Glikogen

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Struktura glikogena
Šematski 2-D presečni pogled na glikogen. Protein u jezgru, glukogenin, je okružen granama od glukoznih jedinica. Cela globularna granula može da sadrži aproksimativno 30.000 glukoznih jedinica.[1]
Glikogen (crne granule) u spermatozoi pljosnatog crva; transmisioni elektronska mikroskopija, skala: 0.3 µm

Glikogen je polisaharid i polimer glukoze koji predstavlja primarnu skladišnu formu ugljenih hidrata kod životinja,[2] gljiva, i bakterija.[3] Nastaje prvenstveno u jetri i mišićima, mada gotovo sve telesne ćelije imaju sposobnost skladištenja manjih količina glikogena.[4] Depoi glikogena u jetri predstavljaju rezerve glukoze koje se, u slučaju pada koncentracije glukoze u krvi, veoma brzo mogu mobilisati i taj pad kompenzovati. Glikogen deponovan u mišićima predstavlja izvor energije tokom intenzivnih fizičkih napora, pri čemu oslobođena glukoza nikada ne prelazi u krvotok.[5] Iako daleko manje zastupljene od rezervi lipida, rezerve glikogena su veoma važne i u energetski suficitarnim stanjima, pri povećanim koncentracijama glukoze, prve se popunjavaju.

Glikogen funkcioniše kao jedan od dva oblika rezerve energije, pri čemu je glikogen kratkoročan, a drugi oblik je skladištenje triglicerida u masnom tkivu (tj. telesna mast) za dugoročno čuvanje. Kod ljudi se glikogen proizvodi i skladišti prevashodno u ćelijama jetre i skeletnih mišića.[6][7] U jetri glikogen može da čini 5–6% sveže mase organa, a jetra odrasle osobe mase 1,5 kg može da skladišti oko 100–120 grama glikogena.[6][8] U skeletnim mišićima nalazi se glikogen u niskoj koncentraciji (1–2% mišićne mase), a skeletni mišići odrasle osobe težine 70 kg skladište približno 400 grama glikogena.[6] Količina glikokogena koji se čuva u telu - posebno u mišićima i jetri - najviše zavisi od fizičkog treninga, stope bazalnog metabolizma i prehrambenih navika. Male količine glikogena nalaze se i u drugim tkivima i ćelijama, uključujući bubrege, crvena krvna zrnca,[9][10][11] bela krvna zrnca,[12] i glijalne ćelije u mozgu.[13] Materica takođe skladišti glikogen tokom trudnoće da bi hranila embrion.[14]

Aproksimativno 4 grama glukoze je prisutno je u krvi ljudi u svakom trenutku;[6] kod pojedinaca koji su postili glukoza u krvi se održava konstantnom na ovom konstantnom nivou na štetu skladišta glikogena u jetri i skeletnim mišićima.[6] Skladišta glikogena u skeletnim mišićima služe kao oblik skladištenja energije za same mišiće;[6] međutim, raspad mišićnog glikogena ometa mišićni unos glukoze iz krvi, čime se povećava količina glukoze u krvi koja je dostupna za upotrebu u drugim tkivima.[6] Zalihe glikogena iz jetre služe kao rezerve glukoze za upotrebu u celom telu, posebno u centralnom nervnom sistemu.[6] Ljudski mozak troši približno 60% glukoze u krvi kod sedentarnih osoba koje poste.[6]

Glikogen je analog skroba, polimera glukoze koji deluje kao skladište energije u biljkama. On ima strukturu sličnu amilopektinu (sastojku skroba), ali je razgranatiji i kompaktniji od skroba. Obe materije su beli prahovi u suvom stanju. Glikogen se nalazi u obliku granula u citosolu/citoplazmi u mnogim tipovima ćelija i igra važnu ulogu u ciklusu glukoze. Glikogen formira rezervu energije koja se može brzo mobilisati da zadovolji iznenadnu potrebu za glukozom, ali je to manje kompaktan oblik energetskih rezervi u odnosu na trigliceride (lipida). Kao takav se takođe nalazi kao rezerva u mnogim parazitskim protozoima.[15][16][17]

Struktura[uredi | uredi izvor]

Glikogen je razgranati homopolisaharid (homoglikan) čiju monosaharidnu jedinicu čine molekuli α-D-glukoze.[18] Sadrži do 50.000 ostataka ovog monosaharida, pri čemu molekulska masa varira između 106 i 1.6×107 daltona. Molekuli glukoze su u najvećoj meri povezani α-(1→4)-glikozidnim vezama čime se formiraju duži lanci, da bi se oni dalje granali, formirajući bočne lance preko α-(1→6)-glikozidnih veza. Razgranatost molekula je varijabilna, pa se u središtu molekula bočni lanci odvajaju na svaka četiri ostatka glukoze (bočni lanci nikada nisu bliži od 4 ostatka, usled specifičnosti enzima grananja), dok su bočne grane na periferiji molekula ređe, tek na svakih 6-10 molekula glukoze.[5] Ovakva organizacija molekula uslovljava postojanje velikog broja neredukujućih krajeva, što je bitno za brzu hidrolizu molekula jer se razgradnja glikogena odvija upravo sa neredukujućih krajeva. Pored toga, nelinearnost molekula omogućava i njegovo gusto pakovanje, sekundarna struktura je uglavnom globularna i zauzima veoma malo prostora (u poređenju sa molekulskom masom). Redukujući kraj glikogena lociran je u unutrašnjosti i ne nalazi se slobodan. Za njega je kovalentno, preko ostatka tirozinske grupe, vezan specifičan proteinglikogenin.[19] Glikogenin ima ulogu prajmera u biosintezi glikogena, u uslovima kada ona počinje od prekursora sa manje od 7 ostataka glukoze.

Zastupljenost i uloga u organizmu[uredi | uredi izvor]

Ukupne rezerve glikogena u organizmu su primarno skoncentrisane u jetri i mišićima.[20] Kod odrasle osobe, do 100g glikogena nalazi se u jetri, a dodatnih 200g u mišićnom tkivu.[21] Glikogen se deponuje u vidu granula lociranih u citosolu ćelija. Ćelije jetre mogu skladištiti glikogen maksimalno u udelu od 5-8% svoje mase, dok je kod mišića ovaj procenat niži, i iznosi oko 1-3%.[4] U kojoj meri su ove ćelije zasićene glikogenom, zavisi prvenstveno od dužine trajanja gladovanja, fizičke aktivnosti ali i udela ugljenih hidrata u ishrani pojedinca. Uz mirovanje, depoi glikogena mogu da zadovolje energetske potrebe organizma tokom perioda od oko 12 sati intenzivnog gladovanja.[22]

Glikogen se ne deponuje u tkivima u većoj meri od spomenute jer ne predstavlja najracionalniji skladišni oblik energije — vezuje dva puta veću količinu vode od svoje mase, a daje 2,5 puta manje energije od iste mase neutralnih masti.

Rezerve glikogena podležu stalnoj depleciji i obnavljanju. Po unosu i apsorpciji hrane bogate ugljenim hidratima, dolazi do povećanja nivoa glukoze u krvi što utiče na lučenje insulina iz pankreasa. Insulin, nizom kompleksnih regulatornih uloga u metabolizmu koje obavlja, utiče na povećan ulaz glukoze u ćelije. Kako je glukoza osmotski veoma aktivna, normalno se ne skladišti u ćeliji već brzo podleže glikolizi. U ćelijama jetre i mišića insulin istovremeno aktivira proces stvaranja glikogena — glikogenezu — što omogućava konvertovanje preuzete glukoze u glikogen. Po zasićenju ćelija glikogenom, suvišna glukoza nizom metaboličkih procesa biva pretvorena u lipide, i suvišna energija uskladištena u vidu triacilglicerola.

Sudbina glikogena u jetri[uredi | uredi izvor]

Po prestanku priliva glukoze iz gastrointestinalnog trakta, nivoi insulina opadaju. Za homeostazu glukoze u krvi odgovoran je još jedan hormon — glukagon. Kako je glukoza najneposredniji izvor energije za ćelije, a za neurone i jedini (osim tokom perioda dugotrajnog gladovanja), nivo glukoze u krvi posledično počinje da opada. Glukagon smanjuje stepen preuzimanja glukoze iz krvotoka, inhibira nevitalne anaboličke procese, i regulatorno utiče na mobilizaciju rezervi glikogena. Oslobođena glukoza iz hepatocita zatim prelazi u krvotok. Suštinski, glikogen jetre predstavlja depo glukoze koji, između obroka, obezbeđuje konstantan priliv ovog šećera perifernim organima i tkivima. Ova uloga se naziva i puferskom ulogom jetre za glukozu.[4]

Sudbina glikogena u mišićima[uredi | uredi izvor]

Glikogen u mišićima ne učestvuje u homeostazi glukoze, već služi isključivo kao rezerva energije u samim mišićima. Pod uslovima mirovanja ili umerene fizičke aktivnosti, energetske potrebe za održavanje mišićnog tonusa i umerenog mišićnog rada podmiruju se aerobnim metabolizmom — masne kiseline, glukoza i kiseonik se u dovoljnom obimu dopremaju do mišićnog tkiva, razgrađuju i konačno uključuju u respiratorni lanac čime se, oksidativnom fosforilacijom, obezbeđuje znatna količina energije koja zadovoljava 95% energetskih potreba mišića pod navedenim uslovima.[4] Tokom intenzivnog fizičkog rada, potrebe za energijom se jako povećavaju pa relativno spor aerobni metabolizam nije dovoljan da ih podmiri. Po depleciji kreatin-fosfata, kao najneposrednije rezerve energije deponovane u mišićima, započinje glikogenoliza. Ovim se brzo oslobađaju velike količine uskladištene glukoze koja se razgrađuje do piruvata, a zatim i redukuje do laktata, uz stvaranje ATP. Anaerobni put stvaranja ATP je oko 100 puta brži od aerobnog.[5]

Metabolizam[uredi | uredi izvor]

Katabolizam glikogena[uredi | uredi izvor]

Proces razgradnje glikogena do glukoze naziva se glikogenoliza. To je proces koji katalizuju tri enzima, i kojim se odvaja po jedan molekul glukoze, u vidu glukoze-6-fosfata, sa neredukujućih krajeva glikogena. Proces je pod kontrolom brojnih faktora, ali se suštinski zasniva na alosternoj modulaciji i kovalentnoj modifikaciji enzima koji ga katalizuju. Nastala glukoza-6-fosfat (G6P) u hepotocitima podleže defosforilaciji pod dejstvom specifične fosfataze, nakon čega glukoza difunduje u krvotok. Jedan deo G6P ulazi i u fosfoglukonatni put. G6P u mišićima se prvenstveno uključuje u glikolitički put.[23]

Anabolizam glikogena[uredi | uredi izvor]

Proces biosinteze glikogena naziva se glikogeneza. To je, takođe, proces koji katalizuje tri enzima, pri čemu je prva reakcija — reakcija formiranja UDP-glukoze, endergonska. Njena suština je aktivacija glikozidnih jedinica koje se zatim vezuju u rastući lanac glikogena, pri čemu se vezana energija troši za formiranje glikozidne veze. U ćelijama gde je došlo do potpune deplecije glikogena, za njegovu sintezu je neophodan glikogenin kao prajmer koji omogućava i autokatalizuje vezivanje prvih 7 ostataka glukoze. I glikogeneza je strogo kontrolisan, posebno hormonima posredovanom kovalentnom modifikacijom glikogen-sintaze.

Poremećaji[uredi | uredi izvor]

Kako je centralni hormon metabolizma glikogena prvenstveno insulin, većina stečenih poremećaja metabolizma glikogena vezana je za patološki smanjene ili povišene nivoe insulina. Jedan deo poremećaja je i urođene prirode, i posledica je nedostatka ili disfunkcije enzima uključenih u metabolizam glikogena. Ovakvi poremećaji se jednim imenom nazivaju poremećaji skladištenja glikogena.

Hipoglikemija, uzrokovana viškom insulina sprečava odvijanje glikogenolize, inhibirajući glikogen-fosforilazu, i samim tim sprečava oslobađanje rezervi glukoze. Deficit insulina pak sprečava ulazak glukoze u ćelije, pa i formiranje rezervi u vidu glikogena. Normalizacija metabolizma glukoze uglavnom normalizuje i metabolizam glikogena.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ McArdle, William D.; Katch, Frank I.; Katch, Victor L. (2007). Exercise Physiology: Energy, Nutrition, and Human Performance. Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 978-0-7817-4990-9. 
  2. ^ Sadava; et al. (2011). Life (9th, International izd.). W. H. Freeman. ISBN 9781429254311. 
  3. ^ 1958-, Berg, Jeremy M. (Jeremy Mark) (8. 4. 2015). Biochemistry. Tymoczko, John L., 1948-, Gatto, Gregory J., Jr. (Gregory Joseph), Stryer, Lubert. (Eighth izd.). New York. ISBN 9781464126109. OCLC 913469736. 
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Arthur C. Guyton, John E. Hall: Textbook of Medicinal Physiology, prevod jedanaestog izdanja, Savremena administracija, Beograd, 2008.
  5. 5,0 5,1 5,2 Slavica Spasić, Zorana Jelić-Ivanović, Vesna Spasojević-Kalimanovska: Opšta biohemija, autorsko izdanje, Beograd, 2002.
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 6,8 Wasserman DH (januar 2009). „Four grams of glucose”. American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism. 296 (1): E11—21. PMC 2636990Slobodan pristup. PMID 18840763. doi:10.1152/ajpendo.90563.2008. »Four grams of glucose circulates in the blood of a person weighing 70 kg. This glucose is critical for normal function in many cell types. In accordance with the importance of these 4 g of glucose, a sophisticated control system is in place to maintain blood glucose constant. Our focus has been on the mechanisms by which the flux of glucose from liver to blood and from blood to skeletal muscle is regulated. ... The brain consumes ∼60% of the blood glucose used in the sedentary, fasted person. ... The amount of glucose in the blood is preserved at the expense of glycogen reservoirs (Fig. 2). In postabsorptive humans, there are ∼100 g of glycogen in the liver and ∼400 g of glycogen in muscle. Carbohydrate oxidation by the working muscle can go up by ∼10-fold with exercise, and yet after 1 h, blood glucose is maintained at ∼4 g.« 
  7. ^ Kreitzman SN, Coxon AY, Szaz KF (1992). „Glycogen storage: illusions of easy weight loss, excessive weight regain, and distortions in estimates of body composition” (PDF). The American Journal of Clinical Nutrition. 56 (1 Suppl): 292s—93s. PMID 1615908. doi:10.1093/ajcn/56.1.292S. 
  8. ^ Guyton, Arthur C.; John Edward Hall (2011). Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. New York, New York: Saunders/Elsevier. ISBN 978-5-98657-013-6. 
  9. ^ Moses SW, Bashan N, Gutman A (decembar 1972). „Glycogen metabolism in the normal red blood cell”. Blood. 40 (6): 836—43. PMID 5083874. doi:10.1182/blood.V40.6.836.836Slobodan pristup. 
  10. ^ Ingermann RL, Virgin GL (1987). „Glycogen content and release of glucose from red blood cells of the sipunculan worm themiste dyscrita” (PDF). J Exp Biol. 129: 141—9. 
  11. ^ Miwa I, Suzuki S (novembar 2002). „An improved quantitative assay of glycogen in erythrocytes”. Annals of Clinical Biochemistry. 39 (Pt 6): 612—13. PMID 12564847. doi:10.1258/000456302760413432. 
  12. ^ Scott, RB (jun 1968). „The Role of Glycogen in Blood Cells”. New England Journal of Medicine. 278 (26): 1436—1439. PMID 4875345. doi:10.1056/NEJM196806272782607. Šablon:Mcn
  13. ^ Oe Y, Baba O, Ashida H, Nakamura KC, Hirase H (jun 2016). „Glycogen distribution in the microwave-fixed mouse brain reveals heterogeneous astrocytic patterns”. Glia. 64 (9): 1532—45. PMC 5094520Slobodan pristup. PMID 27353480. doi:10.1002/glia.23020. 
  14. ^ Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biology: Exploring Life. Boston: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-250882-7. 
  15. ^ Ryley, JF (mart 1955). „Studies on the metabolism of the protozoa. 5. Metabolism of the parasitic flagellate Trichomonas foetus.”. The Biochemical Journal. 59 (3): 361—9. PMC 1216250Slobodan pristup. PMID 14363101. doi:10.1042/bj0590361. 
  16. ^ Benchimol, Marlene; Elias, Cezar Antonio; De Souza, Wanderley (decembar 1982). „Tritrichomonas foetus: Ultrastructural localization of calcium in the plasma membrane and in the hydrogenosome”. Experimental Parasitology. 54 (3): 277—284. ISSN 0014-4894. PMID 7151939. doi:10.1016/0014-4894(82)90036-4. 
  17. ^ Mielewczik, Michael; Mehlhorn, Heinz; Al-Quraishy, Saleh; Grabensteiner, E.; Hess, M. (1. 9. 2008). „Transmission electron microscopic studies of stages of Histomonas meleagridis from clonal cultures”. Parasitology Research (na jeziku: engleski). 103 (4): 745—50. ISSN 0932-0113. PMID 18626664. doi:10.1007/s00436-008-1009-1. 
  18. ^ David L. Nelson; Michael M. Cox (2005). Principles of Biochemistry (IV izd.). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6. 
  19. ^ Jan Koolman, Klaus-Heinrich Roehm: Color Atlas of Biochemistry, second edition, revised and enlarged, Thieme, Stuttgart-New York, 2005.
  20. ^ Keith Parker; Laurence Brunton; Goodman, Louis Sanford; Lazo, John S.; Gilman, Alfred (2006). Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics (11. izd.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0071422803. 
  21. ^ David Shier, Jackie Butler, Ricki Lewis: Hole's Human Anatomy and Physiology, 8th edition, WCB/McGraw-Hill, 1999.
  22. ^ Kotoulas OB, Ho J, Adachi F, Weigensberg BI, Phillips MJ (1971). „Fine structural aspects of the mobilization of hepatic glycogen. II. Inhibition of glycogen breakdown” (PDF). Am. J. Pathol. 63 (1): 23—36. PMC 2047463Slobodan pristup. PMID 4323475. 
  23. ^ Donald Voet; Judith G. Voet (2005). „Chapter 17 Glycolysis”. Biochemistry (3 izd.). Wiley. ISBN 9780471193500. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]