Glikogeno metabolizme procesų krypties pakitimus nulemia reguliaciniai mechanizmai, kuriuose dalyvauja hormonai. Glikogeno sintezės ir kaupimo procesų persijungimas vyksta keičiantis absorbciniam periodui į postabsorbcinį arba iš organizmo poilsio būklės pasikeitimu į fizinio darbo režimą. Šių metabolizmo kelių pasikeitimuose kepenyse dalyvauja hormonai insulinas, gliukagonas ir adrenalinas, raumenyse – insulinas ir adrenalinas.
Pirminis insulino ir gliukagono sintezės ir sekrecijos signalas yra gliukozės lygio pakitimas kraujyje. Gliukozės koncentracijos kraujyje lygis normoje yra 3,3-5,5 mmol/l (60-100 mg/100ml). Insulinas – baltyminis hormonas, sintetinamas ir išskiriamas į kraują kasos Langerhanso salelių β-ląstelėmis. β-ląstelės yra jautrios gliukozės kiekio kraujyje pakitimams ir išskiria insuliną po valgio padidėjus jos kiekiui. Nešamasis baltymas (GLUT2), kuris pasirūpina gliukozės patekimu į β-ląsteles, gliukozę perneša tik tuomet, kai jos kiekis kraujyje viršys normos ribą (daugiau nei 5,5 mmol/l). Insulinas yra pakankamai įdomus hormonas ir vertas atskiro straipsnio, todėl kalbant apie angliavandenių apykaitą plačiai nesiplėsime ir tik bendrai paminėsime keletą jo savybių.
Insulinas.
Insulinas mažina gliukozės koncentraciją kraujyje, greitindamas gliukozės pernašą iš kraujo į raumenų ir riebalinio audinio ląsteles. Insulinas valdo genų raišką ir fermentų, lemiančių gliukozės ir lipidų metabolizmą, aktyvumą (aktyvina arba slopina). Jis taip pat greitina medžiagų perteklio virtimą riebalais. Veikiant insulinui didėja fermentų, katalizuojančių vyksmus, aktyvumas, kurie mažina gliukozės koncentraciją ląstelėje –
greitėja glikogeno sintezė kepenyse ir raumenyse,
greitėja riebalų rūgščių biosintezė kepenyse ir riebaliniame audinyje,
baltymų biosintezė, kepenyse aktyvinama glikolizė.
Tuo pačiu metu yra slopinami vyksmai, skatinantys gliukozės koncentracijos didėjimą –
lėtėja glikogeno skaidymas,
slopinama gliukoneogenezė kepenyse,
didėja aminorūgščių pernaša į raumenis ir kartu greitėja baltymų biosintezė,
slopinamas baltymų irimas ir lipidų skaidymas.
Gliukagonas.
Gliukagonas – polipeptidinis hormonas, gaminamas kasos Langerhanso α salelėse, kitaip dar vadinamas „alkio hormonas”. Gliukagonas išskiriamas kaip atsakas į sumažėjusį gliukozės lygį kraujyje, t.y. jo išsiskyrimas didėja sumažėjus gliukozės kraujo plazmoje. Jis kaip ir keletas kitų hormonų (adrenalinas, augimo hormonas, kortizolis) veikia priešingai nei insulinas, t.y. didina gliukozės koncentraciją kraujyje, kitaip sakant palaiko pastovesnę gliukozės koncentraciją kraujyje. Gliukagono išsiskyrimą aktyvina adrenalinas. Beje, aminorūgštys taip pat stimuliuoja gliukagono išsiskyrimą. Gliukagono receptorių yra kepenų ląstelėse, ten jis aktyvina glikogenolizę ir gliukoneogenezę. Receptorių yra ir riebalinio audinio ląstelėse, kur gliukagonas stimuliuoja lipolizę ir riebalinių rūgščių išsiskyrimą. Griaučių raumenyse šio hormono receptorių nėra.
Kaip jau matome iš to kas pasakyta, sumažėjus gliukozės koncentracijai kraujyje šis hormonas išeina iš kasos į kraują ir ima skatinti procesus, kurių dėka didėja gliukozės koncentracija kraujyje. Pagrindinis gliukagono poveikis arba poveikio vieta yra kepenys, kur gliukozės gamybos šaltiniu pasitarnauja glikogenas. Kitas gliukozės šaltinis yra jos sintezė iš piruvato, pieno rūgšties ar aminorūgščių gliukoneogenezės metu.
Apibendrinimui: gliukagonas susijungdamas su atitinkamais receptoriais aktyvina tam tikrus baltymus arba tam tikrų medžiagų sintezę, jų bei hormono pagalba yra aktyvinami (pvz., greitėja gliukoneogenezė, glikogeno skaidymas – kepenyse) arba slopinami (pvz., lėtėja glikogeno sintezė ir glikolizė – kepenyse) atitinkami fermentai, dėl ko gliukozės kiekis kraujyje didėja.
Adrenalinas.
Adrenalinas – adrenalinas (epinefrinas) ir noradrenalinas (norepinefrinas) yra išskiriami antinksčių šerdies kaip atsakas į nervų sistemos signalus, kurie eina iš smegenų netikėtai atsiradus ekstremaliai situacijai (pvz., bėgimas užpuolus šunims), kurios metu yra reikalinga netikėtai greitos raumenų veiklos. Adrenalinas yra „pavojaus” signalas, jis turi iškart aprūpinti raumenis ir smegenis energijos šaltiniu. Kitaip sakant, veikiant šiems hormonams yra sintetinamos antrinės signalinės molekulės ir keičiasi medžiagų apykaita, pvz., vienas iš pagrindinių yra greitas gliukozės koncentracijos padidėjimas.
Adrenalinas ir noradrenalinas veikia kaip neurosiuntikliai. Adrenalinas veikia kepenų ir raumenų receptorius kaip atsakas į stresą, t.y. pykčio ar baimės atsiradimą, tuo metu kai organizmas gauna pavojaus signalą. Nors hormono poveikis yra trumpalaikis, savo veikimo metu sugeba staiga sutelkti didelius energijos kiekius.
Kaip atsakas į stresą išsiskyręs hormonas ir susijungęs su atitinkamais receptoriais aktyvina tam tikrų medžiagų padidėjimą, dėl ko yra aktyvinami atitinkami fermentai ir sukeliama daug įvairaus poveikio efektų:
greitėja ATP sintezė;
greitėja glikogenolizė ir lėtėja glikogeno sintezė;
gliukozė išsiskiria iš kepenų ir didėja jos koncentracija kraujyje;
riebaliniame audinyje aktyvinamas riebalinių rūgščių skaidymas;
slopinamas insulino išsiskyrimas ir aktyvinamas gliukagono susidarymas;
pagreitėja širdies ritmas ir padidėja kraujospūdis, pagreitėja deguonies pernaša į raumenų audinius;
pagreitėja glikogeno skaidymas kepenyse ir raumenyse ir kt.
Kepenys yra labai svarbios angliavandenių apykaitoje. Jose vyksta įvairios medžiagų apykaitos reakcijos, kurių metu angliavandeniai skaidomi arba verčiami kitais junginiais, taipogi jos svarbios palaikant kraujo gliukozės normalų kiekį. Beje, inkstai irgi padeda palaikyti pastovų gliukozės kiekį kraujyje. Inkstų kanalėliuose gliukozė sugeriama (reabsorbuojama) iš pirminio šlapimo ir vėl grąžinama į kraują. Šiame procese yra reikalinga ATP.
Paprastai inkstuose gliukozė reabsorbuojama ir esant didesnei už normalų gliukozės koncentracijai kraujyje. Tačiau, esant kai kuriems pažeidimams ar ligoms (pvz., esant cukriniam diabetui ar inkstų pažeidimams) inkstai nepajėgia gražinti visos pirminiame šlapime esančios gliukozės ir ji pašalinama su šlapimu (gliukozurija).
Kalbant bendrai, tai kaip jau ir minėta, sveiko žmogaus gliukozės koncentracijos kraujyje lygis arba kiekis yra gana pastovus ir normoje svyruoja tarp 3,3 ir 5,5 mmol/l (60-100 mg/100ml). Gliukozė į kraują patenka:
•iš žarnyno virškinimo metu;
•iš kepenų, kuriose su krauju iš žarnyno atnešti monosacharidai, tokie kaip fruktozė, manozė, galaktozė, virsta į gliukozę;
•iš kepenų – skylant glikogenui;
•iš kepenų – susidaro gliukoneogenezės metu.
Po sotaus ir daug angliavandenių turinčio valgio kraujyje gliukozės kiekis trumpam žymiai padidėja, bet audiniai greitai gliukozę pasisavina ir jos kiekis sumažėja. Gliukozę greičiausiai kaupia kepenys, jos taipogi labiausiai veikia gliukozės kiekį kraujyje. Raumenyse kraujo gliukozė taip pat yra aktyviai naudojama ir taip mažinamas jos kiekis kraujyje, o perteklius kaupiamas kaip glikogenas. Tam, kad raumenys ir kiti audiniai pasisavintų gliukozę iš kraujo, yra būtinas hormonas insulinas. Insulino dėka vyksta paspartinta ir palengvinta gliukozės pernaša į raumenų ir kitų audinių ląsteles (išskyrus į kepenų ląsteles, eritrocitų ir kai kurias nervines ląsteles). Šis hormonas yra išskiriamas kasos ląstelėmis kaip atsakas į gliukozės, aminorūgščių ir acetoninių kūnų koncentracijos kraujyje padidėjimą, taipogi veikiant kai kuriems vaistams bei hormonams gliukagonui ir sekretinui. Streso hormonai adrenalinas ir noradrenalinas slopina insulino išsiskyrimą. Raumenys kaupdami gliukozę glikogeno pavidalu padeda kepenims sumažinti gliukozės kiekį kraujyje, žinoma tai vyksta kai nėra raumenyse gliukozės-6-fosfato perteklių.
Jei audinių ląstelės nebereaguoja į insuliną arba kasa jo išskiria per mažai, susergama cukriniu diabetu (apie tai plačiau žr. „cukrinis diabetas”). Tokiems ligoniams stipriai pakyla gliukozės koncentracija kraujyje su iš to sekančiomis pasekmėmis. Dėl tos priežasties jiems yra skiriama vartoti insuliną, jo pagalba gerėja gliukozės pasisavinimas audiniuose, taip mažėja jos kiekis kraujyje.
Trumpalaikio badavimo metu, maždaug iki 24 valandų, arba momentais tarp valgymų, pvz., naktinio miego metu, gliukozės kiekis kraujyje sumažėja. Tuomet į darbą įsijungia kepenys ir jose yra skaidomas sukauptas glikogenas, jis verčiama į gliukozę, kuri paduodama į kraują. Glikogeno skaidymo procese dalyvauja hormonai – gliukagonas, adrenalinas ir noradrenalinas, bei tiroksinas. Jei badavimas kiek užsitęsia, tai glikogeno atsargos gali išsekti, tuomet kepenų ląstelės gliukozę gamina iš aminorūgščių, laktato, glicerolio ir kitų glikogeninių junginių.