Синтез и расщепление гликогена

При повышении концентрации глюкозы в крови, например, в ре­зультате ее всасывания в кишечнике при пищеварении, увеличивается поступление глюкозы в клетки и по крайней мере часть этой глюкозы может быть использована для синтеза гликогена. Накопление резерва углеводов в клетках в виде гликогена имеет определенные преиму­щества перед накоплением глюкозы, так как не сопровождается повы­шением внутриклеточного осмотического давления. Вместе с тем, при недостатке глюкозы гликоген легко расщепляется до глюкозы или ее фосфорных эфиров, а образовавшиеся мономерные единицы используют­ся клетками с энергетическими или пластическими целями.

Синтез гликогена

Поступившая в клетки глюкоза подвергается фосфорилированию при участии ферментов гексокиназы или глюкокиназы:

СН₂ОН СН₂ОРО₃Н₂

_{| АТФ АДФ |}

С--- О | _^ С--- О

НО /Н \ОН ------- НО /Н \ОН

С С --------------> С С

Н\ОН Н/Н Н\ОН Н/Н

С--- С С--- С

Н ОН Н ОН

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

Далее образовавшийся гл-6-ф изомеризуется в гл-1-ф при участии фермента фосфоглюкомутазы [ ФГМ ]:

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

| |

С--- О С--- О

НО /Н \ОН НО /Н \О-РО₃Н₂

_{С С --------------> С С}

Н\ОН Н/Н Н\ОН Н/Н

С--- С С--- С

Н ОН Н ОН

Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-1-фосфат

Затем гл-1-ф взаимодействует с уридинтрифосфатам с образо­ванием УДФ-глюкозы при участии фермента УДФ-глюкозопирофосфорила- зы [ или глюкозо-1-фосфатуридилтрансферазы ]:

СН₂ОН СН₂ОН

| УТФ Ф-Ф |

С--- О | ^ С--- О

НО /Н \О-РО₃Н₂ ------ НО /Н \Н

С С -----------> С С

Н\ОН Н/Н Н\ОН Н/О - УДФ

С--- С С--- С

Н ОН Н ОН

Глюкозо-1-фосфат УДФ - глюкоза

Пирофосфат сразу расщепляется на два остатка фосфорной кис­лоты при участии фермента пирофосфатазы. Эта реакция сопровожда­ется потерей энергии порядка 7 ккал/моль, в результате чего реак­ция образования УДФ-глюкозы становится необратимой - термодинами-

ческий контроль направления процесса.

На следующем этапе остаток глюкозы из УДФ-глюкозы переносит­ся на синтезирующуюся молекулу гликогена при участии фермента гликогенсинтетазы:

УДФ-глюкоза + ( С₆Н₁₀О₅ )_n ------> ( С₆Н₁₀О₅)_n+1 + УДФ /гликоген/

и молекула гликогена удлинняется на один остаток глюкозы. Фермент

гликогенсинтетаза способна присоединить остаток глюкозы из УДФ-

глюкозы к строящейся молекуле гликогена только путем образования

a -1,4-гликозидной связи. Следовательно, при участии только одно­го этого фермента может быть синтезирован лишь линейный полимер. Гликоген же - полимер разветвленный и имеющиеся в молекуле раз­ветвления формируются с участием другого фермента: амило- 1,4-->

1,6 - гликозилтрансферазы. Этот фермент, называемый иначе фермен­том ветвления, переносит фрагмент из 5 - 7 мономерных звеньев с конца линейного участка синтезируемого полисахарида ближе к его средине, причем этот фрагмент присоединяется к полимерной цепи за счет образования a - 1,6-гликозидной связи:

|

-о-о-о-о-о-о-о-о-о-о-о-о-о ---------> -о-о-о-о-о-о-о

| a-1,4-связь | a-1,6-связь

о-о-о-о-о-о Следует заметить, что по другим данным отщепляемый фрагмент, сос­тоящий минимум из 6 глюкозных остатков, переносится на соседнюю цепочку строящегося разветвленного полисахарида. В любом случае в дальнейшем обе цепи удлинняются за счет действия гликогенсинтета­зы, а новые разветвления формируются с участием фермента ветвле­ния.

Синтез гликогена идет во всех органах и тканях, однако наи­большее содержание наблюдается в печени [ от 2 до 5-6% общей мас­сы органа ] и в мышцах [ до 1 % от их массы ]. Включение 1 остат­ка глюкозы в молекулу гликогена сопровождается использованием 2 макроэргических эквивалентов ( 1 АТФ и 1 УТФ ), так что синтез гликогена в клетках может идти лишь при достаточной энергообеспе­ченности клеток.

Мобилизация гликогена

Гликоген, как резерв глюкозы, накапливается в клетках во время пищеварения и расходуется в постабсорбционном периоде. Рас­щепление гликогена в печени или его мобилизация осуществляется при

участии фермента гликогенфосфоррилазы часто называемой просто

фосфорилазой. Этот фермент катализирует фосфоролитическое расщеп­ление a-1,4-гликозидных связей концевых остатков глюкозы полимера:

(С₆ Н₁₀О₅)_n + Н₃РО₄------> (C₆ Н₁₀О₅)_n-1 + Гл-1-Ф

Для расщепления молекулы в районе разветвлений необходимы два до­полнительных фермента: так называемый дебранчинг (деветвящий) - фермент и амило-1,6-гликозидаза, причем в результате действия последнего фермента в клетках образуется свободная глюкоза, кото­рая может или покинуть клетку, или подвергнуться фосфорилированию.

Гл-1-ф в клетках изомеризуется с участием фосфоглюкомутазы в гл-6-ф. Дальнейшая судьба гл-6-фосфата определяется наличием или отсутствием в клетках фермента глюкозо-6-фосфатазы. Если фер­мент присутствует в клетке, он катализирует гидролитическое от­щепление от гл-6-фосфата остатка фосфорной кислоты с образованием свободной глюкозы:

Гл-6-ф + Н₂О _-----> Глюкоза + Н₃РО₄

_{которая может проникать через наружную клеточную мембрану и пос­тупать в кровяное русло. Если же глюкозо-6-фосфатазы в клетках нет, то дефосфорилирования глюкозы не происходит и глюкозный ос­таток может быть утилизирован только данной конкретной клеткой. Заметим, что расщепление гликогена до глюкозы не нуждается в до­полнительном притоке энергии.}

В большинстве органов и тканей человека глюкозо-6-фосфатаза отсутствует, поэтому запасенный в них гликоген используется лишь для собственных нужд. Типичным представителем таких тканей явля­ется мышечная ткань. Глюкозо-6-фосфатаза имеется лишь в печени, почках и кишечнике, но наиболее существенным является наличие фермента в печени ( точнее, в гепатоцитах ), т.к. этот орган вы­полняет роль своего рода буфера, поглощающего глюкозу при повыше­нии ее содержания в крови и поставляющего глюкозу в кровь, когда

концентрация глюкозы в крови начинает падать.

Поиск по сайту: