Биосинтез

Синтез гликогена в живом организме регулируется с помощью биологически активных веществ (гормонов надпочечников и поджелудочной железы) при участии гипоталамуса и симпатической нервной системы. Наиболее активную роль в этом процессе выполняют гормоны адреналин и глюкагон, вызывающие мобилизацию гликогена, а также инсулин, стимулирующий синтез этого полисахарида.

Биосинтез гликогена осуществляется с помощью ферментов гликозилтрансфераз. Исходным веществом для синтеза может служить молекула олигосахарида (постоянная из звеньев остатков-D- глюкозы) или комплекс глюкозы с молекулой белка, образованный в результате взаимодействия с уридиндифосфатом глюкозы. При повышении концентрации глюкозы в крови, например, в результате ее всасывания в кишечнике в процессе пищеварения, увеличивается и поступление глюкозы в клетки тканей. Часть этой глюкозы может быть использована организмом для синтеза гликогена.

Биосинтез гликогенаможно представить следующим образом. Поступившая в клетки глюкоза под влиянием ферментовгексокиназыилиглюкокиназыподвергается фосфорилированию. Образующейсяглюкозо-1-фосфатвзаимодействует суридинтрифосфатам(УТФ) при участии ферментаУДФ-глюкозопирофосфорилазы(илиглюкозо-1-фосфатуридилтрансферазы) с образованиемуридиндифосфата глюкозы(УДФ-глюкозы) (рис.2, рис.3).

Рис.2.Схема, отображающая этапы биосинтеза гликогена.

В результате этой реакции под действием фермента пирофосфатазыобразуется такжепирофосфат (рис.2). Этот процесс сопровождается потерей энергии (7 ккал/моль), в результате чего реакция образования УДФ-глюкозы становится необратимой.

На следующем этапе УДФ-глюкоза под действием фермента гликогенсинтазыпереносится расщепляется на УДФ и фрагмент «активированной» глюкозы. Последняя участвует в синтезе гликогена, т.е. переносится на синтезирующуюся полимерную молекулу и она удлиняется на один остаток глюкозы (рис.2, рис.3).

Рис.3.Схема, поясняющая этапы биосинтеза и метаболизма гликогена

Отметим, что фермент гликогенсинтаза присоединяет «активированную» глюкозу (глюкозный остаток) к строящейся молекуле посредством α-(14)-гликозидной связи. В результате этого синтезируется линейные цепи гликогена. Боковые цепи прикрепляются к главной цепи под активным влиянием другого фермента –амило-1,4-1,6-гликозилтрансферазы(рис.3). Этот фермент переносит фрагмент из 5 - 7 мономерных звеньев остатков-D-глюкопиранозы с конца линейного участка синтезируемой макромолекулы полисахарида в среднюю часть цепи и присоединяет к ней посредством α–(16)-гликозидной связи.

Метаболизм гликогена

Гликоген служит в животном организме резервом углеводов, из которого по мере метаболической потребности могут высвобождаться глюкозофосфат или глюкоза. Хранение в организме собственно глюкозы неприемлемо из-за ее высокой растворимости в воде: высокие концентрации глюкозы создают в клетке высоко гипертоническую среду, что приводит к изменению осмотического давления и притоку воды. Напротив, нерастворимый гликоген осмотически почти неактивен.

Разветвленная структура гликогена облегчает быстрое освобождение углеводных остатков. Наиболее важным ферментом биодеградациигликогена являетсягликоген-фосфорилаза(рис.3), отщепляющая от невосстанавливающего конца цепи остатки глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Чем больше таких концов, тем больше молекул фосфорилазы могут действовать одновременно.

Процесс последовательного расщепления гликогена под действием гликоген-фосфорилазы останавливается за 4 остатка глюкозы от точки разветвления. Точки ветвления удаляются двумя другими ферментами. Вначале трисахарид боковой цепи переносится 4--глюканотрансферазойк невосстанавливающему концу главной цепи. Затемамило-1,6-гликозидазаотщепляет остающийся единичный остаток глюкозы в точке ветвления в виде свободной глюкозы, после чего неразветвленная цепь, может вновь расщепляться фосфорилазой.