Синтез и распад гликогена.

Гликоген является депо (запасом глюкозы). Гликоген образуется в печени и других тканях:

- Н₂О

Ø Глюкоза + АТФ Глюкоза-6-фосфат + АДФ

гексокиназа

(глюкокиназа при больших

концентрациях сахара)

Гексокиназа малоспецифична, катализирует эту реакцию и с другими гексозами (фруктозой, маннозой и т.д.)

Ø Глюкозо-6-фосфат Глюкозо-1-фосфат

фосфоглюко-мутаза

Глюкозо-1-фосфат +УТФ УДФ - глюкоза + ПФ

УДФ – глюкозопирофосфорилаза

ПФ – соединение не стойкое и быстро расщепляется

 

Н₂О

ПФ 2Фн, поэтому реакция образования УДФ - глюкозы

^{пирофосфотаза}

практически необратима.

Ø (Глюкоза)_n + УДФ/ глюкоза (Глюкоза)_n+1 + УДФ

(порция гликогена) а)при образовании a-1,4-глюкогидных

n – не менее четырёх связей работает фермент; гликогенсинтаза

б)при образовании a-1,6-гликозидных

связей работает фермент; амило-1,4-1,6-

гликозилтрансфераза.

Ветвление цепи гликогена повышает его растворимость и, благодаря созданию большого количества не восстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликоген-синтазы, увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена.

По мере необходимости гликоген может расщепляться (и в печени, и в других тканях). Различают два пути расщепления гликогена:

Ø Амилолитический

Таким путём расщепляются боковые цепи – это около 10% гликогена. В тканях есть a-амилазы (расщепляют срединные a-1,4-гликозидные связи) и a-амилазы (расщепляют концевые a-1,4- гликозидные связи). По сути, идёт гидролиз гликогена:

Н₂О

Гликоген Глюкоза

Амилаза

Полученную глюкозу, в какие бы процессы она потом ни вступала (синтез, распад), необходимо проактивизировать, т.е. получить фосфориокислый эфир глюкозы, т.е. фосфорилировать её:

Глюкоза +АТФ Глюкоза-6-Фосфат + АДФ

Как видно из приведённой реакции, мы затрачиваем при этом одну молекулу АТФ.

Ø Фосфоролитический (фосфоролиз):

Этим путём расщепляется до 90 % гликогена. Процесс выглядит по – другому:

1. Гликоген + Н₃РО₃ Глюкозо-1-фосфат

фосфорилаза

 

2. Глюкозо-1-фосфат Глюкозо-6-фосфат

фосфоглюкомутаза

Фосфорилаза расщепляет a-1,4- гликозидные связи, а a-1,6- гликозидные связи расщепляют a-1,6- гликозидазой. Но в реакции фосфоролиза участвует только активная форма – фосфорилаза «а», в то время, как в тканях вырабатывается и постоянно присутствует неактивная форма - фосфорилаза «b». Это впервые обнаружили в 1947 г. Дж. Корн, К. Корн. Превращение фосфорилазы «b» (неактивной) в фосфорилазу «а» (активную), происходит путём фосфорилирования. Фосфорилаза «b» представляет собой димер: каждая цепь содержит 841 АК, с молекулярной массой 100 000. При активации происходит фосфорилирование одного остатка серина (в 14 положении) в каждой субъединице.

Фосфорилаза «b» + АТФ Фосфорилаза «а» + АДФ

сер – ОН сер – О – РО₃Н₂

Этот процесс катализирует фермент: киназа фосфорилазы. (Активизирующее влияние на фосфорилазу «b» оказывает и АМФ (его много образуется при повышенном потреблении АТФ и, следовательно, возникает большая потребность в АТФ). АМФ оказывает активирующее влияние на фосфорилазу «b» вследствие аллостерического эффекта – путём связывания с регуляторным центром на каждой из субъединиц). Но этот фермент тоже вырабатывается неактивным, и также активизируется путём фосфорилирования. Однако частично активизировать киназу фосфорилазы могут и Са⁺⁺ в концентрации 10^-7м. Этот механизм активации имеет для организма важное значение, т.к. мышечное сокращение запускается высвобождением Са⁺⁺-ионов. Таким образом, ращепление гликогена и мышечное сокращение связаны преходящим увеличением содержания Са⁺⁺ в цитоплазме.

Фосфорилированию же киназы фосфорилазы способствует фермент протеинкиназа, которая активна лишь при присутствии в цитоплазме циклической формы АМФ.

АМФ образуется в плазматической мембране из АТФ:

АТФ: Аденин-рибоза-Ф-Ф-Ф Аденин-рибоза- Ф + ПФ

Аденилатциклаза (цАМФ)

Аденилатциклаза - мембраносвязанный фермент. На его активность в значительной степени влияют специфические гормоны.

Мы видим, что синтез и расщепление гликогена происходит разными путями. Главные ферменты синтеза и распада гликогена – это гликогенсинтеза и фосфорилаза. Синтез и расщепление гликогена координировано регулируются таким образом, что когда активируется гликогенсинтаза, то фосфорилаза остаётся почти неактивной и наоборот. На обмен гликогена большое влияние оказывают специфические гормоны:

инсулин (вырабатывается в поджелудочной железе (b-клетки)-повышай способность печени и мышц синтезировать гликoген (интимный механизм инсулина пока выяснен не в достаточной степени),Значительно лучше изучен механизм действия адреналина и глюкогона.

адреналин вырабатывается мозговым веществом надпочечников и вы-раженно стимулирует распад гликогена в мышцах и, в меньшей мере, в печени. Печень более чувствительна к гликогону, который вырабатывается a –клетками поджелудочной железы (при низком содержании глюкозы в крови).

Эрл Сазерленд установил, что действие адреналина и глюкогена на обмен углеводов опосредуется циклическим АМФ. Адреналин и глюкогон не проникают в свои клетки-мишени, они связываются с плазматическими мембранами и стимулируют аденилатциклазу.

Таким образом,получается следующая схема:

 

Адреналин (глюкагон)

 

Аденилатциклаза

 

АТФ цАМФ

Протеинкиназа

 

Киназа фосфорилазы

 

 

Фосфорилаза Фосфорилаза

«b» «а»

 

Фосфоролиз (распад гликогена)

 

Глюкозо-1-фосфат

 

Глюкозо-6-фосфат

 

Синтез гликогена тесно связан с его расщеплением. Активность гликоген-синтазы, подобно активности фосфорилазы, регулируется путем ковалентной модификации, т. е. фосфорилирования. В результате фосфорилирования гликоген-синтаза «а» (активная формула), превращается в неактивную форму-гликоген – синтазу «в».Фосфорилированная форма –гликоген-синтаза «в» требует для своей активности больших количеств глюкозо-6-фосфата.,тогда как дефосфорилированная «а» –форма активна и в присутствии и в отсутствии глюкозо-6-ффосфата. Таким образом,фосфорилирование оказывает противоположно направленное действие на активности гликоген-синтазы и гликоген-фосфорилазы. Так как фосфорилирование гликоген-синтазы «а» осущест-вляется протеинкиназой,то,когда протеин-киназа активна (см. схему, то-есть под действием адреналина и глюкогона), то она стимулирует выработку активной фосфорилазы «а» (через стАДНю киназы фосфорилазы) и неактивной гликоген-синтазы «в». Т. е. при повышенном распаде гликогена тормозится его синтез и наоборот.

Адреналин (глюкагон)

 

Аденилатциклаза

 

АТФ цАМФ

 

 

Протеникиназа Гликогенсинтаза «b»

фосфорилирование

 

Cа⁺⁺ Киназа фосфорилазы Гликогенсинтаза «а»

 

Фосфорилаза «b» Фосфорилаза «а»

	Фосфоролиз гликогена гликогена

 

УДФ-глюкоза

 

Глюкоза-1-фосфат Глюкоза-1-фосфат

 

Глюкоза-6-фосфат Глюкоза-6-фосфат

 

СО₂+ Н₂О Глюкоза

 

Гликолиз.

Под гликолизом в общем смысле принято понимать разложение углеводов. В зависимости от конкретного организма и (или) условий его роста, гликолиз может идти по анаэробному пути (в этом случае он так и называется –анаэробный гликолиз).

И может идти по аэробному пути (соответственно – аэробный гликолиз). Для многих микроарганизмов, растущих в анаэробных условиях (в отсутствие кислорода) гликолиз является основным катаболическим путем для получения энергии из углеводных субстратов, приводя к образованию определенных конечных продуктов метаболизма, например, этанола, лактата, глицерина. Процесс такого типа часто называют брожением. У животных анаэробный гликолиз (с образованием лактата) обеспечивает энергией сокращение скелетных мышц в условиях ограниченного снабжения кислородом. В некоторых случиях гликолиз (аэробный гликолиз) идет по анаэробному пути в аэробных условиях т. е. конечным продуктом является лактат), хотя кислород и присутствует. Такие процес-сы идут, например, в эритроциттах, сетчатке, слизистой кишечника, в тканях плода (вскоре после рождения). Гликолиз –единственный анаэробный путь, дающий энергию. В аэробных условиях (в присутствии кислорода) реакции гликолиза составляют начальную форму разложения углеводов,связанную далее с циклом лимонной кислоты. В этом случае гликолиз останавливается на стАДНи образования ПВК. В аэробных условиях гликолиз и цикл Кребса совместно приводят к полному окислению гексозы до углекислого газа. Этот процесс сопровождается выделением больших количеств потенциально доступной метаболической энергии, в основном в виде высокоэнергетических продуктов НАДН и ФАДН₂,которые, окисляясь в ходе дыхательной цепочки, дают энергию, необходимую для процесса ОФ, в результате которого образуется АТФ. Гликолиз –это первая до конца расшифрованная последовательность биохимических реакций, для этого потребовалось почти 50 лет (1890-1940). За это время были открыты фосфоэфиры, АТФ, НАД,выделены и охарактеризованы многие факторы и т.д.

Гликолиз протекает в цитозоле.Схема гликолиза:

АДФ

СН₂ОН СН₂ ОРО3Н2

Н О Н АТФ Н О Н

Н Н

ОН Н Гексокиназа ОН Н Глюкозо-

ОН ОН (глюкокиназа) ОН ОН фосфоизомераза

Н ОН Мg⁺⁺ для всех киназ Н ОН

Глюкоза Глюкозо-6-фосфат

(Ингибитор гексокиназ: АТФ, Г-6-Ф, активатор: АДФ)

Н2О3РОН2С О СН2ОН Н2О3РОН2С О СН2ОРО3Н2

АДФ

Н ОН АТФ Н ОН

Н Н Фосфофруктокиназа Н Н альдолаза

(тоже ингибируется)

ОН Н НАДН,АТФ ОН Н

Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат

СН₂ОРО₃Н₂ С = О НАД⁺ НАДН₂

Н +Н₃РО₄

С=О Н – С – ОН

Триозофос- Глицеральдегидрофосфат-

СН₂ОН фатизомераза СН₂ОРО₃Н₂ -ДГ

Фосфодигидро- З-фосфоглицериновый отсюда начинается

ксиацетон альдегид окислительная стАДНя

дифосфоглице- дифосфогли-

ромутаза в эритроцитах церофосфатаза

2,3 – ДФГ

СООН СООН

С = О АДФ АТФ

ОРО₃Н₂ Н – С – ОН Н – С – ОРО₃Н₂

Фосфоглицерат – Фосфоглицеро-

Н – С – ОН киноза СН₂ОРО₃Н₂ мутаза СН₂ОН

3-фосфоглицерат 2-фосфоглицерат

СН₂ОРО₃Н₂

1,3-ДФГ

СООН СООН СООН

- Н₂О АДФ АТФ НАДН₂ НАД⁺

С – ОРО₃Н₂ пируватки- С=О Н – С – ОН

енолаза наза

СН₂ СН₃ СН₃

Фосфоенол- ПВК Лактат

пируват

Очень важно образование на конечном этапе НАД⁺,который используется для окислительного фосфорилирования 3-фосфоглицеринового альдегида.

Лактат является конечным продуктом гликолиза. Т. к. лактат (как, впрочем, и пирува) достаточно легко проходит через плазматическую мембрану, он попадает из мышечной клетки (или эритроцитов) в кровь, с током крови попадает в печень, где окисляется в пируват, который в печени затем превращается в глюкозу. Таким образом образуется своего рода цикл. Эти превращения и составляют цикл Кори:

Глюконеогенез Гликолиз

	Глюкоза   Пируват   Лактат
		Глюкоза   Пируват   Лактат

Кровь

 

 

Печень мышца

Вообще же в ходе гликолиза образуется 4 молекулы АТФ,а расходуется 2 АТФ. Таким образом, суммарный эффект окисления одной молекулы глюкозы в ходе гликолиза до лактата равен 2 АТФ. Утилизируется всего около 3% всей возможной энергии, которую можно было бы получать при окислении глюкозы, т.е. в сутки нужно было бы расщепить 27 кг глюкозы, чтобы обеспечить ортанизм энергией (если бы энергия получалась бы только путем гликолиза). Однако,гликолиз имеет место в клетках. Он нужен в мышцах для быстрого получения энергии. А, например, эритророциты только за счет гликолиза и могут получать энергию, т. к. у них нет митохондрий, и, следовательно, нет и окислительного фосфорилирования. Большинство простых сахаров можно расщепить гликолитическим путем. Все, что для этого необходимо – это превратить эти сахара в Г-1- Ф, Г-6-Ф, Ф-6-Ф. Это происходит в ходе взаимного превращения моносахаров.