Синтез гликогена (гликогеногенез)

Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1-2 ч после приёма углеводной пищи). Следует отметить, что синтез гликогена из глюкозы требует затрат энергии.

Глюкоза активно поступает из крови в ткани и фосфорилируется, превращаясь в глюкозо-6-фосфат. Затем глюкозо-6-фосфат превращается фосфоглюкомутазой в глюкозо-1-фосфат, из которой под действием (УДФ)-глюкопирофосфорилазы и при участии (УТФ) образуется УДФ-глюкоза.

Но в силу обратимости реакции глюкозо-6-фосфат ↔ глюкозо-1-фосфат синтез гликогена из глюкозо-1-фосфата и его распад оказались бы также обратимыми и поэтому неконтролируемыми. Чтобы синтез гликогена был термодинамически необратимым, необходима дополнительная стадия образования уридиндифосфатглюкозы из УТФ и глюкозо-1-фосфата. Фермент, катализирующий эту реакцию, назван по обратной реакции: УДФ-глюкопирофосфорилаза. Однако в клетке обратная реакция не протекает, потому что образовавшийся в ходе прямой реакции пирофосфат очень быстро расщепляется пирофосфатазой на 2 молекулы фосфата.

Образованная УДФ-глюкоза далее используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена. Эту реакцию катализирует фермент гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза). Поскольку в данной реакции не используется АТФ, фермент называют синтазой, а не синтетазой. Фермент переносит остаток глюкозы на олигосахарид, состоящий из 6-10 остатков глюкозы и представляющий собой праймер (затравку), присоединяя молекулы глюкозы, α-1,4-гликозидными связями. Поскольку праймер редуцирующим концом соединен с ОН-группой остатка тирозина белка гликогенина, то гликогенсинтаза последовательно присоединяет глюкозу к нередуцирующему концу. Когда количество мономеров в синтезирующемся полисахариде достигает 11-12 моносахаридных остатков, фермент ветвления (гликозил-4,6-трансфераза) переносит фрагмент, содержащий 6-8 мономеров, то конца молекулы ближе к ее середине и присоединяет его α-1,6-гликозидной связью. В итоге образуется сильно разветвленный полисахарид.

Распад гликогена (гликогенолиз)

Распад гликогена или его мобилизация происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в основном в интервалах между приёмами пищи, кроме того, этот процесс в печени и мышцах ускоряется во время физической работы.

Сначала фермент гликогенфосфорилаза расщепляет только α-1,4-гликозидные связи при участии фосфорной кислоты последовательно отщепляет остатки глюкозы от нередуцирующих концов молекулы гликогена и фосфорилирует их с образованием глюкозо-1-фосфата. Это приводит к укорочению ветвей.

Когда количество остатков глюкозы ветвях гликогена достигает 4, то фермент олигосахаридтрансфераза расщепляет α-1,4-гликозидную связь и переносит фрагмент, состоящий из 3 мономеров, к концу более длинной цепи.

Фермент α-1,6-гликозидаза гидролизует α-1,6-гликозидную связь в точке ветвления и отщепляет молекулу глюкозы. Таким образом, при мобилизации гликогена образуются глюкозо-1-фосфат и небольшое количество свободной глюкозы. Далее глюкозо-1-фосфат при участии фермента фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат.

Мобилизация гликогена в печени и мышцах идет одинаково до образования глюкозо-6-фосфата. В печени под действием глюкозо-6-фосфатазы глюкозо-6-фосфат превращается в свободную глюкозу, которая поступает в кровь. Следовательно, мобилизация гликогена в печени обеспечивает сохранение нормального уровня глюкозы в крови и снабжение глюкозой других тканей. В мышцах нет фермента глюкозо-6-фосфатазы и глюкозо-6-фосфат используется самими мышцами для энергетических целей.