Биосинтез гликогена в печени и мышцах

Гликоген используется в качестве источника глюкозы для собственных нужд клеток различных органов, однако гликоген печени необходим для поддержания физиологической концентрации глюкозы в крови, прежде всего при голодании.

Стадии синтеза гликогена.

1. Синтез гликогена, как и все пути утилизации глюкозы, начинается с образования глюкозо-6-фосфата (фосфорилирование глюкозы при участии АТФ).

2. Далее глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат.

3. Глюкозо-1-фосфат реагирует с УТФ, в результате чего образуется еще одна активная форма глюкозы – УДФ-глюкоза. Эта реакция катализируется ферментом УДФ-глюкозопирофосфорилазой.

4. Под действием гликогенсинтазы УДФ-глюкоза присоединяется к остатку гликогена – «затравочному гликогену», т.е. к молекулам гликогена, которые присутствуют в клетке даже при длительном голодании организма, и таким образом линейная цепь гликогена наращивается. Под действием гликогенсинтазы образуются (1,4)-гликозидные связи; точки ветвления в молекуле гликогена – (1,6)-гликозидные связи – образует фермент амило-(1,4) и (1,6)-трансгликозидаза.

Главным регуляторным ферментом синтеза гликогена является гликогенсинтаза:

• гликогенсинтаза D - находится в клетке в неактивном – фосфорилированном состоянии.

• гликогенсинтаза I - находится в клетке в активном – фосфорилированном состоянии. Активирование фермента осуществляет фермент фосфатаза.

В свою очередь фосфатаза может быть активной только в присутствии инсулина, а также глюкозо-6-фосфата, который является аллостерическим активатором гликогенсинтазы D. Под действием инсулина включается механизм дефосфорилирования ключевых ферментов.

Условия синтеза гликогена:

• гликогенсинтаза I (активная);

• гликогенфосфорилаза «в» (неактивная).

Таким образом, процессы синтеза и распада гликогена регулируются гормонами, включающими механизм фосфорилирования ключевых ферментов: гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы.

Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для ее использования тканями по мере необходимости.

Распад гликогена в организме

Голодание в течение суток приводит практически к полному исчезновению запасов гликогена в печени, а при интенсивной физической нагрузке гликоген исчезает значительно быстрее.

Основной путь распада гликогена в клетках – фосфоролитический.

Гликогенолиз – это процесс распада гликогена.

Стадии гликогенолиза.

1. Под воздействием фермента гликогенфосфорилазы происходит отщепление глюкозного остатка в форме глюкозо-1-фосфата [распадается (1,4)-гликозидная связь]. Гидролитическое расщепление (1,6)-связей осуществляет фермент: амило-1,6-гликозидаза.

2. Из глюкозо-1-фосфата благодаря ферменту фосфоглюкомутазе образуется глюкозо-6-фосфат.

3. В печени и почках имеется фермент, способный отщеплять остаток фосфорной кислоты от глюкозо-6-фосфата – глюкозо-6-фосфатаза с образованием свободной глюкозы.

Печень - является органом, который поддерживает нормогликемию благодаря способности гепатоцитов образовывать свободную глюкозу, которая в отличие от глюкозо-6-фосфата может через мембрану гепатоцита проникать в кровь.

В мышцах нет фермента расщепляющего глюкозо-6-фосфат. Образовавшийся при распаде гликогена глюкозо-6-фосфат используется мышцами для их собственных нужд.

Главным регуляторным ферментом гликогенолиза является гликогенфосфорилаза:

• фосфорилазы a (активная, фосфорилированная). Мышечная фосфорилаза a содержит пиридоксальфосфат.

• фосфорилазы b (неактивная, дефосфорилированная). Превращение фосфорилазы b в активную форму катализируется киназой фосфорилазы b, а киназа должна активироваться протеинкиназой зависимой от цАМФ.

цАМФ - внутриклеточный посредник при действии большого числа гормонов белково-пептидной природы. цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы, находящегося на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны клетки.

Аденилатциклаза печени активируется гормоном поджелудочной железы глюкагоном, а аденилатциклаза мышц – адреналином. Адреналин влияет и на печень, однако стимуляция распада гликогена в печени под влиянием адреналина осуществляется цАМФ-независимым путем (за счет вызываемой катехоламинами мобилизации ионов Са²⁺).

Активация аденилатциклазы адреналином и глюкагоном приводит к образованию цАМФ, запускающего каскадный механизм фосфорилирования ключевых ферментов: гликогенсинтетазы и гликогенфосфорилазы.