Биохимия учебник для вузов — е. с. северина — 2004

Болезнь накопления гликогена типа 0 (GSD 0)

Болезнь накопления гликогена типа 0 — это заболевание, характеризующееся дефицитом фермента гликогенсинтазы (GSY). Хотя дефицит гликогенсинтазы не приводит к накоплению лишнего гликогена в печени, его часто классифицируют как болезнь накопления гликогена, поскольку это еще один дефект накопления гликогена, который может вызывать аналогичные проблемы. Существует две изоформы (типа) фермента гликогенсинтазы; GSY1 в мышцах и GSY2 в печени, каждый с соответствующей формой заболевания. Мутации в изоформе печени (GSY2) вызывают гипогликемию натощак, повышенное содержание кетонов в крови, повышенное содержание свободных жирных кислот и низкие уровни аланина и лактата. Напротив, кормление у этих пациентов приводит к гипергликемии и гиперлактатемии.

Признаки и симптомы 

Наиболее частый клинический анамнез у пациентов с болезнью накопления гликогена типа 0 (GSD-0) — это история младенца или ребенка с симптоматической гипогликемией или припадками, которые возникают до завтрака или после непреднамеренного голодания. У пораженных младенцев это событие обычно начинается после того, как они перерастают ночное питание. У детей это может произойти во время острого заболевания желудочно-кишечного тракта или в периоды недостаточного энтерального поступления.nnЛегкие эпизоды гипогликемии могут быть клинически нераспознанными или вызывать такие симптомы, как сонливость, потливость, недостаток внимания или бледность. Несогласованные движения глаз, дезориентация, судороги и кома могут сопровождать тяжелые эпизоды. Болезнь накопления гликлгена типа 0 поражает только печень. Задержка роста может быть очевидна при процентилях роста и веса ниже среднего. Результаты обследования брюшной полости могут быть нормальными или выявить только легкую гепатомегалию. Могут присутствовать признаки острой гипогликемии.

Причины Болезнь накопления гликогена типа 0 вызывается генетическими дефектами в гене, который кодирует гликоген синтетазу печени (GYS2), который расположен на полосе хромосомы 12p12.2.Гликогенсинтетаза катализирует лимитирующую скорость реакции синтеза гликогена в печени путем переноса единиц глюкозы с уридин-5′-дифосфат (UDP) -глюкозы на праймер гликогена. Его действие строго регулируется механизмом фосфорилирования и дефосфорилирования и модулируется контррегулирующими гормонами, включая инсулин, адреналин и глюкагон.Мутации в гене гликоген синтетазы печени (GYS2, 138571) приводят к снижению или отсутствию активности гликоген синтетазы печени и умеренному снижению количества структурно нормального гликогена в печени. Мутационные исследования пациентов с болезнью накопления гликогена типа 0 не демонстрируют корреляции между генотипом и фенотипом. Другой ген (GYS1, 138570) кодирует мышечную гликоген синтетазу, которая имеет нормальную активность у пациентов с болезнью накопления гликогена типа 0A.

Патофизиология На ранних стадиях голодания печень является постоянным источником глюкозы в результате распада гликогена (или гликогенолиза). При длительном голодании глюкоза вырабатывается в печени из неуглеводных предшественников в результате глюконеогенеза. Такие предшественники включают аланин (полученный при расщеплении белков в скелетных мышцах) и глицерин (полученный при расщеплении триацилглицеринов в жировых клетках). У пациентов с болезнью накопления гликогена типа 0 гипогликемия натощак возникает в течение нескольких часов после еды из-за ограниченных запасов гликогена в печени и недостаточного глюконеогенеза для поддержания нормогликемии. Кормление обычно приводит к постпрандиальной гипергликемии и глюкозурии, помимо повышенного уровня лактата в крови, потому что синтез гликогена ограничен, а избыток глюкозы предпочтительно превращается в лактат посредством гликолитического пути.

ДиагностикаВажные клинические критерии, которые следует учитывать при оценке ребенка с гипогликемией и подозрением на болезнь накопления гликогена типа 0 (GSD-0), включают (1) наличие или отсутствие гепатомегалии; (2) характерный график гипогликемии, включая непредсказуемые, постпрандиальные, кратковременные, длительные или провоцирующие факторы; (3) наличие или отсутствие лактоацидоза; (4) любой ассоциированный гиперкетоз или гипокетоз; и (5) любая ассоциированная печеночная недостаточность или цирроз. Дифференциальный диагноз также включает кетотическую гипогликемию. Пациенты с кетотической гипогликемией имеют нормальный ответ на глюкагон после еды. Пациенты с болезнью накопления гликогена типа 0 имеют нормальную или повышенную реакцию на глюкагон в состоянии сытости, с гипергликемией и молочной ацидемией.

Биологическая роль гликогена в организме?

Как мы уже выше говорили, гликоген, это форма хранения излишек углеводов в организме, которые образованны из остатков глюкозы в гликогеновые гранулы.

Основная биологическая роль гликогена – восстановить уровень глюкозы до нормальных значений (эугликемию), то есть метабилизироваться в кровь при недостатке глюкозы, таким образом снабдить организм драгоценной энергией.

Для поддержания энергетических функций всего организма, используется гликоген запасённой исключительно в клетках печени (гепатоцитах), именно поэтому сделана в начале статьи оговорка, что мышечный гликоген имеет значение только в спорте, то есть при выполнении физических упражнений, только запасенные углеводы в печени превращаются в глюкозу, гликоген в мышечной массе не используются для поддержания уровня сахара в организме, он используются для выполнения упражнений.

Биологическая роль гликогена

Согласно научным данным (источник Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл. Медицинская физиология / под ред. В. И. Кобрин), «печенночный» гликоген может составлять 5-6% от массы самой печении (порядка 100-200 грамм для взрослого человека), соответственно при увеличенном синтезе гликогена в печени.

Несмотря на то, что углеводы по своей природе является универсальным источником энергии, из которых организм получает глюкозу, жиры и белки так же могут быть использованы в качестве питательного источника, жирные кислоты расщепляются на триглицериды, а белки на аминокислоты, в первом случае процесс называется липолиз, во втором глюконеогенез, в условиях длительного голодания используются в основном заменимые аминокислоты для биосинтеза глюкозы.

Химическая формула гликогена

Еще одним интересным свойством для похудения обладает гликоген – связывание воды. Ученые определили, что на 1 грамм гликогена (резервной глюкозы) приходиться порядка 2,7 грамм воды. То есть данное свойство гликогена можно наглядно использовать в быстрых диетах для похудения, можно сказать паразитировать на нем, ведь от того, что вы похудели на резком отказе от сахара, уйдет не жир, а вода, связанная с гликогеном, только представьте если 1 грамм гликогена связывает 2,7 грамма воды, значит 400 грамм животного крахмала = 1 кг воды примерно, это свойство гликогена объясняет повышенную потливость во время интенсивных упражнений, и конечно резкий сброс веса при отказе от углеводов.

Когда спортсмен возвращается к своему привычному рациону питания, с обычным количеством углеводов, вес очень быстро возвращается, так как по факту экспресс безуглеводные диеты снизили вес не за счет сжигания жира, а за счет вывода жидкости.

Почему гликоген основной поставщик энергии для организма?

Первоначально белки, жиры и углеводы из нашей пищи расщепляются на более мелкие молекулы. Белки разделяются на аминокислоты, жиры — на триглицериды, а углеводы — на простой сахар, называемый глюкозой.

При определенных обстоятельствах, когда уровень глюкозы очень снижен (например, в период голодовки) организм может превращать глицерин (образующий при расщеплении жирных кислот) и белки в углеводы, то есть в глюкозу, процесс называется глюконеогенез, причем первые идут в расход аминокислоты, именно поэтому, отказ от еды не избавляет человека от жировых отложений, основная масса при голодовке уходит за счет разрушения мышц.

Глюконеогенез не основной путь снабжения человека глюкозой, точнее даже он малоэффективный в этом плане, так как количество сахара глюкозы очень мало на выходе, хватает лишь на поддержания жизненно важных функций, и именно поэтому гликоген является основным энергетическим поставщиком для органов и тканей организма.

Гликоген как поставщик энергии

Если в организме присутствует более 4 грамм циркулирующей по крови глюкозы, это может привезти к различным заболеваниям, которые вызваны повреждением кровеносных сосудов, в первую очередь инсульт, инфаркт, диабет, атеросклероз, так вот для предотвращения такого опасного для организма состояния излишки глюкозы аккумулируются в виде гранул гликогена в клетках печени и мышечной ткани, которые при необходимости (сниженном уровне сахара в крови) могут быть преобразованы обратно в глюкозу.

Гликоген

Гликоген является одним из основных углеводов, типичным для человека и животных.

Определение

Гликоген – полисахарид, состоящий из большого количества (до n=30000) остатков глюкозы (рис. 1).

Эмпирическая формула гликогена – (С₆Н₁₀О₅)_n, где: С₆Н₁₀О₅ – остаток глюкозы, n — количество остатков глюкозы.

Где содержится в организме человека

В организме человека содержится около 450 г гликогена. Треть этого количества (то есть около150 г) накапливается в печени, остальные две трети (около 300 г) накапливается в мышцах (Я. Кольман, К.-Г. Рём, 2004), рис. 2.  Другими словами в печени содержится 5-6% от массы печени,  в мышцах — 2-3% от массы мышц. Содержание гликогена в других органах незначительно.  Гликоген печени служит прежде всего для поддержания уровня глюкозы в крови. Гликоген мышц служит резервом энергии и не участвует  регуляции уровня глюкозы в крови.

Рис. 2. Баланс гликогена в организме человека (Я. Кольман, К.-Г. Рём, 2004)

Синтез гликогена

Гликоген синтезируется в печени и мышцах из глюкозы, поступающей по кровеносным сосудам. Собственно, в печени гликоген представляет собой запасную, резервную форму глюкозы или депо глюкозы.

Свободная глюкоза не может накапливаться в печени и мышцах. Это связано с тем, что молекулы глюкозы имеют малые размеры и легко проходят через внешнюю оболочку клеток печени (гепатоцитов) и через сарколемму мышечных волокон (С.С. Михайлов, 2009). Синтез гликогена требует затрат энергии. Для присоединения к гликогену одного остатка глюкозы необходимо 41 кДж энергии. Синтез гликогена усиливает гормон инсулин.

О взаимосвязи гормонов и мышечной массы можно прочесть в моей книге «Гормоны и гипертрофия скелетных мышц человека»

Распад гликогена

В печени распад (лизис) гликогена называется гликогенолизом. Так как в гликоген печени  распадается на глюкозу, этот процесс  называется глюкогенезом. Он ускоряется гормонами глюкагоном, адреналином и норадреналином. При мышечной деятельности скорость мобилизации гликогена в печени зависит от интенсивности выполненной нагрузки. Так, например, при умеренной физической нагрузке скорость мобилизации гликогена возрастает в 2-3 раза, а при интенсивной – в 7-10 раз по сравнению с состоянием покоя.

Распад гликогена в печени происходит и во время отдыха. В результате этого образующаяся глюкоза способствует восстановлению запасов гликогена в сердечной мышце и скелетных мышцах (Н.И. Волков с соавт., 2000).

В мышцах гликоген обычно распадается при выполнении физической нагрузки. Распад гликогена стимулирует гормон адреналин. Если распад гликогена происходит в анаэробных условиях, этот процесс называется гликолизом.

Литература

1. Кольман Я., Рём К.-Г. Наглядная биохимия.- М.: Мир, 2004.- 469 с.
2. Мак-Комас, А. Дж. Скелетные мышцы. – Киев: Олимпийская литература, 2001.- 407 с.
3. Михайлов, С. С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.

Где содержится и каковы функции

Где накапливается гликоген для последующего использования:

В печени

Включения гликогена в клетках печени

Основные запасы гликогена находятся в печени и мышцах. Количество гликогена в печени может достигать у взрослого человека 150 — 200 гр. Клетки печени являются лидерами по накоплению гликогена: они могут на 8 % состоять из этого вещества.

Основная функция гликогена печени — поддержать уровень сахара в крови на постоянном, здоровом уровне.

Печень сама себе является одним из важнейших органов организма (если вообще стоит проводить «хит парад» среди органов, которые нам все необходимы), а хранение и использование гликогена делает ее функции еще ответственнее: качественное функционирование головного мозга возможно только благодаря нормальному уровню сахара в организме.

Если же уровень сахара в крови снижается, то возникает дефицит энергии, из-за которого в организме начинается сбой. Нехватка питания для мозга сказывается на центральной нервной системе, которая истощается. Тут то и происходит расщепление гликогена. Потом глюкоза поступает в кровь, благодаря чему организм получает необходимое количество энергии.

Запомним также, что в печени происходит не только синтез гликогена из глюкозы, но и обратный процесс — гидролиз гликогена до глюкозы. Этот процесс вызывается понижением концентрации сахара в крови в результате усвоения глюкозы различными тканями и органами.

В мышцах

Гликоген откладывается также в мышцах. Общее количество гликогена в организме составляет 300 — 400 граммов. Как мы знаем, около 100-120 граммов вещества накапливается в клетках печени, а вот остальная часть (200-280 гр) сохраняется в мышцах и составляет максимум 1 — 2% от общей массы этих тканей.

Хотя если говорить максимально точно, то следует отметить, что гликоген хранится не в мышечных волокнах, а в саркоплазме — питательной жидкости, окружающей мышцы.

Количество гликогена в мышцах увеличивается в случае обильного питания и уменьшается во время голодания, а снижается только во время физической нагрузки – длительной и/или напряженной.

При работе мышц под влиянием специального фермента фосфорилазы, которая активируется в начале мышечного сокращения, происходит усиленное распад гликогена в мышцах, который используется для обеспечения глюкозой работы самих мышц (мышечных сокращений). Таким образом, мышцы используют гликоген только для собственных нужд.

Интенсивная мышечная деятельность замедляет всасывание углеводов, а легкая и непродолжительная работа усиливает всасывание глюкозы.

Гликоген печени и мышц используется для разных нужд, однако говорить о том, что какой-то из них важнее — абсолютнейший вздор и демонстрирует только вашу дикую неграмотность.

Все, что написано на данном скрине, полная ересь. Если вы боитесь фруктов и думаете, что они прямиком запасаются в жир, то никому не говорите этой чуши и срочно читайте статью Фруктоза: можно ли есть фрукты и худеть?

Продукты богатые гликогеном:

Общая характеристика гликогена

Гликоген в простонародье называют животным крахмалом. Он представляет
собой запасной углевод, который производится в организме животных
и человека. Его химическая формула — (C₆H₁₀O₅)_n. Гликоген является
соединением глюкозы, которая в виде мелких гранул откладывается в
цитоплазме клеток мышц, печени, почек, а также в клетках мозга и белых
кровяных тельцах. Таким образом, гликоген представляет собой энергетический
резерв, способный восполнить недостаток глюкозы, в случае отсутствия
полноценного питания организма.

Это интересно!

Клетки печени (гепатоциты)
являются лидерами по накоплению гликогена! Они могут на 8 процентов
своего веса состоять из этого вещества. При этом клетки мышц и других
органов, способны накапливать гликоген в количестве не более 1 – 1,5%.
У взрослых общее количество гликогена печени может достигать 100—120
грамм!

Суточная потребность организма в гликогене

По рекомендации медиков, суточная норма гликогена не должна быть ниже 100 граммов в сутки. Хотя необходимо учесть, что гликоген состоит из молекул глюкозы, и расчет может осуществляться только на взаимозависимом основании.

Потребность в гликогене возрастает:

• В случае повышенных физических нагрузок, связанных с выполнением большого количества однообразных манипуляций. В результате этого, мышцы страдают от недостатка кровенаполнения, а также от нехватки глюкозы в крови.
• При выполнении работ, связанных с мозговой деятельностью. В данном случае, гликоген, содержащийся в клетках мозга, быстро преобразуется в энергию, необходимую для работы. Сами же клетки, отдав накопленное, требуют пополнения запасов.
• В случае ограниченного питания. В данном случае, организм, недополучая глюкозу из продуктов питания, начинает перерабатывать свои запасы.

Потребность в гликогене снижается:

• При употреблении большого количества глюкозы и глюкозоподобных соединений.
• При заболеваниях, связанных с повышенным употреблением глюкозы.
• При болезнях печени.
• При гликогенезах, вызванных нарушением ферментативной деятельности.

Усваиваемость гликогена

Гликоген относится к группе быстро усваиваемых углеводов, с отсрочкой к исполнению. Данная формулировка объясняется так: до тех пор, пока в организме достаточно прочих источников энергии,
гликогеновые гранулы будут храниться в нетронутом виде. Но как только мозг подаст сигнал о недостатке энергетического обеспечения, гликоген под воздействием ферментов начинает преобразовываться в глюкозу.

Полезные свойства гликогена и его влияние на организм

Поскольку молекула гликогена представлена полисахаридом глюкозы, то его полезные свойства, а также влияние на организм соответствует свойствам глюкозы.

Гликоген является полноценным источником энергии для организма в период нехватки питательных веществ, необходим для полноценной умственной и физической деятельности.

Взаимодействие с эссенциальными элементами

Гликоген обладает способностью быстро преобразовываться в молекулы глюкозы. При этом он отлично контактирует с водой, кислородом, рибонуклеиновой (РНК), а также дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислотами.

Признаки нехватки гликогена в организме

• апатия;
• ухудшение памяти;
• снижение мышечной массы;
• слабый иммунитет;
• депрессивное настроение.

Гликоген для красоты и здоровья

Поскольку гликоген является внутренним источником энергии в организме, то его недостаток способен вызвать общее снижение энергетичности всего организма.
Это отражается на деятельности волосяных фолликулов, клеток кожи, а также проявляется в потере блеска глаз.

Достаточное же количество гликогена в организме, даже в период острой нехватки свободных питательных веществ, сохранит энергичность, румянец на щеках, красоту кожи и блеск волос!

Мы собрали самые важные моменты о гликогене в
этой иллюстрации и будем благодарны, если вы поделитесь картинкой
в социальной сети или блоге, с ссылкой на эту страницу:

Внимание! Информация носит ознакомительный характер и не предназначена для постановки диагноза и назначения лечения. Всегда консультируйтесь с профильным врачом!. Полезность материала
6

Достоверность информации
3.3

Оформление статьи
6

Полезность материала
6

Достоверность информации
3.3

Оформление статьи
6

Изоферменты

У человека есть две изоформы гликогенина — гликогенин-1, кодируемый GYG1 и экспрессируемый в мышцах; и гликогенин-2, кодируемый GYG2, экспрессирующийся в печени и сердечной мышце, но не в скелетных мышцах. Были обнаружены пациенты с дефектным GYG1, что приводит к неспособности мышечных клеток накапливать гликоген и, как следствие, к слабости и сердечным заболеваниям.

гликогенин 1 Идентификаторы Условное обозначение GYG1 Альт. символы GYG HGNC OMIM RefSeq UniProt Прочие данные Номер ЕС Locus Chr. 3 Ищи Структуры Домены

гликогенин 2 Идентификаторы Условное обозначение GYG2 HGNC OMIM RefSeq UniProt Прочие данные Номер ЕС Locus Chr. X Ищи Структуры Домены

Клиническая значимость

Нарушения обмена гликогена

Наиболее частое заболевание, при котором гликоген метаболизм становится ненормальным сахарный диабет, в котором из-за аномального количества инсулина гликоген в печени может ненормально накапливаться или истощаться. Восстановление нормального метаболизма глюкозы обычно также нормализует метаболизм гликогена.

В гипогликемия вызванный чрезмерным инсулином, уровни гликогена в печени высоки, но высокие уровни инсулина предотвращают гликогенолиз необходимо для поддержания нормального уровня сахара в крови. Глюкагон является распространенным лечением этого типа гипогликемии.

Различный врожденные нарушения обмена веществ вызваны дефицитом ферментов, необходимых для синтеза или распада гликогена. Все вместе они называются болезни накопления гликогена.

Истощение гликогена и упражнения на выносливость

Спортсмены на длинные дистанции, такие как марафон бегуны лыжники, и велосипедисты, часто испытывают истощение гликогена, когда почти все запасы гликогена у спортсмена истощаются после длительных периодов нагрузки без достаточного потребления углеводов. Это явление упоминается как «ударяясь о стену».

Истощение запасов гликогена можно предотвратить тремя способами:

• Во-первых, во время упражнений углеводы с максимально возможной скоростью превращения в глюкозу крови (высокая Гликемический индекс) глотаются постоянно. Наилучший возможный результат этой стратегии — замена примерно 35% глюкозы, потребляемой при ЧСС выше примерно 80% от максимальной.
• Во-вторых, за счет адаптации к тренировкам на выносливость и специализированных режимов (например, голодание, тренировки на выносливость низкой интенсивности) организм может формировать волокна для повышения эффективности использования топлива и увеличения рабочей нагрузки для увеличения процента жирных кислот, используемых в качестве топлива, щадящее использование углеводов из всех источников.
• В-третьих, потребляя большое количество углеводов после истощения запасов гликогена в результате упражнений или диеты, организм может увеличить емкость внутримышечных запасов гликогена. Этот процесс известен как углеводная загрузка. В общем, гликемический индекс источника углеводов не имеет значения, так как мышечная чувствительность к инсулину увеличивается в результате временного истощения гликогена.

Испытывая долг гликогена, спортсмены часто испытывают крайние усталость до такой степени, что двигаться трудно. В качестве справки[] самые лучшие профессиональные велосипедисты мира[пример необходим] обычно будет[] закончить 4–5час этап гонки прямо на пределе истощения гликогена с использованием первых трех стратегий.[нужна цитата]

Когда спортсмены потребляют и углеводы, и кофеин после изнурительных упражнений их запасы гликогена, как правило, пополняются быстрее; однако минимальная доза кофеина, при которой наблюдается клинически значимый влияние на восполнение запасов гликогена не установлено.

Метаболизм [ править ]

Синтез править

Синтез гликогена, в отличие от его расщепления, является эндергоническим — он требует затрат энергии. Энергия для синтеза гликогена поступает от уридинтрифосфата (UTP), который реагирует с глюкозо-1-фосфатом , образуя UDP-глюкозу , в реакции, катализируемой UTP — глюкозо-1-фосфатуридилтрансферазой . Гликоген синтезируется из мономеров UDP-глюкозы первоначально белком гликогенином , который имеет два тирозиновых якоря для восстанавливающего конца гликогена, поскольку гликогенин является гомодимером. После добавления примерно восьми молекул глюкозы к остатку тирозина фермент гликогенсинтазапрогрессивно удлиняет цепь гликогена, используя UDP-глюкозу, добавляя α (1 → 4) -связанную глюкозу к восстанавливающему концу цепи гликогена.

Гликоген ветвления фермента катализирует перенос концевого фрагмента шесть или семь остатков глюкозы из невосстанавливающего конца к С-6 гидроксильной группы остатка глюкозы глубже внутрь молекулы гликогена. Фермент разветвления может действовать только на ответвление, имеющее по крайней мере 11 остатков, и фермент может переноситься на ту же самую цепь глюкозы или соседние цепи глюкозы.

Разбивка править

Гликоген отщепляется от невосстанавливающих концов цепи ферментом гликогенфосфорилазой с образованием мономеров глюкозо-1 фосфата:

В естественных условиях, фосфорилаза протекает в направлении распада гликогена , поскольку отношение фосфата и глюкозо-1-фосфата, как правило , больше , чем 100. Глюкоза-1 фосфат затем преобразуется в глюкозо-6-фосфат (G6P) по фосфоглюкомутазам . Для удаления α (1-6) разветвлений разветвленного гликогена и преобразования цепи в линейный полимер необходим специальный разветвляющий фермент . Произведенные мономеры G6P имеют три возможных судьбы:

• G6P может продолжать путь гликолиза и использоваться в качестве топлива.
• G6P может вступать в пентозофосфатный путь через фермент глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу с образованием НАДФН и 5 углеродных сахаров.
• В печени и почках G6P может обратно дефосфорилироваться до глюкозы с помощью фермента глюкозо-6-фосфатазы . Это последний этап пути глюконеогенеза .