Гликоген как запасающий углевод¶
Гликоген — полисахарид, выполняющий в организмах животных и человека функцию запасного (резервного) углевода. По химической структуре представляет собой разветвлённую молекулу, состоящую из остатков α-глюкозы, связанных между собой гликозидными связями. Гликоген синтезируется в клетках печени и мышц и служит источником глюкозы при повышенной энергетической потребности или дефиците поступления сахара с пищей.
¶Строение и свойства
Гликоген относится к гомополисахаридам — полимерам, построенным из одного типа мономеров. В его молекуле остатки глюкозы соединены двумя типами связей: α(1→4)-гликозидными вдоль основной цепи и α(1→6)-гликозидными в точках разветвления. Последние возникают примерно через каждые 8–12 остатков глюкозы, что придаёт молекуле древовидную структуру и обеспечивает возможность быстрого отщепления глюкозных звеньев с концов ветвей.
По строению гликоген близок к амилопектину — разветвлённому компоненту растительного крахмала, однако его разветвлённость значительно выше. Молекулярная масса гликогена может достигать 10⁸ Да, что делает его одним из крупнейших биологических полимеров.
¶Роль в организме человека
В организме человека гликоген выполняет две основные функции:
- Энергетическая (депонирование энергии). Гликоген служит быстро мобилизуемым резервом глюкозы. При расщеплении (гликогенолизе) одна молекула гликогена высвобождает глюкозу, которая поступает в кровь или используется непосредственно в мышечной клетке.
- Поддержание уровня глюкозы в крови. Гепатоциты (клетки печени) расщепляют гликоген и секретируют глюкозу в кровь, что критически важно между приёмами пищи, особенно в ночное время и при физической нагрузке.
¶Локализация в организме
Гликоген откладывается преимущественно в двух тканях:
| Ткань | Содержание | Функция |
|---|---|---|
| Печень (гепатоциты) | 100–120 г (около 5–6 % массы органа) | Поддержание гликемии (уровня глюкозы в крови) |
| Скелетные мышцы | 300–400 г суммарно (около 1–2 % массы мышц) | Локальный источник энергии при мышечной работе |
Небольшие количества гликогена также присутствуют в клетках почек, сердца, головного мозга и в лейкоцитах, однако их вклад в энергетический баланс невелик.
Общий запас гликогена в организме взрослого человека оценивается в 400–500 г. Этого количества достаточно примерно на сутки полного голодания или на несколько часов интенсивной физической нагрузки.
¶Обмен гликогена
¶Гликогеногенез (синтез)
Образование гликогена (гликогеногенез) происходит в цитоплазме клеток из глюкозы-6-фосфата. Ключевой фермент синтеза — гликогенсинтаза, переносящая остатки глюкозы на растущую цепь полимера. Синтез активируется инсулином — гормоном поджелудочной железы, который выделяется в ответ на повышение уровня глюкозы в крови после еды.
¶Гликогенолиз (расщепление)
Расщепление гликогена катализирует фермент гликогенфосфорилаза. Процесс начинается с концов разветвлённых цепей и сопровождается последовательным отщеплением глюкозных остатков. В печени дополнительно работает фермент глюкозо-6-фосфатаза, который превращает глюкозо-6-фосфат в свободную глюкозу, способную выйти в кровь. В мышцах этого фермента нет, поэтому гликоген мышц используется только для внутренних нужд мышечной клетки.
Регуляция гликогенолиза осуществляется гормонами: адреналином, глюкагоном и кортизолом, уровень которых повышается при стрессе, физической нагрузке или снижении гликемии.
¶Гликогеновые болезни
Нарушения обмена гликогена объединяют группу наследственных заболеваний — гликогенозов (болезни накопления гликогена). Наиболее известные из них:
- Болезнь Гирке (гликогеноз I типа) — дефицит глюкозо-6-фосфатазы, приводящий к тяжёлой гипогликемии и гепатомегалии.
- Болезнь Помпе (гликогеноз II типа) — дефицит кислой мальтазы, характеризующийся накоплением гликогена в лизосомах и поражением мышц.
- Болезнь Андерсена (гликогеноз III типа) — нарушение разветвления молекулы гликогена из-за дефицита фермента гликоген-разветвителя.
¶Практическое значение
Понимание роли гликогена лежит в основе диетологии и спортивной медицины. Спортивное питание предусматривает углеводную загрузку — увеличение доли углеводов в рационе перед соревнованиями для максимального насыщения мышечного гликогена. В клинической практике уровень гликогена печени оценивают с помощью биопсии и инструментальных методов; его истощение наблюдается при длительном голодании, сахарном диабете и некоторых хронических заболеваниях.
Источники:
- Справочник по биохимии / Под ред. В. П. Комарова.
- Нельсон. Учебник педиатрии (Nelson Textbook of Pediatrics).
- Харпер. Биохимия человека (Harper's Illustrated Biochemistry).
- Фадеев В. А. Биохимия: учебник для вузов.