Методичка по биохимии. 1 курс - 2 модуль

при участии олигосахаридтрансферазы на нередуцирующий конец соседней цепи, удлиняя её и, таким образом, создавая условия для действия фосфорилазы. Оставшийся в точке ветвления глюкозный остаток гидроли-

тически отщепляется с помощью α-1,6-гликозидазы в виде свободной глюкозы

(рис.12, реакция 3), после чего неразветвленный участок гликогена может вновь атаковаться фосфорилазой.

Считают, что перенос трёх остатков глюкозы и удаление мономера из точки ветвления (рис.12, реакции 2 и 3) катализирует один и тот же фермент,

который обладает двумя разными ферментативными активностями -

трансферазной и гликозидазной. Его называют «деветвящим» ферментом (от англ. debranching enzyme).

Гликоген распадается до глюкозо-6-фосфата и свободной глюкозы без затрат АТФ.

Через 10-18 часов после приема пищи запасы гликогена в печени значительно истощаются, а голодание в течение 24 часов приводит к полному его исчерпанию.

Функция мышечного гликогена заключается в обеспечении клеток глю козо-6-фосфатом, используемым в самой мышце для окисления и получения энергии или других целей.

Рис. 5 Взаимосвязь процессов синтеза и распада гликогена

3. Реципрокная регуляция процесса метаболизма гликогена.

Синтез и распад гликогена протекают по разным метаболическими путям, что позволяет регулировать эти процессы реципрокно с помощью гормонов и аллостерически.

Процессы накопления глюкозы в виде гликогена и его распада должны быть согласованы с потребностями организма в глюкозе как источнике энергии. Одновременное протекание этих метаболических путей невозможно,

так как в этом случае образуется «холостой» цикл, существование которого приводит только к бесполезной трате АТФ.

Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена

происходит при смене абсорбтивного периода на постабсорбтивный или состояния покоя организма на режим физической работы. В переключении этих метаболических путей в печени участвуют инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах - инсулин и адреналин.

Влияние гормонов на синтез и распад гликогена осуществляется путём изменения в противоположных направлениях активности двух ключевых ферментов: гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы с помощью их

фосфорилирования и дефосфорилирования.

Гликогенфосфорилаза активируется после присоединения фосфатной группы, а гликогенсинтаза после присоединения фосфата инактивируется

Рис.6 Изменение активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы

Фермент-ОН-фефосфорилированная форма; фермент Р – фосфорилированная форма;

ФП-фосфатаза – фосфопротеинфосфатаза гранул гликогена;

Первичным сигналом для синтеза инсулина и глюкагона является изменение концентрации глюкозы в крови. Инсулин и глюкагон постоянно присутствуют в крови, но при переходе из абсорбтивного периода в постабсорбтивный изменяется их относительная концентрация. Отношение концентраций инсулина и глюкагона в крови называют инсулин-

глюкагоновым индексом, в зависимости от которого изменяется направление метаболизма гликогена в печени.

В период пищеварения концентрация глюкозы в крови повышается до

10-12 ммоль/л, и это является сигналом для синтеза и секреции инсулина.

Инсулин-глюкагоновый индекс в этом случае повышается.

Под влиянием инсулина происходит:

и дефосфорилирования: инсулин активирует фосфопротеинфосфатазу гранул гликогена, которая дефосфорилирует гликогенсинтазу и переводит ее в активное состояние. Дефосфорилирование гликогенфосфорилазы под влиянием фосфопротеинфосфатазы,

напротив, приводит к ее инактивации;

• инсулин активирует фосфодиэстеразу и снижает концентрацию цАМФ в клетке, выключая каскадный механизм фосфорилирования

ферментов.

гликогенфосфорилазы

В постабсорбтивном периоде инсулин-глюкагоновый индекс снижается и решающим является влияние глюкагона, который синтезируется в ответ на снижение концентрации глюкозы в крови и стимулирует распад

Распад гликогена в скелетных мышцах стимулируется мышечными сокращениями

При интенсивной мышечной работе киназа фосфорилазы (Са2+-

зависимая) активируется под влиянием нервного импульса, так как в саркоплазме в этом случае возрастает концентрация ионов кальция.

Результатом действия адреналина в мышцах также является активация цАМФ зависимой протеинкиназы (ПКА) и активация гликогенфосфорилазы путем ее фосфорилирования.

При умеренной физической нагрузке и в состоянии покоя, когда уровень цАМФ в клетке низкий и гликогенфосфорилаза находится в дефосфорилированном состоянии, в мышцах действует другой механизм активации гликогенфосфорилазы - аллостерический. Активатором фермента служит АМФ, образующаяся при распаде АТФ.

Таким образом, регуляция скоростей синтеза и распада гликогена в печени поддерживает постоянство концентрации глюкозы в крови (3,3-5,5

ммоль/л). Регуляция обмена гликогена в мышцах обеспечивает энергетическим материалом как интенсивную работу мышц, так и энергозатраты в состоянии покоя.

4. Гликогеновые болезни

Гликогеновые болезни - группа наследственных нарушений, в основе которых лежит снижение или отсутствие активности ферментов,

катализирующих реакции синтеза или распада гликогена, либо нарушение регуляции этих ферментов.

1. Гликогенозы - заболевания, обусловленные дефектом ферментов,

участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах. В таблице 7-3

описаны некоторые типы гликогенозов, различающихся характером и локализацией ферментного дефекта. Однако в настоящее время преобладает деление гликогенозов на 2 группы: печёночные и мышечные.

Печёночные формы гликогенозов ведут к нарушению использования гликогена для поддержания уровня глюкозы в крови. Поэтому общий симптом для этих форм – гипогликемия в постабсорбтивный период. Поэтому общий симптом для этих форм - гипогликемия в постабсорбтивный период.

Таблица 2

Гликогеновые болезни и их причины

Мышечные формы гликогенозов характеризуются нарушением в энергоснабжении скелетных мышц. Эти болезни проявляются при физических нагрузках и сопровождаются болями и судорогами в мышцах, слабостью и быстрой утомляемостью.

Агликогенозы - заболевания, возникающие в результате дефекта гликогенсинтазы. В печени и других тканях больных наблюдают очень низкое содержание гликогена. Это проявляется резко выраженной гипогликемией в постабсорбтивном периоде. Характерный симптом - судороги,

проявляющиеся особенно по утрам. Болезнь совместима с жизнью, но больные

дети нуждаются в частом кормлении.