Регуляция депонирования и мобилизации гликогена
Метаболизм гликогена
Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, мономером которого служит глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидными связями, а в местах разветвления - α-1,6-гликозидными связями. Молекула гликогена более разветвлена, чем крахмал, точки ветвления встречаются через каждые 8-10 остатков глюкозы.
Гликоген – основной резервный полисахарид в клетках животных. Гликоген плохо растворим в воде и не влияет на осмотическое давление в клетке, поэтому в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза.
Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах, запасаясь в цитозоле клеток в форме гранул. С гранулами связаны и ферменты, участвующие в обмене гликогена. Синтез и распад гликогена протекают разными метаболическими путями.
Гликогенолиз
Мобилизация гликогена происходит в основном в период между приемами пищи и ускоряется во время физической работы.
Этот процесс происходит в результате действия ключевого фермента гликогенолиза гликогенфосфорилазы, которая катализирует реакцию:
(глюкоза)n + Н3РО4 ¾® (глюкоза)n-1 + глюкозо-1-фосфат
Реакция практически необратима. Поскольку в результате реакции глюкоза образуется в фосфорилированной форме, данный процесс распада гликогена называется фосфоролитическим. Гликогенфосфорилаза катализирует расщепление только концевых a-1,4-гликозидных связей в боковых цепях гликогена. Поскольку участки разветвления гликогена для гликогенфосфорилазы не доступны (она не действует на a-1,6-гликозидные связи), на полисахарид в этом случае действует другой фермент – a-1,6-гликозидаза, катализируя гидролитическое расщепление a-1,6-связи в точке ветвления с образованием одной молекулы D-глюкозы и открывая для действия гликогенфосфорилазы новый участок цепи гликогена.
|
|
|
Образовавшийся под действием гликогенфосфорилазы глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат (метаболит гликолиза) под действием фермента фосфоглюкомутазы.
Распад гликогена в печени и мышцах имеет одну различающую их реакцию, обусловленную наличием в печени фермента глюкозо-6-фосфатазы. Присутствие в печени этого фермента обусловливает главную функцию гликогена печени – освобождение глюкозы в кровь в период между приемами пищи. Т.о. мобилизация гликогена печени обеспечивает поддержание уровня глюкозы в крови на постоянном уровне. Через 10-18 ч после приема пищи запасы гликогена в печени значительно истощаются, а голодание в течение 24 ч приводит к полному его исчезновению.
Функция мышечного гликогена заключается в высвобождении глюкозо-6-фосфата, используемого в самой мышце для окисления и получения энергии.
|
|
|
Синтез гликогена
Гликоген синтезируется практически во всех тканях, особенно активно в печени и скелетных мышцах. Синтез происходит в период пищеварения, спустя 1-2 ч после приема углеводной пищи. Синтез гликогена требует энергии. При включении одного мономера в полисахаридную цепь протекают 2 реакции, сопряженные с расходованием АТФ и УТФ.
 |
Перенос глюкозильных групп от УДФ-глюкозы на нередуцирующий конец разветвленной молекулы гликогена катализируется ферментом гликогенсинтазой. При этом образуется новая a-1,4-гликозидная связь. Образование a-1,6-связей, находящихся в точках ветвления цепей гликогена, гликогенсинтаза не способна. Эти связи образует специальный «ветвящий» фермент путем переноса коротких фрагментов (из 6-7 остатков глюкозы) с одного участка гликогена на другой с образованием a-1,6-гликозидных связей. Таким образом, наращивание молекулы гликогена осуществляется путем чередования действия этих двух ферментов.
Регуляция депонирования и мобилизации гликогена
Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена в печени происходит при переходе состояния пищеварения в постабсорбтивный период или состояния покоя на режим мышечной работы. В переключении этих метаболических путей в печени участвуют гормоны инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах – инсулин и адреналин.
|
|
|
Влияние этих гормонов на синтез и распад гликогена реализуется на уровне ключевых ферментов - гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы – и осуществляется путем их фосфорилирования и дефосфорилирования.
Первичным сигналом для синтеза инсулина и глюкагона является изменение концентрации глюкозы в крови. Инсулин и глюкагон постоянно присутствуют в крови, но при переходе из абсорбтивного состояния в постабсорбтивное изменяется их относительная концентрация – инсулин-глюкагоновый индекс (ИГИ). Т.о., главным переключающим фактором в печени является инсулин ИГИ.
В постабсорбтивном периоде ИГИ снижается и решающим фактором является влияние глюкагона, который стимулирует распад гликогена в печени. Механизм действия глюкагона включает каскад реакций, приводящий к активации гликогенфосфорилазы:
аденилатциклаза (неакт)
гормон® ¯ АТФ
|
|
|
аденилатциклаза (акт) ® ¯ ПК А (неакт)
цАМФ® ¯ киназа фосфорилазы (неакт)
ПК А (акт)® ¯ фосфорилаза В
киназа фосфорилазы (акт)® ¯ гликоген
фосфорилаза А→ ↓
глюкозо-1-Ф
В период пищеварения преобладающим является влияние инсулина, т.к. ИГИ в этом случае повышается. Под влиянием инсулина происходит:
а) стимуляция транспорта глюкозы в клетки мышечной ткани.
б) изменение количества некоторых ферментов путем индукции и репрессии их синтеза. Например, инсулин индуцирует синтез глюкокиназы, ускоряя тем самым фосфорилирование глюкозы в печени.
в) изменение активности ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Инсулин снижает содержание цАМФ в клетке (а значит и цАМФ-зависимое фосфорилирование) путем активации фосфодиэстеразы – фермента, гидролизующего цАМФ, с одной стороны. С другой стороны, он активирует фосфатазу гликогенсинтазы. Последняя дефосфорилируется и переходит в активное состояние.
Пентозофосфатный путь превращений глюкозы
ПФП является альтернативным путем окисления глюкозы. Он не приводит к синтезу АТФ, но поставляет клеткам кофермент НАДФН·Н+, а также обеспечивает клетки рибозой. НАДФН·Н+, использующийся как донор водорода в реакциях восстановления, участвует в реакциях биосинтеза жирных кислот и холестерина, а также в реакциях гидроксилирования, играющих важную роль в функционировании микросомальной цепи обезвреживания чужеродных веществ. Рибоза участвует в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот, а также аминокислоты гистидина.
ПФП может функционировать в печени, жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, эритроцитах и органах, где активно протекают восстановительные синтезы, например синтез жирных кислот. Все ферменты ПФП локализованы в цитозоле.
Химизм
1 реакция: дегидрирование глюкозо-6-фосфата
Реакцию катализирует глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, ключевой фермент пентозофосфатного цикла. Образовавшийся в ходе реакции 6-фосфоглюконолактон - соединение нестабильное, которое спонтанно, либо под действием специфической лактоназы гидролизуется.
2 реакция: гидролиз 6-фосфоглюконолактона с образованием 6-фосфоглюконата. Равновесие суммарной реакции сильно смещено в сторону образования НАДФ·Н+.
3 реакция: дегидрирование и декарбоксилирование 6-фосфоглюконата с образованием рибулозо-5-фосфата.
 |
Превращение глюкозо-6-фосфата до рибулозо-5-фосфата принято называть окислительной фазой пентозофосфатного цикла. Фаза от рибулозо-5-фосфата до образования вновь глюкозо-6-фосфата называется неокислительной или анаэробной фазой этого цикла.
4 реакция: изомеризация пентозофосфатов. Рибулозо-5-фосфат под действием ферментов рибозофосфатизомеразы и рибулозо-5-фосфат-3-эпимеразы может обратимо изомеризоваться в другие пентозы: рибозо-5-фосфат, ксилулозо-5-фосфат.
 |
В некоторых случаях ПФП на этом заканчивается. И тогда суммарное уравнение реакции выглядит так:
глюкозо-6-фосфат + Н2О + 2НАДФ+ ® рибозо-5-фосфат + 2НАДФН·Н+ +СО2
Однако многие клетки нуждаются в большем количестве НАДФН·Н+ (для восстановительных синтезов), чем требуется рибозо-5-фосфата (для включения в нуклеотиды). В таких случаях рибозо-5-фосфат превращается в глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат под действием двух ферментов: транскетолазы и трансальдолазы. Эти ферменты создают обратимую связь между ПФП и гликолизом, катализируя следующие реакции:
5) ксилулозо-5-фосфат + рибозо-5-фосфат ® седогептулозо-7-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат
6) седогептулозо-7-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат ® эритрозо-4-фосфат + фруктозо-6-фосфат*
7) ксилулозо-5-фосфат + эритрозо-4-фосфат ® фруктозо-6-фосфат* + глицеральдегид-3-фосфат*
Суммируя эти реакции, получаем: 2 ксилулозо-5-фосфат + рибозо-5-фосфат ® 2 фруктозо-6-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат
Итак, избыток рибозо-5-фосфата, образованный в ПФП, может превращаться в метаболиты гликолиза.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 159; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!