9. Особенности обмена гликогена в печени и мышцах при некоторых физиологических состояниях (потребление пищи, голодание, мышечная активность). Участие гормонов в этих процессах.

При потреблении пищи, особенно высокоуглеводной, когда повышается уровень глюкозы в крови и активируется глюкокиназа печени (обладающая высокой Km, т.е. работающая только при высоких концентрациях глюкозы в крови), запускаются процессы

гликогеногенеза.

Запасание гликогена характерно и для других клеток, особенно для миоцитов, которым необходима энергия для осуществления мышечного сокращения.

При голодании запасы гликогена истощаются. Это обычный процесс, даже во время ночного голодания (сна) запасы гликогена могут снизиться с 200-300 г до 80г. Т.е. запускаются процессы гликогенолизиса.

При мышечной активности миоциты расходуют свои запасы глюкогена, т.к. для мышечного сокращения необходима энергия. А главный источник энергии – глюкоза, мономер огромного полисахарида гликогена.

Для того чтобы получить эту глюкозу, запускаются, опять же, процессы гликогенолизиса.

Мы уже знаем, что запасается гликоген во всех клетках, но особенно – в печени и в мышцах, эти процессы обеспечиваются ферментами гликогеногенеза. Ключевой фермент – гликогенсинтаза.

Гликогенолизис же происходит во время голодания, падения уровня глюкозы в крови и при активной мышечной работе. Ключевой фермент – гликогенфосфорилаза.

Но как клетки понимают, когда им стоить молекулы гликогена, а когда их разбирать на молекулки глюкозы?

Вопрос 10. Регуляция ферментов обмена гликогена – гликогенсинтазы и

гликогенфосфорилазы. гормональная – влияние адреналина и глюкагона (аденилатциклазный механизм, роль цАМФ и протеинкиназы А); роль инсулина и участие фосфодиэстеразы в снижении концентрации цАМФ в клетке. Аллостерическая регуляция активности гликогенфосфорилазы при участии АМФ; кальций-зависимая активация киназы фосфорилазы гликогена.

Метаболизм гликогена в печени регулируется несколькими гормонами, одни из которых активируют ферменты синтеза гликогена, а другие – ферменты распада гликогена. Основные ферменты метаболизма гликогена активны либо в фосфорилированной, либо в дефосфорилированной форме. Присоединение фосфатов к ферментам производят протеинкиназы, источником фосфата является АТФ:

o фосфорилаза гликогена активируется после присоединения фосфатной группы,

o синтаза гликогена после присоединения фосфата инактивируется. Фосфорилирование указанных ферментов начинается после воздействия на клетку адреналина, глюкагона и некоторых других гормонов. В результате адреналин и глюкагон вызывают гликогенолиз, активируя фосфорилазу гликогена. Дефосфорилирование этих ферментов осуществляют протеинфосфатазы. Активатором протеинфосфатаз, через сложный внутриклеточный механизм передачи сигнала, выступает инсулин. Таким способом инсулин запускает синтез гликогена за счет быстрой активации гликогенсинтазы и инактивации гликогенфосфорилазы.

Одновременно инсулин и глюкокортикоиды увеличивают синтез гликогена, увеличивая количество молекул гликогенсинтазы. Для регуляции активности фосфорилазы и синтазы гликогена используется особый каскадный аденилатциклазный механизм (см ниже ).

АКТИВАЦИЯ ФОСФОРИЛАЗЫ ГЛИКОГЕНА

Скорость гликогенолиза лимитируется только скоростью работы фосфорилазы гликогена. Ее активность может изменяться тремя способами:

1. ковалентная модификация,

2. кальций-зависимая активация,

3. аллостерическая активация с помощью АМФ. Ковалентная модификация При действии некоторых гормонов на клетку происходит активация фермента через аденилатциклазный механизм, который является так называемым каскадным регулированием. Последовательность событий в данном механизме включает:

1. Молекула гормона (адреналин, глюкагон) взаимодействует со своим рецептором;

2. Активный гормон-рецепторный комплекс воздействует на мембранный G-белок;

3. G-белок активирует фермент аденилатциклазу;

4. Аденилатциклаза превращает АТФ в циклический АМФ (цАМФ) – вторичный посредник (мессенджер);

5. цАМФ аллостерически активирует фермент протеинкиназу А;

6. Протеинкиназа А фосфорилирует различные внутриклеточные белки. Одним из этих белков является синтаза гликогена, ее активность угнетается, другим белком – киназа фосфорилазы, которая при фосфорилировании активируется;

7. Киназа фосфорилазы фосфорилирует фосфорилазу "b" гликогена, последняя в результате превращается в активную фосфорилазу "а";

8. Активная фосфорилаза "а" гликогена расщепляет α1,4-гликозидные связи в гликогене с образованием глюкозо-1-фосфата

Кроме гормонов, влияющих на активность аденилатциклазы через G-белки, существуют иные способы регуляции этого механизма. Например, после воздействия инсулина активируется фермент фосфодиэстераза, которая гидролизует цАМФ и, следовательно, ликвидирует развитие аденилатциклазного механизма действия глюкагона и адреналина, со всеми вытекающими последствиями.

Кальций-зависимая активация

Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не протеинкиназой, а ионами Ca2+ и кальмодулином. Этот путь работает при инициации кальций-фосфолипидного механизма (см "Гормоны") либо при отсутсвии стимуляции аденилатциклазы. Это оправдывает себя, например, в мышцах при умеренной нагрузке, когда влияние адреналина через аденилатциклазу еще не произошло или недостаточно, но в цитоплазму под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca2+

Аллостерическая активация.Также существует активация фосфорилазы гликогена с помощью АМФ – аллостерическая активация благодаря присоединению АМФ к молекуле фосфорилазы "b". Способ работает в любой клетке – при увеличении расхода АТФ и накоплении продуктов его распада АДФ и АМФ.