45. Гликоген. Биологическая роль. Синтез гликогена.

Биологическая роль гликогена

Глюкоза является для организма главным энергетическим материалом, поддерживающим его основные функции. Печень складирует глюкозу в форме гликогена не столько для своих нужд, сколько для того, чтобы обеспечивать приток глюкозы к другим тканям – главным образом, эритроцитам и мозгу.

Как было сказано выше, клетки мышц, подобно клеткам печени, тоже способны обращать глюкозу в гликоген. Однако гликоген, содержащийся в мышцах, тратится только на мышечную работу. Иными словами, гликоген в мышцах остаётся источником глюкозы лишь для самой клетки, в то время как гликоген, запасённый в печени, после переработки в глюкозу тратится на питание всего организма, а главное - на поддержание в крови нужной концентрации глюкозы.

Синтез гликогена (гликогенез)

Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии ферментагексокиназы, а в печени – и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазыпереходит в глюкозо-1-фос-фат:

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорилаза):

Глюкозо-1-фосфат + УТФ < = > УДФ-глюкоза + Пирофосфат.

На второй стадии – стадии образования гликогена – происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется α-(1–>4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Этареакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков 46. Влияние гормонов на синтез и распад гликогена. Метаболизм гликогена в печени, мышцах и других клетках регулируется несколькими гормонами, одни из которых активируют синтез гликогена, а другие – распад гликогена. При этом в одной клетке не могут идти одновременно синтез и распад гликогена – это противоположные процессы с совершенно с разными задачами. Синтез и распад исключают друг друга или, по-другому, они реципрокны.

Активность ключевых ферментов метаболизма гликогена гликогенфосфорилазы игликогенсинтазы изменяется в зависимости наличия в составе фермента фосфорной кислоты – они активны либо в фосфорилированной, либо в дефосфорилированной форме.

Присоединение фосфатов к ферменту производят протеинкиназы, источником фосфора является АТФ:

фосфорилаза гликогена активируется после присоединения фосфатной группы,

синтаза гликогена после присоединения фосфата инактивируется.

Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на клеткуадреналина, глюкагона и некоторых других гормонов. В результате адреналин и глюкагон вызывают гликогенолиз, активируя фосфорилазу гликогена.Например,во время мышечной работы адреналин вызывает фосфорилирование внутримышечных ферментов обмена гликогена. В результате фосфорилаза гликогена активируется, синтаза инактивируется. В мышце происходит распад гликогена, образуется глюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.При голодании в ответ на снижение глюкозы крови из поджелудочной железы секретируетсяглюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилирование ферментов обмена гликогена, что приводит к гликогенолизу и повышению глюкозы в крови.

Способы активации синтазы гликогена

Аллостерическая активация гликогенсинтазы осуществляется глюкозо-6-фосфатом. Еще одним способом изменения ее активности является химическая (ковалентная)модификация. При присоединении фосфата гликогенсинтаза прекращает работу, т.е. она активна в дефосфорилированном виде. Удаление фосфата от ферментов осуществляютпротеинфосфатазы. Активатором протеинфосфатаз выступает инсулин – в результате он повышает синтез гликогена. Вместе с этим, инсулин и глюкокортикоиды ускоряют синтез гликогена, увеличиваяколичество молекул гликогенсинтазы.

Способы активации фосфорилазы гликогена

Скорость гликогенолиза лимитируется только скоростью работы фосфорилазы гликогена. Ее активность может изменяться тремя способами:ковалентная модификация,кальций-зависимая активация,аллостерическая активация с помощью АМФ.

Кальций-зависимая активация

Некоторые гормоны влияют на углеводный обмен посредством кальций-фосфолипидного механизма. Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не протеинкиназой, а ионами Ca²⁺ и кальмодулином. Этот путь работает при инициации кальций-фосфолипидного механизма. Такой способ оправдывает себя, например, при мышечной нагрузке, если гормональные влияния через аденилатциклазу недостаточны, но в цитоплазму под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca²⁺.