Главная/Библиотека/Обмен гликогена

Гликоген: склад глюкозы на чёрный день

Излишки глюкозы тело прячет в виде гликогена — огромного разветвлённого полимера в клетках печени и мышц. После еды его собирают (гликогенез), при голоде и нагрузке — разбирают (гликогенолиз).

Разделы 13–15 · Углеводы печень + мышцы ⏱ ~16 мин
Что это

Дерево из глюкозы

Гликоген — это полимер: множество молекул глюкозы, сцепленных гликозидными связями. У него есть основная цепь и куча ветвей, отходящих вбок. Связи внутри цепи — α-1,4, а в точках ветвления — α-1,6.

Зачем ветвиться

Ветвление делает молекулу компактной и позволяет быстро добавлять и снимать глюкозу сразу с многих концов. Это как растить сливовое дерево в тесной комнате с низким потолком: вверх тянуться нельзя, зато можно ветвиться — и на маленькой площади вырастить много «слив».

схемаСтруктура гликогена. Здесь: основная цепь (α-1,4-связи, глюкозы «держатся за руки») с ветвями (α-1,6), точки ветвления, ядро-гликогенин в центре.
Сборка · гликогенез

Как гликоген собирают (после еды)

Когда после еды инсулин загнал глюкозу в клетки и ATP уже хватает, лишний глюкозо-6-фосфат идёт в запас. Четыре шага:

Фермент переносит фосфат с 6-го углерода на 1-й: глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат.

Энергию тут даёт не ATP, а UTP (уридинтрифосфат): фермент откусывает от него два фосфата, и к уридину прицепляется глюкозо-1-фосфат → UDP-глюкоза (активированная форма глюкозы, готовая к стройке).

Гликогенсинтаза цепляет глюкозу от UDP-глюкозы к концу цепи связью α-1,4 — как новый танцор встаёт в конга-линию. Но есть подвох: синтаза умеет только удлинять цепь длиной уже ≥ 4 глюкоз, с нуля начать не может.

Тогда на помощь приходит белок гликогенин: он сам себе цепляет первые 4 глюкозы и «обманывает» синтазу — мол, вот тебе старый кусочек гликогена, продолжай. Синтаза ведётся и наращивает цепь дальше.

Ветвящий фермент отрезает с конца кусок в 6–8 глюкоз и пришивает его вбок связью α-1,6. Цепь укоротилась — синтаза снова её наращивает. И так по кругу → вырастает разветвлённое «дерево».

схемаГликогенез. Здесь: Г6Ф → Г1Ф → UDP-глюкоза → удлинение синтазой → ветвление; гликогенин в основании.
Разбор · гликогенолиз

Как гликоген разбирают (голод, нагрузка)

Через пару часов после еды сахар в крови падает. Поджелудочная выбрасывает глюкагон (действует на печень), надпочечники — адреналин (на мышцы). Разбор начинается с ветвей.

1 · снятие с цепи

Гликогенфосфорилаза

Рвёт связи α-1,4 и снимает по одной глюкозе в виде глюкозо-1-фосфата. Останавливается, когда до ветвления остаётся 4 глюкозы.

2 · разбор ветви

Деветвящий фермент

Одна его часть переносит 3 из 4 глюкоз обратно на основную цепь; другая (α-1,6-глюкозидаза) срезает точку ветвления и высвобождает свободную глюкозу.

Каждый снятый глюкозо-1-фосфат превращается обратно в глюкозо-6-фосфат (та же фосфоглюкомутаза, только наоборот).

схемаГликогенолиз. Здесь: фосфорилаза снимает Г1Ф с ветви до «огрызка» из 4, деветвящий фермент переносит 3 и срезает α-1,6-точку.
Ключевая развилка

Печень делится, мышца — нет

Разница между печенью и мышцей — в одном ферменте: глюкозо-6-фосфатазе.

альтруист

Печень

Есть глюкозо-6-фосфатаза: она снимает фосфат с Г6Ф → свободная глюкоза выходит в кровь для всего тела. Печень запасает гликоген «для других».

эгоист

Мышца

Этого фермента нет: Г6Ф наружу не выпустить. Мышца отправляет его прямо в гликолиз и жжёт для себя — на ту самую пробежку.

Регуляция

Один фосфат решает всё

Золотое правило

Гликогенсинтаза активна БЕЗ фосфата. Гликогенфосфорилаза активна С фосфатом. Один и тот же фосфат включает разбор и выключает сборку — поэтому организм не делает и то, и другое одновременно.

после еды

Инсулин → сборка

Инсулин запускает фосфатазу, которая снимает фосфаты: синтаза включается, фосфорилаза выключается. → Гликоген собирается.

голод / стресс

Глюкагон/адреналин → разбор

Через цАМФ → протеинкиназу A → киназу фосфорилазы навешиваются фосфаты: фосфорилаза включается, синтаза выключается. → Гликоген разбирается.

схемаКаскад глюкагона. Здесь: глюкагон → рецептор → аденилатциклаза → цАМФ → ПКА → киназа фосфорилазы → фосфорилаза (вкл) + синтаза (выкл).
Клинический смысл

Гликогенозы: когда ломается один фермент

Болезни накопления гликогена (GSD) — наследственные (аутосомно-рецессивные). Высокочастотные на экзамене — типы I, II, III, V.

Тип I · глюкозо-6-фосфатаза

Болезнь Фон Гирке

Печень не может выпустить глюкозу → тяжёлая гипогликемия натощак. Г6Ф уходит вбок: лактат-ацидоз, гипертриглицеридемия, гиперурикемия/подагра. Гепато- и реномегалия, «кукольное лицо», выпуклый живот. Бьёт и по гликолизу, и по глюконеогенезу.

Тип II · кислая мальтаза (лизосома)

Болезнь Помпе

Гликоген копится в лизосомах мышц и сердца. Классика: кардиомегалия (гипертрофическая кардиомиопатия), макроглоссия, гипотония, смерть в первые годы. Запомни: «Помпе бьёт по насосу» (сердцу).

Тип III · деветвящий фермент

Болезнь Кори

Гипогликемия мягче, чем при Фон Гирке (глюконеогенез цел). Нет лактат-ацидоза. Копятся «огрызки» гликогена с короткими ветвями (предельные декстрины), гепатомегалия.

Тип V · мышечная фосфорилаза

Болезнь Мак-Ардла

Мышца не может разобрать свой гликоген. Гипогликемии нет (мышца и так глюкозу не отдаёт). Непереносимость нагрузки, судороги, рабдомиолиз и красная моча (миоглобинурия), «феномен второго дыхания». Запомни: «Мак-Ардл — Muscle».

Ловушки

Где чаще всего спотыкаются

✗ «Мышца отдаёт глюкозу в кровь»
У мышцы нет глюкозо-6-фосфатазы. Свой гликоген она жжёт только для себя. Кровь сахаром кормит печень.
✗ «Гликоген — просто длинная цепь»
Он ветвистый (точки α-1,6). Ветви дают компактность и много концов, чтобы быстро добавлять и снимать глюкозу.
✗ «Синтез и распад идут разом»
Один фосфат переключает: синтаза активна без фосфата, фосфорилаза — с фосфатом. Организм делает что-то одно.
✗ «Распад сразу даёт свободную глюкозу»
Фосфорилаза выдаёт глюкозо-1-фосфат (с фосфатом). Свободную глюкозу делает только печень, сняв этот фосфат.
Тренажёр рассуждений

Не угадать ответ, а построить его

Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по шагу, будто рядом преподаватель и спрашивает «а почему?».

Болезнь Фон Гирке (нет глюкозо-6-фосфатазы). Почему сахар падает именно натощак?
Кто держит сахар натощак?
Печень — из гликогена и из глюконеогенеза.
Во что упираются оба пути?
В последний шаг: снять фосфат с Г6Ф и выпустить свободную глюкозу. Его делает глюкозо-6-фосфатаза.
Фермента нет — что дальше?
Г6Ф застревает в клетке, в кровь не выходит → печень не может поднять сахар → гипогликемия.
Вывод. Один фермент рубит сразу и гликогенолиз, и глюконеогенез. После еды сахар ещё держится (глюкоза идёт из кишки), а натощак — падает.
Показать следующий шаг →
Болезнь Мак-Ардла (нет мышечной фосфорилазы). Почему гипогликемии нет, но нагрузку не тянет?
Трогает ли это сахар крови?
Нет. Мышца и так глюкозу в кровь не отдаёт, поэтому её поломка сахар крови не меняет.
В чём тогда проблема?
Мышца не может разобрать свой гликоген на нагрузке — нет быстрого топлива.
Как это выглядит?
Судороги, слабость при нагрузке, при перегрузке — распад мышц (миоглобинурия, тёмно-красная моча).
Вывод. «Мак-Ардл — Muscle». Проблема локальная, в самой мышце, сахар крови в стороне.
Показать следующий шаг →
Мини-кейс

Собери путь от симптома к ферменту

Девочка 3 месяцев. Плохо ест, отстаёт в развитии, вялая, снижен тонус мышц. На эхокардиографии — сильно увеличенное сердце.

Какой это гликогеноз и почему такая картина?
Что объединяет симптомы?
Слабые мышцы + большое сердце у грудничка → гликоген копится в мышцах и сердце.
Где именно копится?
В лизосомах — это лизосомная болезнь, дефект кислой мальтазы.
Диагноз?
Болезнь Помпе (гликогеноз тип II).
Вывод. В отличие от Фон Гирке, тут не гипогликемия, а кардиомегалия. Запомни: «Помпе бьёт по насосу» (сердцу).
Показать следующий шаг →
Повторение

Закрепить с интервалами

Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится в браузере.

Куда дальше

Связи с другими темами

Логичное продолжение

Когда запас кончился — глюконеогенез делает глюкозу заново

В библиотеку →