7.2. Обмен гликогена

Гликоген – главный резервный гомолисахарид человека, мономером которого является глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках -1,4-гликозидными связями, в местах разветвления - -1,6-гликозидными связями. Разветвленная структура гликогена создает много концевых мономеров, ускоряющих процессы его распада или синтеза. Гликоген депонируется в печени и скелетных мышцах и хранится в цитозоле в форме гранул. Метаболические пути синтеза и распада гликогена различны.

Синтез гликогена (гликогенез) происходит в течение 1-2 часов после приема углеводной пищи и требует затрат АТФ.

1). Фосфорилирование глюкозы при участии гексокиназы (в печени – глюкокиназы) с образованием глюкозо-6-фосфата, который переходит в глюкозо-1-фосфат (фермент – фосфоглюкомутаза):

2). При участии глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы глюкозо-1-фосфат, взаимодействуя с УТФ, образует УДФ-глюкозу и пирофосфат:

глюкозо-1-фосфат + УТФ  УДФ-глюкоза + РР_i.

3). Перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на гликозидную цепь гликогена («затравочное» количество), фермент - гликогенсинтаза. Гликогенсинтаза катализирует образование -1,4-гликозидной связи. Активация гликогенсинтазы происходит при участии инсулина.

Образование -1,6-гликозидной связи обеспечивает гликогенветвящий фермент, который переносит олигосахаридный фрагмент (6-7 остатков глюкозы) на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена.

Распад гликогена (гликогенолиз) – процесс перехода гликогена из запасной формы в метаболическую (глюкоза).

Под действием гликогенфосфорилазы гликоген распадается на глюкозо-1-фосфат без предварительного расщепления на фрагменты.

Фосфорилаза существует в двух формах – фосфорилаза а (активна, состоит из 4 субъежиниц) и фосфорилаза b (неактивна, состоит из 2 субъединиц). Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b осуществляется фосфорилированием белка киназой фосфорилазы:

2фосфорилаза b + 4АТФ → фосфорилаза а + 4АДФ.

Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную при участии фермента цАМФ-зависимой протеинкиназы. цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы, активируемой адреналином и глюкагоном. В результате из гликогена образуется глюкозо-1-фосфат.

Глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат.

В печени из глюкозо-6-фосфата путем гидролитического отщепления фосфата (фермент – глюкозо-6-фосфатаза) получается глюкоза. Т.о., печень участвует в поддержании постоянного уровня глюкозы в крови.

В клетках мышечной ткани отсутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза. Образования глюкозы не происходит. Плазматическая мембрана непроницаема для глюкозо-6-фосфата, и он используется мышечной тканью.

7.3. Гликолиз

Гликолиз – последовательность ферментативных реакций, приводящих к расщеплению глюкозы с образованием ПВК, сопровождающихся образованием АТФ (в цитозоле клетки). Различают два вида гликолиза – аэробный и анаэробный.

Аэробный гликолиз: образуется ПВК, поступающая в митохондрии. В аэробных условиях ПВК далее, в общем пути катаболизма, распадается до СО₂ и Н₂О. Аэробный гликолиз – часть аэробного распада глюкозы.

Анаэробный гликолиз: образуется ПВК, которая затем превращается в лактат. Анаэробный распад глюкозы и анаэробный гликолиз – синонимы. Анаэробный гликолиз протекает в первые минуты мышечной работы, в эритроцитах (нет митохондрий), при недостаточном поступлении кислорода.

Реакции гликолиза:

1). Фосфорилирование глюкозы. Реакцию катализирует гексокиназа, в паренхиматозных клетках печени - глюкокиназа. Образование глюкозо-6-фосфата в клетке - ловушка для глюкозы, т.к. мембрана для фосфорилированной глюкозы непроницаема. Глюкозо-6-фосфат - аллостерический ингибитор реакции.

2). Реакция изомеризации при участии глюкозо-6-фосфатизомеразы:

3) Лимитирующая стадия - реакция фосфорилирования, катализируемая 6-фосфофруктокиназой, которая ингибируется АТФ и цитратом, активируется - АМФ.

4). Реакция альдольного расщепления при участии альдолазы.

5). Изомеризация диоксиацетонфосфата, фермент – триозофосфатизомераза:

1 молекула глюкозы превращается в 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата (реакции 4, 5).

6). Реакция окисления, фермент - глицеральдегидфосфатдегидрогеназа:

7). Субстратное фосфорилирование при участии фосфоглицераткиназы:

8). Внутримолекулярный перенос фосфатной группы, фермент - фосфоглицеромутаза:

9). Реакция дегидратации при участии енолазы:

10). Субстратное фосфорилирование, фермент - пируваткиназа:

11). В анаэробных условиях протекает реакция восстановления пирувата в лактат под действием фермента лактатдегидрогеназы:

Суммарное уравнение анаэробного гликолиза:

Анаэробный гликолиз не нуждается в дыхательной цепи.

Выход АТФ при анаэробном гликолизе: АТФ образуется за счет двух реакций субстратного фосфорилирования: из 1,3-бисфосфоглицерата – 7 реакция, и из фосфоенолпирувата – 10 реакция. Учитывая, что 1 молекула глюкозы расщепляется на 2 триозы и дает 2 молекулы глицеральдегидфосфата, образуется 4АТФ. 2АТФ расходуется на активацию глюкозы (реакции 1 и 3 гликолиза). Суммарно:

4АТФ - 2АТФ = 2АТФ.

Выход АТФ при аэробном распаде глюкозы: полный аэробный распад глюкозы включает аэробный гликолиз, продуктом которого является пируват, и реакции общего пути катаболизма.

В аэробном гликолизе за счет субстратного фосфорилирования образуется 2АТФ. Также на 1 молекулу глюкозы образуется 2НАДН+Н⁺, и в результате в дыхательной цепи синтезируется 2х3АТФ = 6АТФ.

Общий путь катаболизма на одну молекулу ПВК дает 15 АТФ, на 2 – 30.

Итого:

2АТФ +6АТФ + 30АТФ = 38АТФ.