 3 минут при 72 ° C и хранили на льду, добавляя смесь для обратной транскрипции (RT). Для ПЦР использовали двадцать два цикла. Затем 25 мкл воды, свободной от нуклеаз, и 30 мкл SPRIselect (Beckman Coulter) (1: 0.6). После инкубации, удаления надосадочной жидкости и сушки для элюирования применяли 13 мкл воды, свободной от нуклеаз, и отбирали 11 мкл для второй стадии очистки. Добавляли 40 мкл воды, свободной от нуклеаз, и 25 мкл SPRIselect (соотношение 1: 0,5), и после инкубации, удаления надосадочной жидкости и сушки для элюции применяли 13 мкл воды, свободной от нуклеаз. 1,25 мкл супернатанта использовали для мечения ³⁹ . Tn5 смешивали с равными количествами Tn5ME-A / Tn5MErev и Tn5ME-B / Tn5MErev и инкубировали при 23 ° C в течение 30 мин.Загруженный Tn5 и образец инкубировали при 55 ° C в течение 3 минут в 10 мМ Трис-HCl pH 7,5, 10 мМ MgCl2 и 25% диметилформамиде. Реакцию останавливали 0,2% SDS на 5 мин при комнатной температуре. Предварительная обработка данных одной ячейки выполнялась с использованием языка программирования R. Необработанные чтения обрабатывались с использованием последней версии конвейера Salmon (v0.9.1) ⁴⁰ , с индексом, полученным из данных транскриптома из сборки hg38 для целей сопоставления ( https://ftp.ensembl.org/pub/release-87/fasta/homo_sapiens/cdna/Homo_sapiens.ГРЧ48.cdna.all.fa.gz). Матрица подсчета, созданная для отдельных транскриптов в клетках в каждом образце, затем была подвергнута дальнейшей обработке с использованием пакета Bioconductor tximport ⁴¹ . Полученные в результате таблицы подсчета были проанализированы с использованием пакета Bioconductor simpleSingleCell (версия 1.2.0) ⁴² . Рабочий процесс вычислительной обработки этих данных транскриптомики отдельных клеток резюмирован на рисунке S3 в дополнительных материалах. В дополнительном документе таблицы Excel суммируют результаты анализа онтогенеза генов, а также анализа путей данных секвенирования одноклеточной РНК.Для анализа GO применялись пакеты R clusterProfiler ¹⁴ и topGO ¹⁵ ; для анализа путей мы провели точный тест Фишера для путей, извлеченных из базы данных Reactome ¹⁶ .

Гликоген — обзор | Темы ScienceDirect

6.15.2.1 Бактериальный гликоген

Гликоген содержится во многих бактериях и накапливается в условиях окружающей среды, где рост ограничен и имеется избыток углерода. ^{7,8,10,11,24–26} Было показано, что накопление гликогена происходит в стационарной фазе цикла роста из-за ограничений в источнике серы, азота или фосфата.Гликоген не требуется для роста бактерий, и мутанты с дефицитом гликогена могут расти так же, как их штаммы дикого типа. Биологические функции бактериального гликогена были рассмотрены ²⁵ , и в условиях отсутствия доступного источника углерода гликоген, вероятно, используется для сохранения целостности клеток. Бактериям требуется энергия для поддержания в условиях отсутствия роста, и эта «энергия поддержания» является энергией, необходимой для таких процессов, как поддержание подвижности и внутриклеточного pH, хемотаксический ответ, обмен белков и РНК и осмотическая регуляция.В среде, лишенной источника углерода, Escherichia coli и Enterobacter aerogenes , содержащие гликоген, не разрушают свои РНК и белковые компоненты. Напротив, гликоген-дефицитные бактерии выделяют NH ₃ из своих азотсодержащих компонентов. ²⁶ Гликоген-содержащий E. aerogenes , E. coli и Streptococcus mitis также выживают лучше, чем эти организмы без гликогена. Другая функция гликогена предлагается для различных видов Clostridia . Clostridia может накапливать гликоген до 60% от своего сухого веса, и до образования спор гликоген быстро разрушается. ²⁷ Clostridial гликоген-дефицитные штаммы являются плохими спорообразующими, что позволяет предположить, что гликоген служит источником углерода и энергии для образования и созревания спор. Хотя эти исследования предполагают, что гликоген играет роль в выживании бактерий, богатые гликогеном клетки Sarcina lutea умирают быстрее при недостатке фосфатного буфера, чем клетки без полисахарида. ²⁸

Реферат 433: Накопление гликогена при агрессивном раке груди во время воздействия гипоксии

Труды: Ежегодное собрание AACR 2017; 1-5 апреля 2017 г .; Вашингтон, округ Колумбия

Abstract

Выделение конкретных метаболических изменений при агрессивном тройном негативном и воспалительном раке молочной железы представляет собой убедительное направление для разработки методов лечения этих заболеваний. Способность рака использовать различные метаболические пути для увеличения выживаемости и пролиферации хорошо известна.Действительно, мы ранее описали серию метаболических адаптаций в линии клеток тройного отрицательного воспалительного рака молочной железы SUM149 и продемонстрировали роль малой GTPase RhoC в метаболическом фенотипе клеточной линии.

В этой работе мы стремимся описать механизм выживания раковых клеток, которые находятся в гипоксической среде. Гипоксическая выживаемость или рост часто необходимы в центре растущей опухолевой массы или если опухоль растет в лимфатической системе, как это часто бывает при воспалительном раке молочной железы.Здесь мы исследуем регуляцию уровня гликогена при раке груди и нормальных клеточных линиях в атмосфере и среде с 1% кислорода. Запасы глюкозы обычно хранятся в клетках печени и мышц в виде полисахаридного гликогена. Повышенные уровни гликогена ранее наблюдались при различных формах рака, а недавние исследования показали важность метаболизма гликогена в обеспечении выживания раковых клеток. Мы предполагаем, что агрессивный рак молочной железы использует модификации путей синтеза и деградации гликогена для обеспечения гибкости питания, поскольку они размножаются и проникают в различные среды.Клеточные линии MCF10A, SUM149 и SUM190 демонстрируют более чем 10-кратное увеличение накопления гликогена в условиях гипоксического роста. Клетки MDA-MB-231 также увеличивают запасы гликогена, хотя на уровне порядка 2-3 раз выше при гипоксии по сравнению с нормоксическим ростом. Кондиционированные среды для всех клеточных линий в нормоксических и гипоксических условиях анализировали на уровни глюкозы и лактата, чтобы определить изменения в потреблении метаболитов.

Представленные данные указывают на неожиданное накопление гликогена в ответ на гипоксические условия.Исследования по определению механизмов, посредством которых происходят эти изменения, и почему они важны для продолжения выживания и роста раковых клеток, продолжаются и будут представлены.

Формат цитирования: Megan Altemus, Joel Yates, ZhiFen Wu, LiWei Bao, Sofia Merajver. Накопление гликогена при агрессивном раке груди при воздействии гипоксии [аннотация]. В: Материалы ежегодного собрания Американской ассоциации исследований рака, 2017 г .; 1-5 апреля 2017 г .; Вашингтон. Филадельфия (Пенсильвания): AACR; Cancer Res 2017; 77 (13 Suppl): Аннотация № 433.DOI: 10.1158 / 1538-7445.AM2017-433

• © Американская ассоциация исследований рака, 2017 г.

(PDF) Гипергликемия вызывает метаболическую дисфункцию и накопление гликогена в β-клетках поджелудочной железы

Культура клеток INS-1. Клетки INS-1 832-13 культивировали при 37 ° C во влажной атмосфере

с 5% CO

2

/95% воздуха в RPMI (Gibco ref: 31870–025) с добавлением

: 10% FBS (Ref-10270–106; Lot-41F6 245C), 50 мМБ-меркаптоэтанола, 1 мМ

пируват натрия , 10 мМ HEPES, 1% ручка / стреп, 1% глутамакс.Стандартная концентрация glu-

cose составляла 11 мМ. Для экспериментов клетки засевали в 11 мМ глюкозы

на 24 часа, а затем среду меняли на 2 мМ или 25 мМ глюкозы в течение 24 часов перед сбором. Нокдаун UGP2 был достигнут с использованием липофектамина

RNAiMAX (Invitrogen, CA, USA) и 20 пмолей siRNA, направленной против крысиного

UGP-2 (Invitrogen Silencer select RNAi). Стелс-РНК-интерференция siRNA

Негативная контрольная среда GC (Invitrogen) использовалась в качестве контроля.После нокдауна

в течение 72 часов клетки заражали в течение 48 часов 5 мМ или 25 мМ глюкозы

и экстрагировали мРНК и белок.

Статистика. Данные представляют собой средние значения ± s.e.m. от указанного количества опытов.

Значимость проверяли с использованием однофакторного дисперсионного анализа, U-критерия Манна – Уитни, t-критерия Стьюдента

и апостериорного критерия Бонферрони, как указано.

Доступность данных. Данные микромассивов доступны в базе данных ArrayExpress

(www.ebi.ac.uk/arrayexpress в рамках эксперимента E-MTAB-5086). Данные RNAseq

можно найти в базе данных GEO с регистрационным номером GSE86949

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo). Авторы заявляют, что все данные, подтверждающие

результатов этого исследования, доступны в документе (и дополнительных информационных файлах

) или могут быть получены от авторов по разумному запросу.

Ссылки

1. Weir, G.C., Aguayo-Mazzucato, C. & Bonner-Weir, S.Дедифференцировка бета-клеток

при диабете важна, но что это такое? Островки 5, 233–237

(2013).

2. Jonas, J.C. et al. Хроническая гипергликемия вызывает потерю дифференцировки бета-клеток поджелудочной железы

на животной модели диабета. J. Biol. Chem. 274, 14112–14121

(1999).

3. Brereton, M. F. et al. Обратимые изменения в структуре островков поджелудочной железы и функции

, вызванные повышенным уровнем глюкозы в крови. Nat. Commun. 5, 4639 (2014).

4. Girard, C.A. et al. Экспрессия активирующей мутации в гене, кодирующем

субъединицы Kir6.2 KATP-канала в бета-клетках поджелудочной железы мышей, повторяет

неонатальный диабет. Журнал клинических исследований 119, 80–90 (2009).

5. Хенкин, Дж. С. Запуск и усиление путей регуляции секреции инсулина

глюкозой. Диабет 49, 1751–1760 (2000).

6. Gloyn, A. L. et al. Активирующие мутации в гене, кодирующем АТФ-чувствительную субъединицу калиевого канала

Kir6.2 и постоянный неонатальный диабет. N. Engl. J.

Med. 350, 1838–1849 (2004).

7. Хаттерсли, А. Т. и Эшкрофт, Ф. М. Активирующие мутации в Kir6.2 и неонатальном диабете

: новые клинические синдромы, новые научные открытия и новая терапия.

Диабет 54, 2503–2513 (2005).

8. Эшкрофт, Ф. М. Лекция по физиологии Уолтера Б. Кэннона в перспективе, 2007.

АТФ-чувствительные K-каналы и болезнь: от молекулы к болезни. Являюсь. J.

Physiol.Эндокринол. Метаб. 293, E880 – E889 (2007).

9. Гриббл, Ф. М. и Рейманн, Ф. Снова о действии сульфонилмочевины: эпоха после клонирования

. Диабетология 46, 875–891 (2003).

10. Бабикер Т. и др. Успешный переход на сульфонилмочевину при диабете KCNJ11 новорожденных

определяется мутацией и продолжительностью диабета. Диабетология

59, 1162–1166 (2016).

11. O’Connell, S.M. et al. Значение исследований in vitro в случае неонатального диабета

с новым Kir6.2-W68G мутация. Clin. Case Rep. 3, 884–887 (2015).

12. Зунг, А., Глейзер, Б., Нимри, Р., Задик, З. Лечение глибенкламидом в

перманентном неонатальном сахарном диабете из-за активирующей мутации в Kir6.2.

J. Clin. Эндокринол. Метаб. 89, 5504–5507 (2004).

13. Ферстаппен С. и Мул Д. «Живописный» случай перехода от подкожного

к пероральному лечению диабета новорожденных. BMJ Case Rep.2014, bcr2013202912

(2014).

14. Thurber, B. W. et al. Возраст на момент начала приема сульфонилмочевины влияет на результаты лечения

при неонатальном диабете, связанном с KCNJ11. Диабетология 58,

1430–1435 (2015).

15. Пирсон, Э. Р. и др. Переход с инсулина на пероральные препараты сульфонилмочевины у пациентов с диабетом

из-за мутаций Kir6.2. N. Engl. J. Med. 355. С. 467–477 (2006).

16. Ван, З., Йорк, Н. В., Николс, К. Г. и Ремеди, М. С. Бета-клетки поджелудочной железы

дедифференцировка при диабете и повторная дифференцировка после инсулиновой терапии.

Cell Metab. 19, 872–882 (2014).

17. Виллар-Паласи, С. и Гуиноварт, Дж. Дж. Роль глюкозо-6-фосфата в контроле гликогенсинтазы

. FASEB J. 11, 544–558 (1997).

18. Граф Р. и Клессен К. Гликоген в островках поджелудочной железы крыс с стероидным диабетом.

Гистохимическое определение и локализация углеводов с использованием иммуноцитохимического метода

. Гистохимия 73, 225–232 (1981).

19. Котулас, О. Б., Каламидас, С. А. и Кондомеркос, Д. Дж. Аутофагия гликогена в гомеостазе глюкозы

. Патол. Res. Практик. 202, 631–638 (2006).

20. Роуч, П. Дж., Депаоли-Роуч, А. А., Херли, Т. Д. и Тальабраччи, В. С. Гликоген

и его метаболизм: некоторые новые разработки и старые темы. Biochem. J. 441,

763–787 (2012).

21. Ebato, C. et al. Аутофагия важна для гомеостаза островков и компенсирующего увеличения массы бета-клеток в ответ на диету с высоким содержанием жиров.Cell Metab. 8, 325–332

(2008).

22. Kim, J. et al. Накопление амилоидогенного пептидного олигомера в

бета-клетках, дефицитных по аутофагии, вызывает диабет. J. Clin. Инвестировать. 124, 3311–3324

(2014).

23. Ривера, Дж. Ф., Костес, С., Гурло, Т., Глейб, К. Г. и Батлер, П. С. Аутофагия

защищает бета-клетки поджелудочной железы от токсичности

, индуцированной амилоидным полипептидом островков человека. J. Clin. Инвестировать. 124, 3489–3500 (2014).

24.Shigihara, N. et al. Токсичность бета-клеток поджелудочной железы, индуцированная IAPP человека, и ее регуляция

посредством аутофагии. J. Clin. Инвестировать. 124, 3634–3644 (2014).

25. Jung, H. S. et al. Потеря аутофагии снижает массу бета-клеток поджелудочной железы и снижает функцию

, что приводит к гипергликемии. Cell Metab. 8, 318–324 (2008).

26. Канг Р., Зе, Х. Дж., Лотце, М. Т. и Танг, Д. Сеть Beclin 1 регулирует

аутофагию и апоптоз. Смерть клетки отличается. 18. С. 571–580 (2011).

27. Matschinsky, F. M. & Ellerman, J. E. Метаболизм глюкозы в островках

Лангерганса. J. Biol. Chem. 243, 2730–2736 (1968).

28. Malaisse, W. J., Marynissen, G. & Sener, A. Возможная роль накопления гликогена

в B-клеточной глюкотоксичности. Метаболизм 41, 814–819 (1992).

29. Ling, Z. et al. Влияние хронически повышенных уровней глюкозы на функциональные свойства

бета-клеток поджелудочной железы крыс. Diabetes 45, 1774–1782 (1996).

30. Торновский-Бабей, С. и др. Диабет 2 типа и врожденный гиперинсулинизм

вызывают двухцепочечные разрывы ДНК и активность р53 в бета-клетках. Cell Metab. 19,

109–121 (2014).

31. Boya, P. et al. Подавление макроаутофагии запускает апоптоз. Мол. Cell Biol.

25, 1025–1040 (2005).

32. Хур, К. Ю., Юнг, Х. С. и Ли, М. С. Роль аутофагии в функции бета-клеток и

масс. Диабет Ожирение. Метаб. 12. С. 20–26 (2010).

33. Отто, М., Брейнхольт, Дж. И Вестергаард, Н. Метформин ингибирует синтез гликогена

и глюконеогенез в культивируемых гепатоцитах крыс. Диабет Ожирение.

Метаб. 5. С. 189–194 (2003).

34. Гринберг, К. С., Данос, А. М. и Брэди, М. Дж. Центральная роль белка, нацеливающего

на гликоген, в поддержании клеточных запасов гликогена в адипоцитах 3T3-L1.

Мол. Cell Biol. 26, 334–342 (2006).

35. Johnson, L. N. et al.Кристаллографические исследования связывания аллостерического ингибитора

глюкозо-6-фосфата с T-состоянием гликогенфосфорилазы b. J. Mol. Биол. 232,

253–267 (1993).

36. Toreson, W. E. Гликогеновая инфильтрация (так называемая отечная дегенерация) в поджелудочной железе

при сахарном диабете человека и экспериментальном сахарном диабете. Являюсь. J. Pathol. 27,

327–347 (1951).

37. Talchai, C., Xuan, S., Lin, H. V., Sussel, L. & Accili, D. Панкреатическая бета

дедифференцировка клеток как механизм диабетической бета-клеточной недостаточности.Cell 150,

1223–1234 (2012).

38. Канг, Дж., Дай, X. С., Ю, Т. Б., Вэнь, Б. и Янг, З. В. Накопление гликогена в

почечных канальцах, ключевое морфологическое изменение в почках крыс с диабетом. Acta

Диабетол. 42, 110–116 (2005).

39. Nannipieri, M. et al. Влияние длительного диабета на метаболизм почечного гликогена

у крыс. Нефрон 87, 50–57 (2001).

40. Бамри-Эззин, С., Ао, З. Дж., Лондоно, И., Гинграс, Д. и Бендаян, М.Апоптоз

эпителиальных клеток канальцев при гликогеновом нефрозе при диабете. Лаборатория. Инвестировать. 83,

1069–1080 (2003).

41. Duran, J., Gruart, A., Garcia-Rocha, M., Delgado-Garcia, J. M. & Guinovart, J. J.

Накопление гликогена лежит в основе нейродегенерации и аутофагии

нарушения при болезни Лафора. Гм. Мол. Genet. 23. С. 3147–3156 (2014).

42. Duran, J. et al. Вредные эффекты накопления гликогена в нейронах у животных

,

и мышей.EMBO Mol. Med. 4, 719–729 (2012).

43. Valles-Ortega, J et al. Нейродегенерация и функциональные нарушения

, связанные с накоплением гликогенсинтазы на мышиной модели болезни Lafora

. EMBO Mol. Med. 2011. Т. 3. С. 667–681.

44. Mir-Coll, J. et al. Генетические модели исключают основную роль гликогена бета-клеток

в контроле гомеостаза глюкозы. Диабетология 59, 1012–1020

(2016).

45. Malaisse, W. J. Роль метаболизма гликогена в функции бета-клеток островков поджелудочной железы

.Диабетология 59, 2489–2491 (2016).

46. Benninger, R.K. et al. Дефекты в передаче Са (2) бета-клеток, метаболизме глюкозы

и секреции инсулина на мышиной модели канала К (АТФ)

индуцировали неонатальный сахарный диабет. Диабетология, 54, 1087–1097 (2011).

47. Паттерсон, Г. Х., Кнобель, С. М., Архаммар, П., Таструп, О. и Пистон, Д. У.

Разделение глюкозо-стимулированных цитоплазматических и митохондриальных ответов NAD (P) H

в бета-клетках панкреатических островков.Proc. Natl Acad. Sci. USA 97, 5203–5207

(2000).

48. Дентон, Р. М. Регулирование митохондриальных дегидрогеназ ионами кальция.

Биохим. Биофиз. Acta 1787, 1309–1316 (2009).

49. Лю В., Придди Т. С. и Карлсон Г. М. Физико-химические изменения киназы фосфорилазы

, связанные с ее активацией. Protein Sci. 17, 2111–2119 (2008).

СТАТЬЯ ПРИРОДА СВЯЗИ | DOI: 10.1038 / ncomms13496

14 СВЯЗЬ В ПРИРОДЕ | 7: 13496 | DOI: 10.1038 / ncomms13496 | www.nature.com/naturecommunications

Физиологические эффекты инсулина

Физиологические эффекты инсулина

Встаньте на углу и спросите людей, знают ли они, что такое инсулин, и многие ответят: « Разве это не связано с уровнем сахара в крови? » Действительно, это правильно, но такой ответ немного похож на говоря «Моцарт? Разве он не был музыкантом?»

Инсулин играет ключевую роль в контроле промежуточного метаболизма, и в целом картина заключается в том, что он организует использование топлива для хранения или окисления.Благодаря этим действиям инсулин оказывает глубокое влияние как на углеводный, так и на липидный обмен, а также оказывает значительное влияние на метаболизм белков и минералов. Следовательно, нарушения передачи сигналов инсулина оказывают разрушительное воздействие на многие органы и ткани.

Рецептор инсулина и механизм действия

Подобно рецепторам других белковых гормонов, рецептор инсулина встроен в плазматическую мембрану. Рецептор инсулина состоит из двух альфа-субъединиц и двух бета-субъединиц, связанных дисульфидными связями.Альфа-цепи представляют собой полностью внеклеточные и внутренние инсулино-связывающие домены, в то время как связанные бета-цепи проникают через плазматическую мембрану.

Рецептор инсулина — тирозинкиназа. Другими словами, он функционирует как фермент, который переносит фосфатные группы от АТФ к остаткам тирозина на внутриклеточных белках-мишенях. Связывание инсулина с альфа-субъединицами заставляет бета-субъединицы фосфорилировать себя (аутофосфорилирование), тем самым активируя каталитическую активность рецептора.Затем активированный рецептор фосфорилирует ряд внутриклеточных белков, что, в свою очередь, изменяет их активность, тем самым вызывая биологический ответ.

Несколько внутриклеточных белков были идентифицированы как субстраты фосфорилирования для рецептора инсулина, наиболее изученным из которых является субстрат рецептора инсулина 1 или IRS-1. Когда IRS-1 активируется путем фосфорилирования, происходит множество вещей. Помимо прочего, IRS-1 служит своего рода стыковочным центром для набора и активации других ферментов, которые в конечном итоге опосредуют эффекты инсулина.Более подробно эти процессы представлены в разделе «Передача инсулинового сигнала».

Инсулин и метаболизм углеводов

Глюкоза высвобождается из пищевых углеводов, таких как крахмал или сахароза, путем гидролиза в тонком кишечнике, а затем всасывается в кровь. Повышенные концентрации глюкозы в крови стимулируют высвобождение инсулина, а инсулин действует на клетки всего тела, стимулируя усвоение, использование и хранение глюкозы. Влияние инсулина на метаболизм глюкозы зависит от ткани-мишени.Два важных эффекта:

1. Инсулин способствует поступлению глюкозы в мышечные, жировые и некоторые другие ткани. Единственный механизм, с помощью которого клетки могут поглощать глюкозу, — это облегченная диффузия через семейство переносчиков гексозы. Во многих тканях, главным примером которых являются мышцы, основной транспортер, используемый для поглощения глюкозы (называемый GLUT4), становится доступным в плазматической мембране под действием инсулина.

При низких концентрациях инсулина переносчики глюкозы GLUT4 присутствуют в цитоплазматических везикулах, где они бесполезны для транспортировки глюкозы.Связывание инсулина с рецепторами на таких клетках быстро приводит к слиянию этих везикул с плазматической мембраной и встраиванию переносчиков глюкозы, тем самым давая клетке способность эффективно поглощать глюкозу. Когда уровень инсулина в крови снижается и рецепторы инсулина больше не заняты, переносчики глюкозы возвращаются обратно в цитоплазму.

Здесь следует отметить, что есть некоторые ткани, которым не требуется инсулин для эффективного усвоения глюкозы: важными примерами являются мозг и печень.Это связано с тем, что эти клетки используют не GLUT4 для импорта глюкозы, а другой переносчик, который не зависит от инсулина.

2. Инсулин стимулирует печень накапливать глюкозу в форме гликогена. Большая часть глюкозы, абсорбированной из тонкого кишечника, немедленно поглощается гепатоцитами, которые превращают ее в запасной полимерный гликоген.

Инсулин оказывает на печень несколько эффектов, стимулирующих синтез гликогена. Во-первых, он активирует фермент гексокиназу, который фосфорилирует глюкозу, удерживая ее внутри клетки.По совпадению, инсулин подавляет активность глюкозо-6-фосфатазы. Инсулин также активирует несколько ферментов, которые непосредственно участвуют в синтезе гликогена, включая фосфофруктокиназу и гликогенсинтазу. Итоговый эффект очевиден: , когда глюкоза в изобилии, инсулин «говорит» печени сохранять как можно больше глюкозы для дальнейшего использования.

3. Хорошо известным эффектом инсулина является снижение концентрации глюкозы в крови , что должно иметь смысл с учетом механизмов, описанных выше.Еще одно важное соображение заключается в том, что при падении концентрации глюкозы в крови секреция инсулина прекращается. В отсутствие инсулина большая часть клеток в организме становится неспособной усваивать глюкозу и начинает переключаться на использование альтернативных видов топлива, таких как жирные кислоты, для получения энергии. Однако нейроны нуждаются в постоянном поступлении глюкозы, которая в краткосрочной перспективе обеспечивается за счет запасов гликогена.

Когда уровень инсулина в крови падает, синтез гликогена в печени снижается и ферменты, ответственные за распад гликогена, становятся активными.Распад гликогена стимулируется не только отсутствием инсулина, но и наличием глюкагона, который секретируется, когда уровень глюкозы в крови падает ниже нормального диапазона.

Инсулин и метаболизм липидов

Методы метаболизма жиров и углеводов глубоко и сложно переплетены. Принимая во внимание глубокое влияние инсулина на метаболизм углеводов, понятно, что инсулин также имеет важные эффекты на метаболизм липидов, в том числе следующие:

1. Инсулин способствует синтезу жирных кислот в печени. Как обсуждалось выше, инсулин стимулирует синтез гликогена в печени. Однако по мере накопления гликогена до высоких уровней (примерно 5% от массы печени) дальнейший синтез сильно подавляется.

Когда печень насыщается гликогеном, любая дополнительная глюкоза, принимаемая гепатоцитами, направляется в пути, ведущие к синтезу жирных кислот, которые выводятся из печени в виде липопротеинов. Липопротеины расщепляются в кровотоке, обеспечивая свободные жирные кислоты для использования в других тканях, включая адипоциты, которые используют их для синтеза триглицеридов.

2. Инсулин подавляет расщепление жира в жировой ткани , ингибируя внутриклеточную липазу, которая гидролизует триглицериды с высвобождением жирных кислот.

Инсулин способствует проникновению глюкозы в адипоциты, и внутри этих клеток глюкоза может использоваться для синтеза глицерина. Этот глицерин вместе с жирными кислотами, поступающими из печени, используется для синтеза триглицеридов в адипоцитах. Посредством этих механизмов инсулин участвует в дальнейшем накоплении триглицеридов в жировых клетках.

С точки зрения всего организма, инсулин способствует сохранению жира. Он не только побуждает большинство клеток предпочтительно окислять углеводы вместо жирных кислот для получения энергии, но и косвенно стимулирует накопление жира в жировой ткани.

Другие заметные эффекты инсулина

Помимо действия инсулина на проникновение глюкозы в клетки, он также стимулирует усвоение аминокислот, что опять же способствует его общему анаболическому эффекту. Когда уровень инсулина низкий, например, при голодании, баланс сдвигается в сторону внутриклеточной деградации белка.

Инсулин также увеличивает проницаемость многих клеток для ионов калия, магния и фосфата. Влияние на калий клинически важно. Инсулин активирует натрий-калиевые АТФазы во многих клетках, вызывая приток калия в клетки. При определенных обстоятельствах инъекция инсулина может убить пациента из-за его способности резко снижать концентрацию калия в плазме.

Инсулино-дефицитные и избыточные заболевания

Сахарный диабет, возможно, самое серьезное метаболическое заболевание человека, является состоянием дефицита инсулина. Это также серьезная причина болезней собак и кошек. Различают две основные формы этого заболевания:

• Тип 1 или инсулинозависимый сахарный диабет является результатом явного дефицита инсулина. Заболевание обычно начинается в детстве. Это происходит из-за разрушения бета-клеток поджелудочной железы, что, скорее всего, является результатом аутоиммунитета к одному или нескольким компонентам этих клеток. Многие острые эффекты этого заболевания можно контролировать с помощью заместительной инсулиновой терапии.Поддержание жесткого контроля концентрации глюкозы в крови путем мониторинга, лечения инсулином и диетического контроля сведет к минимуму долгосрочные неблагоприятные воздействия этого заболевания на кровеносные сосуды, нервы и другие системы органов, обеспечивая здоровый образ жизни.
• Сахарный диабет 2 типа или инсулиннезависимый начинается как синдром инсулинорезистентности. То есть ткани-мишени не реагируют должным образом на инсулин. Обычно это заболевание начинается в зрелом возрасте.Несмотря на огромные исследовательские усилия, трудно установить точную природу дефектов, ведущих к диабету II типа, а патогенез этого состояния явно многофакторный. Ожирение, несомненно, является основным фактором риска, но в некоторых случаях крайнего ожирения у людей и животных чувствительность к инсулину является нормальной. Поскольку нет, по крайней мере на начальном этапе, неспособности секретировать адекватное количество инсулина, инъекции инсулина бесполезны для терапии. Скорее болезнь контролируется с помощью диетической терапии и гипогликемических средств.Однако значительному числу людей с диабетом 2 типа требуется инсулин.

Гиперинсулинемия или чрезмерная секреция инсулина чаще всего является следствием инсулинорезистентности, связанной с диабетом 2 типа или метаболическим синдромом. Реже гиперинсулинемия возникает в результате инсулино-секретирующей опухоли (инсулиномы) поджелудочной железы. Гиперинсулинемия из-за случайной или преднамеренной инъекции чрезмерного количества инсулина опасна и может быть очень опасной для жизни, поскольку уровень глюкозы в крови быстро падает, а мозг испытывает недостаток энергии (инсулиновый шок).

Последнее обновление: февраль 2019 г. Отправляйте комментарии по адресу [email protected]

Боснийский перевод этой страницы был сделан Аминой Дугалич и доступен в боснийском переводе

Финский перевод этой страницы был сделан Эльзой Янссон и доступен на финском переводе

Французский перевод этой страницы был создан Матильдой Гиберт и доступен в французском переводе

.

Перевод на иврит этой страницы был сделан Карен Энн Гейман и доступен в переводе на иврит

Латышский перевод этой страницы был сделан Маргаретой Сливка и доступен в латышском переводе

Русский перевод этой страницы был сделан Ольгой Федоровой и доступен в русском переводе

Словацкий перевод этой страницы был сделан Катариной Хорник и доступен в словацком переводе

Шведский перевод этой страницы был создан Давидом Муккиано и доступен в шведском переводе

Украинский перевод этой страницы был создан Анной Матеш и доступен в украинском переводе

Новое исследование предполагает, что избыток гликогена может вызвать метаболический синдром

Болезни накопления гликогена — это сложные состояния, при которых организм не может должным образом накапливать или расщеплять гликоген.Гликоген — это полисахарид, который откладывается в тканях тела, где накапливает энергию, которая может быстро расщепляться для удовлетворения энергетических потребностей организма.

«Болезни накопления гликогена встречаются редко, большинство из них возникает примерно у одного из 20 000 живорождений; Люди с болезнью накопления гликогена могут иметь патологию в печени, мышцах и других частях тела, когда гликоген накапливается в избытке », — говорит Элизабет Спелиотс, доктор медицины, доктор философии, магистр здравоохранения, гастроэнтеролог и доцент кафедры внутренней медицины в Michigan Medicine.«Повышенный уровень гликогена в печени увеличивает ослабление компьютерной томографии печени и теперь может быть обнаружен в любом крупном исследовании на людях, где у нас есть такие изображения для анализа».

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism , Speliotes возглавил группу экспертов для изучения связи между генетическими вариантами в геноме человека и ослаблением в печени у более чем 15 000 человек в нескольких популяциях.

Команда обнаружила один вариант в некодирующей области генома, который значительно увеличивал аттенюацию печени: «Когда дело дошло до происхождения пациентов в нашем исследовании, вариант присутствовал примерно у 1% азиатских людей, 8% европейских людей. , 12% африканцев и 18% латиноамериканцев.Таким образом, это гораздо более распространено, чем традиционные варианты болезни накопления гликогена в популяции », — говорит Спелиотес.

ПОДРОБНЕЕ В ЛАБОРАТОРИИ: Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку новостей

Юэ Чен, доктор философии, который также является ведущим автором исследования и научным сотрудником Мичиганского университета, отмечает, что «с помощью CRISPR-Cas9 мы смогли создать небольшую делецию, охватывающую область, где генетический вариант лежит в линии клеток печени человека. Это показало нам, что это изменение приводит к увеличению накопления гликогена для создания модели клеточной линии соответствующего заболевания человека.”

Команда также обнаружила, что этот некодирующий вариант причинно способствует развитию всех аспектов метаболического синдрома человека у двух больших групп пациентов, включая Инициативу геномики штата Мичиган.

Согласно их исследованиям, этот вариант способствует увеличению индекса массы тела, окружности талии, риска развития диабета, артериального давления и уровня триглицеридов в сыворотке крови. Это также приводит к снижению уровня липопротеидов высокой плотности или холестерина ЛПВП в сыворотке крови.

Speliotes говорит, что обычно люди, у которых есть три или более из пяти компонентов метаболического синдрома, предрасположены к сердечным приступам.Однако группа исследователей обнаружила, что этот вариант на самом деле защищает людей от развития сердечных заболеваний.

«Это может быть связано с тем, что этот вариант сильно снижает уровень холестерина липопротеинов низкой плотности — или ЛПНП -, который, как известно, предрасполагает людей к сердечным приступам», — говорит она. «Это интересно, потому что предполагает, что мы можем найти причинные пути, которые отделяют триглицериды от патологий ЛПНП».

Нравится подкасты? Добавьте Michigan Medicine News Break на iTunes , Google Podcast или где угодно, где вы слушаете подкасты.

Speliotes добавляет, что упражнения, как известно, повышают уровень ЛПВП, в то время как сидячий образ жизни снижает его, и оба из них улучшают и ухудшают метаболическое здоровье, соответственно. Однако молекулярное объяснение этих ассоциаций неизвестно.

«Результаты нашего исследования позволяют предположить, что возможной основной причиной как низкого уровня ЛПВП, так и метаболического синдрома может быть накопление гликогена в тканях», — говорит Спелиотес. «Обнаружив фармакологические способы уменьшения хранения гликогена в тканях, мы сможем лечить людей с метаболическим синдромом.”

Наконец, Братати Кахали, доктор философии, который также является ведущим автором исследования и бывшим докторантом UM, говорит, что «хотя роль некодирующего генома в распространении болезней обсуждается, наши результаты доказывают, что изменение некодирующая область может вызвать заболевание человека. Некодирующий геном обширен по сравнению с кодирующим геномом, который на сегодняшний день изучен гораздо больше. Дальнейшие исследования функций некодирующего генома помогут нам больше узнать о болезнях человека.”

Процитированная статья: «Некодирующий вариант рядом с PPP1R3B способствует накоплению гликогена в печени и метаболизму метаболизма, но защищает от инфаркта миокарда», Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . DOI: 10.1210 / clinem / dgaa855

Роль метаболизма гликогена в функции бета-клеток островков поджелудочной железы

Редактору: В свете недавней публикации в Diabetologia Мир-Колла и др., Озаглавленной «Генетические модели исключают важную роль гликогена бета-клеток в контроле гомеостаза глюкозы» [1], это письмо направлено на напомнить читателям о доказательствах, подтверждающих важную роль накопления гликогена в бета-клетках в нарушении секреции инсулина, стимулированной глюкозой, наблюдаемом при инсулинозависимом диабете [2].

Роль гликогенолиза в секреции инсулина была впервые предложена в 1967 году, когда было обнаружено, что теофиллин стимулирует секрецию инсулина кусочками ткани поджелудочной железы, полученными от крыс с тяжелой гипергликемией (глюкоза вводится в течение 8-10 часов), даже при инкубации в отсутствие гексоза. Этого не наблюдалось в ткани поджелудочной железы нормогликемических крыс, инкубированных без глюкозы [3]. Важно отметить, что гликоген был обнаружен гистологически в островках гипергликемических крыс. В кусочках поджелудочной железы, взятых у крыс с гипергликемией и инкубированных в отсутствие глюкозы, на индуцированное теофиллином высвобождение инсулина не влияла манногептулоза, которая ингибирует фосфорилирование глюкозы, но подавлялась 2-дезоксиглюкозой, которая ингибирует изомеризацию глюкозо-6-фосфата. до фруктозо-6-фосфата и, таким образом, снижает гликолиз.

Впоследствии было задокументировано, что островки крысы, предварительно инкубированные с 83,3 ммоль / л глюкозы в течение 20 часов, содержали большое количество гликогена (76 ± 12 пмоль остатка глюкозы / островок), в то время как до преинкубации глюкозы в островках не было обнаружено значительного количества гликогена. В островках, предварительно инкубированных с глюкозой, теофиллин стимулировал высвобождение инсулина, ускорял скорость гликогенолиза и увеличивал выработку лактата. Теофиллин также увеличивал выход на ¹⁴ CO ₂ островков, предварительно инкубированных в присутствии D- [U- ¹⁴ C] глюкозы и инкубированных в отсутствие глюкозы [4].Более того, как в отсутствие теофиллина, так и в присутствии теофиллина, снижение содержания островкового гликогена во время заключительной 30-минутной инкубации близко соответствовало количеству углерода в виде лактата или ¹⁴ CO ₂ [4].

Что еще более важно с точки зрения диабета, накопление гликогена бета-клетками объясняет две типичные особенности глюкотоксичности бета-клеток при инсулинозависимом диабете, то есть парадоксальное раннее ингибирование выработки инсулина в ответ на i.v. введение глюкозы и измененная аномерная специфичность секреторного ответа бета-клеток на глюкозу [2].

Парадоксальное раннее снижение инсулинемии после в / в. Введение глюкозы впервые наблюдалось у инсулиннезависимых диабетиков, лишенных глюкозоснижающей терапии в течение 3 дней до введения глюкозы [5]. Когда второй тест был проведен через 24 часа внутривенного введения. После инфузии инсулина и нормализации уровня глюкозы в крови ранний секреторный ответ на глюкозу явно улучшился со средним положительным приростом инсулинемии через 1, 3 и 5 минут [5].Парадоксальные секреторные ответы инсулина на изменения внеклеточной концентрации глюкозы также возникают в перфузируемых поджелудочных железах, полученных от крыс, которым в течение 48 часов вводили гипертонический раствор глюкозы, в котором среднее содержание островкового гликогена составляло 41,9 ± 10,8 пмоль остатка глюкозы / островок по сравнению с 1,2 ± 0,9. пмоль / островок в контроле [6].

Аналогичным образом, нарушение аномерной специфичности секреторной реакции бета-клеток на глюкозу было впервые зарегистрировано у инсулиннезависимых диабетиков с умеренной гипергликемией [7], с сопоставимыми данными у крыс, получавших стрептозотоцин в неонатальном периоде [8]. крысы с диабетическим биопородом (BB) [9] и кролики с перевязкой протоков [10].Даже у нормальных крыс, у которых наблюдалась легкая гипергликемия при пероральном введении диазоксида в течение 48 часов, соотношение α: β в продукции инсулина составляло 50% от контроля [11].

Ускоренный гликогенолиз является главной детерминантой парадоксальных ранних изменений секреции инсулина в ответ на снижение концентрации внеклеточной глюкозы [12, 13]. Нарушение аномерной специфичности секреторного ответа инсулина на глюкозу также может быть объяснено вмешательством гликогенолиза в гликолиз [12]; α-d-глюкоза более эффективна, чем β-d-глюкоза, в ингибировании фосфорилазы а или инактивации фосфорилазы фосфорилазой фосфатазой [14].

В своих исследованиях Мир-Колл и его коллеги использовали две генетические модели мышей [1]; Первые исследования касались мышей со специфическим для поджелудочной железы нокаутом гликогенсинтазы 1 ( Gys1 ^КО мышей). Уменьшение мРНК Gys1 и белка было должным образом задокументировано на изолированных островках. Масса тела, уровень глюкозы в крови и уровень инсулина (после ночного голодания и во время IPGTT), содержание инсулина в островках и высвобождение инсулина свежевыделенными островками, инкубированными с 2.8 или 16,7 ммоль / л глюкозы в течение 90 минут были одинаковыми в Gys ^КО и контрольные животные. Относительная экспрессия функционально значимых генов ( Glut2 , Gck, Ins1 / Ins2 ) также была сходной между Gys1 . ^КО и органы управления. Хотя содержание гликогена в островках не измерялось, был сделан вывод, что метаболизм гликогена не требуется для адекватной функции бета-клеток [1]. Эта точка зрения согласуется с предыдущими данными, поскольку островки здоровых крыс практически не содержат гликогена [6].К сожалению, эта модель не использовалась для определения того, является ли Gys1 Мыши ^КО защищены от глюкотоксичности бета-клеток.

Во второй серии экспериментов использовалась трансгенная модель (PTG ^OE ), сверхэкспрессирующая белок, направленный на гликоген (PTG) в бета-клетках. Этот каркасный белок действует как узел между гликогенсинтазой, протеинфосфатазой 1 и гликогеном, способствуя синтезу гликогена. Чтобы управлять экспрессией PTG в бета-клетках, мышей, условно экспрессирующих Ppp1r3c под действием рекомбиназы Cre, скрещивали с крысиным промотором инсулина II (RIP) — мышами cre .По сравнению с контрольными мышами RIP- cre изолированные островки поджелудочной железы PTG ^OE показали 30-кратное увеличение мРНК Ppp1r3c и в 3,5 раза более высокие уровни гликогена в островках, только что выделенных от накормленных мышей. У мышей PTG ^OE и контрольных мышей, голодавших в течение ночи, уровни гликогена в свежевыделенных островках были незначительными. Регулирование накопления гликогена в бета-клетках PTG ^OE было документально подтверждено путем сравнения содержания гликогена в островках, полученных от крыс, которым кормили, и культивированных в течение 24 часов при низкой или высокой концентрации глюкозы.По сравнению с контрольной группой, мыши PTG ^OE не показали различий в массе или размере бета-клеток, распределении островков по размерам, массе альфа-клеток, массе тела, структуре глюкозы в крови во время IPGTT, содержании островкового инсулина или секреции инсулина свежевыделенными островками, инкубированными в течение 90 мин с 2,8 или 16,7 ммоль / л глюкозы или 16,7 ммоль / л глюкозы в сочетании с 10 мкмоль / л форсколина. Относительная экспрессия мРНК генов, необходимых для поддержания функции бета-клеток, также была сходной в PTG ^OE и контроле [1].

Концептуально эксперименты, проведенные на мышах PTG ^OE , имеют отношение к возможным последствиям чрезмерного накопления гликогена в бета-клетках для функционального поведения этих клеток. Однако нельзя игнорировать следующие проблемы; Во-первых, измерения инсулина в крови во время IPGTT не вносят вклад в знания в этой области исследований, поскольку тест проводился после ночного голодания, когда содержание островкового гликогена незначительно у мышей PTG ^OE и контрольных мышей.Во-вторых, как у контрольных мышей, так и у мышей PTG ^OE не наблюдалось значительного изменения инсулинемии во время IPGTT при нулевой и 30 мин [1], тогда как в идентичных экспериментальных условиях у нормальных мышей пик инсулинемии наступал через 30 мин после внутрибрюшинного введения. введение 2 г глюкозы / кг массы тела [15]. В отношении этого Mir-Coll et al ссылаются на предыдущую публикацию, в которой, по крайней мере, в гепатоцитах, PTG модифицирует фосфорилирование и активность гликогенфосфорилазы [1]. Таким образом, возможно, можно было бы поставить под сомнение пригодность мышей PTG ^OE для оценки роли гликогенолиза бета-клеток в гомеостазе глюкозы? В-третьих, при исследованиях высвобождения островкового инсулина островки сначала инкубировали в течение 30 минут при низких уровнях глюкозы, но об уровнях содержания гликогена в бета-клетках во время этой предварительной инкубации не сообщалось.Наконец, наиболее актуальный эксперимент, касающийся возможной роли гликогена бета-клеток в секреторной реакции на глюкозу, влияние форсколина на высвобождение инсулина из островков, инкубированных с глюкозой в низких концентрациях, не проводился. Несмотря на это, Мир-Колл и др. Предполагают, что после ночного голодания гликогенолиз в бета-клетках мышей PTG ^OE может стимулировать высвобождение инсулина и, таким образом, повышать уровень инсулина натощак. Следовательно, не исключена роль гликогена бета-клеток в контроле гомеостаза глюкозы!

В заключение, остается правильным инкриминировать накопление гликогена в инсулин-продуцирующих клетках поджелудочной железы как ключевой детерминант глюкотоксичности бета-клеток.

Сокращения

Gys1 ^КО :

Модель мыши с нокаутом по гликоген-синтазе 1

PTG:

Нацеливание белка на гликоген

PTG ^OE :

Нацеливание белка на сверхэкспрессирующий гликоген модель мыши

RIP:

Промотор инсулина II крысы

Ссылки

1. 1.

   Mir-Coll J, Duran J, Slebe F et al (2016) Генетические модели исключают важную роль гликогена бета-клеток в контроле гомеостаза глюкозы. Диабетология 59: 1012–1020

   CAS Статья PubMed Google ученый

2. 2.

   Malaisse WJ (1991) Физиология секреции инсулина и ее изменение при диабете: концепция глюкотоксичности. В: Andreani D, Gueriguian JL, Striker GE (eds) Диабетические осложнения: эпидемиология и патогенетические механизмы.Raven Press, New York, pp 3–23

   Google ученый

3. 3.

   Malaisse WJ, Malaisse-Lagae F, Mayhew DA (1967) Возможная роль аденилциклазной системы в секреции инсулина. J Clin Invest 46: 1724–1734

   CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

4. 4.

   Malaisse WJ, Sener A, Koser M, Ravazzola M, Malaisse-Lagae F (1977) Связь стимул-секреция индуцированного глюкозой высвобождения инсулина.Высвобождение инсулина из-за гликогенолиза в островках, лишенных глюкозы. Biochem J 164: 447–454

   CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

5. 5.

   Gomis R, Novials A, Coves MJ, Casamitjana R, Malaisse WJ (1989) Подавление инсулиновым лечением индуцированного глюкозой ингибирования высвобождения инсулина у инсулиннезависимых диабетиков. Diabetes Res Clin Pract 6: 191–198

   CAS Статья PubMed Google ученый

6. 6.

   Marynissen G, Leclercq-Meyer V, Sener A, Malaisse WJ (1990) Нарушение функции островков поджелудочной железы у крыс, которым вводили глюкозу. Метаболизм 39: 87–95

   CAS Статья PubMed Google ученый

7. 7.

   Rovira A, Garrotte FJ, Valverde I, Malaisse WJ (1987) Аномерная специфичность индуцированного глюкозой высвобождения инсулина у нормальных субъектов и субъектов с диабетом. Диабет Res 5: 119–124

   CAS PubMed Google ученый

8. 8.

   Niki A, Niki H, Niki I, Kunoh Y (1988) Высвобождение инсулина аномерами глюкозы в модели инсулиннезависимого диабета на крысах. Диабетология 31: 65–67

   CAS PubMed Google ученый

9. 9.

   Leclercq-Meyer V, Marchand J, Malaisse WJ (1987) Изменение секреторной реакции инсулина на аномеры D-глюкозы у диабетических крыс BB. Med Sci Res 15: 1535–1536

   CAS Google ученый

10. 10.

    Fichaux F, Marchand J, Yaylali B, Leclercq-Meyer V, Catala J, Malaisse WJ (1991) Измененная аномерная специфичность индуцированного глюкозой высвобождения инсулина у кроликов с поджелудочной железой, перевязанной протоком. Int J Pancreatol 8: 151–167

    CAS PubMed Google ученый

11. 11.

    Leclercq-Meyer V, Marchand J, Malaisse WJ (1991) Ослабленная аномерная разница в индуцированном глюкозой высвобождении инсулина в перфузируемой поджелудочной железе крыс, обработанных диазоксидом.Horm Metab Res 23: 257–261

    CAS Статья PubMed Google ученый

12. 12.

    Malaisse WJ, Marynissen G, Sener A (1992) Возможная роль накопления гликогена в глюкотоксичности B-клеток. Метаболизм 41: 814–819

    CAS Статья PubMed Google ученый

13. 13.

    Malaisse WJ, Maggetto C, Leclercq-Meyer V, Sener A (1993) Влияние гликогенолиза на гликолиз в островках поджелудочной железы крыс, которым вводили глюкозу.J Clin Invest 91: 432–436

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

14. 14.

    Bollen M, Malaisse-Lagae F, Malaisse W., Stalmans W. (1990) Взаимодействие фосфорилазы a с D-глюкозой проявляет α-стереоспецифичность. Biochim Biophys Acta 1038: 141–145

    CAS Статья PubMed Google ученый

15. 15.

    Andrikopoulos S, Blair AR, Deluca N, Fam BC, Proietto J (2008) Оценка теста на толерантность к глюкозе в микрофоне.Am J Physiol Endocrinol Metab 295: E1323 – E1332

    CAS Статья PubMed Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Секретарская помощь C. Demesmaeker признана.

Информация об авторе

Филиалы

1. Отделение биохимии, Université Libre de Bruxelles, 808 Route de Lennik, B-1070, Брюссель, Бельгия

   Willy J.Malaisse

Автор для переписки

Для корреспонденции Вилли Дж. Малаесс.

Этические декларации

Финансирование

Эта работа не получала специального гранта от какого-либо финансирующего агентства в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.

Двойственность интересов

Автор заявляет, что с этой рукописью не связана двойственность интересов.

Отчет о взносах

WJM был единственным автором данной статьи.