Digestión de carbohidratos. Almidón Digestión del almidón en el cuerpo humano.

Los carbohidratos de los alimentos en el tracto digestivo se descomponen en monómeros bajo la acción de las glucosidasas, enzimas que catalizan la hidrólisis de los enlaces glucosídicos.

La digestión del almidón ya comienza en la cavidad oral: la saliva contiene la enzima amilasa (α-1,4-glicosidasa), que escinde los enlaces α-1,4-glucosídicos. Dado que la comida no permanece mucho tiempo en la cavidad oral, el almidón solo se digiere parcialmente aquí. El sitio principal de la digestión del almidón es el intestino delgado, donde la amilasa ingresa desde el jugo pancreático. La amilasa no hidroliza el enlace glucosídico en los disacáridos.

La maltosa, la lactosa y la sacarosa son hidrolizadas por glucosidasas específicas: maltasa, lactasa y sacarasa, respectivamente. Estas enzimas se sintetizan en las células del intestino. Los productos de la digestión de los carbohidratos (glucosa, galactosa, fructosa) ingresan al torrente sanguíneo.

Figura 1 digestión de carbohidratos

El mantenimiento de una concentración constante de glucosa en la sangre es el resultado de la ocurrencia simultánea de dos procesos: la entrada de glucosa a la sangre desde el hígado y su consumo de la sangre por los tejidos, donde se utiliza como material energético.

Considerar síntesis de glucógeno.

glucógeno- un carbohidrato complejo de origen animal, un polímero cuyo monómero son residuos de α-glucosa, que están interconectados a través de 1-4, 1-6 enlaces glucosídicos, pero tienen una estructura más ramificada que el almidón (hasta 3000 residuos de glucosa). El peso molecular del glucógeno es muy grande: el OH oscila entre 1 y 15 millones. El glucógeno purificado es un polvo blanco. Es altamente soluble en agua y puede precipitarse de una solución con alcohol. Con "I" da un color marrón. En el hígado, se encuentra en forma de gránulos en combinación con proteínas celulares. La cantidad de glucógeno en el hígado puede llegar a 50-70 g, esto es reserva general glucógeno; Constituye del 2 al 8% de la masa del hígado. El glucógeno también se encuentra en los músculos, donde se forma reserva local, en pequeñas cantidades se encuentra en otros órganos y tejidos, incluido el tejido adiposo. El glucógeno en el hígado es una reserva móvil de carbohidratos, el ayuno de 24 horas lo agota por completo. Según White y sus coautores, el músculo esquelético contiene aproximadamente 2/3 del glucógeno corporal total (debido a la gran masa de músculos, la mayor parte del glucógeno se encuentra en ellos), hasta 120 g (para un hombre que pesa 70 kg). , pero en músculos esqueléticos su contenido es de 0,5 a 1% en peso. A diferencia del glucógeno hepático, el glucógeno muscular no se agota tan fácilmente cuando se ayuna, incluso durante largos períodos de tiempo. El mecanismo de la síntesis de glucógeno en el hígado a partir de la glucosa ya se ha dilucidado. En las células del hígado, la glucosa se fosforila con la participación de la enzima hexoquinasa con la formación de glucosa-6-P.

Figura 2 Diagrama de la síntesis de glucógeno

1. Glucosa + ATP hexoquinasa Glucosa-6-P + ADP

2. Glucosa-6-P fosfoglucomutasa Glucosa-1-P

(involucrado en la síntesis)

3. Glucosa-1-P + UTP glucosa-1-P uridil transferasa UDP-1-glucosa + H 4 P 2 O 7

4. UDP-1-glucosa + glucógeno glucógeno sintasa Glucógeno + UDP

(semilla)

El UDP resultante puede ser fosforilado nuevamente por ATP, y el ciclo completo de transformaciones de glucosa-1-P se repite nuevamente.

La actividad de la enzima glucógeno sintasa está regulada por modificación covalente. Esta enzima puede presentarse en dos formas: glucógeno sintasa I (independiente - independiente de glucosa-6-P) y glucógeno sintasa D (dependiente - dependiente de glucosa-6-P).

proteína quinasa fosforila con la participación de ATP (no fosforila la forma de la enzima I, convirtiéndola en la forma fosforilada de la enzima D, en la que se fosforilan los grupos hidroxilo de la serina).

Y leemos:
En el tracto gástrico de humanos y animales, el almidón se hidroliza y se convierte en glucosa, que es absorbida por el cuerpo. Los productos intermedios de la hidrólisis del almidón son las dextrinas.
El almidón, como aditivo alimentario, se utiliza para espesar muchos alimentos, hacer gelatinas, aderezos y salsas.
El almidón es el carbohidrato más abundante en la dieta humana y se encuentra en muchos alimentos básicos. Las principales fuentes de almidón en el mundo son los cultivos de cereales: arroz, trigo, maíz; varios tubérculos, incluidas las papas, así como la yuca. La mayoría de los otros alimentos ricos en almidón solo crecen en ciertos climas, como: centeno, cebada, trigo sarraceno, avena, mijo, bellotas, plátanos, castañas, sorgo, batata, fruta del pan, ñame, taro, chilim, arrurruz, arracacha, canna, taro, Kandyk japonés, pueraria lobata, malanga, oxalis tuberosa, takka cortada pinnadamente, sagú y muchos tipos de legumbres, como lentejas, frijoles de jardín, frijoles mungo, guisantes, garbanzos.

Los platos conocidos que contienen almidón incluyen: pan, panqueques, fideos, pasta, cereales, mermelada y varios panes planos, incluidas las tortillas.
Para las enzimas digestivas, la descomposición del almidón cristalino (clase PK3) es algo difícil. El almidón crudo se digiere mal en el duodeno y el intestino delgado, y la descomposición bacteriana tendrá lugar principalmente en el intestino grueso. Los alimentos con mucha amilosa son menos digeribles que los que tienen amilopectina. Al mismo tiempo, incluso el almidón resistente (no digerible) (clases PK2, PK3, PK4) desempeña su función fisiológica: reduce los niveles de azúcar después de la hiperglucemia alimentaria (aumento de la concentración de glucosa en sangre, especialmente importante para los pacientes con diabetes mellitus), forma sustancias orgánicas ácidos: la energía del epitelio del intestino grueso, apoya el sistema inmunológico del tracto intestinal, la defensa antiinflamatoria del cuerpo y más. Para aumentar la digestibilidad del almidón, se procesa térmicamente. Por lo tanto, antes de que la gente comenzara a usar el fuego, los granos y otros alimentos con alto contenido de almidón no eran la mejor manera de obtener la energía del cuerpo (a diferencia de los alimentos con proteínas).
La gelatinización y la gelatinización del almidón, como durante la cocción de pasteles, pueden reducirse si el azúcar compite por el agua, lo que mejora la textura del almidón y evita la formación de goma.

Todo parece estar bien y hasta maravilloso. Pero resulta que el cuerpo recibe un "combustible alto en calorías" en forma de almidón, y el exceso de este combustible comienza a almacenarse en forma de grasas, y con ellas deposita toxinas liposolubles, en lugar de tirarlas. a ellos. Esto se ve facilitado por el hecho de que la descomposición del almidón ocurre en el ESTÓMAGO, ¡y las toxinas son eliminadas por el hígado con la bilis! Aquellos. el daño no es directo y depende de la cantidad de almidón entrante y del consumo de energía del cuerpo. "Todo es veneno, todo es medicina", como decía Paracelso, y tenía razón.

Ecología del consumo. El cuerpo simplemente no sabe cómo absorber los almidones, para ello deben ocurrir una gran cantidad de reacciones químicas para convertir el almidón más complejo en azúcares simples, solo el cuerpo sabe y puede absorberlos.

El cuerpo simplemente no sabe cómo absorber los almidones, para ello deben ocurrir una gran cantidad de reacciones químicas para convertir el almidón más complejo en azúcares simples, solo el cuerpo sabe y puede absorberlos.

La transformación del almidón en el organismo tiene como principal objetivo satisfacer la necesidad de azúcar. Además, la tecnología para convertir el almidón en azúcares simples digeribles no solo es compleja, laboriosa y significativamente prolongada en el tiempo (de 2 a 4 horas).

Requiere un gasto colosal de energía y sustancias biológicamente activas (vitaminas B, B2, B3, PP, C, etc.). Sin una cantidad suficiente de vitaminas y microelementos (¿y quién de nosotros tiene suficientes?), el almidón prácticamente no se absorbe: fermenta, se pudre, envenena, obstruye la red capilar.

El almidón es prácticamente insoluble en cualquiera de los disolventes conocidos. Sólo tiene la propiedad de solubilidad coloidal. El estudio de las soluciones coloidales de almidón mostró que su solución no consiste en moléculas de almidón individuales, sino en partículas primarias: micelas, que incluyen una gran cantidad de moléculas.

El almidón contiene dos fracciones de polisacáridos:

• amilasa
• amilopectina

propiedades drásticamente diferentes.

Amilasas en almidón 15-25%.
Se disuelve en agua caliente (80°C), formando una solución coloidal transparente.

La amilopectina constituye el 75-85% del grano de almidón.
Por lo tanto, cuando el almidón se expone al agua caliente, se forma una solución de amilasa, que está muy condensada con amilopectina hinchada.

La masa espesa y viscosa resultante se denomina pasta. La misma pasta se forma en el tracto gastrointestinal. Y cuanto más fina se muele la harina con la que se hornean nuestros panes, pastas, etc., ¡mejor pega esta pasta!

Se pega, obstruye las microvellosidades de succión del duodeno y las secciones subyacentes del intestino delgado, dejándolos fuera de la digestión, primero parcialmente, luego casi por completo.

Aquí es donde radica la razón de la mala absorción de vitaminas y microelementos. La absorción inadecuada de yodo (el almidón lo hace casi indigesto) conduce a muchas enfermedades (hasta el cáncer), pero la enfermedad más específica es el hipotiroidismo, es decir, la función tiroidea insuficiente. Y la razón sigue siendo la misma: "atascarse" con almidones (y otras escorias) del tejido conectivo, el crecimiento de la glándula tiroides.

En el intestino grueso, esta masa de almidón, deshidratada, se pega a las paredes del intestino grueso, formando cálculos fecales. Estos depósitos a largo plazo apagan, literalmente, el trabajo (principalmente el suministro de sangre) de esos órganos.
que proporciona nutrientes a un sitio específico de absorción en el intestino grueso.

Las piedras bloquean la absorción, debido a esto, los nutrientes no ingresan al cuerpo, primero se debilita, luego se atrofia y se enferma. Se altera la microflora del intestino grueso, su acidez, su capacidad para producir aminoácidos esenciales.

PAPA HORNEADA. La forma más insidiosa de dañar el cuerpo.

El índice glucémico de una papa al horno es 95. Esto es más alto que el azúcar y la miel combinados. Es decir, casi al instante, una patata al horno eleva el contenido de azúcar al máximo posible. El exceso de azúcar desencadena el proceso de "deposición de grasa". Así es como el cuerpo regula la cantidad de glucosa.

Habiendo experimentado la plenitud de la saturación, debido al bajo contenido calórico en una hora, y tal vez incluso antes, una persona volverá a experimentar una sensación de hambre. Luego más y más. El ciclo de comer papas se vuelve interminable. En este caso, la persona comenzará a ganar bastante peso.

Sobre esta base, la comida rápida nunca renunciará a las patatas, ya que esto supondrá una disminución de los beneficios.

Patatas fritas y patatas fritas. El golpe más severo al cuerpo.

Durante la fritura, la humedad se evapora de las papas. Se reemplaza por grasa. El contenido calórico de las papas comienza a aumentar y, a menudo, supera la marca de 400 (carbohidratos). En el contexto de una rápida digestibilidad, obviamente, toda esta grasa estará debajo de su piel.

Los tubérculos que se encuentran a la luz se vuelven verdes, acumulan el veneno más fuerte: la solanina. Especialmente una gran cantidad de ella en germinado. En grandes dosis, la solanina destruye los glóbulos rojos y tiene un efecto depresor sobre el sistema nervioso central.
La ingestión de solanina en el organismo provoca deshidratación, fiebre, convulsiones.
Para un organismo debilitado, todo esto puede convertirse en un desenlace fatal.
Ningún tratamiento térmico ayudará a neutralizar el veneno.

Según científicos austriacos, la solanina tiene un efecto adverso cuando su contenido se eleva a 40 miligramos por cada 100 gramos de patatas. En otoño, 100 gramos de papas recién cosechadas no contienen más de 10 miligramos de solanina.

En primavera puede llegar a ser tres veces más, y se concentra principalmente en las zonas verdes del tubérculo y más cerca de la piel.

Las papas solo se pueden comer JÓVENES, no mayores de 2 meses

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Solo los monosacáridos se absorben en el intestino: glucosa, galactosa, fructosa. Por lo tanto, los oligo y polisacáridos que ingresan al cuerpo con los alimentos deben ser hidrolizados por sistemas enzimáticos para formar monosacáridos. En la fig. La figura 5.11 muestra esquemáticamente la localización de los sistemas enzimáticos involucrados en la digestión de los carbohidratos, que comienza en la cavidad oral con la acción de la -amilasa oral y luego continúa en diferentes partes del intestino con la ayuda de la -amilasa pancreática, la sacarasa-isomaltasa. , glicoamilasa, -glucosidasa (lactasa), complejos de trehalasa.

Arroz. 5.11. Esquema de localización de sistemas enzimáticos de digestión de carbohidratos.

5.2.1. Digestión de carbohidratos por boca y páncreas. -amilasa ( -1,4-glicosidasa). Polisacáridos dietéticos, a saber, almidón (consiste en un polisacárido de amilosa lineal, en el que los residuos de glucosilo están unidos por enlaces glucosídicos -1,4, y amilopectina, un polisacárido ramificado, donde también se encuentran enlaces glucosídicos -1,6), comienzan a hidrolizarse ya en la cavidad oral después de humedecer con saliva que contiene la enzima hidrolítica -amilasa (-1,4-glucosidasa) (EC 3.2.1.1), que escinde los enlaces 1,4-glucosídicos en el almidón, pero no actúa en enlaces 1,6-glucosídicos.

Además, el tiempo de contacto de la enzima con el almidón en la cavidad oral es corto, por lo que el almidón se digiere parcialmente y forma fragmentos grandes: dextrinas y algo de disacárido de maltosa. Los disacáridos no son hidrolizados por la amilasa salival.

Al ingresar al estómago en un ambiente ácido, la amilasa salival se inhibe, el proceso de digestión solo puede ocurrir dentro del coma alimentario, donde la actividad de la amilasa puede persistir por algún tiempo hasta que el pH en toda la pieza se vuelve ácido. En el jugo gástrico no hay enzimas que descompongan los carbohidratos, solo es posible una ligera hidrólisis ácida de los enlaces glucosídicos.

El sitio principal de hidrólisis de oligo y polisacáridos es el intestino delgado, en diferentes partes del cual se secretan ciertas glucosidasas.

En el duodeno, los contenidos del estómago son neutralizados por la secreción pancreática que contiene bicarbonatos HCO 3 y tiene un pH de 7.5-8.0. En el secreto del páncreas se encuentra la amilasa pancreática, que hidroliza los enlaces -1,4-glucosídicos del almidón y las dextrinas con la formación de disacáridos de maltosa (en este carbohidrato, dos residuos de glucosa están unidos por enlaces -1,4-glucosídicos). enlaces) e isomaltosa (en este carbohidrato, dos residuos de glucosa ubicados en los sitios de ramificación en la molécula de almidón y unidos por enlaces glucosídicos α-1,6). También se forman oligosacáridos que contienen de 8 a 10 residuos de glucosa unidos por enlaces glucosídicos -1,4 y glucosídicos -1,6.

Ambas amilasas son endoglicosidasas. La amilasa pancreática tampoco hidroliza los enlaces glucosídicos -1,6 en el almidón y los enlaces glucosídicos -1,4, mediante los cuales los residuos de glucosa se conectan en la molécula de celulosa.

La celulosa pasa a través de los intestinos inalterada y sirve como sustancia de lastre, dando volumen a los alimentos y facilitando el proceso de digestión. En el intestino grueso, bajo la acción de la microflora bacteriana, la celulosa puede hidrolizarse parcialmente con formación de alcoholes, ácidos orgánicos y CO 2, que pueden actuar como estimulantes de la motilidad intestinal.

Los azúcares de maltosa, isomaltosa y triosa formados en el intestino superior se hidrolizan aún más en el intestino delgado por glucosidasas específicas. Los disacáridos de la dieta, sacarosa y lactosa, también son hidrolizados por disacaridasas específicas en el intestino delgado.

En la luz intestinal, la actividad de las oligo y disacaridasas es baja, pero la mayoría de las enzimas están asociadas con la superficie de las células epiteliales, que en el intestino se encuentran en crecimientos en forma de dedos: vellosidades y, a su vez, están cubiertas con microvellosidades. todas estas células forman un borde en cepillo que aumenta la superficie de contacto de las enzimas hidrolíticas con sus sustratos.

Al romper los enlaces glucosídicos en los disacáridos, las enzimas (disacaridasas) se agrupan en complejos enzimáticos ubicados en la superficie externa de la membrana citoplasmática de los enterocitos: sacarasa-isomaltasa, glicoamilasa, -glucosidasa.

5.2.2. Complejo sacarasa-isomaltasa. Este complejo consta de dos cadenas polipeptídicas y se une a la superficie del enterocito mediante un dominio hidrofóbico transmembrana ubicado en la parte N-terminal del polipéptido. El complejo sacarasa-isomaltasa (EC 3.2.1.48 y 3.2.1.10) escinde los enlaces glucosídicos -1,2- y -1,6-en sacarosa e isomaltosa.

Ambas enzimas del complejo también son capaces de hidrolizar enlaces glucosídicos α-1,4 en maltosa y maltotriosa (un trisacárido que contiene tres residuos de glucosa y se forma durante la hidrólisis del almidón).

Aunque el complejo tiene una actividad de maltasa bastante alta, hidrolizando el 80% de la maltosa formada durante la digestión de oligo y polisacáridos, su principal especificidad sigue siendo la hidrólisis de sacarosa e isomaltosa, cuya tasa de hidrólisis de enlaces glucosídicos es mayor que la tasa de hidrólisis de enlaces en maltosa y maltotriosa. La subunidad de sacarosa es la única enzima intestinal que hidroliza la sacarosa. El complejo se localiza principalmente en el yeyuno, en las partes proximal y distal del intestino, el contenido del complejo sacarasa-isomaltasa es insignificante.

5.2.3. complejo de glicoamilasa. Este complejo (EC 3.2.1.3 y 3.2.1.20) hidroliza enlaces -1,4-glucosídicos entre residuos de glucosa en oligosacáridos. La secuencia de aminoácidos del complejo glicoamilasa tiene un 60% de homología con la secuencia del complejo sacarasa-isomaltasa. Ambos complejos pertenecen a la familia de las 31 glicosil hidrolasas. Al ser una exoglucosidasa, la enzima actúa desde el extremo reductor, también puede descomponer la maltosa, actuando como maltasa en esta reacción (en este caso, el complejo glicoamilasa hidroliza el 20% restante de los oligosacáridos y polisacáridos de maltosa formados durante la digestión ). El complejo incluye dos subunidades catalíticas con ligeras diferencias en la especificidad del sustrato. El complejo es más activo en las partes inferiores del intestino delgado.

5.2.4.  -Complejo de glucosidasa (lactasa). Este complejo enzimático hidroliza los enlaces glucosídicos -1,4 entre la galactosa y la glucosa en la lactosa.

La glicoproteína se asocia con el borde en cepillo y se distribuye de manera desigual por todo el intestino delgado. Con la edad, la actividad de lactasa disminuye: es máxima en bebés, en adultos es menos del 10% del nivel de actividad enzimática aislado en niños.

5.2.5. tregalasa. Esta enzima (EC 3.2.1.28) es un complejo de glucosidasa que hidroliza los enlaces entre los monómeros de la trehalosa, un disacárido que se encuentra en los hongos y que consiste en dos residuos de glucosilo unidos por un enlace glucosídico entre los primeros carbonos anoméricos.

Como resultado de la acción de las glicosilhidrolasas, los monosacáridos se forman a partir de los carbohidratos de los alimentos como resultado de la acción de las glicosilhidrolasas: glucosa, fructosa, galactosa en gran cantidad y, en menor medida, manosa, xilosa, arabinosa, que son absorbido por las células epiteliales del yeyuno e íleon y transportado a través de las membranas de estas células mediante mecanismos especiales.

5.2.6. Transporte de monosacáridos a través de las membranas de las células epiteliales intestinales. La transferencia de monosacáridos a las células de la mucosa intestinal puede realizarse por difusión facilitada y transporte activo. En el caso del transporte activo, la glucosa es transportada a través de la membrana junto con el ion Na+ por una proteína transportadora, y estas sustancias interactúan con diferentes partes de esta proteína (fig. 5.12). El ion Na+ ingresa a la célula a lo largo del gradiente de concentración, y la glucosa  contra el gradiente de concentración (transporte activo secundario), por lo tanto, cuanto mayor sea el gradiente, más glucosa se transferirá a los enterocitos. Con una disminución en la concentración de Na + en el líquido extracelular, disminuye el suministro de glucosa. El gradiente de concentración de Na+ subyacente al simporte activo lo proporciona la acción de Na+, K+-ATPasa, que funciona como una bomba que bombea Na+ fuera de la célula a cambio del ion K+. De la misma manera, la galactosa ingresa a los enterocitos por el mecanismo de transporte activo secundario.

Arroz. 5.12. Entrada de monosacáridos en los enterocitos. SGLT1 - transportador de glucosa/galactosa dependiente de sodio en la membrana de las células epiteliales; Na + , K + -ATPasa en la membrana basolateral crea un gradiente de concentración de iones de sodio y potasio necesarios para el funcionamiento de SGLT1. GLUT5 transporta principalmente fructosa a través de la membrana hacia el interior de la célula. GLUT2 en la membrana basolateral transporta glucosa, galactosa y fructosa fuera de la célula (según )

Debido al transporte activo, los enterocitos pueden absorber glucosa en su baja concentración en la luz intestinal. A una alta concentración de glucosa, ingresa a las células por difusión facilitada con la ayuda de proteínas transportadoras especiales (transportadores). De la misma manera, la fructosa se transfiere a las células epiteliales.

Los monosacáridos entran en los vasos sanguíneos desde los enterocitos principalmente por difusión facilitada. La mitad de la glucosa a través de los capilares de las vellosidades a través de la vena porta es transportada al hígado, la mitad es transportada por la sangre a las células de otros tejidos.

5.2.7. Transporte de glucosa de la sangre a las células. La entrada de glucosa desde la sangre a las células se realiza por difusión facilitada, es decir, la velocidad de transporte de la glucosa está determinada por el gradiente de sus concentraciones a ambos lados de la membrana. En las células musculares y el tejido adiposo, la difusión facilitada está regulada por la hormona insulina pancreática. En ausencia de insulina, la membrana celular no contiene transportadores de glucosa. El transportador de glucosa (transportador) de los eritrocitos (GLUT1), como se ve en la Fig. 5.13 es una proteína transmembrana que consta de 492 residuos de aminoácidos y tiene una estructura de dominio. Los residuos de aminoácidos polares se encuentran a ambos lados de la membrana, los hidrofóbicos se localizan en la membrana y la cruzan varias veces. En el lado exterior de la membrana hay un sitio de unión a la glucosa. Cuando la glucosa se une, la conformación del transportador cambia y el sitio de unión del monosacárido se abre dentro de la célula. La glucosa pasa a la célula, separándose de la proteína transportadora.

5.2.7.1. Transportadores de glucosa: GLUT 1, 2, 3, 4, 5. Se han encontrado transportadores de glucosa en todos los tejidos, de los cuales existen varias variedades, numeradas en el orden de su descubrimiento. Se describen cinco tipos de GLUT, que tienen una estructura primaria y una organización de dominio similares.

GLUT 1, localizado en el cerebro, placenta, riñones, intestino grueso, eritrocitos, suministra glucosa al cerebro.

GLUT 2 transporta glucosa desde los órganos que la secretan a la sangre: enterocitos, hígado, la transporta a las células  de los islotes de Langerhans del páncreas.

GLUT 3 se encuentra en muchos tejidos, incluidos el cerebro, la placenta y los riñones, y proporciona un flujo de glucosa a las células del tejido nervioso.

GLUT 4 transporta glucosa a las células musculares (esqueléticas y cardíacas) y al tejido adiposo, y depende de la insulina.

GLUT 5 se encuentra en las células del intestino delgado y también puede tolerar la fructosa.

Todos los portadores se pueden ubicar tanto en el citoplasma

Arroz. 5.13. La estructura de la proteína transportadora (transportador) de glucosa de los eritrocitos (GLUT1) (según)

vesículas en las células y en la membrana plasmática. En ausencia de insulina, GLUT 4 se encuentra solo dentro de la célula. Bajo la influencia de la insulina, las vesículas se transportan a la membrana plasmática, se fusionan con ella y GLUT 4 se incorpora a la membrana, después de lo cual el transportador facilita la difusión de glucosa en la célula. Después de una disminución en la concentración de insulina en la sangre, los transportadores regresan nuevamente al citoplasma y se detiene el transporte de glucosa hacia la célula.

Se han identificado varios trastornos en el trabajo de los transportadores de glucosa. Con un defecto hereditario en las proteínas transportadoras, se desarrolla diabetes mellitus no insulinodependiente. Además de los defectos proteicos, existen otros trastornos causados ​​por: 1) un defecto en la transmisión de la señal de insulina sobre el movimiento del transportador a la membrana, 2) un defecto en el movimiento del transportador, 3) un defecto en la inclusión de la proteína en la membrana, 4) una violación del cordón de la membrana.

5.2.8. Insulina. Este compuesto es una hormona secretada por las células β de los islotes de Langerhans del páncreas. La insulina es un polipéptido que consta de dos cadenas polipeptídicas: una contiene 21 residuos de aminoácidos (cadena A) y la otra 30 residuos de aminoácidos (cadena B). Las cadenas están interconectadas por dos enlaces disulfuro: A7-B7, A20-B19. Dentro de la cadena A hay un enlace disulfuro intramolecular entre los residuos sexto y undécimo. La hormona puede existir en dos conformaciones: T y R (fig. 5.14).

Arroz. 5.14. Estructura espacial de la forma monomérica de la insulina: a insulina porcina, conformación T, b insulina humana, conformación R (se muestra la cadena A rojo color, cadena B  amarillo) (de acuerdo a )

La hormona puede existir como monómero, dímero y hexámero. En la forma hexamérica, la insulina está estabilizada por un ion de zinc que se coordina con la cadena His10 B de las seis subunidades (fig. 5.15).

Las insulinas de mamíferos tienen una gran homología en la estructura primaria con la insulina humana: por ejemplo, en la insulina porcina solo hay una sustitución: en lugar de treonina en el extremo carboxilo de la cadena B hay alanina, en la insulina bovina hay otros tres aminoácidos. residuos en comparación con la insulina humana. Muy a menudo, las sustituciones ocurren en las posiciones 8, 9 y 10 de la cadena A, pero no afectan significativamente la actividad biológica de la hormona.

Las sustituciones de residuos de aminoácidos en las posiciones de los enlaces disulfuro, los residuos hidrofóbicos en las regiones C- y N-terminales de la cadena A y en las regiones C-terminales de la cadena B son muy raras, lo que indica la importancia de estos regiones en la manifestación de la actividad biológica de la insulina. Los residuos Phe24 y Phe25 de la cadena B y los residuos C y N-terminales de la cadena A participan en la formación del centro activo de la hormona.

Arroz. 5.15. Estructura espacial del hexámero de insulina (R 6) (según )

5.2.8.1. biosíntesis de insulina. La insulina se sintetiza como un precursor, la preproinsulina, que contiene 110 residuos de aminoácidos, en los polirribosomas del retículo endoplásmico rugoso. La biosíntesis comienza con la formación de un péptido señal que penetra en la luz del retículo endoplásmico y dirige el movimiento del polipéptido en crecimiento. Al final de la síntesis, el péptido señal, de 24 residuos de aminoácidos, se escinde de la preproinsulina para formar proinsulina, que contiene 86 residuos de aminoácidos y se transfiere al aparato de Golgi, donde se produce una mayor maduración de la insulina en tanques. La estructura espacial de la proinsulina se muestra en la fig. 5.16.

En el proceso de maduración prolongada, bajo la acción de las serina endopeptidasas PC2 y PC1/3, primero se escinde el enlace peptídico entre Arg64 y Lys65, luego se hidroliza el enlace peptídico formado por Arg31 y Arg32, con el péptido C compuesto por 31 residuos de aminoácidos que se escinden. La conversión de proinsulina en insulina que contiene 51 residuos de aminoácidos termina con la hidrólisis de los residuos de arginina en el extremo N-terminal de la cadena A y el extremo C-terminal de la cadena B bajo la acción de la carboxipeptidasa E, que exhibe una especificidad similar a carboxipeptidasa B, es decir, hidroliza los enlaces peptídicos, el grupo imino que pertenece al aminoácido principal (Fig. 5.17 y 5.18).

Arroz. 5.16. Estructura espacial propuesta de proinsulina en una conformación que promueve la proteólisis. Las bolas rojas indican residuos de aminoácidos (Arg64 y Lys65; Arg31 y Arg32), enlaces peptídicos entre los cuales se hidrolizan como resultado del procesamiento de la proinsulina (según )

La insulina y el péptido C en cantidades equimolares ingresan a los gránulos secretores, donde la insulina, al interactuar con el ion zinc, forma dímeros y hexámeros. Los gránulos secretores, que se fusionan con la membrana plasmática, secretan insulina y péptido C en el líquido extracelular como resultado de la exocitosis. La vida media de la insulina en el plasma sanguíneo es de 3 a 10 min, la del péptido C es de unos 30 min. La insulina se degrada por la acción de la enzima insulinasa, este proceso tiene lugar en el hígado y los riñones.

5.2.8.2. Regulación de la síntesis y secreción de insulina. El principal regulador de la secreción de insulina es la glucosa, que regula la expresión del gen de la insulina y de los genes proteicos implicados en el metabolismo de los principales transportadores de energía. La glucosa puede unirse directamente a los factores de transcripción, lo que tiene un efecto directo en la tasa de expresión génica. Es posible un efecto secundario sobre la secreción de insulina y glucagón, cuando la liberación de insulina de los gránulos secretores activa la transcripción del ARNm de insulina. Pero la secreción de insulina depende de la concentración de iones Ca 2+ y disminuye con su deficiencia incluso a una alta concentración de glucosa, lo que activa la síntesis de insulina. Además, es inhibida por la adrenalina cuando se une a los receptores  2. Los estimuladores de la secreción de insulina son las hormonas de crecimiento, el cortisol, los estrógenos, las hormonas del tracto gastrointestinal (secretina, colecistoquinina, péptido inhibidor gástrico).

Arroz. 5.17. Síntesis y procesamiento de preproinsulina (según )

La secreción de insulina por las células β de los islotes de Langerhans en respuesta a un aumento de la concentración de glucosa en la sangre se realiza de la siguiente manera:

Arroz. 5.18. Procesamiento de proinsulina en insulina por hidrólisis del enlace peptídico entre Arg64 y Lys65, catalizada por la serina endopeptidasa PC2, y ruptura del enlace peptídico entre Arg31 y Arg32 por la serina endopeptidasa PC1/3, la conversión termina con la ruptura de los residuos de arginina en el N -terminal de la cadena A y cadenas B del extremo C-terminal bajo la acción de la carboxipeptidasa E (los residuos de arginina separados se muestran en círculos). Como resultado del procesamiento, además de la insulina, se forma un péptido C (según)

1) la glucosa es transportada a las células  por la proteína transportadora GLUT 2;

2) en la célula, la glucosa se somete a glucólisis y se oxida más en el ciclo respiratorio con la formación de ATP; la intensidad de la síntesis de ATP depende del nivel de glucosa en la sangre;

3) bajo la acción del ATP, los canales iónicos de potasio se cierran y la membrana se despolariza;

4) la despolarización de la membrana provoca la apertura de canales de calcio dependientes de voltaje y la entrada de calcio a la célula;

5) un aumento en el nivel de calcio en la célula activa la fosfolipasa C, que escinde uno de los fosfolípidos de la membrana, el fosfatidilinositol-4,5-difosfato, en inositol-1,4,5-trifosfato y diacilglicerol;

6) el trifosfato de inositol, al unirse a las proteínas receptoras del retículo endoplásmico, provoca un fuerte aumento en la concentración de calcio intracelular unido, lo que conduce a la liberación de insulina presintetizada almacenada en gránulos secretores.

5.2.8.3. Mecanismo de acción de la insulina. El principal efecto de la insulina en las células musculares y grasas es aumentar el transporte de glucosa a través de la membrana celular. La estimulación con insulina conduce a un aumento de 20 a 40 veces en la tasa de entrada de glucosa en la célula. Cuando se estimula con insulina, hay un aumento de 5 a 10 veces en el contenido de proteínas transportadoras de glucosa en las membranas plasmáticas con una disminución simultánea de 50 a 60% de su contenido en la reserva intracelular. La cantidad requerida de energía en forma de ATP se requiere principalmente para la activación del receptor de insulina y no para la fosforilación de la proteína transportadora. La estimulación del transporte de glucosa aumenta el consumo de energía de 20 a 30 veces, mientras que solo se requiere una pequeña cantidad de glucosa para mover los transportadores de glucosa. La translocación de los transportadores de glucosa a la membrana celular se observa tan pronto como unos pocos minutos después de la interacción de la insulina con el receptor, y se requieren más efectos estimulantes de la insulina para acelerar o mantener el proceso de ciclo de las proteínas transportadoras.

La insulina, al igual que otras hormonas, actúa sobre las células a través de la proteína receptora correspondiente. El receptor de insulina es una proteína de membrana celular integral compleja que consta de dos subunidades  (130 kDa) y dos subunidades  (95 kDa); los primeros se ubican totalmente fuera de la célula, en su superficie, los segundos penetran en la membrana plasmática.

El receptor de insulina es un tetrámero que consta de dos subunidades α extracelulares que interactúan con la hormona y están conectadas entre sí mediante puentes disulfuro entre las cisteínas 524 y el triplete Cys682, Cys683, Cys685 de ambas subunidades α (ver Fig. 5.19, a), y dos subunidades  transmembrana que exhiben actividad de tirosina quinasa unidas por un puente disulfuro entre Cys647 () y Cys872. La cadena polipeptídica de la subunidad α con un peso molecular de 135 kDa contiene 719 amino-

Arroz. 5.19. Estructura del dímero del receptor de insulina: a estructura modular del receptor de insulina. Arriba: subunidades α unidas por puentes disulfuro Cys524, Cys683-685 y que constan de seis dominios: dos que contienen repeticiones de leucina L1 y L2, una región CR rica en cisteína y tres dominios de fibronectina tipo III Fn o , Fn 1 , ID (introducción dominio). Abajo: subunidades  asociadas con la subunidad  por el puente disulfuro Cys647Cys872 y que consta de siete dominios: tres dominios de fibronectina ID, Fn 1 y Fn 2, dominio transmembrana TM adyacente a la membrana del dominio JM, dominio de tirosina quinasa TK, C-terminal ST; b disposición espacial del receptor, un dímero se representa en color, el otro es blanco, A  bucle de activación opuesto al sitio de unión de la hormona, X (rojo)  parte C-terminal de la subunidad , X (negro)  N -parte terminal de la subunidad , bolas amarillas 1,2,3 - enlaces disulfuro entre residuos de cisteína en las posiciones 524, 683-685, 647-872 (según )

residuos de ácido y consta de seis dominios: dos dominios L1 y L2 que contienen repeticiones de leucina, una región CR rica en cisteína donde se encuentra el sitio de unión a la insulina y tres dominios de fibronectina tipo III Fn o , Fn 1 , Ins (dominio de introducción) (ver Figura 5.18). La subunidad  incluye 620 residuos de aminoácidos, tiene un peso molecular de 95 kDa y consta de siete dominios: tres dominios de fibronectina ID, Fn 1 y Fn 2 , un dominio TM transmembrana, un dominio JM adyacente a la membrana, un dominio TK dominio de tirosina quinasa y un CT C-terminal. Se encontraron dos sitios de unión a la insulina en el receptor: uno con alta afinidad, el otro con baja afinidad. Para conducir una señal hormonal a la célula, la insulina debe unirse a un sitio de alta afinidad. Este centro se forma cuando la insulina se une desde los dominios L1, L2 y CR de una subunidad  y los dominios de fibronectina de otra, mientras que la disposición de las subunidades  es opuesta entre sí, como se muestra en la Fig. 5.19, Con.

En ausencia de interacción de la insulina con el centro de alta afinidad del receptor, las subunidades  se alejan de las subunidades  por una protuberancia (leva), que es parte del dominio CR, que evita el contacto del bucle activador (A -bucle) del dominio tirosina quinasa de una subunidad  con sitios de fosforilación en otra subunidad  (Figura 5.20, b). Cuando la insulina se une al centro de alta afinidad del receptor de insulina, la conformación del receptor cambia, la protuberancia ya no impide que las subunidades α y β se acerquen, los bucles de activación de los dominios TK interactúan con los sitios de fosforilación de tirosina en el TK opuesto dominio, la transfosforilación de las subunidades β ocurre en siete residuos de tirosina: Y1158, Y1162, Y1163 del bucle de activación (este es un dominio regulador de cinasa), Y1328, Y1334 del dominio ST, Y965, Y972 del dominio JM (Fig. 5.20 , a), lo que conduce a un aumento de la actividad tirosina quinasa del receptor. En la posición 1030 del TK hay un residuo de lisina incluido en el centro catalítico activo: el centro de unión a ATP. El reemplazo de esta lisina con muchos otros aminoácidos por mutagénesis dirigida al sitio suprime la actividad de tirosina quinasa del receptor de insulina pero no altera la unión a la insulina. Sin embargo, la unión de la insulina a tal receptor no tiene efecto sobre el metabolismo y la proliferación celular. La fosforilación de algunos residuos de serina-treonina, por el contrario, reduce la afinidad por la insulina y reduce la actividad de la tirosina quinasa.

Se conocen varios sustratos del receptor de insulina: IRS-1 (sustrato del receptor de insulina), IRS-2, proteínas de la familia STAT (transductor de señales y activador de la transcripción; los transductores de señales y los activadores de la transcripción se analizan en detalle en la Parte 4 "Bases bioquímicas de la defensa"). reacciones").

IRS-1 es una proteína citoplasmática que se une a las tirosinas fosforiladas del receptor de insulina TK con su dominio SH2 y es fosforilada por la tirosina quinasa del receptor inmediatamente después de la estimulación con insulina. El grado de fosforilación del sustrato depende del aumento o disminución de la respuesta celular a la insulina, la amplitud de los cambios en las células y la sensibilidad a la hormona. El daño al gen IRS-1 puede ser la causa de la diabetes insulinodependiente. La cadena peptídica del IRS-1 contiene alrededor de 1 200 residuos de aminoácidos, 20 a 22 centros potenciales de fosforilación de tirosina y alrededor de 40 centros de fosforilación de serina-treonina.

Arroz. 5.20. Esquema simplificado de cambios estructurales cuando la insulina se une al receptor de insulina: a el cambio en la conformación del receptor como resultado de la unión de la hormona en el centro de alta afinidad conduce al desplazamiento de la protuberancia, la convergencia de las subunidades y la transfosforilación de los dominios TK; b en ausencia de interacción de la insulina con el sitio de unión de alta afinidad en el receptor de insulina, la protuberancia (cam) impide el acercamiento de las subunidades  y  y la transfosforilación de los dominios TK. Bucle A - bucle de activación del dominio TK, números 1 y 2 en un círculo - enlaces disulfuro entre subunidades, TK - dominio de tirosina quinasa, C - centro catalítico de TK, conjunto 1 y conjunto 2 - secuencias de aminoácidos de las subunidades  que forman un lugar de alta afinidad de la insulina al receptor (según )

La fosforilación de IRS-1 en varios residuos de tirosina le da la capacidad de unirse a proteínas que contienen dominios SH2: tirosina fosfatasa syp, subunidad p85 de PHI-3-quinasa (fosfatidilinositol-3-quinasa), proteína adaptadora Grb2, proteína tirosina fosfatasa SH- PTP2, fosfolipasa C, GAP (activador de pequeñas proteínas de unión a GTP). Como resultado de la interacción de IRS-1 con proteínas similares, se generan múltiples señales aguas abajo.

Arroz. 5.21. Translocación de proteínas transportadoras de glucosa GLUT 4 en células musculares y grasas desde el citoplasma a la membrana plasmática bajo la acción de la insulina. La interacción de la insulina con el receptor conduce a la fosforilación del sustrato del receptor de insulina (IRS) que se une a la PI-3-quinasa (PI3K), que cataliza la síntesis del fosfolípido fosfatidilinositol-3,4,5-trifosfato (PtdIns(3, 4,5)P3). Este último compuesto, al unirse a los dominios de plextrina (PH), moviliza las proteínas quinasas PDK1, PDK2 y PKV hacia la membrana celular. PDK1 fosforila RKB en Thr308, activándolo. El RKV fosforilado se asocia con vesículas que contienen GLUT4, lo que provoca su translocación a la membrana plasmática, lo que lleva a un mayor transporte de glucosa a las células musculares y grasas (según )

Estimulada por el IRS-1 fosforilado, la fosfolipasa C hidroliza el fosfolípido de la membrana celular fosfatidilinositol-4,5-difosfato para formar dos segundos mensajeros: inositol-3,4,5-trifosfato y diacilglicerol. El inositol-3,4,5-trifosfato, que actúa sobre los canales iónicos del retículo endoplásmico, libera calcio de este. El diacilglicerol actúa sobre la calmodulina y la proteína quinasa C, que fosforila varios sustratos, lo que provoca un cambio en la actividad de los sistemas celulares.

El IRS-1 fosforilado también activa la PHI-3-cinasa, que cataliza la fosforilación de fosfatidilinositol-4-fosfato y fosfatidilinositol-4,5-difosfato en la posición 3 para formar fosfatidilinositol-3-fosfato, fosfatidilinositol-3,4-difosfato y fosfatidilinositol, respectivamente -3,4,5-trifosfato.

La PHI-3-quinasa es un heterodímero que contiene subunidades reguladoras (p85) y catalíticas (p110). La subunidad reguladora tiene dos dominios SH2 y un dominio SH3, por lo que la quinasa PI-3 se une al IRS-1 con gran afinidad. Los derivados del fosfatidilinositol formados en la membrana, fosforilados en la posición 3, se unen a proteínas que contienen el llamado dominio plextrina (PH) (el dominio muestra una alta afinidad por el fosfatidilinositol-3-fosfato): proteína quinasa PDK1 (quinasa dependiente de fosfatidilinositol), proteína quinasa B (PKV).

La proteína quinasa B (PKB) consta de tres dominios: plextrina N-terminal, catalítico central y regulador C-terminal. El dominio plectrina es necesario para la activación de RKV. Al unirse con la ayuda del dominio de plextrina cerca de la membrana celular, PKV se acerca a la proteína quinasa PDK1, que a través de

su dominio de plextrina también se localiza cerca de la membrana celular. PDK1 fosforila Thr308 del dominio quinasa de PKV, lo que da como resultado la activación de PKV. La PKV activada fosforila la glucógeno sintasa cinasa 3 (en la posición Ser9), lo que provoca la inactivación de la enzima y, por lo tanto, el proceso de síntesis de glucógeno. La Phi-3-fosfato-5-quinasa también sufre fosforilación, que actúa sobre vesículas en las que se almacenan proteínas transportadoras GLUT 4 en el citoplasma de los adipocitos, provocando el movimiento de transportadores de glucosa a la membrana celular, la incorporación a ella y el transporte transmembrana de glucosa. en músculo y células grasas (Fig. 5.21).

La insulina no solo afecta la entrada de glucosa en la célula con la ayuda de las proteínas transportadoras GLUT 4. Está involucrada en la regulación del metabolismo de la glucosa, grasas, aminoácidos, iones, en la síntesis de proteínas y afecta los procesos de replicación y transcripción.

El efecto sobre el metabolismo de la glucosa en la célula se lleva a cabo estimulando el proceso de glucólisis al aumentar la actividad de las enzimas involucradas en este proceso: glucoquinasa, fosfofructoquinasa, piruvato quinasa, hexoquinasa. La insulina, a través de la cascada de adenilato ciclasa, activa la fosfatasa, que desfosforila la glucógeno sintasa, lo que conduce a la activación de la síntesis de glucógeno (fig. 5.22) y a la inhibición del proceso de descomposición. Al inhibir la fosfoenolpiruvato carboxicinasa, la insulina inhibe el proceso de gluconeogénesis.

Arroz. 5.22. Diagrama de la síntesis de glucógeno

En el hígado y tejido adiposo, bajo la acción de la insulina, la síntesis de grasas es estimulada por la activación de enzimas: acetil-CoA carboxilasa, lipoproteína lipasa. Al mismo tiempo, se inhibe la descomposición de las grasas, ya que la fosfatasa activada por insulina, al desfosforilar la triacilglicerol lipasa sensible a hormonas, inhibe esta enzima y disminuye la concentración de ácidos grasos que circulan en la sangre.

En el hígado, el tejido adiposo, el músculo esquelético y el corazón, la insulina afecta la tasa de transcripción de más de cien genes.

5.2.9. Glucagón. En respuesta a una disminución en la concentración de glucosa en la sangre, las células  de los islotes de Langerhans del páncreas producen la "hormona del hambre": el glucagón, que es un polipéptido de peso molecular 3485 Da, que consta de 29 aminoácidos. residuos

La acción del glucagón es opuesta a los efectos de la insulina. La insulina promueve el almacenamiento de energía al estimular la glucogénesis, la lipogénesis y la síntesis de proteínas, y el glucagón, al estimular la glucogenólisis y la lipólisis, provoca una rápida movilización de fuentes de energía potenciales.

Arroz. 5.23. La estructura del proglucagón humano y el procesamiento específico de tejido del proglucagón en péptidos derivados del proglucagón: el glucagón y el MPGF (fragmento mayor de proglucagón) se forman a partir del proglucagón en el páncreas; Glicentina, oxintomodulina, GLP-1 (un péptido derivado del proglucagón), GLP-2, dos péptidos intermedios (péptido interviniente - IP), GRPP - polipéptido pancreático relacionado con la glicentina (polipéptido del páncreas - un derivado de la glicentina) (según )

La hormona es sintetizada por las células  de los islotes de Langerhans del páncreas, así como en las células neuroendocrinas del intestino y en el sistema nervioso central en forma de un precursor inactivo  proglucagón (peso molecular 9000 Da), que contiene 180 residuos de aminoácidos y sometidos a procesamiento utilizando convertasa 2 y formando varios péptidos de diferentes longitudes, incluido el glucagón y dos péptidos similares al glucagón (péptido similar al glucagón  GLP-1, GLP-2, glicentina) (fig. 5.23). 14 de los 27 residuos de aminoácidos del glucagón son idénticos a los de la molécula de otra hormona del tracto gastrointestinal, la secretina.

Para unir el glucagón a los receptores de las células que responden, se requiere la integridad de su secuencia 1-27 desde el extremo N-terminal. El residuo de histidina ubicado en el extremo N-terminal juega un papel importante en la manifestación de los efectos de la hormona, y en la unión a los receptores, el fragmento 20-27.

En el plasma sanguíneo, el glucagón no se une a ninguna proteína de transporte, su vida media es de 5 minutos, en el hígado es destruido por las proteinasas, mientras que la descomposición comienza con la ruptura del enlace entre Ser2 y Gln3 y la eliminación del dipéptido. desde el extremo N.

La secreción de glucagón es inhibida por la glucosa pero estimulada por los alimentos proteicos. GLP-1 inhibe la secreción de glucagón y estimula la secreción de insulina.

El glucagón solo tiene efecto sobre los hepatocitos y las células grasas que tienen receptores para él en la membrana plasmática. En los hepatocitos, al unirse a los receptores de la membrana plasmática, el glucagón activa la adenilato ciclasa, que cataliza la formación de AMPc, por medio de una proteína G que, a su vez, conduce a la activación de la fosforilasa, que acelera la descomposición del glucógeno. , e inhibición de la glucógeno sintasa e inhibición de la formación de glucógeno. El glucagón estimula la gluconeogénesis al inducir la síntesis de enzimas involucradas en este proceso: glucosa-6-fosfatasa, fosfoenolpiruvato carboxicinasa, fructosa-1,6-difosfatasa. El efecto general del glucagón en el hígado es aumentar la producción de glucosa.

En las células grasas, la hormona también, utilizando la cascada de adenilato ciclasa, activa la triacilglicerol lipasa sensible a hormonas, estimulando la lipólisis. El glucagón aumenta la secreción de catecolaminas por la médula suprarrenal. Al participar en la implementación de reacciones como "lucha o huida", el glucagón aumenta la disponibilidad de sustratos energéticos (glucosa, ácidos grasos libres) para los músculos esqueléticos y aumenta el suministro de sangre a los músculos esqueléticos al aumentar el trabajo del corazón.

El glucagón no tiene efecto sobre el glucógeno del músculo esquelético debido a la ausencia casi total de receptores de glucagón en ellos. La hormona provoca un aumento en la secreción de insulina de las células β pancreáticas y la inhibición de la actividad de la insulinasa.

5.2.10. Regulación del metabolismo del glucógeno. La acumulación de glucosa en el organismo en forma de glucógeno y su degradación son acordes a las necesidades energéticas del organismo. La dirección del metabolismo del glucógeno está regulada por mecanismos dependientes de la acción de las hormonas: en el hígado, insulina, glucagón y adrenalina; en los músculos, insulina y adrenalina. El cambio de los procesos de síntesis o descomposición del glucógeno ocurre durante la transición del período de absorción al período postabsorción o cuando el estado de reposo cambia a trabajo físico.

5.2.10.1. Regulación de la actividad de glucógeno fosforilasa y glucógeno sintasa. Cuando cambia la concentración de glucosa en la sangre, se produce la síntesis y secreción de insulina y glucagón. Estas hormonas regulan los procesos de síntesis y descomposición del glucógeno al influir en la actividad de las enzimas clave de estos procesos: la glucógeno sintasa y la glucógeno fosforilasa a través de su fosforilación-desfosforilación.

Arroz. 5.24 Activación de glucógeno fosforilasa por fosforilación del residuo Ser14 por glucógeno fosforilasa quinasa e inactivación por fosfatasa que cataliza la desfosforilación del residuo serina (según )

Ambas enzimas existen en dos formas: fosforiladas (glucógeno fosforilasa activa a y glucógeno sintasa inactiva) y desfosforilada (fosforilasa inactiva b y glucógeno sintasa activa) (Figuras 5.24 y 5.25). La fosforilación la lleva a cabo una cinasa que cataliza la transferencia de un residuo de fosfato del ATP a un residuo de serina, y la desfosforilación la cataliza la fosfoproteína fosfatasa. Las actividades de cinasa y fosfatasa también están reguladas por fosforilación-desfosforilación (v. fig. 5.25).

Arroz. 5.25. Regulación de la actividad de la glucógeno sintasa. La enzima se activa por la acción de la fosfoproteína fosfatasa (PP1), que desfosforila tres residuos de fosfoserina cerca del extremo C-terminal en la glucógeno sintasa. Glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK3), que cataliza la fosforilación de tres residuos de serina en la glucógeno sintasa, inhibe la síntesis de glucógeno y es activada por la fosforilación de la caseína quinasa (CKII). La insulina, la glucosa y la glucosa-6-fosfato activan la fosfoproteína fosfatasa, mientras que el glucagón y la epinefrina (epinefrina) la inhiben. La insulina inhibe la acción de la glucógeno sintasa quinasa 3 (según)

La proteína quinasa A dependiente de cAMP (PKA) fosforila la fosforilasa quinasa, convirtiéndola en un estado activo, que a su vez fosforila la glucógeno fosforilasa. La síntesis de AMPc es estimulada por la adrenalina y el glucagón.

La insulina, a través de una cascada que involucra a la proteína Ras (vía de señalización de Ras), activa la proteína quinasa pp90S6, que fosforila y, por lo tanto, activa la fosfoproteína fosfatasa. La fosfatasa activa desfosforila e inactiva la fosforilasa quinasa y la glucógeno fosforilasa.

La fosforilación por PKA de la glucógeno sintasa conduce a su inactivación y la desfosforilación por la fosfoproteína fosfatasa activa la enzima.

5.2.10.2. Regulación del metabolismo del glucógeno en el hígado. Un cambio en la concentración de glucosa en la sangre también cambia las concentraciones relativas de hormonas: insulina y glucagón. La relación entre la concentración de insulina y la concentración de glucagón en la sangre se denomina "índice de insulina-glucagón". En el período posterior a la absorción, el índice disminuye y la regulación de la concentración de glucosa en sangre está influenciada por la concentración de glucagón.

El glucagón, como se mencionó anteriormente, activa la liberación de glucosa en la sangre debido a la descomposición del glucógeno (activación de la glucógeno fosforilasa e inhibición de la glucógeno sintasa) o por síntesis a partir de otras sustancias: la gluconeogénesis. A partir del glucógeno se forma glucosa-1-fosfato, que se isomeriza en glucosa-6-fosfato, que se hidroliza por la acción de la glucosa-6-fosfatasa para formar glucosa libre que puede salir de la célula hacia la sangre (fig. 5.26).

La acción de la adrenalina sobre los hepatocitos es similar a la acción del glucagón en el caso del uso de receptores  2 y se debe a la fosforilación y activación de la glucógeno fosforilasa. En el caso de la interacción de la adrenalina con los receptores  1 de la membrana plasmática, la transmisión transmembrana de la señal hormonal se realiza mediante el mecanismo del fosfato de inositol. En ambos casos, se activa el proceso de descomposición del glucógeno. El uso de uno u otro tipo de receptor depende de la concentración de adrenalina en sangre.

Arroz. 5.26. Esquema de fosforólisis de glucógeno.

Durante la digestión, el índice insulina-glucagón se eleva y predomina la influencia de la insulina. La insulina reduce la concentración de glucosa en sangre, activa, por fosforilación a través de la vía Ras, la cAMP fosfodiesterasa, que hidroliza este segundo mensajero con la formación de AMP. La insulina también activa a través de la vía Ras la fosfoproteína fosfatasa de los gránulos de glucógeno, que desfosforila y activa la glucógeno sintasa e inactiva la fosforilasa cinasa y la propia glucógeno fosforilasa. La insulina induce la síntesis de glucocinasa para acelerar la fosforilación de glucosa en la célula y su incorporación a glucógeno. Por lo tanto, la insulina activa el proceso de síntesis de glucógeno e inhibe su degradación.

5.2.10.3. Regulación del metabolismo del glucógeno en los músculos. En el caso de un trabajo muscular intenso, la adrenalina acelera la descomposición del glucógeno, que se une a los receptores  2 y, a través del sistema de adenilato ciclasa, conduce a la fosforilación y activación de la fosforilasa cinasa y la glucógeno fosforilasa y a la inhibición de la glucógeno sintasa (fig. 5.27 y 5.28). Como resultado de la conversión adicional de glucosa-6-fosfato, formado a partir de glucógeno, se sintetiza ATP, que es necesario para la implementación de un trabajo muscular intensivo.

Arroz. 5.27. Regulación de la actividad de la glucógeno fosforilasa en los músculos (según)

En reposo, la glucógeno fosforilasa muscular está inactiva, ya que se encuentra en un estado desfosforilado, pero la descomposición del glucógeno ocurre debido a la activación alostérica de la glucógeno fosforilasa b con la ayuda de AMP y ortofosfato formados durante la hidrólisis de ATP.

Arroz. 5.28. Regulación de la actividad de la glucógeno sintasa en los músculos (según)

Con contracciones musculares moderadas, la fosforilasa quinasa puede activarse alostéricamente (por iones Ca 2+). La concentración de Ca 2+ aumenta con la contracción muscular en respuesta a una señal nerviosa motora. Cuando la señal se atenúa, una disminución en la concentración de Ca 2+ simultáneamente "apaga" la actividad de la quinasa, por lo tanto

Los iones Ca 2+ participan no solo en la contracción muscular, sino también en el suministro de energía para estas contracciones.

Los iones Ca 2+ se unen a la proteína calmodulina, en este caso actuando como una de las subunidades de cinasa. La fosforilasa quinasa muscular tiene la estructura  4  4  4  4. Solo la subunidad  tiene propiedades catalíticas, las subunidades  y , que son reguladoras, se fosforilan en los residuos de serina usando PKA, la subunidad  es idéntica a la proteína calmodulina (discutida en detalle en la Sección 2.3.2, Parte 2 " Bioquímica del movimiento"), se une a cuatro iones Ca 2+, lo que conduce a cambios conformacionales, activación de la subunidad  catalítica, aunque la quinasa permanece en un estado desfosforilado.

Durante la digestión en reposo también se produce la síntesis de glucógeno muscular. La glucosa ingresa a las células musculares con la ayuda de las proteínas transportadoras GLUT 4 (su movilización hacia la membrana celular bajo la acción de la insulina se analiza en detalle en la Sección 5.2.4.3 y en la Fig. 5.21). La influencia de la insulina en la síntesis de glucógeno en los músculos también se lleva a cabo a través de la desfosforilación de la glucógeno sintasa y la glucógeno fosforilasa.

5.2.11. Glicosilación no enzimática de proteínas. Uno de los tipos de modificación postraduccional de proteínas es la glicosilación de residuos de serina, treonina, asparagina e hidroxilisina utilizando glicosiltransferasas. Dado que se crea una alta concentración de carbohidratos (azúcares reductores) en la sangre durante la digestión, es posible la glicosilación no enzimática de proteínas, lípidos y ácidos nucleicos, llamada glicosilación. Los productos resultantes de la interacción de varios pasos de azúcares con proteínas se denominan productos finales de glicación avanzada (AGE) y se encuentran en muchas proteínas humanas. La vida media de estos productos es más prolongada que la de las proteínas (de varios meses a varios años), y la velocidad de su formación depende del nivel y la duración de la exposición al azúcar reductor. Se supone que muchas complicaciones derivadas de la diabetes, la enfermedad de Alzheimer y las cataratas están asociadas con su formación.

El proceso de glicación se puede dividir en dos fases: temprana y tardía. En la primera etapa de la glicación, ocurre un ataque nucleofílico del grupo carbonilo de la glucosa por el grupo -amino de la lisina o el grupo guanidinio de la arginina, lo que resulta en la formación de una base de Schiff lábil - norte-glicosilimina (fig. 5.29) La formación de la base de Schiff es un proceso relativamente rápido y reversible.

Luego viene el reordenamiento norte-glicosilimina con la formación del producto de Amadori - 1-amino-1-desoxifructosa. La velocidad de este proceso es más baja que la velocidad de formación de glicosilamina, pero significativamente más alta que la velocidad de hidrólisis de la base de Schiff.

Arroz. 5.29. Diagrama de la glicación de proteínas. La forma abierta del carbohidrato (glucosa) reacciona con el grupo -amino de la lisina para formar una base de Schiff, que sufre un reordenamiento de Amadori a cetoamina a través de la formación intermedia de enolamina. El reordenamiento de Amadori se acelera si los residuos de aspartato y arginina se encuentran cerca del residuo de lisina. La cetoamina puede dar además una variedad de productos (productos finales de glicación - AGE). El diagrama muestra la reacción con la segunda molécula de carbohidrato para formar dicetoamina (según )

por lo tanto, las proteínas que contienen residuos de 1-amino-1-desoxifructosa se acumulan en la sangre.Las modificaciones de los residuos de lisina en las proteínas en una etapa temprana de la glicación, aparentemente, son facilitadas por la presencia de residuos de histidina, lisina o arginina en la vecindad inmediata de el grupo amino que reacciona, que lleva a cabo la catálisis principal del proceso, así como los residuos de aspartato, que extraen un protón del segundo átomo de carbono del azúcar. La cetoamina puede unirse a otro residuo de carbohidrato en el grupo imino para formar una lisina doblemente glicosilada, que se convierte en dicetoamina (v. fig. 5.29).

Etapa tardía de la glicación, incluidas otras transformaciones norte-glicosilimina y el producto de Amadori, un proceso más lento que conduce a la formación de productos finales de glicación (AGE) estables. Recientemente han aparecido datos sobre la participación directa en la formación de AGEs de compuestos α-dicarbonílicos (glioxal, metilglioxal, 3-desoxiglucozona), que se forman en vivos tanto durante la degradación de la glucosa como como resultado de transformaciones de la base de Schiff durante la modificación de la lisina en la composición de proteínas con glucosa (Fig. 5.30). Las reductasas específicas y los compuestos de sulfhidrilo (ácido lipoico, glutatión) son capaces de transformar los compuestos de dicarbonilo reactivos en metabolitos inactivos, lo que se refleja en una disminución en la formación de productos finales de glicación.

Las reacciones de compuestos de α-dicarbonilo con grupos ε-amino de residuos de lisina o grupos de guanidinio de residuos de arginina en proteínas conducen a la formación de entrecruzamientos de proteínas, que son responsables de las complicaciones causadas por la glucosilación de proteínas en la diabetes y otras enfermedades. Además, como resultado de la deshidratación secuencial del producto de Amadori en C4 y C5, se forman 1-amino-4-desoxi-2,3-diona y -enodiona, que también pueden participar en la formación de enlaces cruzados de proteínas intramoleculares e intermoleculares. .

Entre los AGE caracterizados norte ε -carboximetillisina (CML) y norte ε -carboxietillisina (CEL), aductos de bis(lisil)imidazol (GOLD - dímero de glioxal-lisil-lisil, MOLD - dímero de metilglioxal-lisil-lisil, DOLD - dímero de desoxiglucoson-lisil-lisil), imidazolonas (G-H, MG‑ H y 3DG‑H), pirralina, argpirimidina, pentosidina, crosslin y vesperlisina. 5.31 muestra algunos

Arroz. 5.30. Esquema de glicación de proteínas en presencia de D-glucosa. El recuadro muestra los principales precursores de los productos AGE resultantes de la glicación (según )

productos finales de la glicación. Por ejemplo, la pentosidina y la carboximetil lisina (CML), productos finales de la glicación formados en condiciones oxidativas, se encuentran en proteínas de vida prolongada: colágeno de la piel y cristalino del cristalino. La carboximetillisina introduce un grupo carboxilo con carga negativa en la proteína en lugar de un grupo amino con carga positiva, lo que puede conducir a un cambio en la carga en la superficie de la proteína, a un cambio en la estructura espacial de la proteína. La LMC es un antígeno reconocido por anticuerpos. La cantidad de este producto aumenta linealmente con la edad. La pentosidina es un enlace cruzado (un producto del entrecruzamiento) entre el producto de Amadori y un residuo de arginina en cualquier posición de la proteína, se forma a partir de ascorbato, glucosa, fructosa, ribosa, que se encuentra en los tejidos cerebrales de pacientes con Alzheimer. enfermedad, en la piel y plasma sanguíneo de pacientes diabéticos.

Los productos finales de glicación pueden promover la oxidación de radicales libres, cambios de carga en la superficie de la proteína, reticulación irreversible entre diferentes regiones de proteínas, lo que

interrumpe su estructura espacial y funcionamiento, los hace resistentes a la proteólisis enzimática. A su vez, la oxidación por radicales libres puede causar proteólisis no enzimática o fragmentación de proteínas, peroxidación lipídica.

La formación de productos finales de glicación en las proteínas de la membrana basal (colágeno tipo IV, laminina, proteoglicano de sulfato de heparán) conduce a su engrosamiento, estrechamiento de la luz capilar y alteración de su función. Estas violaciones de la matriz extracelular cambian la estructura y función de los vasos sanguíneos (disminución de la elasticidad de la pared vascular, cambios en respuesta al efecto vasodilatador del óxido nítrico), contribuyen a un desarrollo más acelerado del proceso aterosclerótico.

Los productos finales de la glicación (AGE) también afectan la expresión de algunos genes al unirse a receptores AGE específicos localizados en fibroblastos, linfocitos T, en los riñones (células mesangiales), en la pared vascular (endotelio y células del músculo liso), en el cerebro , así como en hígado y bazo, donde son más abundantes, es decir, en tejidos ricos en macrófagos, que median en la transducción de esta señal aumentando la formación de radicales libres de oxígeno. Estos últimos, a su vez, activan la transcripción del factor nuclear NF-kB, que regula la expresión de muchos genes que responden a diversos daños.

Una de las formas efectivas de prevenir las consecuencias indeseables de la glicosilación no enzimática de proteínas es reducir el contenido calórico de los alimentos, lo que se refleja en una disminución en la concentración de glucosa en la sangre y una disminución en la unión no enzimática de glucosa a proteínas de larga vida, como la hemoglobina. Una disminución en la concentración de glucosa conduce a una disminución tanto en la glicosilación de proteínas como en la peroxidación de lípidos. El efecto negativo de la glicosilación se debe tanto a una violación de la estructura y las funciones cuando la glucosa se une a las proteínas de vida prolongada, como al daño oxidativo resultante de las proteínas causado por los radicales libres formados durante la oxidación de los azúcares en presencia de iones de metales de transición. . Los nucleótidos y el ADN también sufren glicosilación no enzimática, lo que conduce a mutaciones debido al daño directo del ADN y la inactivación de los sistemas de reparación, lo que provoca una mayor fragilidad de los cromosomas. Actualmente, se están estudiando enfoques para prevenir el efecto de la glicación en proteínas de larga vida mediante intervenciones farmacológicas y genéticas.