Биохимия лекции / 1 семестр / Недели / 8-12

Раздел 12.2

Биосинтез гликогена.

12.2.1. Гликоген – биополимер, состоящий из остатков глюкозы, он является компонентом всех тканей животных и человека (см. рисунок 10.1). Этот полисахарид служит основным источником энергии и резервом углеводов в организме.

Содержание гликогена в различных органах зависит от физиологического состояния организма. Наиболее высокое содержание гликогена обнаруживается в печени (от 2 до 6% от массы органа). Хотя концентрация гликогена в мышцах значительно ниже (от 0,5 до 1,5%), однако в норме его количество в мышцах составляет 2/3 от общего его содержания в организме.

Гликоген отличается значительным разнообразием по структуре и по относительной молекулярной массе. Молекулы его ветвисты. Глюкозные остатки образуют цепи, в которых они связаны между собой α-1,4-гликозидными связями. Разветвления образуются при помощи α-1,6-гликозидных связей.

Большая часть глюкозы, поступающей в организм с пищей, превращается в клетках печени в гликоген. Это связано с тем, что накопление легко растворимой глюкозы в клетках привело бы к резкому увеличению осмотического давления и разрушению клеточной мембраны.

12.2.2. Молекула глюкозы фосфорилируется при участии фермента глюкокиназы (в гепатоцитах) или гексокиназы (в других клетках) с образованием глюкозо-6-фосфата. Этот метаболит под влиянием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат (рисунок 12.4, реакция 1).

Рисунок 12.4. Реакции биосинтеза гликогена.

Глюкозо-1-фосфат взаимодействует с уридинтрифосфатом (УТФ) в присутствии фермента УДФ-глюкозо-пирофосфорилазы с образованием УДФ-глюкозы – ключевого метаболита углеводного обмена (рисунок 12.4, реакция 2).

Перенос глюкозного остатка с УДФ-глюкозы на затравочную полисахаридную цепь осуществляет гликогенсинтаза – регуляторный фермент данного метаболического пути (рисунок 12.4, реакция 3). Гликогенсинтаза существует в двух формах: гликогенсинтаза b (неактивная) и гликогенсинтаза а (активная). Превращение формы а в форму b катализируется цАМФ-зависимой протеинкиназой, обратный процесс – протеинфосфатазой.

Образование α-1,6-гликозидных связей в молекуле гликогена катализирует ветвящий фермент или трансглюкозидаза (рисунок 12.5) .

Рисунок 12.5. Образование α-1,6-гликозидных связей в молекуле гликогена.

© С.М.Ершиков, 2009. Все права защищены

Раздел 12.3

Мобилизация гликогена и гликогенолиз.

12.3.1. Мобилизация, или распад гликогена – процесс превращения гликогена в глюкозу, происходящий в печени. Таким образом, распад гликогена в печени наряду с глюконеогенезом принимает участие в поддержании уровня глюкозы в крови.

Рисунок 12.6. Реакции мобилизации гликогена.

Первую реакцию внутриклеточного расщепления гликогена катализирует фермент фосфорилаза гликогена (рисунок 12.6, реакция 1). Простетической группой его является пиридоксальфосфат (производное витамина В₆).

Фосфорилаза гликогена – регуляторный фермент, он существует в двух формах: фосфорилаза а (активная) и фосфорилаза b (неактивная). Переход фосфорилазы b в фосфорилазу а катализирует киназа фосфорилазы, которая фосфорилирует неактивный фермент. Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализирует протеинфосфатаза, которая осуществляет дефосфорилирование активного фермента. Следует отметить, что ускорение процессов мобилизации гликогена происходит одновременно с торможением его биосинтеза, и наоборот. Активацию фосфорилазы гликогена вызывают гормоны адреналин и глюкагон.

Фосфорилаза расщепляет в молекуле гликогена лишь α-1,4-гликозидные связи. Расщепление α-1,6-гликозидных связей осуществляется амило-1,6-гликозидазой гидролитически с образованием свободной глюкозы.

Глюкозо-1-фосфат, образующийся в фосфорилазной реакции, при участии уже известного Вам фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-6-фосфат (рисунок 12.6, реакция 2).

12.3.2. Дальнейшая судьба глюкозо-6-фосфата, образовавшегося при распаде гликогена, в разных тканях различна.

Как уже упоминалось, в печени и почках имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, отщепляющая фосфат от глюкозо-6-фосфата (рисунок 12.6, реакция 3). Образовавшаяся глюкоза диффундирует в кровь, откуда поглощается клетками организма и служит для них источником энергии.

В мышечной ткани фермент глюкозо-6-фосфатаза отсутствует. Поэтому глюкозо-6-фосфат, образовавшийся при распаде гликогена, подвергается дальнейшему превращению по гликолитическому пути с образованием лактата (этот процесс называется гликогенолизом). Образующийся в реакциях субстратного фосфорилирования АТФ используется в процессах мышечного сокращения. Таким образом, гликоген мышц является резервом энергии только для мышечной ткани.

12.3.3. Гликогенозы - наследственные заболевания, характеризующиеся отложением в тканях либо аномально больших количеств гликогена, либо необычных его видов. Такие нарушения содержания и структуры гликогена обусловлены врождённым дефицитом ферментов, участвующих в метаболизме гликогена. Примерами гликогенозов могут служить:

• Гликогеноз I типа (болезнь Гирке) – дефицит глюкозо-6-фосфатазы в печени. Характеризуется повышенным содержанием гликогена в печени; содержание глюкозы в крови снижено, содержание пирувата и лактата в крови повышено.

• Гликогеноз V типа (болезнь Мак-Ардля) – дефицит фосфорилазы в скелетных мышцах. У больных называется пониженная выносливость к физическим нагрузкам. В скелетных мышцах содержится аномально высокое количество гликогена. Тем не менее, после выполнения физической работы или после введения адреналина содержание лактата в крови не увеличивается.

• Гликогеноз VI типа (болезнь Херса) – дефицит фосфорилазы в печени. Для этого заболевания характерно повышение содержания гликогена в печени, гипогликемия. После введения адреналина или глюкагона содержание лактата в крови не увеличивается (в отличие от гликогеноза I типа).

© С.М.Ершиков, 2009. Все права защищены

Раздел 12.4

Строение и функции гетерополисахаридов.

12.4.1. К гетерополисахаридам (гликозаминогликанам) относятся биополимеры, состоящие из чередующихся остатков уроновых кислот и гексозаминов:

Основными представителями гликозаминогликанов в организме являются гиалуроновая кислота, хондроитин-4-сульфат, хондроитин-6-сульфат и гепарин (рисунок 12.7).

Рисунок 12.7. Формулы гликозаминогликанов.

Гиалуроновая кислота состоит из остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетил-глюкозамина, соединённых между собой β-1,3- и β-1,4-гликозидными связями.

Хондроитин-4-сульфат состоит из остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетил-галактозамин-4-сульфата, соединённых между собой β-1,3- и β-1,4-гликозидными связями. В хондроитин-6-сульфате группа –OSO₃H находится в 6-м положении галактозамина.

Гепарин состоит из остатков глюкуронат-2-сульфата и N-ацетил-глюкозамин-6-сульфата, соединённых между собой a-1,4-гликозидными связями. Может также содержать остатки идуроновой кислоты и большее число сульфатных групп в моносахаридных звеньях.

12.4.2. Гликозаминогликаны входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани (гиалуроновая кислота), в том числе костной и хрящевой (хондроитинсульфаты); связывая воду и катионы, участвуют в регуляции водно-электролитного баланса; выполняют роль смазки, защищающей поверхность суставов и слизистых оболочек. Гепарин, синтезируемый тучными клетками, является антикоагулянтом (препятствует свёртыванию крови).

Синтезируются гликозаминогликаны из УДФ-производных уроновых кислот и гексозаминов. Катаболизм их происходит в лизосомах клеток.

© С.М.Ершиков, 2009. Все права защищены