Роль глюкозо-6-фосфата в метаболизме углеводов.
Опишите первую реакцию превращения глюкозы. Перечислите ферменты и кофакторы этой реакции. В чём специфика этой реакции? (в печен и в др. Органах и тканях).
Первая реакция превращения глюкозы (да и всех гексоз) начинается с её активации, т.е.
фосфорилирования – с образованием глюкозо-6-фосфата, катализируется ферментом глюкокиназой, при этом затрачивается энергия АТФ.
АТФ выступает в роли донора фосфорного остатка + при его дефосфорилировании образуется энергия.
В чём заключается биологическое значение образования глюкозо-6-фосфата в клетке.
Образование фосфорных эфиров (глюкозо-6-фосфата) является своеобразной «ловушкой» для гексоз, т.к. мембрана клеток непроницаема для фосфорилированных гексоз, кроме того концентрация свободной глюкозы в цитоплазме клеток при этом стремительно снижается, что стимулирует транспорт глюкозы в клетку по градиенту концентрации.
Превращение глюкозо-6-фосфата в свободную глюкозу и выход её в кровяное русло возможно только в тканях, где интенсивно протекает глюконеогенез и имеется энзим глюкозо-6-фосфатаза (печень, почки).
Синтез гликогена.
Что является структурной единицей гликогена, и какие типы связей встречаются в этом полимере? Напишите фрагменты молекулы гликогена.
Гликоген является основой формой депонирования глюкозы в клетках животных. У растений эту же функцию выполняет крахмал (поэтому гликоген еще называют животным крахмалом).
Структурной единицей гликогена являются звеня Д-глюкопиранозы. Похож по своей структуре на крахмал (имеются α-1,4- связи, и α,1-6-гликозидные связи), но он более разветвлен.
Синтезируется гликоген в печени и мышцах. Общее содержание гликогена в организме человека может достигать 450 г.
Гликоген мало растворим в воде и поэтому его накопление мало отражается на осмотическом давлении в клетке.
Ветвление гликогена позволяет многим молекулам энзимов прикрепляться к каждой «ветке» и осуществлять быстрее синтез (гликогенсинтетаза) или синтез (фосфорилаза) гликогена.
В какие условиях преимущественно откладывается гликоген после приёма пищи, в каком количестве? Какие гормоны регулируют этот процесс?
Большая часть моносахаридов, поступивших с пищей, переносится по воротной вене в виде глюкозы в печень и мышцы, где из неё синтезируется гликоген.
Гликоген синтезируется в период пищеварения (в течении 1-2 часов после приема углеводной пищи). Гликогенез особенно интенсивно протекает в печени и скелетных мышцах.
Опишите уравнение реакции синтеза гликогена.
Вначале глюкоза, попавшая в печень, подвергается фосфорилированию при участии фермента глюкокиназы (в печени), в мышцах – гексокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фосфат.
Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ, образуя уридинфосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментов глюкозо-1-фосфат-уридилтрансферазой.
На второй стадии происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на гликозидную цепь гликогена. При этом образуется α-1,4 связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом глюкогенсинтазой.
Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, таким образом весь цикл превращения глюкозо-1-фосфата начинается сначала.
Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образование α-1-6-связи, имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент, получивший название гликогенветвящего фермента. Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В результате образуется новая боковая цепь.
Кроме того, благодаря ветвлению создается большое количество невосстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Таким образом, ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена.
Гормон инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой, стимулирует синтез гликогена, а глюкагон и адреналин – ингибируют.