Гликоген, инсулин и глюкагон

Функции на глюкозата

Както видяхме на предишната страница, всички въглехидрати, погълнати с храната, се разграждат до монозахаридната глюкоза от процесите в тънките черва и в много по-малка степен също до монозахаридите фруктоза и галактоза. След абсорбцията тези три монозахариди навлизат в черния дроб през порталната вена. Тук фруктозата и галактозата се превръщат в глюкоза и част от глюкозата се използва за собственото производство на енергия от черния дроб. Друга част се съхранява под формата на гликоген. Въпреки това, по-голямата част от глюкозата попада в кръвния поток и се транспортира до клетките на тялото, където след това се използва за генериране на енергия (гликолиза и след това или цикъла на лимонената киселина и дихателната верига, или анаеробна ферментация).

клетки могат

Основните функции на глюкозата в човешкото тяло са:

  1. Осигуряване енергия за клетките
  2. Суров материал за синтеза на важни съединения като гликопротеини, гликолипиди, някои аминокиселини и мастни киселини.

Храносмилане и усвояване

Храносмилането на въглехидратите и усвояването на образуваните от тях монозахариди вече са засегнати на съответната страница. Също така е интересно, че резорбцията на глюкоза и галактоза е активен транспортен процес, който консумира енергия, докато резорбцията на фруктоза се осъществява чрез нормална дифузия в посока на градиента на концентрацията, т.е.не консумира никаква енергия. Тъй като глюкозата се транспортира активно от тънките черва в кръвта, концентрацията на глюкоза в кръвта (т.нар. Ниво на кръвната захар) също се повишава относително бързо [1]. При чисто пасивен транспорт това увеличение ще отнеме много повече време.

Съхранение на гликоген в черния дроб и мускулните клетки

След абсорбцията глюкозата (заедно с фруктоза и галактоза) преминава през порталната вена в черния дроб. Черният дроб се нуждае от част от самата глюкоза, друга част се превръща във неразтворим във вода полизахариден гликоген, а по-голямата част след това се предоставя на тялото.

Запасът от гликоген в черния дроб е доста малък, само около 150 g гликоген могат да се съхраняват в черния дроб [1]. Когато запасът от гликоген се попълни и още повече глюкоза „пристигне“ през порталната вена, черният дроб произвежда мастни киселини от излишните молекули глюкоза, които - докато все още са в черния дроб - се естеризират с глицерин, така че да се създадат неутрални мазнини. Този процес се нарича липогенеза, на английски: образуване на мазнини.

Черният дроб не е единственият орган в човешкото тяло, който може да съхранява гликоген. Значително по-голямо количество гликоген може да се съхранява в мускулите. Според Biesalski et al. [1] мускулите "вероятно дори представляват основна част от резервите (приблизително 0,5 кг)" .

Има обаче една важна разлика между черния дроб и мускулите по отношение на съхранението на гликоген: Черният дроб може да освободи синтезираната глюкоза от разграждането на гликогена до други органи, докато мускулните клетки не могат, тъй като им липсва решаващ ензим. Мускулните клетки могат да "използват" само съхранявания гликоген за собствено снабдяване с енергия.

инсулин

Нормалните телесни клетки могат да получат своята енергия както от глюкоза, така и от мастни киселини, така че твърде ниското ниво на глюкоза в кръвта не е толкова критично. Нещо съвсем различно се отнася за мозъчните клетки, те могат да получат енергията си изключително от глюкоза (и от някои кетони, ако има глюкозен дефицит). Мозъкът се нуждае от около 140 g глюкоза на ден [1]. Транспортът на глюкоза в мозъчните клетки се извършва пасивно, т.е.чрез нормална дифузия с помощта на протеини носители. Това означава, от една страна, не е необходима допълнителна енергия за транспортиране на глюкозата в мозъчните клетки, което вече е изгодно, от друга страна, мозъкът зависи от определена концентрация на глюкоза в кръвта, така че този пасивен транспорт е възможен изобщо (да си спомним биологията - Уроци: Дифузията винаги се извършва по посока на градиента на концентрацията, т.е. от страната с по-висока концентрация към страната с по-ниската концентрация).

Ако нивото на глюкозата в кръвта е твърде ниско за тази дифузия, настъпват катастрофални нарушения на мозъчната функция. В никакъв случай това не трябва да се случва и така тялото гарантира, че концентрацията на глюкоза в кръвта остава сравнително постоянна. По този начин се регулира концентрацията на глюкоза. Тялото има два задвижващи механизма за това, а именно двата хормона инсулин и глюкагон.

инсулин

Инсулинът е малък пептид, който се произвежда в бета клетките на панкреаса. Задачата на инсулина е да позволи транспортирането на глюкоза в определени клетки на тялото, а именно в мускулните клетки и в клетките на мастната тъкан [2] .

Някой може да си помисли, че глюкозният транспортер на тези клетки е прост протеин-носител, който има алостеричен център за инсулин. Когато инсулинът се установи в този алостеричен център, носителят става активен и може да транспортира глюкоза с градиента на концентрацията в клетката. За съжаление нещата не са толкова прости, колкото бихте искали те да бъдат като ученик. Има два протеина, отговорни за транспорта на глюкоза. За повече подробности вижте "финия шрифт":

Глюкозен транспортер GLUT-4

Два протеина са отговорни за транспортирането на глюкозата. На първо място, инсулинов рецептор. Това е малък мембранен протеин, който има докинг точка за хормона инсулин отвън. Ако молекулата на инсулина действително се прикачи към инсулиновия рецептор, тя става активна. Инсулиновият рецептор използва вътрешно-клетъчно вещество, наречено IRS, за да гарантира, че някои везикули (малки кухи тела, заобиколени от мембрана) се сливат с клетъчната мембрана. Мислете за това като за нещо като сливането на синаптичните везикули с пресинатичната мембрана.

Срамно е, че не всички сте избрали биологията като свой напреднал курс, тогава вече ще знаете за какво говоря. Но можете да прочетете всичко на страниците ми по невробиология.

Сега мембраната на тези везикули съдържа втория протеин, действителният глюкозен транспортер GLUT-4. Когато везикулите вече се сливат с клетъчната мембрана, молекулите на GLUT-4 също влизат в клетъчната мембрана. Там те сега действат като транспортери на глюкоза и глюкозата попада в клетките [3] .

Капан за глюкоза!

Може да сте запознати с експеримента с йонен капан с неутрално червено от класа по биология в EF. Луковите клетки се поставят в разтвор на неутрално червено. Клетките абсорбират багрилото чрез пасивна дифузия, но не спират да абсорбират багрилото, когато вътрешната концентрация е достигнала стойността на външната концентрация, а вместо това натрупват все повече багрило. Първоначално може да се мисли, че това може да е активен транспорт. Но не, нещата са много по-прости: вътре в клетката има кисела среда и молекулите на неутралното червено поемат по един протон. Това ги превръща в йони. Йоните обаче не могат да преминат през клетъчната мембрана. Неутралните червени йони са уловени в клетката, поради което експериментът се нарича още „експеримент с йонен капан“. Поради действието на киселината, обаче, концентрацията на неутралните червени молекули във вътрешността на клетката винаги остава на много ниско ниво, така че пасивната дифузия може да продължи да се извършва.

Какво общо има всичко това с транспорта на глюкоза? Е, нещо подобно се случва и тук. Веднага след като глюкозните молекули преминат пасивно в клетките чрез транспортера GLUT-4, те се фосфорилират от ензим, т.е. снабдени с фосфатна група. Глюкозата се превръща в глюкозо-фосфат. Това означава, че концентрацията на глюкоза в клетката винаги се поддържа много ниска по този начин, така че да може да постъпва все повече и повече глюкоза.

Въглехидрати и инсулин

Инсулинът се синтезира в бета клетките на панкреаса. Храна, богата на въглехидрати, насърчава отделянето на инсулин и нивото на инсулин в кръвта се повишава.

По-точно, в панкреаса вече има известен запас от пре-инсулин. Под инсулин се разбира протеинът, който се произвежда директно чрез транскрипция върху рибозомите на клетките. За да се получи "правилния" инсулин, някои аминокиселини трябва да бъдат извадени от този преинсулин. Това създава две къси пептидни вериги, които след това са свързани помежду си чрез два дисулфидни моста. Всичко това се регулира от определени ензими. И тези ензими стават активни, когато нивото на кръвната захар надвиши определена стойност.

Всеки хормон - а инсулинът е хормон - има определени целеви клетки, в чиито мембранни рецепторни протеини са разположени хормона (принцип на заключване и ключ). Целевите клетки на инсулина са

  1. клетките на скелетните мускули
  2. чернодробните клетки
  3. клетките на мастната тъкан

Тези три типа клетки могат да поемат глюкоза и по този начин да намалят нивата на кръвната захар. Инсулинът обаче действа по различен начин в трите клетъчни типа:

Чернодробни клетки

Глюкозата достига чернодробните клетки независимо от инсулина. Тук инсулинът причинява следните процеси:

  1. Насърчаване на натрупването на гликоген
  2. Инхибиране на разграждането на гликогена
  3. Инхибиране на глюконеогенезата (производството на глюкоза)
  4. Образуване на мастни киселини от глюкоза или ацетил-КоА (продукт на разпадане на глюкозата)

Мускулни клетки

Инсулинът има следните ефекти върху мускулните клетки:

  1. Активиране на глюкозния транспортер
  2. Насърчаване на натрупването на гликоген
  3. Инхибиране на разграждането на гликогена
  4. Инхибиране на глюконеогенезата

Мастни клетки

И накрая, инсулинът има следните ефекти върху мастните клетки:

  1. Активиране на глюкозния транспортер
  2. Насърчаване на натрупването на липиди
  3. Инхибиране на разграждането на липидите.

Глюкагон

Този хормон е антагонистът на инсулина. Глюкагонът също се образува в клетките на панкреаса, но не в бета клетките, а в алфа клетките. Основният ефект на глюкагона може бързо да бъде описан: Глюкагонът активира разграждането на гликогена в черния дроб и по този начин повишава нивата на кръвната захар.

Вътрешни връзки:

  • Храносмилане на въглехидрати (EL)
  • Глюкоза (органична)
  • Транспорт на вещества (органични)
  • Цикъл на Кори (EL)
IMPRINT/Политика за поверителност/Карта на сайта

Хронология:
08.07.2017: Страницата е създадена.