41
Глава 3. Обмен гликогена
3.1Общая характеристика
Гликоген представляет собой внутриклеточную форму запасания и хранения глюкозы для её последующего использования в метаболизме. Молекула гликогена состоит из белкового ядра (белка-фермента гликогенина) и двух отходящих от него цепей из остатков глюкозы. Эти цепи образуют множество ветвей и насчитывают до нескольких десятков тысяч глюкозных остатков.
Поддержание концентрации глюкозы в крови на одном и том же уровне (примерно 5 ммоль/л или 90 мг/дл) крайне важно для человека, поскольку глюкоза является основным источником энергии для нервной ткани и эритроцитов. Наиболее количество гликогена запасается в мышцах и печени. При этом лишь гликоген печени служит для поддержания глюкозы в крови, а мышечный обеспечивает энергией лишь сами миоциты.
Важность обмена гликогена можно проиллюстрировать последствиями недостаточности фермента, отвечающего за его распад (гликогенфосфорилазы). Болезнь МакАрдла — это наследственное нарушение, основным симптомом которого являются мышечные колики при физических нагрузках. В мышцах у таких пациентов отсутствует фермент, отщепляющий от гликогена остатки глюкозы — гликогенфосфорилаза (или миофосфорилаза). Синтезируемый гликоген при этом имеет нормальное строение, однако не расщепляется и потому не снабжает энергией мышечную ткань.
Обмен гликогена включает два взаимообратных процесса:
1.Гликогеногене́з — синтез гликогена.
2.Гликогено́лиз — распад гликогена.
Синтез и распад гликогена происходят в цитозоле клетки и регулируются реципрокно, подобно гликолизу и глюконеогенезу.
3.2Структура и функции гликогена
Основные запасы гликогена находятся в печени и скелетной мускулатуре. Однако и другие клетки способны синтезировать и запасать его для своих нужд. Функция мышечного гликогена заключается в запасании глюкозы для последующего её использования в качестве источника энергии для самих мышц. Печёночный гликоген служит для поддержания уровня глюкозы в крови (особенно на ранней стадии голодания).
Гликоген является аналогом крахмала, растительного полисахарида, и по структуре схож с с амилопектином, но более разветвлён и компактен, чем крахмал. Гликоген находится в цитозоле в виде гранул и играет важную роль в метаболизме глюкозы. Он является быстромобилизуемым депо глюкозы в организме. Гликоген более компактен, чем триацилглицеролы, запасающиеся в жировой ткани.
42Глава 3 Обмен гликогена
АКоличество гликогена в организме
Вмышцах синтезируется и запасается до 400 г гликогена (1-2% мышечной массы). В печени депонируется в 4 раза меньше гликогена: у взрослого человека — до 100-120 г (8-10% массы печени). Небольшое количество синтезируется в почках, глиальных клетках нервной ткани и лейкоцитах.
Б Структура гликогена
Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, состоящий из остатков α-D-глюкозы, связанных между собой с помощью α(1→4)-гликозидных связей и образующих ветви с помощью α(1→6)-гликозидных связей. Гликоген образует внутриклеточные гранулы диаметром 100-400 Å и более. Одна гранула содержит до 120 000 остатков глюкозы (обычно — меньше). В состав гранул почти всегда входят ферменты синтеза и распада гликогена, а также регуляторные белки. Гранулы мышечного гликогена могут достигать в диаметре 40 нм (сопоставимы с рибосомами). Масса молекулы гликогена может достигать 100 МДа.
Важной особенностью гликогена является его разветвленная структура. В молекуле гликогена остатки глюкозы образуют цепь, ветвящуюся через каждые 8-10 остатков. Эта цепь имеет множество нередуцирующих концов и один редуцирующий, связанный с белковым ядром. Это ядро представлено белковым ферментом гликогенином, участвующим в синтезе гликогена на ранних стадиях (см. ниже). Биохимический смысл такой разветвленной структуры гликогена заключается в его компактности и быстрой мобилизуемости (т.е. способности к быстрому распаду при необходимости).
Рис. 10. Структура гликогена.