כיצד אינסולין וגליקוגן Orchestrate Energy Storage

מערכות מטבוליות פועלות לעתים נדירות על לוגיקה פשוטה. בבני אדם, היכולת לאחסן אנרגיה עודף ולאחזר אותו ביעילות קובע את כל מה שביצועים אתלטיים לסיכון למחלות לטווח ארוך. בעוד רבים מבינים כי מזון מספק דלק, פחות לזהות את המכונות ההורמונליות והאנזיות המחקות את הדלק הזה לתוך מאגרים שניתן לספק.

אינסולין וגליקוגן יושבים במרכז המערכת הזאת.אחד הוא הורמון שמסמן שפע תזונתי; השני הוא פולימר בעל מאגרים גבוהים של גלוקוז המשמש כשמורת האנרגיה הקצרה של הגוף יחד, הם יוצרים את הגשר המטבולי בין חג וצום, מאמץ והחלמה.

הקרן לאספקת דלק

תפקידו של אינסולין כהורמון המאסטר אנאבלוי

אינסולין מיוצר על ידי תאי בטא של אבני הפנקר של Langerhans.הסוד שלה הוא מוגרה ישירות על ידי עלייה ריכוזי גלוקוז בדם לאחר ארוחה המכילה פחמימות.לאחר ששוחרר לתוך דליק הפורטל, אינסולין נוסע לכבד, שבו הוא מפעיל אפקטים אנבוליים חזקים.

אינסולין נקשר לקולטן אינסולין, קולטן צמיגיםrosine על פני השטח של תאי היעד.זה יוזם קזדן אות מעורב קולטני אינסולין substrates (IRS-1/2), phosphatidylinositol 3-kinase (PIK), ואקט. אחת התוצאות העיקריות של קערה זו היא המעבר של גלוקוזר מסוג 4GUTic CEXL תאים זה.

מעבר לקליטת גלוקוז ישירה, אינסולין מדכא באופן פעיל ייצור גלוקוז אנדוגניים בכבד ( gluconeogenesis) ומקדם את המרה של גלוקוז עודף לתוך אחסון מקרומולקולות: גליקוגן בכבד ובשרירים, וטריגליצרידים ברקמות אדיצרייק.זה, בכל מובן, הורמון אחסון.

Glucagon ו-The Counter-regulatory ציר

אינסולין אינו עובד בבידוד.המקבילה ההורמונלית העיקרית שלו, glucagon, הוא מוצהר על ידי תאי אלפא של הלבלב בתגובה לריכוזי גלוקוז בדם נמוכים. בעוד אינסולין מסמן שפע ומקדם אחסון, גלוקגון מסמן מחסור וגיוס דלק.

Glucagon פועל בעיקר על הכבד, שבו הוא נקשר קולטנים G-חלבון יחד המפעילים adenylyl cyclase, הגדלת AMP CycAMP (cAMP) והפעלה של חלבון kinase A (PKA) זה cascade מעורר התמוטטות גליקוגן (glycogenolysis) ואת הסינתזה של גלוקוז מ-לא-carboates (קיצור אינסולין).

ג'וליקוגן: אדריכלות של פולימר חכם

למה ג'וליקוגן, לא חופשי גלוקוז

גלוקוז חינם הוא פעיל אוקולטי.אם הגוף מאוחסן כמויות גדולות של גלוקוז חינם, זה ימשוך מים לתוך תאים, גרימת נפיחות סלולרית חמורה כאוס מטבולי. Glycogen פותר בעיה זו. על ידי קישור יחידות גלוקוז לתוך פולימר מעוגן מאוד, לא פתור, התא יכול לאחסן כמות מסיבי של אנרגיה עם הפרעה סמוטית מינימלית.

המבנה העקרוני של Glycogen משרת מטרה שנייה ומשמעותית.המספרים שאינם משווקים מספקים מספר אתרים לשחרור גלוקוז מהיר כאשר האנרגיה דורשת ספייק. צפיפות האחסון היא יוצאת דופן: הכבד האנושי יכול לאחסן כ-100-180 גרם של גליקוגן, וספקת שרירי השלד 300–400 גרם, בהתאם למצב מסת שריר ואימון.

Hepatic Glycogen: The Systemic Buffer

Liver glycogen פועל כמאגרי עבור גלוקוז שלם.כאשר גלוקוז בדם נופל, הכבד משחרר גלוקוז לתוך מחזור הדם.זה אפשרי כי hepatocytes מכילים גלוקוז 6-phosphatase, אנזים כי קטליטאזז את הצעד האחרון של שחרור גלוקוז - dephosphorylating גלוקוז 6-פוספט כדי גלוקוז חינם גלוקוז.זה חסר שריר, כלומר שריר, לשרת מערכת לא מקומית, לא צריך מערכת צהובה.

הכבד רגיש להפליא ביחס אינסולין-ל-גובלון.לאחר ארוחה, הגלוקוז הגלוקוז הפטי מעלה את העלייה, וסינתזה גליקוגן מוגרה. במהלך מהיר, הכבד מספק גלוקוז למוח ולתאים בדם אדום, אשר מחייבים את צרכני הגלוקוז.ללא מערכת מבולעת זו, רמות גלוקוז בדם יתחלחלו באופן מסוכן בין הארוחות.

שריר Glycogen: תחנת הכוח המקומית

שריר Skeletal מסתמכ על חנויות גליקוגן הפנימי שלה התכווצות כוח.בניגוד לכבד, השריר לא משחרר גלוקוז לתוך זרם הדם. במקום זאת, גליקוגניזה בתוך הציטים להאכיל גלוקוז 6-פוספט ישירות לתוך גליקוליסזה כדי ליצור ATP עבור התכווצות שרירים.

תוכן גליקוגן שרירים הוא משתנה מאוד ופלסטיק.זה מתאים לאימון, דיאטה, וביקוש מטבולי. ספורטאים להפסיקו יכול לטעון את השרירים שלהם לאחסון עד 700-800 גרם או יותר.הסתגלות הזו מאפשרת להם לקיים עבודה אינטנסיבית בינונית עד גבוהה למשך זמן ארוך יותר לפני עייפות משבשת ביצועים.

הביוכימיה של אחסון: Glycogenesis

מגלוקוזה לג'יקוגן

Glycogenesis הוא תהליך של אספרגרוקס ממולקולות גלוקוז.It מתחיל לאחר גלוקוז נכנס תא והוא זרחן גלוקוז 6-פוספט. אנזים בשם phosphoglucomutase להמיר את זה גלוקוז-1-פוספט.הצעד ההפעלה המכריע לאחר: UDP-glucose pyropylphorases-1- גלוקוז לתוך גלוקוזדלוקוז גלוקוז diote לתוך גלוקוז dioxy (pus) גלוקוז מופעל סוכרוזקוגן).

Glycogen synthase הוא האנזים הרגולטורי מפתח.זה מוסיף UDP-glucose לשרשרת הגדלה ב-Apha-1,4 קישור.עם זאת, synthase גליקוגן אינו יכול ליזום שרשרת חדשה de novo. זה דורש ראשוני, אשר מסופק על ידי חלבון בשם גליקוגן. Glycogenin autoglucosylates עצמו, הוספת קצר של גלוקוז, אשר עשוי מ- מחרוזת, אשר יכול להאריך את ה-Gicase.

ככל שהשרשרת נעה, אנזים מתפתל (amylo-1,4 ל-1,6 transgobaosylase) מעביר קטע של השרשרת לגלוקוז השכן, יצירת נקודת סניף אלפא-1,6. ענף זה חיוני עבור ה-Solubility וגיוס מהיר של גליקוגן. Insulin מפעיל גליקוגן באמצעות אחסון dephosylation, קידום ישירות.

הביוכימיה של שחרור: Glycogenolysis

שליטה ב Demolition

Glycogenolysis הוא ההתמוטטות המבוקרת של גליקוגן בחזרה לתוך גלוקוז.התהליך אינו רק הפוך של סינתזה. האנזים הראשי, זרחן גליקוגן, פועל צעד מחוספס בקצב.זה דורש את ה- pyridoxal pus קיים בשני צורות בלתי פתורות: phosphorase פעיל (phosphorase) ו- lated (Ratesurating) in the blated) in the blated (Rase (Rase) in the pyphorsphorsphorsphorsphorsirgirgirgirgirgirgirgirgirgirdsphorsphorsphorstrargirdsphorsphorsphorstrargirdsphoral py (Rirgirgirgirt) ו-Rirgirgirgirgirdsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphorsphoral py (Rirgirgirated py (Rirated py (Rirated pyphoral pyphor

Phosphorylase cleaves אלפא-1,4 קישורים באמצעות אורתאופוספט, לשחרר גלוקוז-1-פוספט. כאשר הוא מתקרב בתוך ארבעה שאריות גלוקוז של נקודה סניף, הוא מפסיק.בשלב זה, debranching אנזים מעביר את שלוש יחידות הגלוקוז הנותרים לשרשרת עטיפה השכנה.1,6-linked גלוקוז הוא גלוקוז מחוספס על ידי אותו האנזים debraing, שחרור מולקולה חופשית של גלוקוז.

גורלה של גלוקוז-1-Phosphate

גלוקוז-1-פוספט חייב להיות מומר גלוקוז 6-פוספט על ידי phosphoglucomutase.גורל של גלוקוז-6-פוספט תלוי רקמת.בכבד, גלוקוז-6-phosphatase מסיר את קבוצת פוספט, ומאפשר גלוקוז חופשי לצאת לתוך זרם הדם.בשרירים, שבו גלוקוז 6-phosphatase הוא נעדר, גלוקוז 6-פוספטוזלוטז נכנס גליקוזה מיידית, לספק אנרגיה זו באופן ישיר כדי להסביר את זה לא יכול לתרום באופן ישיר לתחזוקה.

תקנות דינמיות ברחבי מדינות מטאבוליות

המונחים:Postprandial Surge

לאחר ארוחה עשירה בפחמימות, גלוקוז בדם עולה.תא התא לחוש זאת באמצעות GLUT2 תחבורה ופעילות glucokinase, עיבוד סינתזה מושרה גלוקוז כדי לפענח את המריבה ולגרום אינסולין exocytosis. רמות אינסולין. אינסולין שיא בתוך 30-60 דקות.

במצב זה, ייצור הגלוקוז hepatic מדוכא על ידי 60-80%. שריר ורקמות adipose להרים את הגלוקוז. בכבד, גליקו synthase מופעל על ידי אנזימים פוסphatase כי הם עצמם נשלטים על ידי אינסולין אות.רוב גלוקוז in theכבד ושרירים, עם שבריר קטנה יותר לכיוון devotesis הם כבר מלא גלוקגן.

המדינה המהירה וגוקוגנינזיס

בעוד צום משתרע מעבר ל-6-8 שעות, גלוקוז בדם מתחיל לרדת. טיפות סודיות אינסולין, ופרשת glucagon עולה. בתוך דקות, glucagon מפעיל את זרחן גליקוגן בכבד, תוך כוונון גליקוגניוזיס.

חנויות גליקוגן Liver מתמוססות במידה רבה לאחר 12-16 שעות של צום. בנקודה זו, gluconeogenesis הופך למקור הדומיננטי של גלוקוז בדם. substrates המשמש הם לקטטה (מגליקוזה אנירובית), alanine ו-glutamine (מדלקת שריר proteolysis), ו גליקול (מרקמות adipose lipolysis).

פעילות גופנית ו- Glycogen Utilization

במהלך פעילות גופנית, דרישות האנרגיה המקומיות בשרירים crocket.glycogenolysis שרירים מופעל לא על ידי glucagon אבל על ידי גורמים מקומיים: סידן שחרור מן arcoplasmic reticulum מפעיל phosphorylase kinase, ועלייה רמות AMP אות גירעון אנרגיה.בנוסף, אפינפרין שוחרר מן הקידוד נקשר להיות ragic קולטניאקטיבית תאים לפעול עוד יותר על השריר.

עוצמת התרגיל מכתיבת את שיעור ההתמוטטות של גליקוגן.

  • (בהמשך, קלף): 1 (הופנה מהדף ⁇ ) (הופנה מהדף oxidation) (הופנה מהדף glycogenity)
  • (ב) [15], ⁇ (הפעלת מצבות) (הפעלת מצבות):FLT:1 שימוש בדלק מעורב, עם הגדלת תרומת גליקוגן כעוצמה עולה.
  • (התמדה גבוהה:0) עמידות כבדה (התדפסה, התנגדות כבדה): 1 Massive, גליקוגניוזיס מהיר, יצירת קשקשים לקטטה ומימן, המוביל לחומצה שרירית ועייפות.

כאשר חנויות גליקוגן שרירים לרוץ נמוך, עייפות מגדירה פנימה. עבור ספורטאים סיבולת, זה ידוע בשם "בקינג" או "להצית את הקיר" המוח קולט את זה כמו exhaustion פיזית עמוקה, ו pacing, קצב, ו פלט חשמל יורד באופן חדה.התופעה מציגה את התפקיד החיוני של גליקוגן שרירים מאוחסן עבור ביצועים ברמה גבוהה.

פתולוגיה של מערכת שבורה

אינסולין התנגדות וסוכרת סוג 2

התנגדות אינסולין היא המצב שבו תאים לא להגיב בדרך כלל לאינסולין.התוצאה היא עלייה מקבילה בפרשת אינסולין מתאים בטא.כל עוד הלבלב יכול לשמור על תפוקת אינסולין גבוהה כדי להתגבר על ההתנגדות, גלוקוז בדם נשאר נורמלי. עם זאת, תאי בטא יכולים להיות מותשים ולהתחיל להיכשל.

הנהגים המולקולריים של התנגדות לאינסולין הם מורכבים.התורמים המרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) הצטברות ליפיד לימפוסטרי:FreaLT:1) חומצות שומן מאוחסנים בשריר ובכבד להפריע לאינסולין, במיוחד ברמת IRS-1 ו- Akt. Diacylglycerololololololololololololololololglycerololololololololololols (DAGs) ו-ceramides הם אותות לשוניים ספציפיים המפעילים חלבון C (PKC), אשר , אשר , אשר , אשר , אשר phostrasylates) באופן נוגד אותות דלקתיים IRS אינסולין.
  • (FLT:0) דלקת צ'טרונזית: 1FLT:1 ורקמות הוויקינג משחררות ציטוקינים דלקתיים כגון TNF-alpha ו- IL-6, אשר מפעילים kinases מתח (JNK, IKK-beta) הפוגעים בסימן אינסולין.
  • (FLT:0Mitochondrial לא מתפקד: FIRLT:1 oxidation שומן לא יציב בשריר מוביל להצטברות של ביניים ליפיד אשר משבש עוד אות.

כאשר עמידות לאינסולין משולב עם דיוני אינסולין לא מספיקים, גלוקוז בדם עולה, המוביל לאבחון של סוכרת מסוג 2. במצב זה, היכולת הרגילה לאחסן גליקוגן לאחר ארוחות הוא בוטה. hyperglycemia פוסט-פרונטלי הופך מתמשך, המוביל לסיבוכים מיקרווסקולריים ומאקרווסקולריים לאורך שנים.

מחלות אחסון Glycogen

פגמים גנטיים נדירים באנזימים של חילוף החומרים גליקוגן גורמים לספקטרום של תנאים הידועים כמחלות אחסון גליקוגן (GSDs) הפרעות אלה מדגישות את התפקידים הספציפיים של כל צעד אנזים.

  • (FLT:0Von Gierke Disease (GSD I): Deficiency של גלוקוז-6-phosphatase.מטופלים אינם יכולים לשחרר גלוקוז חינם מן הכבד.הם חווים hypoglycemia חמורה צום, חומצה לקטית, היפראוריקמיה.טיפול כרוך ארוחות תכופות כדי לספק מקור גלוקוז איטי.
  • (FLT:0) מחלת McArdle (GSD Vir): Deficiency של גליקוגן phosphorylase.מטופלים חסרים את היכולת לשבור את גליקוגן השרירים.הם חווים חוסר סובלנות, התכווצויות שרירים, ו rhabdomyolysis.מעניין, הם עשויים להציג תופעה "שנית" - לאחר כ 10 דקות של פעילות גופנית קלה, הם לפעמים יכולים להמשיך בנוחות רבה יותר כמו חומצות גלוקוז (שומן).
  • מחלת FLT:0Cori Disease (GSD III): Deficiency of debranching אנזימים.Glycogen מצטבר עם שרשראות חיצוניות קצרות מאוד.מחלה זו משפיעה הן על הכבד והן על השרירים, מה שגורם hypoglycemia וmyopathy.

אסטרטגיות מעשיות עבור אופטימיזציה של Glycogen Storage

תקופת פחמימות ותזמון תזמון

עבור ספורטאים ויחידים פעילים, מניפולציה של אחסון גליקוגן היא אסטרטגיה אימונים מרכזית.עקרון של תקופת פחמימות כרוך התאמת צריכת פחמימות לביקוש.

אימון עם חנויות גליקוגן נמוכות (אימון נמוך) יכול לשפר את מסלולי האותות שמקדמים ביוגנזה מייטוכונדריאלית והסתגלות שומן. עם זאת, גישה זו חייבת לשמש בספאם, כמו אימון כרוני במצב דל גליקוגן פוגע ביצועים גבוהים מגביר את החלבון התמוטטות.

החלון לאחר הניתוח הוא תקופה קריטית עבור glycogen resynthesis. תאי שריר רגישים מאוד אינסולין מיד לאחר אימון. consuming פחמימות אינדקס גליקמי גבוה בתוך 30 דקות של פעילות גופנית, ואחריו ארוחה מעורבת בתוך 2 שעות, תומך שיקום אופטימלית.הוספת חלבון לארוחה שלאחר עבודה יכול לשפר את הסינתזה גליקוגן על ידי הגדלת סוד אינסולין.

אימון כמכשיר מטאבולי

אימון עקבי אימון עצמו משפר את יכולת האחסון של גליקוגן.אימון אנדורנס מגביר את הפעילות של גליקוגן סינתאז ואת נפח הכולל של גליקוגן מאוחסן עבור גרם של שריר.התנגדות גם משפר את אחסון גליקוגן על ידי הגדלת מסת שריר.שני צורות של פעילות גופנית לשפר את הרגישות אינסולין, צמצום הסיכון של עמידות אינסולין וסוכרת סוג 2.

המנגנון כולל עלייה לאחר הניתוח בביטוי GLUT4 בשריר, הגדלת רמת הסוכר תלוי אינסולין, והפחתה של לימפומי לאנקומי.אפילו מפגש אחד של פעילות גופנית יכול לשפר את הרגישות לאינסולין במשך 24 עד 48 שעות.אפקט זה הוא אחד ההתערבות המשפיעה ביותר באורח החיים זמין.

מסקנה

השותפות בין אינסולין וגליקוגן היא אבן הפינה של פיזיולוגיה מטבולית אנושית. אינסולין מיישר את זרימת האנרגיה לתוך אחסון, גליקוגן מספק מאגר שחרור מהיר כי מכווצים בין חג וצום, מנוחה ומאמץ. כאשר המערכת הזו מתפקדת כראוי, גלוקוז בדם לעתים רחוקות מתחולל מחוץ לטווח צר, אפילו מול דפוסי אכילה מגוונים ודרישות פיזיות.

הבנת השלבים המולקולריים של גליקוגניזיס וגליקוגניוזיס, התפקידים הספציפיים של כבד ושריר, והגורמים המניעים עמידות לאינסולין מספק מסגרת לקבלת החלטות מושכלות על תזונה, פעילות גופנית ובריאות מטבולית.אם המטרה היא ביצועים אתלטיים, ניהול משקולות, או מניעת מחלה כרונית, ציר אינסולין-גליקוגן נשאר חידה קריטית עבור פיזיולוגיה בת קיימא.