Гликоген и глюкоза

Гликоген — полисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасной углевод человека и животных.

Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Откладывается в виде гранул в цитоплазме во многих типах клеток (главным образом печени и мышц). Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы.

Гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоцитах) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма, при этом гепатоциты способны накапливать до 8 процентов своего веса в виде гликогена, что является максимальной концентрацией среди всех видов клеток. Общая масса гликогена в печени может достигать 100—120 граммов у взрослых.
В мышцах гликоген перерабатывается в глюкозу исключительно для локального потребления и накапливается в гораздо меньших концентрациях (не более 1 % от общей массы мышц), в то же время его общий мышечный запас может превышать запас, накопленный в гепатоцитах.
Небольшое количество гликогена обнаружено в почках, и ещё меньшее — в определённых видах клеток мозга (глиальных) и белых кровяных клетках.

При недостатке в организме глюкозы гликоген под воздействием ферментов расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровь. Регуляция синтеза и распада гликогена осуществляется нервной системой и гормонами.

Глюкоза

Немного глюкозы всегда хранится у нас в организме, так сказать, «про запас». Она содержится главным образом в печени и в мышцах в виде гликогена. Однако энергии, полученной от «сгорания» гликогена, у человека среднего физического развития хватает лишь на сутки, и то лишь при очень экономном ее расходовании. Запас этот нужен нам для аварийных случаев, когда подача глюкозы в кровь может неожиданно прекратиться. Для того, чтобы человек перенес это более-менее безболезненно, ему отведены целые сутки для решения проблем с питанием. Это немалый срок, тем более если учесть, что основным потребителем аварийного запаса глюкозы является головной мозг: чтобы лучше думалось, каким образом выйти из кризисной ситуации.

Однако неверно, что у человека, ведущего исключительно размеренный образ жизни, совсем не происходит высвобождение из печени гликогена. Это постоянно случается во время ночного голодания и в промежутках между приемами пищи, когда в крови снижается количество глюкозы. Стоит нам поесть, этот процесс замедляется и гликоген вновь накапливается. Однако уже через три часа после еды гликоген вновь начинает использоваться. И так — вплоть до следующего приема пищи. Все эти непрерывные превращения гликогена напоминают замену консервов на военных складах, когда заканчиваются сроки их хранения: чтобы не залеживались.

В организме человека и животных глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов. Способностью усваивать глюкозу обладают все клетки организма животных. В то же время, способностью использовать другие источники энергии — например, свободные жирные кислоты и глицерин, фруктозу или молочную кислоту — обладают не все клетки организма, а лишь некоторые их типы.

Транспорт глюкозы из внешней среды внутрь животной клетки осуществляется путём активного трансмембранного переноса с помощью особой белковой молекулы — переносчика (транспортёра) гексоз.

Многие отличные от глюкозы источники энергии могут быть непосредственно конвертированы в печени в глюкозу — молочная кислота, многие свободные жирные кислоты и глицерин, свободные аминокислоты. Процесс образования глюкозы в печени и отчасти в корковом веществе почек (около 10%) молекул глюкозы из других органических соединений называется глюконеогенезом.

Те источники энергии, для которых не существует пути непосредственного биохимического превращения в глюкозу, могут быть использованы клетками печени для выработки АТФ и последующего энергетического обеспечения процессов глюконеогенеза, ресинтеза глюкозы из молочной кислоты, либо энергообеспечения процесса синтеза запасов полисахарида гликогена из мономеров глюкозы. Из гликогена путём простого расщепления опять-таки легко производится глюкоза.

Получение энергии из глюкозы

Гликолиз — процесс распада одной молекулы глюкозы (C6H12O6) на две молекулы молочной кислоты (C3H6O3) с выделением энергии, достаточной для «зарядки» двух молекул АТФ. Протекает в саркоплазме под воздействием 10 специальных ферментов.

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ = 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O.

Гликолиз протекает без потребления кислорода (такие процессы называются анаэробными) и способен быстро восстанавливать запасы АТФ в мышце.
Реакции гликолиза

Окисление протекает в митохондриях под воздействием специальных ферментов и требует затрат кислорода, а соответственно и времени на его доставку (такие процессы называются аэробными). Окисление происходит в несколько этапов, сначала идет гликолиз (см. выше), но образовавшиеся в ходе промежуточного этапа этой реакции две молекулы пирувата не преобразуются в молекулы молочной кислоты, а проникают в митохондрии, где окисляются в цикле Кребса до углекислого газа СО2 и воды Н2О и дают энергию для производства еще 36 молекул АТФ. Суммарное уравнение реакции окисления глюкозы выглядит так:

C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38H3PO4 = 6CO2 + 44H2О + 38АТФ.

Итого распад глюкозы по аэробному пути дает энергию для восстановления 38 молекул АТФ. То есть окисление в 19 раз эффективнее гликолиза.