59. Метаболизм глюкозы в клетках.

Попав в клетку, глюкоза сразу же фосфорилируется. Фосфорилирование глюкозы решает сразу несколько задач:

•фосфатный эфир глюкозы не в состоянии выйти из клетки, так как молекула отрицательно заряжена и отталкивается от фосфолипидной поверхности мембраны;

•наличие заряженной группы обеспечивает правильную ориентацию молекулы в активном центре фермента;

•уменьшается концентрация свободной (нефосфорилированной) глюкозы, что способствует диффузии новых молекул из крови.

ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ГЛЮКОЗЫ

Наибольшие запасы гликогена имеются в печени и скелетных мышцах, но вообще гликоген способен синтезироваться во всех тканях. Резервы гликогена в клетках используются в зависимости от функциональных особенностей клеток. Гликоген печени расщепляется при снижении концентрации глюкозы в крови,прежде всего между приемами пищи. Через 12-18 часов голодания запасы гликогена в печени полностью истощаются. В мышцах количество гликогена снижается обычно только после физической нагрузки – длительной и напряженной. Повышение содержания гликогена в мышцах отмечается в период восстановления при приеме богатой углеводами пищи. В печени гликоген накапливается после еды.

Такие отличия печени и мышц обусловлены наличием различных изоферментов гексокиназы, фермента, который фосфорилирует глюкозу в глюкозо-6-фосфат.

Для печени характерен изофермент, получивший собственное название – глюкокиназа. Отличиями этого фермента от гексокиназ других тканей являются:

•в низком сродстве к глюкозе, что ведет к захвату глюкозы печенью только при ее высокой концентрации в крови (после еды);

•продукт реакции – глюкозо-6-фосфат – не ингибирует фермент, в то время как в других тканях гексокиназа чувствительна к такому влиянию.

Благодаря этим отличиям гепатоцит может эффективно захватывать глюкозу после еды и метаболизировать ее в любом направлении.

Например, при переполнении запасов гликогена накапливающийся глюкозо-6- фосфат не подавляет глюкокиназу и усвоение глюкозы, а просто идет на окисление до ацетил-S-КоА и в пентозофосфатный цикл, что в целом увеличивает синтез липидов.

Регуляция глюкокиназы: активация – андрогены и инсулин, подавление – глюкокортикоиды и эстрогены

60. Биосинтез и мобилизация гликогена в тканях. Активная и неактивная форма гликогенфосфорилазы и гликогенсинтетазы, механизм их взаимодействия, физиологическое значение резервирования и мобилизации гликогена. Гликогенозы и агликогенозы.

Гликоген - основной резервный полисахарид в клетках животных. разветвленный гомополисахарид, мономер- глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках а1,4- гликозидными связями, а в местах разветвления - связями α1,6.

Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах и хранится в цитозоле клеток в форме гранул (d=10-40 нм). Гранулы гликогена плохо растворимы в воде и не влияют на осмотическое давление в клетке. С гранулами связаны ферменты, участвующие в обмене гликогена.

Синтез гликогена –гликогенез. Наибольшие запасы гликогена находятся в печени и скелетных мышцах. В мышцах количество гликогена снижается во время физической нагрузки. Накопление гликогена здесь отмечается в период восстановления, особенно при приеме богатой углеводами пищи.

Ферменты:

1.Фосфоглюкомутаза – превращает глюкозо-6- фосфат в глюкозо-1-фосфат; Глюкозо -1 фосфат вовлекается в синтез гликогена.

2. Глюкозо-1-фосфатуридилтрансфераза – фермент, осуществляющий ключевую реакцию синтеза – образование уридиндифосфатглюкозы (УДФ-глюкоза). УДФ-глюкоза –источник глюкозы для сборки цепи гликогена.

3. Гликогенсинтаза – образует α1,4- гликозидные связи и удлиняет гликогеновую цепочку, присоединяя активированный С1 УДФ-глюкозы к С 4 концевого остатка гликогена;

4. Амило-α1,4-α1,6-гликозилтрансфераза," гликоген-ветвящий" фермент – переносит фрагмент с минимальной длиной в 6 остатков глюкозы на соседнюю цепь с образованием α1,6-гликозидной связи.

Мобилизация (распад) гликогена - гликогенолиз. Гликогенолиз активируется при недостатке глюкозы в клетке (голод, мышечная работа).

1. Фосфорилаза гликогена (кофермент пиридоксальфосфат) – расщепляет α-1,4- гликозидные связи с образованием глюкозо-1-фосфата.

2. α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза (олиготрансфераза) – переносит фрагмент из трех остатков глюкозы на другую цепь с образованием α1,4-гликозидной связи.

3. α1,6-глюкозидаза, ("деветвящий" фермент) – гидролизует α1,6-гликозидную связь с высвобождением свободной (нефосфорили рованной) глюкозы. В результате образуется цепь без ветвлений, вновь доступная для фосфорилазы.

Переключение синтеза и мобилизации гликогена в печени и мышцах происходит при переходе из абсорбтивного состояния в постабсорбтивное и из состояния покоя в режим физической работы. В переключении этих метаболических путей в печени участвуют гормоны - инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах - инсулин и адреналин.

Влияние гормонов на синтез и распад гликогена осуществляется путем изменения в противоположном направлении активности двух ключевых ферментов: гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы с помощью их фосфорилирования и дефосфорилирования.

Гликогенфосфорилаза существует в 2 формах:

1) фосфорилированная - активная (форма а); 2) дефосфорилированная - неактивная (форма в).

Фосфорилирование осуществляется путём переноса фосфатного остатка с АТФ на гидроксильную группу одного из сериновых остатков фермента. Следствие этого - конформационные изменения молекулы фермента и его активация.

Взаимопревращения 2 форм гликогенфосфорилазы обеспечиваются действием ферментов киназы фосфорилазы и фосфопротеинфосфатазы (фермент, структурно связанный с молекулами гликогена). В свою очередь, активность киназы фосфорилазы и фосфопротеинфосфатазы также регулируется путём фосфорилирования и дефосфорилирования.

Активация киназы фосфорилазы происходит под действием протеинкиназы А - ПКА (цАМФ-зависимой). цАМФ сначала активирует протеинкиназу А, которая фосфорилирует киназу фосфорилазы, переводя её в активное состояние, а та, в свою очередь, фосфорилирует гликогенфосфорилазу. Синтез цАМФ стимулируется адреналином и глюкагоном.

Активация фосфопротеинфосфатазы происходит в результате реакции фосфорилирования, катализируемой специфической протеинкиназой, которая, в свою очередь, активируется инсулином посредством каскада реакций с участием других белков и ферментов. Активируемая инсулином протеинкиназа фосфорилирует и тем самым активирует фосфопротеинфосфатазу. Активная фосфопротеинфосфатаза дефосфорилирует и, следовательно, инактивирует киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу.

Влияние инсулина на активность гликогенсинтазы и киназы фосфорилазы. ФП-фосфатаза (ГР) - фосфопротеинфосфатаза гранул гликогена. ПК (pp90S6) - протеинкиназа, активируемая инсулином.

Активность гликогенсинтазы также изменяется в результате фосфорилирования и дефосфорилирования. Однако есть существенные различия в регуляции гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы:

• фосфорилирование гликогенсинтазы катализирует ПК А и вызывает её инактивацию;

• дефосфорилирование гликогенсинтазы под действием фосфопротеинфосфатазы, наоборот, её активирует.

Гликогеновые болезни - это группа наследственных заболеваний, причинами которых являются дефекты ферментов, участвующих в синтезе или распаде гликогена, а также в регуляции этих процессов .

Гликогенозы (болезни накопления гликогена) обусловлены дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Гликогеноз проявляется избыточным накоплением гликогена в печени, сердечной и скелетных мышцах, почках, легких и других органах. Гликоген может иметь как нормальную структуру, так и измененную. Результатом нарушения распада гликогена является гипогликемия . Гликогенозы различаются характером и локализацией дефектного фермента.

Агликогенозы являются следствием нарушения синтеза гликогена и сопровождаются снижением его содержания в тканях. Результатом также является гипогликемия.