Гликоген

ГЛИКОГЕН (ЖИВОТНЫЙ КРАХМАЛ; GLYCOGEN)

1. Определение

Гликоген — разветвлённый полисахарид из остатков глюкозы, являющийся основной формой запасания углеводов в организме человека и животных. Наибольшие запасы гликогена находятся в печени и скелетных мышцах: в печени взрослого человека содержится около 100–120 г гликогена (около 5–6% массы органа), в мышцах — около 400 г (1–2% мышечной массы). Гликоген печени служит резервом глюкозы для поддержания её уровня в крови между приёмами пищи, а мышечный гликоген — источником энергии для самих мышц.

Гликоген был открыт французским физиологом Клодом Бернаром, описавшим к 1857 году выделение из печени «гликогенного вещества». Синтез и распад гликогена находятся под точным контролем инсулина, глюкагона и адреналина, а наследственные дефекты ферментов его обмена приводят к группе заболеваний — гликогенозам.

2. Строение

Молекула гликогена построена из остатков α-D-глюкозы, соединённых в линейных участках α(1→4)-гликозидными связями; в точках ветвления образуются α(1→6)-связи. Средняя длина цепей составляет около 12 остатков глюкозы. Сильное ветвление делает молекулу компактной, хорошо растворимой и создаёт множество нередуцирующих концов, с которых ферменты одновременно отщепляют глюкозу, обеспечивая быстрый её выход.

В центре каждой молекулы находится белок гликогенин, который служит затравкой: он присоединяет к себе первые остатки глюкозы, после чего удлинение цепей продолжает гликогенсинтаза. В клетках гликоген откладывается в виде гранул в цитоплазме; при повышении запасов растёт преимущественно число гранул. В отличие от жира, гликоген связывает значительное количество воды, поэтому его запасы ограничены.

3. Синтез и распад

В мышцах отсутствует глюкозо-6-фосфатаза, поэтому мышечный гликоген не может пополнять глюкозу крови и используется только для собственных нужд мышцы — в гликолизе для образования АТФ, особенно при интенсивной нагрузке.

4. Гормональная регуляция

• Инсулин: после еды стимулирует синтез гликогена в печени и мышцах, активируя гликогенсинтазу и подавляя гликогенфосфорилазу; в мышцах дополнительно усиливает поступление глюкозы в клетки.

• Глюкагон: при снижении глюкозы крови через цАМФ-зависимую протеинкиназу активирует фосфорилазу и подавляет гликогенсинтазу в печени, обеспечивая выход глюкозы в кровь.

• Адреналин: при стрессе и физической нагрузке запускает гликогенолиз в мышцах и печени.

• Внутриклеточные регуляторы: в мышцах распад гликогена ускоряется ионами кальция при сокращении и АМФ при дефиците энергии.

При голодании гликоген печени является основным источником глюкозы крови в течение первых 8–12 часов, после чего возрастает роль глюконеогенеза из аминокислот, лактата и глицерина.

5. Функции в организме

Гликоген печени поддерживает нормогликемию во время ночного сна и между приёмами пищи и необходим для питания головного мозга и эритроцитов, использующих глюкозу как основное топливо. Гликоген мышц обеспечивает энергией быструю и интенсивную работу; его истощение при длительной нагрузке сопровождается выраженной утомляемостью. Небольшие запасы гликогена есть также в почках, сердечной мышце, головном мозге (астроциты) и других тканях. Запасы мышечного гликогена увеличиваются при питании с высоким содержанием углеводов в сочетании с тренировками, что используется в спортивной медицине (углеводная загрузка перед длительными соревнованиями).

В гистологии гликоген в тканях выявляют с помощью ШИК-реакции (PAS-реакции), которая окрашивает его в малиновый цвет; исчезновение окраски после обработки диастазой подтверждает, что окрашенное вещество является именно гликогеном. Этот приём используется при исследовании биоптатов печени и мышц.

Способность печени запасать и отдавать глюкозу нарушается при сахарном диабете и тяжёлых заболеваниях печени. Отсутствие инсулинового сигнала при сахарном диабете 1 типа сопровождается преобладанием гликогенолиза и глюконеогенеза, что вносит вклад в гипергликемию. При циррозе печени уменьшение запасов гликогена ограничивает устойчивость к голоданию и повышает риск гипогликемии.

6. Нарушения обмена гликогена

Диагностика гликогенозов основана на клинической картине, биохимических исследованиях, определении активности ферментов и молекулярно-генетическом анализе. Для лечения печёночных форм применяется диетотерапия с частым кормлением и медленно усваиваемыми углеводами, при болезни Помпе — ферментозаместительная терапия.

Ключевое клиническое положение: Гликоген — разветвлённый полимер глюкозы и главная форма её запасания в организме: около 100–120 г в печени и около 400 г в скелетных мышцах. Печёночный гликоген под действием глюкагона и адреналина распадается до свободной глюкозы и поддерживает её уровень в крови в первые 8–12 часов голодания, тогда как мышечный гликоген из-за отсутствия глюкозо-6-фосфатазы используется только самой мышцей. Синтез гликогена стимулирует инсулин. Наследственные дефекты ферментов обмена гликогена вызывают гликогенозы (болезни Гирке, Помпе, Кори, Мак-Ардла и др.), проявляющиеся гипогликемией, гепатомегалией или миопатией.