Синтез гликогена (гликогенез)

Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фер­мента гексокиназы, а в печени-и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фос­фат.

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется фер­ментом глюкозо-1 -фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорила-за):

Приводим структурную формулу УДФ-глюкозы:

На второй стадии-стадии образования гликогена происходит перенос глюкозногого остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется а-(1-4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катали­зируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы.

Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается снова. В целом образование а-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви) гликогена можно представить в виде следующейсхемы:

Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образо­вание а-(1-6)-связи, имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент, получивший название гликогенветвящего фермента, или амило-(1-4)-(1-6)-трансглюкозидазы, Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксидную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В ре­зультате образуется новая боковая цепь.

Ветвление повышает растворимость гликогена. Кроме того, благодаря ветвлению создается большое количество невосстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы.

Таким образом, ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена.

Благодаря способности к отложению гликогена (главным образом в печени и мышцах и в меньшей степени в других органах и тканях) создаются условия для накопления в норме некоторого резерва углеводов. При повышении энерготрат в организме в результате возбуждения ЦНС обычно происходят усиление распада гликогена и образование глюкозы. Помимо непосредственной передачи нервных импульсов к эффекториым органам и тканям, при возбуждении ЦНС повышаются функции ряда желез внутренней секреции (мозговое вещество надпочечников, щитовидная же­леза, гипофиз и др.), гормоны которых активируют распад гликогена, прежде всего в печени и мышцах.

Как отмечалось, эффект катехоламинов в значительной мере опосре­дован действием цАМФ, который активирует протеинкиназы тканей. При участии последних происходит фосфорилирование ряда белков, в том числе гликогенсинтазы и фосфорилазы b-ферментов, участвующих в обмене углеводов. Фосфорилированный фермент гликогенсинтаза сам по себе малоактивен или полностью неактивен, но в значительной мере акти­вируется положительным модулятором глюкозо-6-фосфатом, который увеличивает У_mах фермента. Эта форма гликогенсинтазы называется D-формой, или зависимой (dependent) формой, поскольку ее активность зависит от глюкозо-6-фосфата. Дефосфорилированная форма гликоген­синтазы, называемая также 1-формой, или независимой (independent) фор­мой, активна и в отсутствие глюкозо-6-фосфата.

двойноеТаким образом,адреналин оказывает двойное действие на обмен угле­водов: ингибирует синтез гликогена из УДФ-глюкозы, поскольку для проявления максимальной активности D-формы гликогенсинтазы нyжны очень высокие концентрации глюкозо-6-фосфата, и ускоряет распад гликогена, так как способствует образованию активной фосфорилазы а. В це­лом суммарный результат действия адреналина состоит в ускорении пре­вращения гликогена в глюкозу.

МОБИЛИЗАЦИЯ ГЛИКОГЕНА

Глюкоза, депонированная в форме гликогена, освобождается из него при участии гликогенфосфорилазы. Этот фермент катали­зирует фосфоролиз 1,4-гликозидной связи нередуцирующих кон­цов гликогена. Глюкозный остаток отщепляется в форме глюкозо-1 -фосфата (на схеме К — остальная часть молекулы гликогена). В точках разветвления 1,6-гликозидная связь расщепляется амило-1,6-гли-козидазой гидролитически, с образованием свободной глюкозы.

Голодание в течение 24 ч приводит практически к полному исчезновению гликогена в клетках печени. Однако при ритмичном питании каждая молекула гликогена может существовать не­определенно долго: при отсутствии пищеварения и поступления в ткани глюкозы молекулы гликогена уменьшаются за счет рас­щепления периферических ветвей, а после очередного приема пищи вновь вырастают до прежних размеров. Аналогичные про­цессы происходят и в мышечной ткани, но здесь они в значи­тельной мере определяются режимом мышечной работы.

Глюкозо-1-фосфат, образующийся из гликогена, при участии фосфоглкжомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат, дальней­шая судьба которого в печени и в мышцах различна. В печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу при участии глюкозо-6-фосфатазы, глюкоза выходит в кровь и используется в других органах и тканях. В мышцах нет этого фермента, поэтому глю-козо-6-фосфат используется здесь же, в мышечных клетках, распадаясь аэробным или анаэробным путем.

Литература:

1.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия, М., Медицина, 1990

2.Филиппович Ю.Б. Основы биохимии, М., Высшая школа, 1993

3.Николаев А.Я. Биологическая химия, М., Высшая школа, 1989