Обмен гликогена
Гликоген – главный резервный гомолисахарид человека, мономером которого является глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках -1,4-гликозидными связями, в местах разветвления - -1,6-гликозид-ными связями.
Разветвленная структура гликогена создает много концевых мономеров, способствующих работе ферментов при его распаде или синтезе.
Гликоген депонируется в печени и скелетных мышцах и хранится в цитозоле в форме гранул.
Метаболические пути синтеза и распада гликогена различны.
Синтез гликогена (гликогенез) происходит в течение 1-2 часа после приема углеводной пищи и требует затрат АТФ.
1). Фосфорилирование глюкозы при участии гексокиназы (в печени – глюкокиназы) с образованием глюкозо-6-фосфата, который переходит в глюкоза-1-фосфат (фермент – фосфоглюкомутаза) (СЛАЙД 12):
2). При участии глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы глюкозо-1-фосфат с УТФ образует УДФ-глюкозу и пирофосфат:
глюкозо-1-фосфат + УТФ УДФ-глюкоза + РРi.
3). Перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество), фермент - гликогенсинтаза (СЛАЙД 13):
Гликогенсинтаза катализирует образование -1,4-гликозидной связи.
Образование -1,6-гликозидной связи обеспечивает гликогенветвящийся фермент, который переносит олигосахаридный фрагмент (6-7 остатков глюкозы) на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена.
Распад гликогена (гликогенолиз) – из запасной формы гликоген переходит в метаболическую (глюкоза).
В присутствии фосфорилаз гликоген распадается на глюкозо-1-фосфат без предварительного расщепления на более крупные остатки.
Фосфорилаза существует в двух формах – фосфорилаза а (активна) и фосфорилаза b (неактивна). Обе формы могут диссоциировать на субъединицы. Фосфорилаза b состоит из 2 субъединиц, фосфорилаза а – из 4.
Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b осуществляется фосфорилированием белка при участии киназы фосфорилазы:
2 фосфорилаза в + 4 АТФ → фосфорилаза а + 4 АДФ.
Киназа активируется цАМФ-зависимой протеинкиназой, которая образуется из АТФ под действием аденилатциклазы. Аденилатциклаза активируется глюкагоном и адреналином. В результате гликоген распадается и глюкоза поступает в кровь.
Глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат:
В печени из глюкозо-6-фосфата образуется глюкоза путем гидролитического отщепления фосфата (фермент – глюкозо-6-фосфатаза):
Глюконеогенез
Глюконеогенез – синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы, протекающий в основном в печени, и, менее интенсивно, – в корковом веществе почек и слизистой оболочке кишечника.
Функция глюконеогенеза – поддержание уровня глюкозы в крови при длительном голодании и интенсивных физических нагрузках. Постоянное поступление глюкозы в качестве источника энергии особенно необходимо для нервной ткани и эритроцитов.
Субстраты глюконеогенеза – ПВК, молочная кислота, глицерин, аминокислоты.
Включение субстратов в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма:
- молочная кислота – продукт анаэробного гликолиза в эритроцитах и работающих мышцах;
- глицерин высвобождается при гидролизе жиров в жировой ткани в постабсорбтивный период или при физических нагрузках;
- аминокислоты образуются при распаде мышечных белков.
Большинство реакций глюконеогенеза являются обратными гликолизу («гликолиз наоборот, гликолиз в обратном направлении»). Они обратимы и катализируются теми же ферментами, что и соответствующие реакции гликолиза.
Три реакции гликолиза (гексокиназная (1), фосфофруктокиназная (3), пируваткиназная (10)) необратимы, и при глюконеогенезе на этих этапах работают другие ферменты.
Синтез глюкозы из ПВК.
1-ый этап – образование фосфоенолпирувата из ПВК.
а) карбоксилирование ПВК под влиянием пируваткарбоксилазы с образованием оксалоацетата в митохондрии (СЛАЙД 3):
Пируваткарбоксилаза – митохондриальный фермент, аллостерическим активатором которого является ацетил-KоА. Для оксалоацетата мембрана митохондрий непроницаема, поэтому оксалоацетат в митохондриях превращается в малат при участии митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы:
Малат выходит из митохондрии через митохондриальную мембрану в цитозоль, где под действием цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназы окисляется в оксалоацетат:
б) в цитозоле клетки протекает декарбоксилирование и фосфорилирование оксалоацетата с образованием фосфоенолпирувата; фермент – фосфоенолпируваткарбоксикиназа:
2-ой этап – превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат.
Фосфоенолпируват в результате обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-фосфат. Далее следует необратимая фосфофруктокиназная реакция гликолиза. Глюконеогенез идёт в обход этой реакции:
3-ий этап – образование глюкозы из фруктозо-6-фосфата.
Фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат, который дефосфолирируется (реакция идёт в обход гексокиназной) под влиянием глюкозо-6-фосфатазы:
