2 курс / Биохимия / Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

4.Захисна функція. Цю функцію виконують такі вуглеводи:

1) Глікозаміноглікани, що з білками утворюють протеоглікани. Останні входять до складу слизів, що вкривають слизові оболонки, містяться у складі рідини суглобів і т. ін. Вкриваючи тонким шаром поверхню клітин, протеоглікани захищають їх від механічних, хімічних та інших ушкоджень.

2) Глікопротеїни крові: альбуміни, глобуліни, антитіла, фактори згортання крові та протизгортальні фактори (гепарин). Ці комплексні сполуки захищають організм від інфекції (глобуліни, антитіла), крововтрати (фактори згортання крові) і тромбоутворення.

3) Глюкуронова кислота знешкоджує в печінці токсичні продукти гниття, що утворюються з білків у кишечнику і надходять у печінку, а також білірубін та інші метаболіти.

5.Участь в утворенні біологічно активних ре-

човин. Вуглеводи входять до складу: нуклеопротеїнів: а) нуклеотидів-макроергів — АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ; б) нуклеотидів-коферментів — НАД+, НАДФ+, ФАД, ФМН, КоА та ін.; в) нуклеїнових кислот — ДНК, РНК, що забезпечують передачу спадкової інформації та біосинтез білка.

6.Перетворення вуглеводів на ліпіди, аміно-

кислоти та інші сполуки. З вуглеводів в організмі можуть синтезуватися речовини інших класів, зокрема ліпіди й деякі амінокислоти.

Цикл Кребса

Дихальний ланцюг 38 АТФ

Рис. 9.2. Метаболізм глюкози в тканинах

OH

Глюкозо-6-фосфат (95 %)

Рис. 9.3. Схема глікогенолізу

Перша реакція — фосфороліз глікогену (або глікогенфосфорилазна реакція). У цій реакції відбувається відщеплення від глікогену глюкозо- 1-фосфату за участю Н3РО4 і ферменту глікогенфосфорилази (α -глюканфосфорилаза), тобто фосфороліз глікогену. Глікогенфосфорилаза каталізує відщеплення залишків глюкози від глікогену, розщеплюючи α -1,4-глікозидні зв’язки до місця, що відстоїть на чотири глюкозні одиниці від α - 1,6-зв’язку.

Глікогенфосфорилаза перебуває в клітині у двох формах — неактивній (фосфорилаза “b”) і активній (фосфорилаза “а”). Фосфорилаза “b” складається з двох субодиниць, а фосфорилаза “а” — із чотирьох .

Розрізняють два шляхи активації фосфорила-

зи “b”:

1)каскадний механізм активації;

2)алостеричний механізм — в основному, за допомогою АМФ.

У процесі каскадного механізму перетворення відбувається об’єднання двох молекул фосфорилази “b” в одну молекулу фосфорилази “а”. Крім об’єднання молекул ферменту, відбувається фосфорилування фосфорилази “b”, тобто до амінокислоти серин кожної з чотирьох субодиниць

ферменту приєднується Н3РО4. Донор фосфату — АТФ.

Кіназа → 2 Фосфорилаза “b” + 4АТФ ————————

фосфорилази “b”

————→ Фосфорилаза “а” + 4АДФ

Каталізує цю реакцію фермент кіназа фосфорилази “b”. Остання перетворюється з неактивної форми на активну шляхом фосфорилування (приєднуючи Н3РО4) під дією ферменту протеїнкінази, яка з неактивної форми перетворюється на активну під дією цАМФ, що утворюється з АТФ під дією аденілатциклази. Вона активується гормонами адреналіном (мозковий шар надниркових залоз) і глюкагоном (підшлункова залоза). При підвищенні вмісту цих гормонів запускається процес фосфоролізу глікогену. Каскадний механізм активації фосфорилази в м’язах функціонує лише у разі необхідності інтенсивної та термінової роботи.

Перетворення фосфорилази “а” на фосфорилазу “b” каталізує фермент фосфатаза фосфорилази “а”. Під час цієї реакції відбувається відщеплення від фосфорилази “а” гідролітичним шляхом чотирьох молекул Н3РО4.

Крім цього, у м’язах діє і другий механізм регуляції глікогенофосфорилазної активності — активація фосфорилази “b” за участю АМФ за алостеричним типом, без фосфорилування. Фосфорилаза “а” не активується АМФ, тому вона ще називається АМФ-незалежна фосфорилаза, а фосфорилаза “b” називається ще АМФ-залежна фосфорилаза.

Крім глікогенфосфорилази в розщепленні глікогену бере участь також фермент аміло-1,6- глікозидаза, який каталізує дві реакції. У першій він відщеплює від ланцюга три залишки глюкози з чотирьох, що залишилися після дії глікогенфосфорилази, і переносить їх на кінець якого-не- будь іншого зовнішнього бічного ланцюга. У другій реакції відщеплюється четвертий залишок глюкози з розривом α -1,6-зв’язку, причому розрив глікозидних зв’язків під дією даного ферменту відбувається гідролітичним шляхом (за участю Н2О). Тому четвертий залишок глюкози відщеплюється у вигляді глюкози, а не глюкозо-1-фос- фату (Гл-1-Ф).

Друга реакція глікогенолізу — перетворення глюкозо-1-фосфату на глюкозо-6-фосфат під дією ферменту фосфоглюкомутази (див. рис. 9.2). Рівновага реакції встановлюється при концентрації Гл-6-Ф — 95 % і Гл-1-Ф — 5 %. Цей фермент стає активним після приєднання фосфорної кислоти, тобто після його фосфорилування (його прискорює глюкозо-1,6-бісфосфат (Гл-1,6-БФ) — кофактор даного ферменту). У каталітичному центрі фосфорильованої форми ферменту присутній фосфорильований залишок серину. Фосфорильна група ферменту повільно втрачається. Вона відновлюється завдяки переносу фосфорильних груп від Гл-1,6-БФ, що утворився з Гл-1-Ф і АТФ у фосфоглюкомутазній реакції. Участь глюкозо-1,6-бісфосфату у фосфоглюкомутазній реакції можна представити у вигляді такої схеми:

Фосфофермент + Глюкозо-1-фосфат → → Дефосфофермент + Глюкозо-1,6-бісфосфат

Дефосфофермент + Глюкозо-1,6-бісфосфат → → Фосфофермент + Глюкозо-6-фосфат

Утворенням Гл-6-Ф завершується перший етап глікогенолізу. Утворений Гл-6-Ф вступає в другий етап глікогенолізу — гліколіз, тобто після утворення Гл-6-Ф подальші шляхи глікогенолізу і гліколізу повністю збігаються. Однак у клітинах печінки частина Гл-6-Ф під дією глюкозо-6- фосфатази розщеплюється гідролітичним шляхом на глюкозу і Н3РО4. Наявність цього ферменту зумовлена тим, що Гл-6-Ф не може вийти з клітин печінки для поповнення рівня глюкози в

Ферменти гліколізу

1Гексокіназа

3Фосфофруктокіназа

5Піруваткіназа

Ферменти глюконеогенезу

2Глюкозо 6 фосфатаза

4Фруктозо 1,6 бісфосфатаза

6 Піруваткарбоксилаза

7 Мітохондр. МДГ

8Цитоплазм. МДГ

9ФЕПКК

10 Декарбокс. МДГ

Лактат

стадія також складається з п’яти ферментативних реакцій. На цій стадії відбувається перетворення 2 молекул гліцеральдегід-3-фосфату в 2 молекули пірувату. У ході цього перетворення синтезуються 4 молекули АТФ.

Реакції першої стадії гліколізу:

1. Фосфорилування глюкози до глюкозо-6- фосфату під дією ферменту гексокінази або глюкокінази за участю АТФ й іонів Mg2+.

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

Глюкокіназа, на відміну від гексокінази:

—каталізує фосфорилування тільки глюкози,

агексокіназа — всіх гексоз;

—її активність не пригнічується високими концентраціями глюкозо-6-фосфату;

—глюкокіназа каталізує фосфорилування глюкози при високій її концентрації (наприклад у печінці), куди з тонкого кишечнику по системі ворітної вени інтенсивно надходить глюкоза після прийому їжі та її перетравлювання. Глюко- зо-6-фосфат, що утворився у печінці в глюкокіназній реакції, використовується в основному на біосинтез глікогену. Отже, за допомогою глюкокінази печінка затримує глюкозу у своїх клітинах у вигляді Гл-6-Ф, що не може вийти з печінкових клітин у кров і витрачається на біосинтез глікогену (під дією ферменту фосфоглюкомутази глюкозо-6-фосфат перетворюється на глюкозо-1- фосфат, а останній використовується на біосинтез глікогену).

2. Ізомеризація глюкозо-6-фосфату у фрукто- зо-6-фосфат. Реакцію каталізує фермент гексозофосфатізомераза. Рівновага реакції встановлюється при концентрації глюкозо-6-фосфату — 70 % і фруктозо-6-фосфату — 30 %.

Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат

3. Фосфорилування Ф-6-Ф у фруктозо-1,6- бісфосфат (Ф-1,6-БФ) за участю АТФ й іонів Mg2+ під впливом ферменту фосфофруктокінази. Цей фермент активується АДФ і АМФ й пригнічується АТФ. Типовим субстратом гліколізу є Ф-1,6-БФ (або ефір Л. А. Іванова). Ця реакція є необоротною, найповільнішою реакцією гліколізу.

Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-бісфосфат

OH

CH2 O PO

CO OH

HO C H

H C OH

H C OH OH

CH2 O PO

OH

4.Розщеплення Ф-1,6-БФ на дві фосфотріози

—гліцеральдегід-3-фосфат і діоксіацетонфосфат

—під дією ферменту альдолази:

Діоксіацетонфосфат

5. Ізомеризація тріозофосфатів. Дві фосфотріози, що утворилися, взаємно перетворюються одна на одну за участю ферменту тріозофосфатізомерази. Динамічна рівновага даної реакції встановлюється при концентрації гліцеральдегід-3- фосфату близько 5 % і діоксіацетонфосфату — близько 95 %, тобто рівновага реакції зрушена у бік утворення діоксіацетонфосфату.

Ця сполука може перетворюватися на:

1)гліцеральдегід-3-фосфат;

2)гліцерол-3-фосфат під впливом ферменту гліцерол-3-фосфатдегідрогенази, коферментом

якого є НАД+. Гліцерофосфат використовується для біосинтезу ліпідів у цитозолі.

Однак, незважаючи на це, подальше перетворення глюкози в анаеробних умовах іде по шляху окиснення гліцеральдегід-3-фосфату. Відбувається це внаслідок дуже економного залучення клітиною метаболітів до окиснювальних процесів у режимі «розумної достатності».

6. Перетворення гліцеральдегід-3-фосфату на

1,3-бісфосфогліцеринову кислоту. Цей процес каталізує фермент гліцеральдегідфосфатдегідрогеназа. Він належить до групи складних ферментів, коферментом його є НАД+. Білкова частина містить сульфгідрильну групу (SH), що належить цистеїну. Крім цього ферменту, у даній реакції бере участь фосфорна кислота. Процес перебігає в кілька етапів:

а) приєднання гліцеральдегід-3-фосфату до гліцеральдегід-3-фосфатдегідрогенази, її SH-гру- пи цистеїну, що входить до складу активного центру даного ферменту. У результаті цієї реакції утворюється ферментсубстратний комплекс — його відновлена форма;