การย่อยแป้ง แป้ง. แป้งประเภทหลัก

คาร์โบไฮเดรตในอาหารในระบบทางเดินอาหารจะแตกตัวเป็นโมโนเมอร์ภายใต้การกระทำของไกลโคซิเดส - เอนไซม์ที่กระตุ้นการไฮโดรไลซิสของพันธะไกลโคซิดิก

การย่อยแป้งเริ่มต้นในช่องปาก: น้ำลายประกอบด้วยเอนไซม์อะไมเลส (α-1,4-glycosidase) ซึ่งสลายพันธะα-1,4-glycosidic เนื่องจากอาหารไม่ได้อยู่ในปากเป็นเวลานาน แป้งจึงถูกย่อยเพียงบางส่วนเท่านั้น ตำแหน่งหลักของการย่อยแป้งคือลำไส้เล็ก ซึ่งอะไมเลสเข้าไปเป็นส่วนหนึ่งของน้ำตับอ่อน อะไมเลสไม่ไฮโดรไลซ์พันธะไกลโคซิดิกในไดแซ็กคาไรด์

มอลโตส แลคโตส และซูโครสถูกไฮโดรไลซ์โดยไกลโคซิเดสเฉพาะ - มอลเตส แลคเตส และซูเครส ตามลำดับ เอนไซม์เหล่านี้สังเคราะห์ขึ้นในเซลล์ในลำไส้ ผลิตภัณฑ์จากการย่อยคาร์โบไฮเดรต (กลูโคส, กาแลคโตส, ฟรุกโตส) เข้าสู่กระแสเลือด

รูปที่ 1การย่อยคาร์โบไฮเดรต

การรักษาระดับความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดให้คงที่เป็นผลมาจากการเกิดขึ้นพร้อมกันของสองกระบวนการ: การที่กลูโคสเข้าสู่เลือดจากตับและการบริโภคจากเลือดโดยเนื้อเยื่อซึ่งใช้เป็นวัสดุพลังงาน

ลองพิจารณาดู การสังเคราะห์ไกลโคเจน.

ไกลโคเจน– คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนจากสัตว์ซึ่งเป็นโพลีเมอร์ที่มีโมโนเมอร์คือα-กลูโคสซึ่งเชื่อมต่อกันผ่านพันธะไกลโคซิดิก 1-4, 1-6 แต่มีโครงสร้างแตกแขนงมากกว่าแป้ง (มากถึง 3,000 กลูโคสตกค้าง) น้ำหนักโมเลกุลของไกลโคเจนมีขนาดใหญ่มาก - OH อยู่ระหว่าง 1 ถึง 15 ล้าน ไกลโคเจนบริสุทธิ์เป็นผงสีขาว ละลายน้ำได้สูงและสามารถตกตะกอนจากสารละลายด้วยแอลกอฮอล์ คำว่า "ฉัน" จะทำให้ได้สีน้ำตาล ในตับพบอยู่ในรูปของเม็ดร่วมกับโปรตีนของเซลล์ ปริมาณไกลโคเจนในตับสามารถสูงถึง 50-70 กรัม - นี่คือ สำรองทั่วไปไกลโคเจน; ประกอบด้วย 2 ถึง 8% ของมวลตับ ไกลโคเจนยังพบได้ในกล้ามเนื้อซึ่งเกิดขึ้น สำรองท้องถิ่นโดยจะพบได้ในปริมาณเล็กน้อยในอวัยวะและเนื้อเยื่ออื่น ๆ รวมทั้งเนื้อเยื่อไขมันด้วย ไกลโคเจนในตับเป็นคาร์โบไฮเดรตสำรองแบบเคลื่อนที่ได้ การอดอาหารเป็นเวลา 24 ชั่วโมงจะทำให้หมดสิ้นไปโดยสิ้นเชิง จากข้อมูลของ White และคณะ กล้ามเนื้อโครงร่างมีประมาณ 2/3 ของไกลโคเจนในร่างกายทั้งหมด (เนื่องจากกล้ามเนื้อมีจำนวนมากไกลโคเจนส่วนใหญ่จึงอยู่ในนั้น) - มากถึง 120 กรัม (สำหรับผู้ชายที่มีน้ำหนัก 70 กก.) แต่ในกล้ามเนื้อโครงร่างมีเนื้อหาอยู่ระหว่าง 0 .5 ถึง 1% โดยน้ำหนัก ไกลโคเจนในกล้ามเนื้อไม่เหมือนกับไกลโคเจนในตับตรงที่จะไม่หมดลงง่ายๆ เมื่ออดอาหาร แม้ว่าจะใช้เวลานานก็ตาม กลไกการสังเคราะห์ไกลโคเจนในตับจากกลูโคสได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนแล้ว ในเซลล์ตับ กลูโคสจะผ่านกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่นโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ เฮกโซไคเนสด้วยการก่อตัวของกลูโคส-6-P

รูปที่ 2แผนการสังเคราะห์ไกลโคเจน

1. กลูโคส + ATP hexoxynase Glucose-6-P + ADP

2. กลูโคส-6-พี ฟอสโฟกลูโคมูเตส กลูโคส-1-พี

(เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์)

3. Glucose-1-P + UTP กลูโคส-1-P uridyl transferase UDP-1-glucose + H 4 P 2 O 7

4. UDP-1-glucose + ไกลโคเจนไกลโคเจนซินเทส ไกลโคเจน + UDP

(เมล็ด)

UDP ที่เป็นผลลัพธ์สามารถถูกทำให้เป็นฟอสโฟรีเลชั่นได้อีกครั้งโดย ATP และวงจรการเปลี่ยนแปลงของกลูโคส-1-P ทั้งหมดจะถูกทำซ้ำอีกครั้ง

กิจกรรมของเอนไซม์ไกลโคเจนซินเทสถูกควบคุมโดยการดัดแปลงโควาเลนต์ เอนไซม์นี้สามารถพบได้ในสองรูปแบบ: ไกลโคเจนซินเทส I (อิสระ - เป็นอิสระจากกลูโคส-6-P) และไกลโคเจนซินเทส D (ขึ้นอยู่กับ - ขึ้นอยู่กับกลูโคส-6-P)

โปรตีนไคเนสฟอสโฟรีเลทที่มีส่วนร่วมของ ATP (ไม่ใช่ฟอสโฟรีเลทในรูปแบบของไอเอ็นไซม์, แปลงเป็นรูปแบบฟอสโฟรีเลชั่นของดีเอนไซม์, ซึ่งกลุ่มไฮดรอกซิลของซีรีนถูกฟอสโฟรีเลชั่น)

มีเพียงโมโนแซ็กคาไรด์เท่านั้นที่ถูกดูดซึมในลำไส้: กลูโคส กาแลคโตส ฟรุกโตส ดังนั้นโอลิโกและโพลีแซ็กคาไรด์ที่เข้าสู่ร่างกายพร้อมกับอาหารจะต้องถูกไฮโดรไลซ์โดยระบบเอนไซม์เพื่อสร้างโมโนแซ็กคาไรด์ ในรูป 5.11 แสดงให้เห็นแผนผังของระบบเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการย่อยคาร์โบไฮเดรตซึ่งเริ่มต้นในช่องปากด้วยการกระทำของα-amylase ในช่องปากจากนั้นดำเนินการต่อในส่วนต่าง ๆ ของลำไส้ด้วยความช่วยเหลือของตับอ่อนα-amylase, sucrase-isomaltase , ไกลโคอะไมเลส, β-ไกลโคซิเดส (แลคเตส), คอมเพล็กซ์ทรีฮาเลส

ข้าว. 5.11. แผนผังการแปลระบบเอนไซม์สำหรับการย่อยคาร์โบไฮเดรต

5.2.1. การย่อยคาร์โบไฮเดรตโดยใช้ปากและตับอ่อน -อะไมเลส ( -1,4-ไกลโคซิเดส)โพลีแซ็กคาไรด์ที่ได้รับจากอาหาร ได้แก่ แป้ง (ประกอบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์อะมิโลสเชิงเส้นซึ่งสารตกค้างของกลูโคซิลเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ α-1,4-ไกลโคซิดิก และอะไมโลเพคติน ซึ่งเป็นโพลีแซ็กคาไรด์แบบกิ่งก้าน โดยที่ยังพบพันธะ α-1,6-ไกลโคซิดิกด้วย ) เริ่มไฮโดรไลซ์ในช่องปากแล้วหลังจากเปียกด้วยน้ำลายที่มีเอนไซม์ไฮโดรไลติก α-amylase (α-1,4-glycosidase) (EC 3.2.1.1) ซึ่งจะสลายพันธะ 1,4-glycosidic ในแป้ง แต่ ไม่ออกฤทธิ์ต่อพันธะ 1,6-ไกลโคซิดิก

นอกจากนี้เวลาสัมผัสของเอนไซม์กับแป้งในช่องปากนั้นสั้นดังนั้นแป้งจึงถูกย่อยบางส่วนทำให้เกิดชิ้นส่วนขนาดใหญ่ - เดกซ์ทรินและมอลโตสไดแซ็กคาไรด์เล็กน้อย ไดแซ็กคาไรด์จะไม่ถูกไฮโดรไลซ์โดยอะไมเลสที่ทำน้ำลาย

เมื่อเข้าสู่กระเพาะอาหารในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด อะไมเลสที่ทำน้ำลายจะถูกยับยั้ง กระบวนการย่อยอาหารสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะภายในอาหารก้อนใหญ่เท่านั้น โดยที่กิจกรรมของอะไมเลสสามารถคงอยู่ได้ระยะหนึ่งจนกระทั่งค่า pH ของทั้งชิ้นกลายเป็นกรด น้ำย่อยไม่มีเอนไซม์ที่สลายคาร์โบไฮเดรตสามารถย่อยสลายกรดของพันธะไกลโคซิดิกได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ตำแหน่งหลักของการไฮโดรไลซิสของโอลิโก-และโพลีแซ็กคาไรด์คือลำไส้เล็ก ในส่วนต่างๆ ซึ่งมีการหลั่งไกลโคซิเดสบางชนิดออกมา

ในลำไส้เล็กส่วนต้นเนื้อหาของกระเพาะอาหารจะถูกทำให้เป็นกลางโดยการหลั่งของตับอ่อนซึ่งมีไบคาร์บอเนต HCO 3 และมีค่า pH 7.5-8.0 อะไมเลสในตับอ่อนพบได้ในการหลั่งของตับอ่อน ซึ่งไฮโดรไลซ์พันธะ -1,4-ไกลโคซิดิกในแป้งและเดกซ์ทรินเพื่อสร้างมอลโตสไดแซ็กคาไรด์ (ในคาร์โบไฮเดรตนี้ น้ำตาลกลูโคส 2 ตัวที่ตกค้างเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ -1,4-ไกลโคซิดิก) และไอโซมอลโทส (ในคาร์โบไฮเดรตนี้มีกลูโคสตกค้างอยู่ 2 ตัวที่บริเวณแตกแขนงในโมเลกุลแป้งและเชื่อมโยงกันด้วยพันธะ α-1,6-ไกลโคซิดิก) โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่มีกลูโคสตกค้าง 8-10 ตัวที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะα-1,4-glycosidic และα-1,6-glycosidic ก็เกิดขึ้นเช่นกัน

อะไมเลสทั้งสองเป็นเอนโดไกลโคซิเดส อะไมเลสในตับอ่อนยังไม่ไฮโดรไลซ์พันธะ -1,6-ไกลโคซิดิกในแป้ง และพันธะ -1,4-ไกลโคซิดิกที่เชื่อมต่อกลูโคสที่ตกค้างในโมเลกุลเซลลูโลส

เซลลูโลสจะผ่านลำไส้ไม่เปลี่ยนแปลงและทำหน้าที่เป็นสารอับเฉาทำให้มีปริมาณอาหารและอำนวยความสะดวกในกระบวนการย่อยอาหาร ในลำไส้ใหญ่ภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์ในแบคทีเรีย เซลลูโลสสามารถถูกไฮโดรไลซ์บางส่วนเพื่อสร้างแอลกอฮอล์ กรดอินทรีย์ และ CO 2 ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการเคลื่อนไหวของลำไส้

มอลโตส ไอโซมอลโตส และไตรโอเซแซ็กคาไรด์ที่เกิดขึ้นในลำไส้ส่วนบนจะถูกไฮโดรไลซ์เพิ่มเติมในลำไส้เล็กภายใต้การกระทำของไกลโคซิเดสที่เฉพาะเจาะจง ไดแซ็กคาไรด์ในอาหาร ซูโครสและแลคโตสยังถูกไฮโดรไลซ์โดยไดแซ็กคาริเดสเฉพาะของลำไส้เล็กอีกด้วย

ในลำไส้เล็กกิจกรรมของโอลิโกและไดแซ็กคาริเดสต่ำ แต่เอนไซม์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับพื้นผิวของเซลล์เยื่อบุผิวซึ่งในลำไส้นั้นตั้งอยู่บนเส้นโครงรูปนิ้ว - วิลลีและตัวมันเองก็ถูกปกคลุมไปด้วยไมโครวิลลี่ เซลล์ทั้งหมดเหล่านี้ก่อตัวเป็นเส้นขอบของแปรงเพื่อเพิ่มพื้นผิวสัมผัสของเอนไซม์ไฮโดรไลติกกับสารตั้งต้น

เอนไซม์ที่ทำลายพันธะไกลโคซิดิกในไดแซ็กคาไรด์ (ไดแซ็กคาริเดส) จะถูกจัดกลุ่มเป็นเอนไซม์เชิงซ้อนที่อยู่บนพื้นผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมของเอนเทอโรไซต์: ซูเครส-ไอโซมอลเทส, ไกลโคอะไมเลส, -ไกลโคซิเดส

5.2.2. ซูเครส-ไอโซมอลเตสคอมเพล็กซ์สารเชิงซ้อนนี้ประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์สองสายและติดอยู่กับพื้นผิวของเอนเทอโรไซต์โดยใช้โดเมนที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรนซึ่งอยู่ในส่วนปลาย N ของโพลีเปปไทด์ สารเชิงซ้อนซูโครส-ไอโซมัลเตส (EC 3.2.1.48 และ 3.2.1.10) จะแยกพันธะ -1,2- และ -1,6-ไกลโคซิดิกในซูโครสและไอโซมอลโตส

เอนไซม์ทั้งสองของคอมเพล็กซ์ยังสามารถไฮโดรไลซ์พันธะ-1,4-ไกลโคซิดิกในมอลโตสและมอลโตไตรโอส (ไตรแซ็กคาไรด์ที่มีกลูโคสตกค้างสามชนิดและเกิดขึ้นระหว่างการไฮโดรไลซิสของแป้ง)

แม้ว่าคอมเพล็กซ์จะมีกิจกรรมมอลเตสค่อนข้างสูง แต่การไฮโดรไลซิส 80% ของมอลโตสที่เกิดขึ้นระหว่างการย่อยโอลิโกและโพลีแซ็กคาไรด์ ความจำเพาะหลักของมันยังคงเป็นการไฮโดรไลซิสของซูโครสและไอโซมอลโตส อัตราการไฮโดรไลซิสของพันธะไกลโคซิดิกซึ่งมากกว่า อัตราการไฮโดรไลซิสของพันธะในมอลโตสและมอลโตไตรโอส ในกรณีนี้ หน่วยย่อยซูเครสเป็นเอนไซม์ในลำไส้เพียงชนิดเดียวที่ไฮโดรไลซ์ซูโครส คอมเพล็กซ์มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นเป็นหลักในลำไส้เล็กส่วนต้นในส่วนใกล้เคียงและส่วนปลายของลำไส้เนื้อหาของคอมเพล็กซ์ sucrase-isomaltase ไม่มีนัยสำคัญ

5.2.3. ไกลโคอะไมเลสคอมเพล็กซ์สารเชิงซ้อนนี้ (EC 3.2.1.3 และ 3.2.1.20) ไฮโดรไลซ์ -1,4-ไกลโคซิดิกพันธะระหว่างกลูโคสที่ตกค้างในโอลิโกแซ็กคาไรด์ ลำดับกรดอะมิโนของไกลโคอะไมเลสคอมเพล็กซ์มีความคล้ายคลึงกัน 60% กับลำดับของซูเครส-ไอโซมัลเทสคอมเพล็กซ์ คอมเพล็กซ์ทั้งสองอยู่ในตระกูล 31 ของไกลโคซิลไฮโดรเลส เนื่องจากเป็น exoglycosidase เอนไซม์จึงออกฤทธิ์ตั้งแต่ปลายรีดิวซ์และยังสามารถสลายมอลโตสได้ด้วย โดยทำหน้าที่ในปฏิกิริยานี้เป็นมอลเตส (ในกรณีนี้ คอมเพล็กซ์ไกลโคอะไมเลสจะไฮโดรไลซ์ส่วนที่เหลืออีก 20% ​​ของมอลโตสที่เกิดขึ้นระหว่างการย่อยโอลิโก- และ โพลีแซ็กคาไรด์) สารเชิงซ้อนประกอบด้วยหน่วยย่อยตัวเร่งปฏิกิริยาสองหน่วยซึ่งมีความจำเพาะของสารตั้งต้นแตกต่างกันเล็กน้อย คอมเพล็กซ์จัดแสดงกิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในส่วนล่างของลำไส้เล็ก

5.2.4.  -ไกลโคซิเดสคอมเพล็กซ์ (แลคเตส)เอนไซม์ที่ซับซ้อนนี้จะไฮโดรไลซ์พันธะ-1,4-ไกลโคซิดิกระหว่างกาแลคโตสและกลูโคสในแลคโตส

ไกลโคโปรตีนสัมพันธ์กับขอบของแปรงและมีการกระจายไม่สม่ำเสมอทั่วลำไส้เล็ก เมื่ออายุมากขึ้น กิจกรรมแลคเตสจะลดลง: สูงสุดในทารก ในผู้ใหญ่จะน้อยกว่า 10% ของระดับกิจกรรมของเอนไซม์ที่แยกได้ในเด็ก

5.2.5. ทรีฮาเลส. เอนไซม์นี้ (EC 3.2.1.28) เป็นสารเชิงซ้อนไกลโคซิเดสที่ไฮโดรไลซ์พันธะระหว่างโมโนเมอร์ในทรีฮาโลส ซึ่งเป็นไดแซ็กคาไรด์ที่พบในเชื้อรา และประกอบด้วยกลูโคซิลเรซิดิวสองตัวที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะไกลโคซิดิกระหว่างอะตอมคาร์บอนอะโนเมอร์ตัวแรก

จากคาร์โบไฮเดรตในอาหารอันเป็นผลมาจากการกระทำของไกลโคไซด์ไฮโดรเลสทำให้เกิดโมโนแซ็กคาไรด์: กลูโคสฟรุกโตสกาแลคโตสในปริมาณมากและในระดับน้อยกว่า mannose ไซโลสอาราบิโนสซึ่งถูกดูดซึมโดยเซลล์เยื่อบุผิวของลำไส้เล็กส่วนต้นและ ileum และขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้โดยใช้กลไกพิเศษ

5.2.6. การลำเลียงโมโนแซ็กคาไรด์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เยื่อบุลำไส้การถ่ายโอนโมโนแซ็กคาไรด์เข้าสู่เซลล์ของเยื่อเมือกในลำไส้สามารถทำได้โดยการแพร่กระจายและการขนส่งที่อำนวยความสะดวก ในกรณีของการขนส่งแบบแอคทีฟ กลูโคสจะถูกขนส่งผ่านเมมเบรนพร้อมกับ Na + ไอออนโดยโปรตีนตัวพาหนึ่งตัว และสารเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับส่วนต่าง ๆ ของโปรตีนนี้ (รูปที่ 5.12) Na + ไอออนเข้าสู่เซลล์ตามการไล่ระดับความเข้มข้น และกลูโคส - เทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้น (การขนส่งแบบแอคทีฟทุติยภูมิ) ดังนั้น ยิ่งการไล่ระดับสีมากเท่าไร กลูโคสจะถูกถ่ายโอนเข้าสู่เอนเทอโรไซต์มากขึ้นเท่านั้น เมื่อความเข้มข้นของ Na + ในของเหลวนอกเซลล์ลดลง ปริมาณกลูโคสจะลดลง การไล่ระดับความเข้มข้นของ Na + ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ที่ใช้งานอยู่นั้นได้มาจากการกระทำของ Na + , K + -ATPase ซึ่งทำหน้าที่เป็นปั๊มที่สูบ Na + ออกจากเซลล์เพื่อแลกกับ K + ไอออน ในทำนองเดียวกันกาแลคโตสจะเข้าสู่ enterocytes ผ่านกลไกของการขนส่งแบบแอคทีฟรอง

ข้าว. 5.12. การเข้ามาของโมโนแซ็กคาไรด์เข้าสู่เอนเทอโรไซต์ SGLT1 เป็นตัวขนส่งกลูโคส/กาแลคโตสที่ขึ้นกับโซเดียมในเยื่อหุ้มเซลล์เยื่อบุผิว Na + , K + -ATPase บนเมมเบรนด้านข้างสร้างการไล่ระดับความเข้มข้นของโซเดียมและโพแทสเซียมไอออนที่จำเป็นสำหรับการทำงานของ SGLT1 GLUT5 ลำเลียงฟรุกโตสเป็นส่วนใหญ่ผ่านเมมเบรนเข้าสู่เซลล์ GLUT2 บนเมมเบรน basolateral ลำเลียงกลูโคส กาแลคโตส และฟรุกโตสออกจากเซลล์ (ตาม)

ด้วยการขนส่งแบบแอคทีฟ enterocytes สามารถดูดซับกลูโคสได้เมื่อความเข้มข้นต่ำในลำไส้เล็ก ที่ความเข้มข้นสูงของกลูโคส จะเข้าสู่เซลล์ผ่านการแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวกโดยความช่วยเหลือของโปรตีนตัวพาพิเศษ (ตัวขนส่ง) ฟรุคโตสจะถูกขนส่งเข้าสู่เซลล์เยื่อบุผิวในลักษณะเดียวกัน

โมโนแซ็กคาไรด์เข้าสู่หลอดเลือดจาก enterocytes โดยส่วนใหญ่ผ่านการแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวก ครึ่งหนึ่งของกลูโคสจะถูกส่งผ่านเส้นเลือดฝอยของวิลลี่ไปตามหลอดเลือดดำพอร์ทัลไปยังตับ ครึ่งหนึ่งจะถูกส่งโดยเลือดไปยังเซลล์ของเนื้อเยื่ออื่นๆ

5.2.7. การขนส่งกลูโคสจากเลือดสู่เซลล์การเข้ามาของกลูโคสจากเลือดสู่เซลล์นั้นดำเนินการโดยการแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวกเช่น อัตราการขนส่งกลูโคสจะถูกกำหนดโดยการไล่ระดับความเข้มข้นของมันทั้งสองด้านของเมมเบรน ในเซลล์กล้ามเนื้อและเนื้อเยื่อไขมัน การแพร่กระจายที่สะดวกจะถูกควบคุมโดยอินซูลินฮอร์โมนตับอ่อน ในกรณีที่ไม่มีอินซูลิน เยื่อหุ้มเซลล์จะไม่มีตัวขนส่งกลูโคส โปรตีนตัวพากลูโคส (ตัวขนส่ง) จากเม็ดเลือดแดง (GLUT1) ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 5.13 เป็นโปรตีนเมมเบรนที่ประกอบด้วยเรซิดิวของกรดอะมิโน 492 ตัวและมีโครงสร้างโดเมน สารตกค้างของกรดอะมิโนโพลาร์จะอยู่ที่ทั้งสองด้านของเมมเบรนส่วนที่ไม่ชอบน้ำจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในเมมเบรนและข้ามหลายครั้ง ที่ด้านนอกของเมมเบรนจะมีจุดจับกับกลูโคส เมื่อกลูโคสจับกัน โครงสร้างของตัวขนส่งจะเปลี่ยนไป และตำแหน่งการจับกับโมโนแซ็กคาไรด์จะเปิดเข้าไปในเซลล์ กลูโคสเคลื่อนเข้าสู่เซลล์โดยแยกออกจากโปรตีนพาหะ

5.2.7.1. ตัวขนส่งกลูโคส: GLUT 1, 2, 3, 4, 5สารขนส่งกลูโคสพบได้ในเนื้อเยื่อทุกชนิด ซึ่งมีหลายสายพันธุ์ โดยเรียงตามลำดับการค้นพบ มีการอธิบาย GLUT ห้าประเภท โดยมีโครงสร้างหลักและการจัดระเบียบโดเมนที่คล้ายกัน

GLUT 1 ซึ่งอยู่ในสมอง รก ไต ลำไส้ใหญ่ และเซลล์เม็ดเลือดแดง จะส่งกลูโคสไปยังสมอง

GLUT 2 ลำเลียงกลูโคสจากอวัยวะที่หลั่งเข้าสู่กระแสเลือด ได้แก่ เอนเทอโรไซต์ ตับ และส่งไปยังเซลล์ β ของเกาะเล็กเกาะแลงเกอร์ฮานส์ในตับอ่อน

GLUT 3 พบได้ในเนื้อเยื่อหลายชนิด รวมถึงสมอง รก ไต และช่วยให้แน่ใจว่ากลูโคสมีการไหลเวียนไปยังเซลล์ของเนื้อเยื่อประสาท

GLUT 4 ลำเลียงกลูโคสไปยังเซลล์กล้ามเนื้อ (โครงกระดูกและหัวใจ) และเนื้อเยื่อไขมัน และขึ้นอยู่กับอินซูลิน

GLUT 5 พบได้ในเซลล์ของลำไส้เล็กและอาจขนส่งฟรุกโตสด้วย

ตัวขนส่งทั้งหมดสามารถอยู่ได้ทั้งในไซโตพลาสซึม

ข้าว. 5.13. โครงสร้างตัวพาโปรตีน (ตัวขนส่ง) ของกลูโคสจากเม็ดเลือดแดง (GLUT1) (ตาม)

ถุงของเซลล์และในพลาสมาเมมเบรน ในกรณีที่ไม่มีอินซูลิน GLUT 4 จะอยู่ภายในเซลล์เท่านั้น ภายใต้อิทธิพลของอินซูลิน ถุงจะถูกส่งไปยังพลาสมาเมมเบรน รวมเข้ากับมันและ GLUT 4 จะถูกรวมเข้าไปในเมมเบรน หลังจากนั้นตัวขนย้ายจะอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของกลูโคสเข้าสู่เซลล์ หลังจากที่ความเข้มข้นของอินซูลินในเลือดลดลง ตัวขนส่งจะกลับสู่ไซโตพลาสซึมและการขนส่งกลูโคสเข้าสู่เซลล์จะหยุดลง

มีการตรวจพบการรบกวนต่างๆ ในการทำงานของตัวขนส่งกลูโคส ด้วยข้อบกพร่องทางพันธุกรรมในโปรตีนขนส่งทำให้เกิดโรคเบาหวานที่ไม่พึ่งอินซูลิน นอกจากข้อบกพร่องของโปรตีนแล้ว ยังมีความผิดปกติอื่นๆ ที่เกิดจาก: 1) ข้อบกพร่องในการส่งสัญญาณอินซูลินเพื่อเคลื่อนย้ายตัวขนส่งไปยังเมมเบรน 2) ข้อบกพร่องในการเคลื่อนไหวของตัวขนส่ง 3) ข้อบกพร่องในการรวมโปรตีนเข้าไปในเมมเบรน , 4) การละเมิดการปลดออกจากเมมเบรน

5.2.8. อินซูลิน.สารประกอบนี้เป็นฮอร์โมนที่หลั่งออกมาจากเซลล์ β ของเกาะเล็กเกาะแลงเกอร์ฮานส์ในตับอ่อน อินซูลินเป็นโพลีเปปไทด์ที่ประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์สองสาย สายหนึ่งมีกรดอะมิโนตกค้าง 21 สาย (สาย A) และอีกสายหนึ่งมีสายกรดอะมิโนตกค้าง 30 สาย (สาย B) โซ่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์สองตัว: A7-B7, A20-B19 ภายในสายโซ่ A จะมีพันธะไดซัลไฟด์ภายในโมเลกุลระหว่างสารตกค้างที่หกและสิบเอ็ด ฮอร์โมนสามารถมีอยู่ได้สองรูปแบบ: T และ R (รูปที่ 5.14)

ข้าว. 5.14. โครงสร้างเชิงพื้นที่ของรูปแบบโมโนเมอร์ของอินซูลิน: ก- อินซูลินของสุกร, โครงสร้าง T, ข อินซูลินของมนุษย์ โครงสร้าง R (แสดง A-chain สีแดงสี, โซ่ B  สีเหลือง) (ตาม )

ฮอร์โมนสามารถมีอยู่ในรูปของโมโนเมอร์ ไดเมอร์ และเฮกซาเมอร์ ในรูปแบบเฮกซาเมอริก อินซูลินจะถูกทำให้เสถียรโดยซิงค์ไอออน ซึ่งสร้างพันธะประสานงานกับ His10 ของสาย B ของหน่วยย่อยทั้งหกหน่วย (รูปที่ 5.15)

อินซูลินของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความคล้ายคลึงกันอย่างมากในโครงสร้างหลักกับอินซูลินของมนุษย์ ตัวอย่างเช่น ในอินซูลินของสุกรมีการทดแทนเพียงครั้งเดียว แทนที่จะเป็นทรีโอนีน จะมีอะลานีนอยู่ที่ปลายคาร์บอกซิลของสาย B และในอินซูลินของวัวยังมีอะมิโนอีกสามชนิด กรดตกค้างเมื่อเปรียบเทียบกับอินซูลินของมนุษย์ การทดแทนที่พบบ่อยที่สุดเกิดขึ้นในตำแหน่ง 8, 9 และ 10 ของเชน A แต่ไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกิจกรรมทางชีวภาพของฮอร์โมน

การแทนที่ของกรดอะมิโนที่ตกค้างในตำแหน่งของพันธะไดซัลไฟด์ เรซิดิวที่ไม่ชอบน้ำในบริเวณปลาย C และ N ของสาย A และในบริเวณปลาย C ของสาย B นั้นหายากมาก ซึ่งบ่งชี้ถึงความสำคัญของสิ่งเหล่านี้ ภูมิภาคในการสำแดงกิจกรรมทางชีวภาพของอินซูลิน สารตกค้าง Phe24 และ Phe25 ของ B-chain และสารตกค้างที่ปลาย C- และ N ของ A-chain มีส่วนร่วมในการก่อตัวของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของฮอร์โมน

ข้าว. 5.15. โครงสร้างเชิงพื้นที่ของอินซูลินเฮกซาเมอร์ (R 6) (ตาม)

5.2.8.1. การสังเคราะห์อินซูลินอินซูลินถูกสังเคราะห์เป็นสารตั้งต้น คือ พรีโพรอินซูลิน ซึ่งมีกรดอะมิโนตกค้าง 110 ตัว บนโพลีไรโบโซมในเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกแบบหยาบ การสังเคราะห์ทางชีวภาพเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของเปปไทด์สัญญาณซึ่งแทรกซึมเข้าไปในรูของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและควบคุมการเคลื่อนที่ของโพลีเปปไทด์ที่กำลังเติบโต ในตอนท้ายของการสังเคราะห์ สัญญาณเปปไทด์ของกรดอะมิโน 24 ตัวที่ตกค้างจะถูกแยกออกจากพรีโปรอินซูลินเพื่อสร้างโปรอินซูลิน ซึ่งมีกรดอะมิโนตกค้าง 86 ตัว และถูกถ่ายโอนไปยังเครื่องมือ Golgi ซึ่งอินซูลินจะสุกเพิ่มเติมในถังเก็บน้ำ โครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรอินซูลินแสดงไว้ในรูปที่ 1 5.16.

ในระหว่างการเจริญเติบโตในระยะยาว ภายใต้อิทธิพลของ serine endopeptidases PC2 และ PC1/3 พันธะเปปไทด์ระหว่าง Arg64 และ Lys65 จะถูกแยกออกก่อน จากนั้นพันธะเปปไทด์ที่เกิดจาก Arg31 และ Arg32 จะถูกไฮโดรไลซ์ โดยที่ความแตกแยกของ C-peptide ประกอบด้วย มีกรดอะมิโนตกค้างถึง 31 ชนิด การเปลี่ยนโพรอินซูลินไปเป็นอินซูลินซึ่งมีกรดอะมิโนตกค้าง 51 ตัว จบลงด้วยการไฮโดรไลซิสของอาร์จินีนที่ตกค้างที่ปลาย N ของสาย A และปลาย C ของสาย B ภายใต้การกระทำของ carboxypeptidase E ซึ่งแสดงความจำเพาะที่คล้ายกัน ถึง carboxypeptidase B เช่นไฮโดรไลซ์พันธะเปปไทด์กลุ่มอิมิโนซึ่งเป็นของกรดอะมิโนหลัก (รูปที่ 5.17 และ 5.18)

ข้าว. 5.16. โครงสร้างเชิงพื้นที่สันนิษฐานของโพรอินซูลินในรูปแบบที่ส่งเสริมการสลายโปรตีน ลูกบอลสีแดงเน้นที่กรดอะมิโนตกค้าง (Arg64 และ Lys65; Arg31 และ Arg32) ซึ่งเป็นพันธะเปปไทด์ระหว่างกันซึ่งผ่านการไฮโดรไลซิสอันเป็นผลมาจากการประมวลผลของโพรอินซูลิน (ตาม)

อินซูลินและซีเปปไทด์ในปริมาณที่เท่ากันจะเข้าสู่เม็ดหลั่ง โดยที่อินซูลินจะทำปฏิกิริยากับไอออนสังกะสี ทำให้เกิดไดเมอร์และเฮกซาเมอร์ เม็ดสารคัดหลั่งจะหลอมรวมกับพลาสมาเมมเบรนและหลั่งอินซูลินและซีเปปไทด์เข้าไปในของเหลวนอกเซลล์โดยกระบวนการเอ็กโซไซโทซิส ครึ่งชีวิตของอินซูลินในพลาสมาในเลือดคือ 3–10 นาที และครึ่งชีวิตของซีเปปไทด์คือประมาณ 30 นาที อินซูลินถูกทำลายโดยเอนไซม์อินซูลินเนส ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในตับและไต

5.2.8.2. การควบคุมการสังเคราะห์และการหลั่งอินซูลินตัวควบคุมหลักของการหลั่งอินซูลินคือกลูโคส ซึ่งควบคุมการแสดงออกของยีนอินซูลินและยีนของโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของตัวพาพลังงานพื้นฐาน กลูโคสสามารถจับกับปัจจัยการถอดรหัสได้โดยตรง ซึ่งมีผลโดยตรงต่ออัตราการแสดงออกของยีน อาจมีผลกระทบรองต่อการหลั่งอินซูลินและกลูคากอนเมื่อการปล่อยอินซูลินจากเม็ดหลั่งกระตุ้นการถอดรหัสอินซูลิน mRNA แต่การหลั่งอินซูลินขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน Ca 2+ และลดลงเมื่อมีการขาดแม้จะมีกลูโคสที่มีความเข้มข้นสูงซึ่งกระตุ้นการสังเคราะห์อินซูลิน นอกจากนี้ยังถูกยับยั้งโดยอะดรีนาลีนเมื่อจับกับตัวรับ  2 ตัว สารกระตุ้นการหลั่งอินซูลิน ได้แก่ ฮอร์โมนการเจริญเติบโต, คอร์ติซอล, เอสโตรเจน และฮอร์โมนในทางเดินอาหาร (ซีเครติน, คอเลซิสโตไคนิน, เปปไทด์ยับยั้งกระเพาะอาหาร)

ข้าว. 5.17. การสังเคราะห์และการประมวลผลพรีโปรอินซูลิน (ตาม)

การหลั่งอินซูลินโดยเซลล์ β ของเกาะเล็กเกาะแลงเกอร์ฮานส์เพื่อตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดเกิดขึ้นดังนี้:

ข้าว. 5.18. การประมวลผลโปรอินซูลินไปเป็นอินซูลินโดยการไฮโดรไลซิสของพันธะเปปไทด์ระหว่าง Arg64 และ Lys65 เร่งปฏิกิริยาโดยซีรีนเอนโดเพปทิเดส PC2 และความแตกแยกของพันธะเปปไทด์ระหว่าง Arg31 และ Arg32 โดยซีรีนเอนโดเพปทิเดส PC1/3 การแปลงจะสิ้นสุดลงด้วยความแตกแยกของอาร์จินีนที่ตกค้างที่ ปลาย N ของสาย A และปลาย C-สาย B ภายใต้การกระทำของคาร์บอกซีเพปติเดส E (เรซิดิวอาร์จินีนที่แยกออกได้จะแสดงเป็นวงกลม) อันเป็นผลมาจากการประมวลผลนอกเหนือจากอินซูลินแล้ว C-peptide ก็ถูกสร้างขึ้น (ตาม)

1) กลูโคสถูกขนส่งเข้าสู่เซลล์ β โดยโปรตีนตัวขนส่ง GLUT 2

2) ในเซลล์ กลูโคสจะผ่านกระบวนการไกลโคไลซิสและถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติมในวงจรการหายใจเพื่อสร้าง ATP ความเข้มข้นของการสังเคราะห์ ATP ขึ้นอยู่กับระดับกลูโคสในเลือด

3) ภายใต้อิทธิพลของ ATP ช่องโพแทสเซียมไอออนจะปิดและเมมเบรนจะเปลี่ยนขั้ว

4) การเปลี่ยนขั้วของเมมเบรนทำให้เกิดการเปิดช่องแคลเซียมที่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าและการเข้าสู่แคลเซียมในเซลล์

5) การเพิ่มขึ้นของระดับแคลเซียมในเซลล์จะกระตุ้นการทำงานของฟอสโฟไลเปส C ซึ่งสลายหนึ่งในเมมเบรนฟอสโฟไลปิด - ฟอสฟาติดิลโนซิทอล-4,5-ไดฟอสเฟต - ออกเป็นอิโนซิทอล-1,4,5-ไตรฟอสเฟตและไดอะซิลกลีเซอรอล;

6) อิโนซิทอลไตรฟอสเฟตซึ่งจับกับโปรตีนตัวรับของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมทำให้ความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์ที่ถูกผูกไว้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งนำไปสู่การปล่อยอินซูลินที่สังเคราะห์ไว้ล่วงหน้าที่เก็บไว้ในเม็ดหลั่ง

5.2.8.3. กลไกการออกฤทธิ์ของอินซูลินผลกระทบหลักของอินซูลินต่อกล้ามเนื้อและเซลล์ไขมันคือการเพิ่มการขนส่งกลูโคสผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การกระตุ้นด้วยอินซูลินทำให้อัตราการนำกลูโคสเข้าสู่เซลล์เพิ่มขึ้น 20-40 เท่า เมื่อกระตุ้นโดยอินซูลินปริมาณโปรตีนขนส่งกลูโคสในพลาสมาเมมเบรนจะเพิ่มขึ้น 5-10 เท่าในขณะที่เนื้อหาในสระในเซลล์ลดลง 50-60% พร้อมกัน ปริมาณพลังงานที่ต้องการในรูปของ ATP จำเป็นต่อการกระตุ้นตัวรับอินซูลินเป็นหลัก ไม่ใช่สำหรับฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนขนส่ง การกระตุ้นการขนส่งกลูโคสจะเพิ่มการใช้พลังงาน 20-30 เท่า ในขณะที่ต้องใช้เพียงเล็กน้อยเท่านั้นในการเคลื่อนย้ายตัวขนส่งกลูโคส การเคลื่อนย้ายตัวขนส่งกลูโคสไปยังเยื่อหุ้มเซลล์สังเกตได้ภายในไม่กี่นาทีหลังจากอันตรกิริยาของอินซูลินกับตัวรับ และผลการกระตุ้นเพิ่มเติมของอินซูลินมีความจำเป็นในการเร่งหรือรักษากระบวนการหมุนเวียนของโปรตีนตัวขนส่ง

อินซูลินก็เหมือนกับฮอร์โมนอื่นๆ ที่ออกฤทธิ์ต่อเซลล์ผ่านทางโปรตีนของตัวรับที่เกี่ยวข้อง ตัวรับอินซูลินเป็นโปรตีนอินทิกรัลเชิงซ้อนของเยื่อหุ้มเซลล์ ประกอบด้วยหน่วยย่อย α สองหน่วย (130 kDa) และหน่วยย่อย α สองหน่วย (95 kDa) อันแรกตั้งอยู่นอกเซลล์โดยสิ้นเชิง บนพื้นผิว ส่วนอันหลังเจาะทะลุพลาสมาเมมเบรน

ตัวรับอินซูลินคือ tetramer ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยαนอกเซลล์สองตัวที่ทำปฏิกิริยากับฮอร์โมนและเชื่อมต่อกันด้วยสะพานไดซัลไฟด์ระหว่างซีสเตอีน 524 และแฝดสาม Cys682, Cys683, Cys685 ของทั้งสองหน่วยย่อยα (ดูรูปที่ 5.19, ก) และหน่วยย่อยของทรานส์เมมเบรน  สองยูนิตที่แสดงการออกฤทธิ์ของไทโรซีนไคเนส ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยตัวเชื่อมไดซัลไฟด์ระหว่าง Cys647 () และ Cys872 สายโซ่โพลีเปปไทด์ของหน่วยย่อยαที่มีน้ำหนักโมเลกุล 135 kDa ประกอบด้วยอะมิโน 719 ตัว

ข้าว. 5.19. โครงสร้างของตัวรับอินซูลิน dimer: ก- โครงสร้างโมดูลาร์ของตัวรับอินซูลิน ที่ด้านบนสุดคือหน่วยย่อย α ที่เชื่อมต่อกันด้วยบริดจ์ไดซัลไฟด์ Cys524, Cys683-685 และประกอบด้วยหกโดเมน: สองโดเมนที่มีลิวซีนซ้ำ L1 และ L2, CR บริเวณที่มีซิสเทอีนอุดม และโดเมนไฟโบรเนกตินสามโดเมนประเภท III Fn o, Fn 1, ID (โดเมนจดทะเบียน) . ด้านล่าง - หน่วยย่อย  เชื่อมต่อกับหน่วยย่อย  โดยสะพานไดซัลไฟด์ Cys647Cys872 และประกอบด้วยเจ็ดโดเมน: ID โดเมนไฟโบเนคตินสามโดเมน, Fn 1 และ Fn 2, โดเมนทรานส์เมมเบรน TM, โดเมนที่อยู่ติดกับเมมเบรน JM, ไทโรซีน โดเมนไคเนส TK, ปลาย C ST; ข การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของตัวรับ ไดเมอร์ตัวหนึ่งจะแสดงเป็นสี ส่วนอีกตัวเป็นสีขาว A คือลูปกระตุ้นที่อยู่ตรงข้ามกับตำแหน่งที่มีผลผูกพันกับฮอร์โมน X (สีแดง) คือส่วนเทอร์มินัล C ของหน่วยย่อย α, X (สีดำ) เป็นส่วน N-terminal ของหน่วยย่อยα, ลูกบอลสีเหลือง 1,2,3 - พันธะไดซัลไฟด์ระหว่างซิสเทอีนที่ตกค้างที่ตำแหน่ง 524, 683-685, 647-872 (ตาม)

สารตกค้างที่เป็นกรดและประกอบด้วยหกโดเมน: สองโดเมน L1 และ L2 ที่มีลิวซีนซ้ำ, CR ของบริเวณที่อุดมด้วยซิสเตอีน, โดยที่ศูนย์จับอินซูลินถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่น, และโดเมนไฟโบรเนคตินสามโดเมนประเภท III Fno, Fn 1, Ins (โดเมนการแทรก) ( ดูรูปที่ 5.18) หน่วยย่อย  ประกอบด้วยเรซิดิวกรดอะมิโน 620 ตัว มีน้ำหนักโมเลกุล 95 kDa และประกอบด้วยเจ็ดโดเมน: ID โดเมนไฟโบเนคตินสามโดเมน, Fn 1 และ Fn 2, โดเมนทรานส์เมมเบรน TM, โดเมน JM ที่อยู่ติดกับเมมเบรน, โดเมนไทโรซีนไคเนส TK และเทอร์มินัล C ST มีตำแหน่งจับอินซูลินบนตัวรับสองตำแหน่ง: ตำแหน่งหนึ่งมีความสัมพันธ์สูง อีกตำแหน่งหนึ่งมีความสัมพันธ์ต่ำ ในการส่งสัญญาณฮอร์โมนเข้าสู่เซลล์ อินซูลินจะต้องจับกับศูนย์กลางความสัมพันธ์สูง ศูนย์กลางนี้เกิดจากการรวมตัวของอินซูลินจากโดเมน L1, L2 และ CR ของหน่วยย่อย α หนึ่งหน่วยและโดเมนไฟโบรเนคตินของอีกโดเมนหนึ่ง ในขณะที่การจัดเรียงหน่วยย่อย α อยู่ตรงข้ามกัน ดังแสดงในรูปที่ 1 5.19, กับ.

ในกรณีที่ไม่มีอันตรกิริยาระหว่างอินซูลินกับตำแหน่งที่มีความสัมพันธ์สูงของตัวรับ หน่วยย่อย α จะถูกย้ายออกจากหน่วยย่อย β โดยส่วนที่ยื่นออกมา (ลูกเบี้ยว) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโดเมน CR ซึ่งป้องกันการสัมผัสของลูปการเปิดใช้งาน (A-loop) ของโดเมนไทโรซีนไคเนสของหน่วยย่อย β หนึ่งหน่วยที่มีไซต์ฟอสโฟรีเลชั่นบนหน่วยย่อยอื่น ๆ ของหน่วยย่อย (รูปที่ 5.20, ข). เมื่ออินซูลินจับกับศูนย์กลางความสัมพันธ์สูงของตัวรับอินซูลิน โครงสร้างของตัวรับจะเปลี่ยนไป การยื่นออกมาไม่ขัดขวางการเข้าใกล้ของหน่วยย่อย α- และ β อีกต่อไป ลูปการเปิดใช้งานของโดเมน TK จะโต้ตอบกับไซต์ไทโรซีน ฟอสโฟรีเลชั่น บนโดเมน TK ตรงข้าม ทรานส์ฟอสโฟรีเลชั่นของหน่วยย่อย β เกิดขึ้นที่ไทโรซีนตกค้างเจ็ดตัว: ลูปการเปิดใช้งาน Y1158, Y1162, Y1163 (นี่คือโดเมนการควบคุมไคเนส), โดเมน Y1328, Y1334 CT, โดเมน Y965, Y972 JM (รูปที่ 5.20, ก) ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของกิจกรรมไทโรซีนไคเนสของตัวรับ ที่ตำแหน่ง 1,030 ของ TC มีไลซีนตกค้างซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของตำแหน่งออกฤทธิ์ของตัวเร่งปฏิกิริยา - ศูนย์กลางการจับกับ ATP การแทนที่ไลซีนนี้ด้วยกรดอะมิโนอื่นๆ จำนวนมากโดยการกลายพันธุ์ที่มุ่งตรงไปที่ไซต์ จะยกเลิกการทำงานของไทโรซีนไคเนสของตัวรับอินซูลิน แต่ไม่ทำให้การจับกับอินซูลินลดลง อย่างไรก็ตาม การแนบอินซูลินกับตัวรับดังกล่าวไม่มีผลกระทบใดๆ ต่อการเผาผลาญและการแพร่กระจายของเซลล์ ในทางกลับกัน ฟอสโฟรีเลชั่นของซีรีน-ทรีโอนีนที่ตกค้าง จะลดความสัมพันธ์กับอินซูลินและลดการทำงานของไทโรซีนไคเนส

รู้จักสารตั้งต้นของตัวรับอินซูลินหลายชนิด: IRS-1 (สารตั้งต้นของตัวรับอินซูลิน), IRS-2, โปรตีนของตระกูล STAT (ตัวแปลงสัญญาณและตัวกระตุ้นของการถอดรหัส - ตัวพาสัญญาณและตัวกระตุ้นการถอดรหัสจะถูกกล่าวถึงโดยละเอียดในส่วนที่ 4 “พื้นฐานทางชีวเคมี” ของปฏิกิริยาการป้องกัน”)

IRS-1 เป็นโปรตีนไซโตพลาสซึมที่จับกับฟอสโฟรีเลชั่นไทโรซีนของตัวรับอินซูลิน TK ที่มีโดเมน SH2 และถูกฟอสโฟรีเลชั่นโดยไทโรซีนไคเนสของตัวรับทันทีหลังจากการกระตุ้นด้วยอินซูลิน ระดับของฟอสโฟรีเลชั่นของสารตั้งต้นจะกำหนดการเพิ่มหรือลดการตอบสนองของเซลล์ต่ออินซูลิน ความกว้างของการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ และความไวต่อฮอร์โมน ความเสียหายต่อยีน IRS-1 อาจทำให้เกิดโรคเบาหวานที่ต้องพึ่งอินซูลิน สายโซ่เปปไทด์ IRS-1 มีกรดอะมิโนตกค้างประมาณ 1,200 ตัว ศูนย์ไทโรซีนฟอสโฟรีเลชั่นที่มีศักยภาพ 20-22 แห่ง และศูนย์ฟอสโฟรีเลชั่นซีรีน-ทรีโอนีนประมาณ 40 แห่ง

ข้าว. 5.20. แผนภาพแบบง่ายของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเมื่ออินซูลินจับกับตัวรับอินซูลิน: ก การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของตัวรับอันเป็นผลมาจากการจับกับฮอร์โมนที่ศูนย์กลางความสัมพันธ์สูงทำให้เกิดการกระจัดของส่วนที่ยื่นออกมา ทำให้หน่วยย่อยเข้ามาใกล้กันมากขึ้น และทรานส์ฟอสโฟรีเลชั่นของโดเมน TK ข ในกรณีที่ไม่มีอันตรกิริยาของอินซูลินกับตำแหน่งการจับที่มีสัมพรรคภาพสูงบนตัวรับอินซูลิน ส่วนยื่น (ลูกเบี้ยว) จะป้องกันการเข้าใกล้ของหน่วยย่อย α- และ β และทรานสฟอสโฟรีเลชั่นของโดเมน TK A-loop - ลูปการเปิดใช้งานของโดเมน TK, หมายเลข 1 และ 2 ในวงกลม - พันธะไดซัลไฟด์ระหว่างหน่วยย่อย, TK - โดเมนไทโรซีนไคเนส, C - จุดศูนย์กลางตัวเร่งปฏิกิริยาของ TK, ชุดที่ 1 และชุดที่ 2 - ลำดับกรดอะมิโนของ α- หน่วยย่อยที่ก่อให้เกิดความสัมพันธ์สูงต่อตัวรับอินซูลิน (ตาม)

ฟอสโฟรีเลชั่นของ IRS-1 ที่ไทโรซีนตกค้างหลายชนิดทำให้มีความสามารถในการจับกับโปรตีนที่มีโดเมน SH2: ไทโรซีนฟอสฟาเตส syp, หน่วยย่อย p85 ของ PI-3-ไคเนส (ฟอสฟาติดิลโนซิทอล 3-ไคเนส), อะแดปเตอร์โปรตีน Grb2, โปรตีนไทโรซีนฟอสฟาเตส SH-PTP2 , ฟอสโฟไลเปส C , GAP (ตัวกระตุ้นของโปรตีนที่จับกับ GTP ขนาดเล็ก) อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของ IRS-1 กับโปรตีนที่คล้ายกันทำให้เกิดสัญญาณดาวน์สตรีมหลายสัญญาณ

ข้าว. 5.21. การเคลื่อนย้ายโปรตีนขนส่งกลูโคส GLUT 4 ในกล้ามเนื้อและเซลล์ไขมันจากไซโตพลาสซึมไปยังพลาสมาเมมเบรนภายใต้อิทธิพลของอินซูลิน ปฏิกิริยาระหว่างอินซูลินกับตัวรับทำให้เกิดฟอสโฟรีเลชั่นของสารตั้งต้นตัวรับอินซูลิน (IRS) ซึ่งจับกับ PI-3-ไคเนส (PI3K) ซึ่งกระตุ้นการสังเคราะห์ฟอสโฟไลปิด ฟอสฟาติดิลโนซิทอล-3,4,5-ไตรฟอสเฟต (PtdIns(3 ,4,5)ป 3) สารประกอบหลังโดยการจับกับโดเมนเพล็กสทริน (PH) จะระดมโปรตีนไคเนส PDK1, PDK2 และ PKB ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ PDK1 ฟอสโฟรีเลท PKB ที่ Thr308 กำลังเปิดใช้งาน PKB ฟอสโฟรีเลตเชื่อมโยงกับถุงที่มี GLUT 4 ทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายไปยังพลาสมาเมมเบรน ส่งผลให้การขนส่งกลูโคสเข้าสู่กล้ามเนื้อและเซลล์ไขมันเพิ่มขึ้น (ตาม)

ฟอสโฟไลเปส C ถูกกระตุ้นโดยฟอสโฟรีเลชั่น IRS-1 ไฮโดรไลซ์เยื่อหุ้มเซลล์ฟอสโฟไลปิด ฟอสฟาติดิลโนซิทอล 4,5-ไดฟอสเฟต เพื่อสร้างตัวส่งสารสองวินาที: อิโนซิทอล 3,4,5-ไตรฟอสเฟต และไดอะซิลกลีเซอรอล Inositol-3,4,5-triphosphat ซึ่งทำหน้าที่ในช่องไอออนของ reticulum เอนโดพลาสมิกจะปล่อยแคลเซียมออกมา Diacylglycerol ทำหน้าที่ใน Calmodulin และโปรตีนไคเนส C ซึ่งฟอสโฟรีเลทของสารตั้งต้นต่าง ๆ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมของระบบเซลล์

นอกจากนี้ IRS-1 ที่ได้รับฟอสโฟรีเลชั่นยังกระตุ้น PI-3-ไคเนส ซึ่งกระตุ้นการเกิดฟอสโฟรีเลชั่นของฟอสฟาติดิลโนซิทอล, ฟอสฟาติดิลโนซิทอล-4-ฟอสเฟต และฟอสฟาติดิลโนซิทอล-4,5-ไดฟอสเฟตที่ตำแหน่ง 3 เพื่อสร้างฟอสฟาติดิลลิโนซิทอล-3-ฟอสเฟต, ฟอสฟาติดิลลิโนซิทอล-3,4-ไดฟอสเฟต และฟอสฟาติดิลโนซิทอล ตามลำดับ -3,4,5-ไตรฟอสเฟต

PI-3-ไคเนสเป็นเฮเทอโรไดเมอร์ที่มีหน่วยย่อยควบคุม (p85) และตัวเร่งปฏิกิริยา (p110) หน่วยย่อยด้านกฎระเบียบมีสองโดเมน SH2 และโดเมน SH3 ดังนั้น PI-3-kinase จึงผูกกับ IRS-1 ด้วยความสัมพันธ์สูง อนุพันธ์ของฟอสฟาติดิลโนซิทอลที่เกิดขึ้นในเมมเบรน โดยมีฟอสโฟรีเลชั่นที่ตำแหน่ง 3 จับโปรตีนที่มีโดเมนที่เรียกว่าเพล็กสทริน (PH) (โดเมนแสดงความสัมพันธ์สูงสำหรับฟอสฟาติดิลโนซิทอล-3-ฟอสเฟต): โปรตีนไคเนส PDK1 (ไคเนสที่ขึ้นกับฟอสฟาติดิลโนซิไทด์), โปรตีนไคเนส บี (พีเคบี)

โปรตีนไคเนส B (PKB) ประกอบด้วยสามโดเมน: เพล็กสทรินที่ปลาย N, ตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนกลาง และกฎข้อบังคับที่ปลาย C โดเมน pleckstrin จำเป็นสำหรับการเปิดใช้งาน PKB เมื่อจับกันผ่านโดเมนเพล็กสทรินใกล้กับเยื่อหุ้มเซลล์ PKB จะเข้าใกล้โปรตีนไคเนส PDK1 ซึ่งผ่าน

โดเมนเพล็กสทรินของมันยังถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นใกล้กับเยื่อหุ้มเซลล์ PDK1 ฟอสโฟรีเลท Thr308 ของโดเมนไคเนส PKV ส่งผลให้เกิดการกระตุ้น PKV เปิดใช้งาน PKB phosphorylates glycogen synthase kinase 3 (ที่ Ser9) ทำให้เกิดการหยุดการทำงานของเอนไซม์และด้วยเหตุนี้กระบวนการสังเคราะห์ไกลโคเจน PI-3-ฟอสเฟต-5-ไคเนสยังเป็นฟอสโฟรีเลชั่นซึ่งทำหน้าที่ในถุงซึ่งโปรตีนการขนส่งของ GLUT 4 จะถูกเก็บไว้ในไซโตพลาสซึมของ adipocytes ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของตัวขนส่งกลูโคสไปยังเยื่อหุ้มเซลล์รวมเข้ากับมันและการถ่ายโอนเมมเบรนของกลูโคสเข้าไป เซลล์กล้ามเนื้อและไขมัน ( รูปที่ 5.21).

อินซูลินไม่เพียงส่งผลต่อการไหลของกลูโคสเข้าสู่เซลล์ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนขนส่ง GLUT 4 เท่านั้น อินซูลินมีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมการเผาผลาญกลูโคส ไขมัน กรดอะมิโน ไอออน ในการสังเคราะห์โปรตีน และมีอิทธิพลต่อกระบวนการของ การจำลองและการถอดความ

อิทธิพลต่อการเผาผลาญกลูโคสในเซลล์นั้นดำเนินการโดยการกระตุ้นกระบวนการไกลโคไลซิสโดยการเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้: กลูโคไคเนส, ฟอสโฟฟรุกโตไคเนส, ไพรูเวตไคเนส, เฮกโซไคเนส อินซูลินผ่านน้ำตกอะดีนีเลตไซโคลจะกระตุ้นฟอสฟาเตสซึ่งดีฟอสโฟรีเลทจะสังเคราะห์ไกลโคเจนซินเทสซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นการสังเคราะห์ไกลโคเจน (รูปที่ 5.22) และการยับยั้งกระบวนการสลายของมัน โดยการยับยั้ง phosphoenolpyruvate carboxykinase อินซูลินจะยับยั้งกระบวนการสร้างกลูโคโนเจเนซิส

ข้าว. 5.22. แผนการสังเคราะห์ไกลโคเจน

ในตับและเนื้อเยื่อไขมันภายใต้อิทธิพลของอินซูลิน การสังเคราะห์ไขมันจะถูกกระตุ้นโดยการกระตุ้นเอนไซม์: acetylCoA carboxylase, lipoprotein lipase ในเวลาเดียวกันการสลายไขมันจะถูกยับยั้งเนื่องจากฟอสฟาเตสที่กระตุ้นอินซูลิน, ไตรอะซิลกลีเซอรอลไลเปสที่ไวต่อฮอร์โมน dephosphorylating ยับยั้งเอนไซม์นี้และความเข้มข้นของกรดไขมันที่ไหลเวียนในเลือดลดลง

ในตับ เนื้อเยื่อไขมัน กล้ามเนื้อโครงร่าง และหัวใจ อินซูลินส่งผลต่ออัตราการถอดรหัสของยีนมากกว่าร้อยยีน

5.2.9. กลูคากอน.เพื่อตอบสนองต่อความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดที่ลดลงเซลล์αของเกาะเล็กเกาะ Langerhans ของตับอ่อนจึงผลิต "ฮอร์โมนความหิว" - กลูคากอนซึ่งเป็นโพลีเปปไทด์ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 3,485 Da ประกอบด้วย 29 กรดอะมิโนตกค้าง

การออกฤทธิ์ของกลูคากอนนั้นตรงกันข้ามกับผลของอินซูลิน อินซูลินส่งเสริมการกักเก็บพลังงานโดยการกระตุ้นไกลโคเจเนซิส การสร้างไลโปเจเนซิส และการสังเคราะห์โปรตีน และกลูคากอนโดยการกระตุ้นไกลโคเจโนไลซิสและการสลายไขมัน ทำให้เกิดการระดมแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพอย่างรวดเร็ว

ข้าว. 5.23. โครงสร้างของ proglucagon ของมนุษย์และการประมวลผลเฉพาะเนื้อเยื่อของ proglucagon ให้เป็นเปปไทด์ที่ได้มาจาก proglucagon: ในตับอ่อน glucagon และ MPGF (ส่วนของนายกเทศมนตรี proglucagon) ถูกสร้างขึ้นจาก proglucagon; ในเซลล์ neuroendocrine ของลำไส้และบางส่วนของระบบประสาทส่วนกลาง, glycentin, oxyntomodulin, GLP-1 (เปปไทด์ที่ได้มาจาก proglucagon), GLP-2, เปปไทด์ระดับกลางสองตัว (เปปไทด์แทรกแซง - IP), GRPP - ตับอ่อนที่เกี่ยวข้องกับไกลเซนติน โพลีเปปไทด์ (โพลีเปปไทด์จากตับอ่อน - อนุพันธ์ไกลเซนติน) (ตาม)

ฮอร์โมนถูกสังเคราะห์โดยเซลล์αของเกาะเล็กเกาะ Langerhans ของตับอ่อนเช่นเดียวกับในเซลล์ neuroendocrine ของลำไส้และในระบบประสาทส่วนกลางในรูปแบบของสารตั้งต้นที่ไม่ได้ใช้งาน - proglucagon (น้ำหนักโมเลกุล 9,000 Da) มีกรดอะมิโนตกค้าง 180 ตัวและอยู่ระหว่างการประมวลผลโดยใช้คอนเวอร์เทส 2 และสร้างเปปไทด์หลายตัวที่มีความยาวต่างกันรวมถึงกลูคากอนและเปปไทด์คล้ายกลูคากอนสองตัว (กลูคากอนเหมือนเปปไทด์ - GLP-1, GLP-2, ไกลเซนติน) (รูปที่ 5.23) กลูคากอนที่ตกค้างของกรดอะมิโน 14 จาก 27 ชนิดนั้นเหมือนกับในโมเลกุลของฮอร์โมนอื่นของระบบทางเดินอาหาร - สารคัดหลั่ง

เพื่อให้กลูคากอนจับกับตัวรับของเซลล์ที่ตอบสนองต่อมัน จำเป็นต้องมีความสมบูรณ์ของลำดับ 1–27 จากปลาย N มีบทบาทสำคัญในการแสดงผลของฮอร์โมนโดยฮิสทิดีนที่ตกค้างอยู่ที่ N-terminus และในการจับกับตัวรับ - ส่วนที่ 20-27

ในพลาสมาในเลือด กลูคากอนไม่จับกับโปรตีนขนส่งใดๆ เลย ครึ่งชีวิตของมันคือ 5 นาที ในตับ กลูคากอนจะถูกทำลายโดยโปรตีเอสเนส และการสลายจะเริ่มต้นจากการที่พันธะระหว่าง Ser2 และ Gln3 แตกออก และการกำจัดของกลูคากอนออกไป ไดเปปไทด์จากปลายเอ็น

การหลั่งกลูคากอนถูกระงับโดยกลูโคส แต่ถูกกระตุ้นด้วยอาหารที่มีโปรตีน GLP-1 ยับยั้งการหลั่งกลูคากอนและกระตุ้นการหลั่งอินซูลิน

กลูคากอนมีผลเฉพาะกับเซลล์ตับและเซลล์ไขมันที่มีตัวรับในพลาสมาเมมเบรน ในเซลล์ตับ โดยการจับกับตัวรับบนพลาสมาเมมเบรน กลูคากอนผ่านโปรตีน G จะกระตุ้นอะดีนิเลตไซคลอสซึ่งกระตุ้นการก่อตัวของแคมป์ซึ่งในทางกลับกันจะนำไปสู่การกระตุ้นการทำงานของฟอสโฟรีเลสซึ่งเร่งการสลายไกลโคเจนและการยับยั้ง การสังเคราะห์ไกลโคเจนและการยับยั้งการสร้างไกลโคเจน กลูคากอนกระตุ้นการสร้างกลูโคโนเจเนซิสโดยกระตุ้นการสังเคราะห์เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้: กลูโคส-6-ฟอสฟาเตส, ฟอสโฟอีนอลไพรูเวตคาร์บอกซีไคเนส, ฟรุกโตส-1,6-บิฟอสฟาเตส ผลโดยรวมของกลูคากอนในตับจะลดลงส่งผลให้การผลิตกลูโคสเพิ่มขึ้น

ในเซลล์ไขมัน ฮอร์โมนยังใช้อะดีนีเลตไซคเลสคาสเคด กระตุ้นการทำงานของไลเปสไตรเอซิลกลีเซอรอลที่ไวต่อฮอร์โมน และกระตุ้นการสลายไขมัน กลูคากอนเพิ่มการหลั่งของ catecholamines โดยไขกระดูกต่อมหมวกไต ด้วยการมีส่วนร่วมในการใช้ปฏิกิริยา "สู้หรือหนี" กลูคากอนจะเพิ่มความพร้อมของสารตั้งต้นพลังงาน (กลูโคส, กรดไขมันอิสระ) สำหรับกล้ามเนื้อโครงร่าง และเพิ่มปริมาณเลือดไปยังกล้ามเนื้อโครงร่างโดยเพิ่มการทำงานของหัวใจ

กลูคากอนไม่มีผลต่อไกลโคเจนของกล้ามเนื้อโครงร่างเนื่องจากไม่มีตัวรับกลูคากอนเกือบทั้งหมด ฮอร์โมนทำให้การหลั่งอินซูลินเพิ่มขึ้นจากเซลล์ β ของตับอ่อนและการยับยั้งการทำงานของอินซูลิน

5.2.10. การควบคุมการเผาผลาญไกลโคเจนการสะสมของกลูโคสในร่างกายในรูปของไกลโคเจนและการสลายของกลูโคสนั้นสอดคล้องกับความต้องการพลังงานของร่างกาย ทิศทางของกระบวนการเมแทบอลิซึมของไกลโคเจนถูกควบคุมโดยกลไกที่ขึ้นอยู่กับการกระทำของฮอร์โมน: ในตับของอินซูลิน, กลูคากอนและอะดรีนาลีน, ในกล้ามเนื้อของอินซูลินและอะดรีนาลีน กระบวนการสลับของการสังเคราะห์หรือการสลายไกลโคเจนเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนจากช่วงดูดซับไปเป็นช่วงหลังการดูดซึมหรือเมื่อเปลี่ยนจากสถานะพักเป็นการทำงานทางกายภาพ

5.2.10.1. การควบคุมกิจกรรมของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสและไกลโคเจนซินเทสเมื่อความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดเปลี่ยนไป การสังเคราะห์และการหลั่งอินซูลินและกลูคากอนจะเกิดขึ้น ฮอร์โมนเหล่านี้ควบคุมกระบวนการสังเคราะห์และการสลายไกลโคเจน ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์สำคัญของกระบวนการเหล่านี้ ได้แก่ ไกลโคเจนซินเทสและไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสผ่านฟอสโฟรีเลชั่น-ดีฟอสโฟรีเลชั่น

ข้าว. 5.24 การกระตุ้นไกลโคเจน ฟอสโฟรีเลสโดยวิธีฟอสโฟรีเลชั่นของสารตกค้าง Ser14 โดยใช้ไกลโคเจน ฟอสโฟรีเลสไคเนส และการยับยั้งโดยฟอสฟาเตสเร่งปฏิกิริยาดีฟอสโฟรีเลชั่นของสารตกค้างในซีรีน (ตาม)

เอนไซม์ทั้งสองมีอยู่สองรูปแบบ: ฟอสโฟรีเลเตด (แอคทีฟไกลโคเจนฟอสโฟรีเลส กและไกลโคเจนซินเทสที่ไม่ใช้งาน) และดีฟอสโฟรีเลเต็ด (ฟอสโฟรีเลสที่ไม่ใช้งาน ขและแอคทีฟไกลโคเจนซินเทส) (รูปที่ 5.24 และ 5.25) ฟอสโฟรีเลชั่นดำเนินการโดยไคเนสที่เร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนของฟอสเฟตที่ตกค้างจาก ATP ไปยังซีรีนที่ตกค้าง และดีฟอสโฟรีเลชั่นจะถูกเร่งโดยฟอสโฟโปรตีนฟอสฟาเตส กิจกรรมไคเนสและฟอสฟาเตสยังถูกควบคุมโดยฟอสโฟรีเลชั่น-ดีฟอสโฟรีเลชั่น (ดูรูปที่ 5.25)

ข้าว. 5.25. การควบคุมกิจกรรมการสังเคราะห์ไกลโคเจน เอนไซม์ถูกกระตุ้นโดยการกระทำของฟอสโฟโปรตีน ฟอสฟาเตส (PP1) ซึ่งจะทำให้ฟอสโฟรีเลทที่ตกค้างของฟอสโฟซีรีนสามตัวใกล้กับปลาย C ในไกลโคเจนซินเทส ไกลโคเจนซินเทสไคเนส 3 (GSK3) ซึ่งกระตุ้นฟอสโฟรีเลชั่นของซีรีนที่ตกค้างสามชนิดในไกลโคเจนซินเทส ยับยั้งการสังเคราะห์ไกลโคเจนและถูกกระตุ้นโดยฟอสโฟรีเลชั่นโดยเคซีนไคเนส (CKII) อินซูลิน กลูโคส และกลูโคส-6-ฟอสเฟตกระตุ้นการทำงานของฟอสโฟโปรตีน ฟอสฟาเตส ในขณะที่กลูคากอนและอะดรีนาลีน (เอพิเนฟริน) ยับยั้ง อินซูลินยับยั้งการทำงานของไกลโคเจนซินเทสไคเนส 3 (ตาม)

โปรตีนไคเนส A (PKA) ที่ขึ้นกับแคมป์ ฟอสโฟรีเลทกับฟอสโฟรีเลสไคเนส เปลี่ยนเป็นสถานะแอคทีฟ ซึ่งในทางกลับกัน ฟอสโฟรีเลทจะกลายเป็นไกลโคเจน ฟอสโฟรีเลส การสังเคราะห์แคมป์ถูกกระตุ้นโดยอะดรีนาลีนและกลูคากอน

อินซูลินผ่านน้ำตกที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน Ras (วิถีการส่งสัญญาณ Ras) กระตุ้นการทำงานของโปรตีนไคเนส pp90S6 ซึ่งทำหน้าที่เป็นฟอสโฟรีเลท และด้วยเหตุนี้จึงกระตุ้นการทำงานของฟอสโฟโปรตีน ฟอสฟาเตส Active phosphatase dephosphorylates และยับยั้ง phosphorylase kinase และ glycogen phosphorylase

ฟอสโฟรีเลชั่นโดย PKA ของไกลโคเจนซินเทสทำให้เกิดการยับยั้ง และดีฟอสโฟรีเลชั่นโดยฟอสโฟโปรตีน ฟอสฟาเตสจะกระตุ้นเอนไซม์

5.2.10.2. ควบคุมการเผาผลาญไกลโคเจนในตับการเปลี่ยนความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดยังเปลี่ยนความเข้มข้นสัมพัทธ์ของฮอร์โมน: อินซูลินและกลูคากอน อัตราส่วนของความเข้มข้นของอินซูลินต่อความเข้มข้นของกลูคากอนในเลือดเรียกว่า "ดัชนีอินซูลิน-กลูคากอน" ในช่วงหลังการดูดซึม ดัชนีจะลดลงและความเข้มข้นของกลูคากอนจะส่งผลต่อการควบคุมความเข้มข้นของน้ำตาลในเลือด

กลูคากอนตามที่อธิบายไว้ข้างต้นกระตุ้นการปล่อยกลูโคสเข้าสู่กระแสเลือดเนื่องจากการสลายไกลโคเจน (การกระตุ้นของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสและการยับยั้งไกลโคเจนซินเทส) หรือผ่านการสังเคราะห์จากสารอื่น ๆ - การสร้างกลูโคโนเจเนซิส กลูโคส-1-ฟอสเฟต เกิดจากไกลโคเจนซึ่งถูกไอโซเมอร์เป็นกลูโคส-6-ฟอสเฟต ซึ่งถูกไฮโดรไลซ์ภายใต้การกระทำของกลูโคส-6-ฟอสฟาเตส เพื่อสร้างกลูโคสอิสระซึ่งสามารถออกจากเซลล์เข้าสู่กระแสเลือดได้ (รูปที่ 5.26) .

ผลของอะดรีนาลีนต่อเซลล์ตับนั้นคล้ายคลึงกับผลของกลูคากอนในกรณีของตัวรับβ 2 และเกิดจากฟอสโฟรีเลชั่นและการกระตุ้นของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลส ในกรณีของการทำงานร่วมกันของอะดรีนาลีนกับ 1 ตัวรับของพลาสมาเมมเบรน การส่งสัญญาณฮอร์โมนของเมมเบรนจะดำเนินการโดยใช้กลไกอิโนซิทอลฟอสเฟต ในทั้งสองกรณี กระบวนการสลายไกลโคเจนจะถูกเปิดใช้งาน การใช้ตัวรับอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอะดรีนาลีนในเลือด

ข้าว. 5.26. รูปแบบของไกลโคเจนฟอสโฟโรไลซิส

ในระหว่างการย่อยอาหารดัชนีอินซูลินกลูคากอนจะเพิ่มขึ้นและอิทธิพลของอินซูลินมีอิทธิพลเหนือกว่า อินซูลินจะลดความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดและกระตุ้นการทำงานของฟอสโฟรีเลชั่นผ่านวิถี Ras ซึ่งเป็นค่ายฟอสโฟไดเอสเทอเรส ซึ่งจะไฮโดรไลซ์ตัวส่งสารตัวที่สองนี้ให้กลายเป็น AMP อินซูลินยังกระตุ้นฟอสโฟโปรตีน ฟอสฟาเตสของไกลโคเจนแกรนูลผ่านวิถี Ras, ดีฟอสโฟรีเลชั่นและกระตุ้นไกลโคเจนซินเทส และยับยั้งฟอสโฟรีเลสไคเนสและไกลโคเจน ฟอสโฟรีเลสเอง อินซูลินกระตุ้นการสังเคราะห์กลูโคไคเนสเพื่อเร่งกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคสในเซลล์และการรวมตัวของกลูโคสเข้าไปในไกลโคเจน ดังนั้นอินซูลินจะกระตุ้นกระบวนการสังเคราะห์ไกลโคเจนและยับยั้งการสลายของมัน

5.2.10.3. ควบคุมการเผาผลาญไกลโคเจนในกล้ามเนื้อในกรณีของการทำงานของกล้ามเนื้ออย่างเข้มข้น การสลายไกลโคเจนจะถูกเร่งโดยอะดรีนาลีน ซึ่งจับกับตัวรับ  2 ตัว และผ่านระบบอะดีนิเลตไซเคส จะนำไปสู่ฟอสโฟรีเลชั่นและการกระตุ้นของฟอสโฟรีเลสไคเนสและไกลโคเจน ฟอสโฟรีเลส และการยับยั้งไกลโคเจนซินเทส (รูปที่. 5.27 และ 5.28) อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนกลูโคส -6-ฟอสเฟตที่เกิดขึ้นจากไกลโคเจนเพิ่มเติม ATP จึงถูกสังเคราะห์ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้ออย่างเข้มข้น

ข้าว. 5.27. การควบคุมกิจกรรมของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสในกล้ามเนื้อ (ตาม)

ในช่วงเวลาที่เหลือ ไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสของกล้ามเนื้อจะไม่ทำงานเนื่องจากอยู่ในสถานะดีฟอสโฟรีเลชั่น แต่การสลายตัวของไกลโคเจนเกิดขึ้นเนื่องจากการกระตุ้น allosteric ของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสบีด้วยความช่วยเหลือของ AMP และออร์โธฟอสเฟตที่เกิดขึ้นระหว่างการไฮโดรไลซิสของ ATP

ข้าว. 5.28. การควบคุมกิจกรรมการสังเคราะห์ไกลโคเจนในกล้ามเนื้อ (ตาม)

ในระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อในระดับปานกลาง ฟอสโฟรีเลสไคเนสสามารถถูกกระตุ้นโดยอัลโลสเตอร์ (โดย Ca 2+ ไอออน) ความเข้มข้นของ Ca 2+ เพิ่มขึ้นเมื่อมีการหดตัวของกล้ามเนื้อเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณประสาทของมอเตอร์ เมื่อสัญญาณลดลง ความเข้มข้นของ Ca 2+ ที่ลดลงไปพร้อมๆ กับการ "ปิด" กิจกรรมไคเนส

ไอออน Ca 2+ ไม่เพียงเกี่ยวข้องกับการหดตัวของกล้ามเนื้อเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการให้พลังงานสำหรับการหดตัวเหล่านี้ด้วย

ไอออน Ca 2+ จับกับโปรตีนcalmodulin ซึ่งในกรณีนี้ทำหน้าที่เป็นหนึ่งในหน่วยย่อยไคเนส กล้ามเนื้อฟอสโฟรีเลสไคเนสมีโครงสร้าง 4  4  4  4 มีเพียงหน่วยย่อย  เท่านั้นที่มีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา ส่วนหน่วยย่อย - และ  อยู่ภายใต้การควบคุม จะถูกเติมฟอสโฟรีเลชั่นที่ซีรีนที่ตกค้างด้วยความช่วยเหลือของ PKA หน่วยย่อย  นั้นเหมือนกับโปรตีนcalmodulin (อธิบายในรายละเอียดในส่วน 2.3.2 ของส่วนที่ 2 “ชีวเคมีของการเคลื่อนไหว”) จับไอออน Ca 2+ สี่ไอออน ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง การกระตุ้นหน่วยย่อยของตัวเร่งปฏิกิริยา  แม้ว่าไคเนสจะยังคงอยู่ในสถานะดีฟอสโฟรีเลชั่นก็ตาม

ในระหว่างการย่อยอาหารในช่วงที่เหลือ การสังเคราะห์ไกลโคเจนจะเกิดขึ้นในกล้ามเนื้อด้วย กลูโคสเข้าสู่เซลล์กล้ามเนื้อด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนขนส่ง GLUT 4 (การเคลื่อนย้ายของพวกมันเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ภายใต้การกระทำของอินซูลินจะกล่าวถึงรายละเอียดในส่วน 5.2.4.3 และในรูปที่ 5.21) อินซูลินยังมีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ไกลโคเจนในกล้ามเนื้อผ่านการลดระดับฟอสโฟรีเลชั่นของไกลโคเจนซินเทสและไกลโคเจนฟอสโฟรีเลส

5.2.11. ไกลโคซิเลชันที่ไม่ใช่เอนไซม์ของโปรตีนการดัดแปลงโปรตีนหลังการแปลประเภทหนึ่งคือไกลโคซิเลชันของซีรีน, ทรีโอนีน, แอสพาราจีน และไฮดรอกซีไลซีนเรซิดิวโดยใช้ไกลโคซิลทรานสเฟอเรส เนื่องจากคาร์โบไฮเดรตที่มีความเข้มข้นสูง (ลดน้ำตาล) ถูกสร้างขึ้นในเลือดในระหว่างการย่อยอาหาร จึงเป็นไปได้ที่จะเกิดไกลโคซิเลชันแบบไม่มีเอนไซม์ของโปรตีน ไขมัน และกรดนิวคลีอิกที่เรียกว่าไกลเคชันได้ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำตาลกับโปรตีนหลายขั้นตอนเรียกว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลโคซิเลชัน (AGEs) และพบได้ในโปรตีนของมนุษย์หลายชนิด ครึ่งชีวิตของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ยาวนานกว่าโปรตีน (จากหลายเดือนถึงหลายปี) และอัตราการก่อตัวของผลิตภัณฑ์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับระดับและระยะเวลาของการสัมผัสกับน้ำตาลรีดิวซ์ สันนิษฐานว่าภาวะแทรกซ้อนหลายอย่างที่เกิดจากโรคเบาหวาน โรคอัลไซเมอร์ และต้อกระจก เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสิ่งเหล่านี้

กระบวนการไกลเคชั่นสามารถแบ่งออกเป็นสองระยะ: ช่วงต้นและช่วงปลาย ในระยะแรกของไกลเคชั่น การโจมตีแบบนิวคลีโอฟิลิกเกิดขึ้นกับกลุ่มคาร์บอนิลของกลูโคสโดยกลุ่ม -อะมิโนของไลซีน หรือกลุ่มกัวนิดิเนียมของอาร์จินีน ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของฐาน Schiff ที่ไม่เสถียร - เอ็น-ไกลโคซิลิมีน (รูปที่ 5.29) การก่อตัวของฐานชิฟฟ์เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างรวดเร็วและย้อนกลับได้

ถัดมาเป็นการรวมกลุ่มใหม่ เอ็น‑ไกลโคซิลิมีนเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ Amadori – 1‑อะมิโน‑1‑ดีออกซีฟรุคโตส อัตราของกระบวนการนี้ต่ำกว่าอัตราการก่อตัวของไกลโคซิลิมีน แต่สูงกว่าอัตราการไฮโดรไลซิสของฐานชิฟฟ์อย่างมีนัยสำคัญ

ข้าว. 5.29. โครงร่างของโปรตีนไกลเคชั่น คาร์โบไฮเดรตรูปแบบเปิด (กลูโคส) ทำปฏิกิริยากับกลุ่ม -อะมิโนของไลซีนเพื่อสร้างฐานชิฟฟ์ ซึ่งผ่านการจัดเรียง Amadori ใหม่ให้เป็นคีโตเอมีนผ่านการก่อตัวของสารตัวกลางอีโนลามีน การจัดเรียงใหม่ของ Amadori จะถูกเร่งขึ้นหากแอสปาร์เตตและอาร์จินีนเรซิดิวตั้งอยู่ใกล้กับเรซิดิวไลซีน คีโตเอมีนยังสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้หลากหลาย (ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นขั้นสูง - AGE) แผนภาพแสดงปฏิกิริยากับโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตตัวที่สองเพื่อสร้างไดคีโตเอมีน (ตาม)

ดังนั้นโปรตีนที่มี 1‑อะมิโน‑1‑ดีออกซีฟรุคโตสตกค้างจึงสะสมอยู่ในเลือด การเปลี่ยนแปลงของไลซีนที่ตกค้างในโปรตีนในระยะเริ่มแรกของไกลเคชั่นเห็นได้ชัดว่าได้รับการอำนวยความสะดวกโดยการมีฮิสทิดีน ไลซีน หรืออาร์จินีนตกค้างในบริเวณใกล้เคียงกับอะมิโนที่ทำปฏิกิริยา กลุ่มซึ่งดำเนินการเร่งปฏิกิริยาหลักของกระบวนการที่เป็นกรดเช่นเดียวกับสารแอสปาร์เตตที่ตกค้างซึ่งดึงโปรตอนออกจากอะตอมคาร์บอนที่สองของน้ำตาล คีโตเอมีนสามารถจับกับคาร์โบไฮเดรตอีกตัวที่ตกค้างที่หมู่อิมิโนเพื่อสร้างไลซีนที่มีไกลซีนเป็นสองเท่า ซึ่งกลายเป็นไดคีโตเอมีน (ดูรูปที่ 5.29)

ไกลเคชั่นระยะสุดท้าย รวมถึงการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติม เอ็น‐ไกลโคซิลิมีนและผลิตภัณฑ์ Amadori ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช้ากว่าซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นขั้นสูง (AGE) ที่เสถียร เมื่อเร็ว ๆ นี้ข้อมูลปรากฏเกี่ยวกับการมีส่วนร่วมโดยตรงในการก่อตัวของ AGEs ของสารประกอบα-dicarbonyl (glyoxal, methylglyoxal, 3-deoxyglucosone) ที่เกิดขึ้น ใน วิฟทั้งในระหว่างการย่อยสลายกลูโคสและเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของฐานชิฟฟ์ระหว่างการปรับเปลี่ยนไลซีนในโปรตีนด้วยกลูโคส (รูปที่ 5.30) รีดักเตสจำเพาะและสารประกอบซัลไฮดริล (กรดไลโปอิก, กลูตาไธโอน) มีความสามารถในการเปลี่ยนสารประกอบไดคาร์บอนิลที่เกิดปฏิกิริยาให้เป็นสารที่ไม่ใช้งาน ซึ่งสะท้อนให้เห็นในการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ไกลเคชั่นขั้นสูงที่ลดลง

ปฏิกิริยาของสารประกอบ α-ไดคาร์บอนิลกับกลุ่ม ε-อะมิโนของไลซีนที่ตกค้างหรือกลุ่มกัวนิดิเนียมของอาร์จินีนที่ตกค้างในโปรตีนนำไปสู่การก่อตัวของการเชื่อมโยงข้ามโปรตีนซึ่งรับผิดชอบต่อภาวะแทรกซ้อนที่เกิดจากโปรตีนไกลเคชั่นในโรคเบาหวานและโรคอื่น ๆ นอกจากนี้ ผลจากการสูญเสียน้ำตามลำดับของผลิตภัณฑ์ Amadori ที่ C4 และ C5 จะทำให้เกิด 1-amino-4-deoxy-2,3-dione และ -enedione ซึ่งสามารถมีส่วนร่วมในการก่อตัวของโปรตีนข้ามโมเลกุลและระหว่างโมเลกุล -ลิงค์

ในบรรดา AGEs ที่โดดเด่น เอ็น ε ‑คาร์บอกซีเมทิลไลซีน (CML) และ เอ็น ε -คาร์บอกซีเอทิลไลซีน (CEL), บิส(ไลซิล)อิมิดาโซลแอดดักส์ (GOLD - glyoxal-lysyl-lysyl-dimer, MOLD - methylglyoxal-lysyl-lysyl-dimer, DOLD - deoxyglucosone-lysyl-lysyl-dimer), imidazolones (G-H, MG ‑H และ 3DG‑H), ไพรราลีน, อาร์กิพิริมิดีน, เพนโตซิดีน, ครอสลิน และเวเพอร์ไลซีน ในรูป 5.31 โชว์บ้าง

ข้าว. 5.30. โครงร่างของโปรตีนไกลเคชั่นเมื่อมีดี-กลูโคส ในกล่องแสดงสารตั้งต้นหลักของผลิตภัณฑ์ AGE ที่เกิดจากไกลเคชั่น (ตาม)

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นขั้นสูง ตัวอย่างเช่น เพนโตซิดีนและคาร์บอกซีเมทิลไลซีน (CML) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะออกซิเดชั่น พบได้ในโปรตีนที่มีอายุยืนยาว ได้แก่ คอลลาเจนของผิวหนัง และเลนส์คริสตัลลิน คาร์บอกซีเมทิลไลซีนแนะนำหมู่คาร์บอกซิลที่มีประจุลบเข้าไปในโปรตีนแทนที่จะเป็นหมู่อะมิโนที่มีประจุบวก ซึ่งสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงประจุบนพื้นผิวของโปรตีนและการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน CML เป็นแอนติเจนที่แอนติบอดีรับรู้ ปริมาณของผลิตภัณฑ์นี้เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามอายุ เพนโตซิดีนเป็น cross-link (ผลิตภัณฑ์ cross-link) ระหว่างผลิตภัณฑ์ Amadori และอาร์จินีนตกค้างที่ตำแหน่งใดๆ ของโปรตีน ที่เกิดขึ้นจากแอสคอร์เบต กลูโคส ฟรุกโตส น้ำตาลไรโบส ที่พบในเนื้อเยื่อสมองของผู้ป่วยโรคอัลไซเมอร์ใน ผิวหนังและพลาสมาในเลือดของผู้ป่วยโรคเบาหวาน

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นขั้นสูงสามารถส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของอนุมูลอิสระ การเปลี่ยนแปลงประจุบนพื้นผิวโปรตีน และการเชื่อมโยงข้ามที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ระหว่างส่วนต่างๆ ของโปรตีน ซึ่ง

ขัดขวางโครงสร้างเชิงพื้นที่และการทำงาน ทำให้พวกมันต้านทานการสลายโปรตีนด้วยเอนไซม์ ในทางกลับกัน การเกิดออกซิเดชันของอนุมูลอิสระสามารถทำให้เกิดการย่อยโปรตีนที่ไม่ใช่เอนไซม์หรือการกระจายตัวของโปรตีน การเกิดออกซิเดชันของไขมัน

การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นขั้นสูงบนโปรตีนเมมเบรนชั้นใต้ดิน (คอลลาเจนประเภท IV, ลามินิน, โปรตีโอไกลแคนของเฮปารานซัลเฟต) นำไปสู่การหนาขึ้น, การตีบตันของลูเมนของเส้นเลือดฝอยและการหยุดชะงักของการทำงานของพวกมัน การรบกวนของเมทริกซ์นอกเซลล์เหล่านี้เปลี่ยนโครงสร้างและการทำงานของหลอดเลือด (ความยืดหยุ่นของผนังหลอดเลือดลดลง การเปลี่ยนแปลงในการตอบสนองต่อผลของการขยายตัวของหลอดเลือดของไนตริกออกไซด์) และมีส่วนทำให้กระบวนการหลอดเลือดแข็งตัวเร็วขึ้น

ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของไกลเคชั่นขั้นสูง (AGEs) ยังมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนบางชนิดโดยการจับกับตัวรับ AGE เฉพาะที่อยู่บนไฟโบรบลาสต์, ที-ลิมโฟไซต์ ในไต (เซลล์เยื่อหุ้มสมอง) ในผนังหลอดเลือด (เอ็นโดทีเลียมและเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ) ใน สมอง รวมถึงในตับและม้าม ซึ่งตรวจพบได้ในจำนวนมากที่สุด เช่น ในเนื้อเยื่อที่อุดมไปด้วยมาโครฟาจ ซึ่งเป็นสื่อกลางในการส่งสัญญาณนี้โดยการเพิ่มการก่อตัวของอนุมูลอิสระออกซิเจน ในทางกลับกัน จะกระตุ้นการถอดรหัสของปัจจัยนิวเคลียร์ NF-kB ซึ่งเป็นตัวควบคุมการแสดงออกของยีนหลายชนิดที่ตอบสนองต่อความเสียหายต่างๆ

หนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการป้องกันผลที่ไม่พึงประสงค์ของไกลโคซิเลชั่นที่ไม่ใช่เอนไซม์ของโปรตีนคือการลดปริมาณแคลอรี่ในอาหารซึ่งสะท้อนให้เห็นในความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดที่ลดลงและการเติมที่ไม่ใช่เอนไซม์ลดลง กลูโคสไปเป็นโปรตีนที่มีอายุยืนยาว เช่น เฮโมโกลบิน ความเข้มข้นของกลูโคสที่ลดลงจะทำให้ทั้งโปรตีนไกลโคซิเลชันและเปอร์ออกซิเดชันของไขมันลดลง ผลกระทบเชิงลบของไกลโคซิเลชันเกิดจากการหยุดชะงักของโครงสร้างและการทำงานเมื่อกลูโคสเกาะติดกับโปรตีนที่มีอายุยืนยาว และเป็นผลให้เกิดความเสียหายจากออกซิเดชันต่อโปรตีนที่เกิดจากอนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชันของน้ำตาลเมื่อมีไอออนของโลหะทรานซิชัน นิวคลีโอไทด์และ DNA ยังผ่านกระบวนการไกลโคซิเลชันแบบไม่มีเอนไซม์ ซึ่งนำไปสู่การกลายพันธุ์เนื่องจากความเสียหายของ DNA โดยตรงและการหยุดการทำงานของระบบซ่อมแซม ทำให้เกิดความเปราะบางของโครโมโซมเพิ่มขึ้น แนวทางการป้องกันผลของไกลเคชั่นต่อโปรตีนที่มีอายุยืนยาวโดยการแทรกแซงทางเภสัชวิทยาและพันธุกรรมกำลังอยู่ระหว่างการสำรวจ

คาร์โบไฮเดรตมีสามประเภท: เส้นใยและแป้ง แม้ว่าการลดน้ำหนักหลายๆ แบบจะแนะนำให้จำกัดการบริโภคแป้งและคาร์โบไฮเดรตอื่นๆ แต่นักวิจัยกลับกล่าวมากขึ้นเรื่อยๆ ว่านี่เป็นเพียงเรื่องเข้าใจผิด และแม้แต่แป้งที่เป็นแป้งก็จะไม่กลายเป็นไขมันที่ด้านข้าง แพทย์ยังได้พูดถึงสารนี้ด้วย นอกจากนี้ยังคลุมเครืออีกด้วย แป้งคืออะไรสิ่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุด - แป้งมันฝรั่งประโยชน์และอันตรายซึ่งเป็นหัวข้อถกเถียงทางวิทยาศาสตร์?

คุณสมบัติทางชีวเคมี

แป้ง (สูตร - (C 6 H 10 O 5) n) เป็นสารอินทรีย์เม็ดสีขาวที่ผลิตโดยพืชสีเขียวทั้งหมด

เป็นผงไม่มีรส ไม่ละลายในน้ำเย็น แอลกอฮอล์ และตัวทำละลายอื่นๆ ส่วนใหญ่ สารนี้อยู่ในกลุ่มโพลีแซ็กคาไรด์ แป้งรูปแบบที่ง่ายที่สุดคือโพลีเมอร์เชิงเส้นของอะมิโลส รูปแบบกิ่งก้านแสดงโดยอะไมโลเพคติน ในการทำปฏิกิริยากับรูปแบบการวาง การไฮโดรไลซิสของแป้งเกิดขึ้นเมื่อมีกรดและมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดกลูโคส การใช้ไอโอดีนทำให้ง่ายต่อการตรวจสอบว่าปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสเสร็จสมบูรณ์ (สีฟ้าจะไม่ปรากฏอีกต่อไป)

ในพืชสีเขียว แป้งผลิตจากกลูโคสส่วนเกินที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง สำหรับพืช สารนี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน แป้งในรูปแบบเม็ดจะถูกเก็บไว้ในคลอโรพลาสต์ ในพืชบางชนิดความเข้มข้นสูงสุดของสารจะอยู่ที่รากและหัวส่วนพืชอื่น ๆ - ในลำต้นและเมล็ด หากจำเป็น สารนี้สามารถสลายตัวได้ (ภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์และน้ำ) ทำให้เกิดกลูโคสซึ่งพืชใช้เป็นเชื้อเพลิง ในร่างกายมนุษย์ เช่นเดียวกับในร่างกายของสัตว์ โมเลกุลของแป้งยังแตกตัวออกเป็นน้ำตาล และสิ่งเหล่านี้ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานอีกด้วย

มันทำงานอย่างไรในร่างกายมนุษย์

ข้าวมีหลายประเภทและมีประโยชน์ต่อมนุษย์เนื่องจากมีวิตามิน ใยอาหาร และ ผลิตภัณฑ์นี้สามารถบริโภคได้ทั้งอาหารจานร้อนและของว่างเย็น แต่เพื่อให้มีสุขภาพที่ดีอย่างแท้จริง จะเป็นการดีกว่าที่จะไม่อุ่นจานที่เตรียมไว้ และหากจำเป็น ให้เก็บไว้ในตู้เย็นระหว่างการอุ่นซึ่งจะช่วยป้องกันการแพร่กระจายของแบคทีเรียที่เป็นอันตราย แต่ไม่ว่าในกรณีใด จานข้าวที่เสร็จแล้วจะไม่สามารถเก็บไว้นานกว่า 24 ชั่วโมงได้ และระหว่างอุ่นให้เก็บไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 70 องศาเซลเซียส นาน 2 นาที (อาจนึ่งก็ได้)

พาสต้า

ควรเลือกแป้งที่ทำจากข้าวสาลีดูรัมและน้ำจะดีกว่า ประกอบด้วยธาตุเหล็กและวิตามินบี พาสต้าโฮลเกรนยังดีต่อสุขภาพอีกด้วย

ตารางปริมาณแป้งในผลิตภัณฑ์

ผลิตภัณฑ์	แป้ง (ร้อยละ)
ข้าว	78
	75
	74
แป้ง ( , )	72
ข้าวฟ่าง	69
ขนมปังสด	66
ข้าวโพด	65
ก๋วยเตี๋ยว	65
การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าสารนี้อาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ดังนั้น นักโภชนาการจึงต่อต้านการทอด (และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเผา) อาหารประเภทแป้ง เช่น มันฝรั่ง กรูตอง และผักที่มีราก อะคริลาไมด์ไม่ได้เกิดขึ้นจริงในระหว่างการปรุงอาหาร การนึ่ง หรือการอบด้วยไมโครเวฟ อย่างไรก็ตาม การจัดเก็บมันฝรั่งที่อุณหภูมิต่ำมากจะทำให้ความเข้มข้นของน้ำตาลในส่วนประกอบเพิ่มขึ้น ซึ่งยังก่อให้เกิดการปล่อยอะคริลาไมด์ส่วนใหญ่ในระหว่างการปรุงอาหารอีกด้วย ผสมกับสารอื่นและการดูดซึม แป้งเป็นที่ต้องการอย่างมากในแง่ของการผสมผสานกับสารอาหารอื่นๆ พวกเขามักจะโต้ตอบกับผลิตภัณฑ์อื่นได้ไม่ดีนักและเข้ากันได้ดีเท่านั้น เพื่อประโยชน์สูงสุด อาหารประเภทแป้งควรใช้ร่วมกับผักดิบในรูปสลัดได้ดีที่สุด และอย่างไรก็ตาม ร่างกายสามารถย่อยแป้งดิบได้ง่ายกว่าหลังการให้ความร้อน สารนี้จะสลายตัวเร็วขึ้นหากมีวิตามินบีในร่างกายเพียงพอ ใช้ในอุตสาหกรรม ข้าว ข้าวโพด ข้าวสาลี และแป้งมันสำปะหลังพบได้ในอุตสาหกรรม แต่แป้งมันฝรั่งอาจเป็นที่นิยมมากที่สุด ได้มาจากการสับหัวและผสมเนื้อกับน้ำ จากนั้นเยื่อกระดาษจะถูกแยกออกจากของเหลวและทำให้แห้ง นอกจากนี้แป้งยังใช้ในการผลิตเบียร์และขนมหวานเป็นตัวทำให้ข้นขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มความแข็งแรงของกระดาษได้อีกด้วยใช้ในการผลิตกระดาษลูกฟูก ถุงกระดาษ กล่องกระดาษ และกระดาษยาง ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ - เป็นตัวกำหนดขนาดที่ให้ความแข็งแรงแก่เส้นด้าย แป้งอะมิโลเพคตินที่ได้จากข้าวโพดข้าวเหนียวยังถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในอุตสาหกรรมอาหารอีกด้วย ใช้เป็นสารเพิ่มความข้นในซอส น้ำสลัด ผลไม้และผลิตภัณฑ์จากนม สารนี้มีสีใส ไม่มีรส ต่างจากมันฝรั่งตรง และคุณสมบัติทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ช่วยให้ผลิตภัณฑ์ประเภทแป้งถูกแช่แข็งและอุ่นซ้ำได้หลายครั้ง การมีอยู่ของ E1400, E1412, E1420 หรือ E1422 ในรายการส่วนผสมของผลิตภัณฑ์บ่งชี้ว่ามีการใช้แป้งข้าวโพดดัดแปลงในการผลิตอาหารนี้ แตกต่างจากประเภทอื่นเนื่องจากความสามารถในการขยายตัวและสร้างสารละลายเจลาติไนซ์ ในอุตสาหกรรมอาหาร มันถูกใช้เป็นสารป้องกันการจับตัวเป็นก้อนเพื่อสร้างเนื้อสัมผัสที่จำเป็นสำหรับซอส ซอสมะเขือเทศ โยเกิร์ต และขนมหวานที่ทำจากนม ใช้ในขนมอบด้วย แป้งมันสำปะหลังยังเป็นส่วนผสมในอุตสาหกรรมอาหารอีกด้วย แต่วัตถุดิบสำหรับมันไม่ใช่มันฝรั่งหรือข้าวโพดทั่วไป แต่เป็นผลไม้มันสำปะหลัง ผลิตภัณฑ์นี้มีลักษณะคล้ายมันฝรั่งในด้านความสามารถ ใช้เป็นสารเพิ่มความข้นและป้องกันการจับตัวเป็นก้อน แป้งเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์และอันตรายที่ยังไม่ชัดเจน ในขณะเดียวกัน มีคำแนะนำที่ดีเยี่ยมซึ่งคอยชี้แนะผู้คนในเวลาที่ต่างกัน ทุกอย่างควรอยู่ในปริมาณที่พอเหมาะ และอาหารจะไม่เป็นอันตราย นอกจากนี้ยังใช้กับแป้งด้วย ประสบการณ์ทั้งหมด: 35 ปี. การศึกษา:พ.ศ. 2518-2525 1MMI ซันกิ๊ก วุฒิการศึกษาสูงสุด แพทย์โรคติดเชื้อ. ปริญญาวิทยาศาสตร์:แพทย์ประเภทสูงสุดผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์การแพทย์

เรารู้อะไรเกี่ยวกับแป้งบ้าง? - น้อยมาก! ฉันมั่นใจอย่างยิ่งว่าหลายๆ คนเชื่อมโยงแป้งกับเพสต์หรือเยลลี่เท่านั้น... เยี่ยมมาก! สิ่งที่น่าสนใจและน่าประหลาดใจยิ่งกว่านั้นคือการตรวจสอบในวันนี้ของเราเกี่ยวกับสารลึกลับนี้ - แป้ง

“แป้ง” นี่มันสัตว์ประเภทไหนกันนะ?!

สิ่งแรกที่ต้องเริ่มต้นคือแป้งนั้นเป็นคาร์โบไฮเดรต สำหรับผู้ที่ไม่ทราบว่าคาร์โบไฮเดรตเป็นสารอินทรีย์ที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ พวกมันประกอบขึ้นเป็นเนื้อเยื่อพืชส่วนสำคัญ (ประมาณ 80%) เนื้อเยื่อของสัตว์มีคาร์โบไฮเดรตไม่เกิน 2%

สาเหตุของความสัมพันธ์ที่ตัดกันนี้คือความสามารถของพืชสีเขียวในการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเมื่อดูดซับพลังงานแสง ทำให้เกิดสารโมเลกุลสูงที่มีปริมาณพลังงานสูง กล่าวอีกนัยหนึ่งคาร์โบไฮเดรตในพืชเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง

คาร์โบไฮเดรตทั้งหมดแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก:

1. โมโนเมอร์หรือน้ำตาลเชิงเดี่ยว ตัวแทนโดยทั่วไปคือกลูโคส ฟรุกโตส และกาแลคโตส

2. โอลิโกแซ็กคาไรด์ ซึ่งรวมถึงน้ำตาลบีทรูทและอ้อย น้ำตาลนม (แลคโตส)

3. โพลีแซ็กคาไรด์ เป็นกลุ่มนี้ซึ่งรวมถึงแป้ง ไฟเบอร์ ไกลโคเจน สารเพกติน ฯลฯ อย่างไรก็ตามในบล็อกของเรามีฉันขอแนะนำให้อ่านเพื่อทำความเข้าใจธรรมชาติของแป้งโดยสมบูรณ์

ในพืชสีเขียว แป้งผลิตจากกลูโคสส่วนเกินที่ผลิตโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง แป้งในรูปเม็ดจะถูกเก็บไว้ในคลอโรพลาสต์ มีวัตถุดิบที่มีแป้งเป็นหัว (หัวมันฝรั่ง มันเทศ มันสำปะหลัง ฯลฯ) และธัญพืช (ข้าวโพด ข้าวสาลี ข้าว ข้าวบาร์เลย์ ฯลฯ) หากพืชต้องการสารอาหาร แป้งสามารถสลายตัวภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์และน้ำเพื่อสร้างกลูโคส

กระบวนการแปรรูปแป้งในร่างกายมนุษย์:

ในร่างกายมนุษย์ กระบวนการนี้ (การสลายแป้ง) เริ่มต้นในขณะที่อาหารประเภทแป้งเข้าสู่ปาก ที่นี่เอนไซม์ทำน้ำลายทำหน้าที่กับแป้ง ส่งผลให้มอลโตสคาร์โบไฮเดรตง่ายขึ้น จากนั้นในระหว่างการเคลื่อนไหวเพิ่มเติมผ่านทางเดินอาหารและการสัมผัสกับเอนไซม์บางชนิด มอลโตสจะถูกแปลงเป็นกลูโคส และหลังจากที่กลูโคสนี้ถูกดูดซึมโดยผนังลำไส้และเข้าสู่กระแสเลือดจะให้พลังงานแก่เซลล์แต่ละเซลล์

นี่คือลักษณะที่กระบวนการนี้ดู "บนนิ้ว" อันที่จริงในกระบวนการนี้มีปัญหาบางอย่าง ในรูปแบบธรรมชาติ ไม่เหมือนกับรูปแบบบริสุทธิ์ (ซื้อจากร้านค้า) แป้งค่อนข้างย่อยยาก เนื่องจากความยากในการละลายจึงทำให้เข้าถึงเอนไซม์อะไมเลสและเอนไซม์อื่นๆ ได้ งานทั้งหมดของระบบย่อยอาหารของมนุษย์พร้อมคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับเอนไซม์ปฏิบัติการในแผนกต่าง ๆ ได้อธิบายไว้ในบทความ "" นั่นคือเหตุผลที่แนะนำให้ใช้การอุ่นอาหารล่วงหน้าสำหรับอาหารที่อุดมด้วยแป้ง ผลจากการแปรรูปดังกล่าวทำให้ความสามารถในการย่อยแป้งดีขึ้น

บ่อยครั้งที่เป็นไปได้ที่จะสังเกตเห็นการเปลี่ยนผ่านของแป้งเป็นน้ำตาลในผลิตภัณฑ์บางชนิด กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรไลซิสเกิดขึ้นเมื่อมีกรดและมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น (ตัวอย่างที่ดีคือกล้วยที่ไม่หวานและเป็นแป้ง หลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่งเมื่อนอนตากแดดก็จะหวาน)

อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้ไอโอดีน คุณสามารถตรวจสอบความสมบูรณ์ของปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้อย่างง่ายดาย (สีน้ำเงินจะไม่ปรากฏอีกต่อไป) คุณยังสามารถตรวจสอบการมีอยู่ของแป้งในผลิตภัณฑ์ได้ (เช่น ในไส้กรอกต้ม)

ดังนั้นบทบาทหลักของแป้งในอาหารของมนุษย์คือการเปลี่ยนเป็นกลูโคสเพื่อให้พลังงานเพิ่มเติม นี่เป็นหลัก แต่ยังห่างไกลจากหน้าที่เดียวที่แป้งทำหน้าที่ต่อร่างกายของเรา อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์และเป็นอันตรายของแป้งในบทความต่อไปนี้

แป้งประเภทหลัก:

เมื่อสัมผัสกับเอนไซม์ย่อยอาหาร แป้งที่มีอยู่ในอาหารจากพืชจะถูกย่อยเป็นกลูโคส อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้ไม่ได้เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันเสมอไปเพราะว่า แป้งอาหารมีคุณสมบัติแตกต่างกัน ดังนั้นแป้งประเภทต่อไปนี้จึงมีความโดดเด่น:

1. ระดับน้ำตาลในเลือดหรือย่อยง่าย

แป้งระดับน้ำตาลในเลือดมีอยู่ 2 รูปแบบหลัก: อะมิโลสและอะมิโลเพคติน อาหารทั้งหมดที่มีแป้งประกอบด้วยอะมิโลสและอะมิโลเพคติน

— อะมิโลสเป็นโมเลกุลกลูโคสสายตรงที่ใช้เวลาย่อยนานกว่า

- อะไมโลเพคตินมีสายโซ่กลูโคสขนาดเล็กหลายกิ่งและถูกย่อยเร็วกว่า

เอนไซม์ที่สลายแป้งจะทำหน้าที่เฉพาะกับโมเลกุลกลูโคสที่อยู่นอกสุดเท่านั้น โดยแยกย่อยออกเป็นสายโซ่ที่ประกอบด้วยโมเลกุลหนึ่งหรือสองโมเลกุล เนื่องจากอะมิโลสเป็นสายโซ่ยาวจึงมีโมเลกุลภายนอกเพียงสองโมเลกุลเท่านั้น ใช้เวลาย่อยสลายนานกว่าอะมิโลเพคตินซึ่งมีกิ่งก้านกลูโคสจำนวนมากและมีโมเลกุลสุดท้ายจำนวนมาก

ด้วยเหตุนี้ อาหารที่มีแป้งจึงถูกย่อยในอัตราที่ต่างกัน แป้งที่มีอะมิโลเพคตินสูงจะถูกย่อยเร็วกว่าและส่งผลต่อระดับน้ำตาลในเลือดได้ดีกว่าอาหารที่มีอะมิโลสสูง

2. ดื้อหรือย่อยยาก

พร้อมด้วยแป้งซึ่งทำหน้าที่ให้พลังงานเช่น ให้กลูโคสแก่ร่างกายนอกจากนี้ยังมีแป้งซึ่งผ่านระบบย่อยอาหารยังคงไม่บุบสลาย กล่าวอีกนัยหนึ่งแป้งนี้มีความทนทานต่อการย่อยอาหารและเรียกว่าต้านทาน

แป้งทนไฟพบได้ในอาหารหลากหลายประเภทและแบ่งออกเป็น 4 ประเภทที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์แหล่งกำเนิดสินค้า ดังนั้นแป้งประเภทที่ต้านทาน:

สูงกว่าเล็กน้อยในบทความที่ฉันได้กล่าวไปแล้วว่าการอบร้อนของผลิตภัณฑ์ที่มีแป้งช่วยเพิ่มการย่อยได้ของแป้งที่มีอยู่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการที่แป้งบางประเภทเปลี่ยนเป็นแป้งชนิดอื่น กล่าวอีกนัยหนึ่ง แป้งต้านทานจะกลายเป็นแป้งปกติ

และในที่สุดก็...

เพื่อน ๆ ที่รักตอนนี้แป้งไม่ได้กลายเป็นสารลึกลับสำหรับพวกเราทุกคนแล้ว เราสามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่าแป้งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอาหารประจำวันของเรา ดังนั้นทุกคนเพียงแค่ต้องรู้ธรรมชาติของต้นกำเนิดของแป้ง กลไกการออกฤทธิ์ต่อร่างกายของเรา ศึกษาประเภทของแป้ง คุณสมบัติออกฤทธิ์ของแป้ง ฯลฯ เราขอแนะนำให้คุณอ่านของเรา ความรู้ทั้งหมดนี้ช่วยให้เราเข้าใจว่าแป้งไม่ได้เป็นเพียงองค์ประกอบ แต่ยังเป็นของขวัญพิเศษที่ธรรมชาติแบ่งปันกับเรา เรามาเรียนรู้ร่วมกันเพื่อใช้ของขวัญชิ้นนี้เพื่อประโยชน์ต่อร่างกายของเรา สมัครสมาชิกและอยู่กับเรา!