Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена




Лекция 8. Глюконеогенез. Синтез и распад гликогена. Гормональная регуляция обмена углеводов. Сахарный диабет.

Обмен гликогена

Гликоген – главный резервный гомолисахарид человека, мономером которого является глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках
a-1,4-гликозидными связями, в местах разветвления - a-1,6-гликозидными 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 глюкозо-1-фосфат (фермент – фосфоглюкомутаза):

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:

Гликогенсинтаза катализирует образование a-1,4-гликозидной связи.

Образование a-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):

Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена

Этот процесс в печени происходит при переходе состояния пищеварения в постабсорбтивный период или состояния покоя на режим мышечной работы.

В переключении этих метаболических путей в печени участвуют инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах - инсулин и адреналин. Их влияние осуществляется путем изменения в противоположном направлении активности 2 ключевых ферментов - гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы - с помощью их фосфорилирования и дефосфорилирования.

Первичным сигналом для синтеза инсулина и глюкагона является изменение концентрации глюкозы в крови. Инсулин и глюкагон постоянно присутствуют в крови, но при переходе из абсорбтивного состояния в постабсорбтивное изменяется их относительная концентрация - инсулин-глюкагоновый индекс. В постабсорбтивном периоде инсулин-глюкагоновый индекс снижается, и решающим фактором является влияние глюкагона, который стимулирует распад гликогена в печени. Механизм действия глюкагона включает каскад реакций, приводящий к активации гликогенфосфорилазы.

В период пищеварения инсулин-глюкагоновый индекс повышается. Под влиянием инсулина происходит стимуляция транспорта глюкозы в клетки мышечной ткани, изменение активности и количества ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования, индукции их синтеза.

Инсулин активирует фосфодиэстеразу и снижает концентрацию цАМФ и клетке. Активирует фосфатазу гликогенсинтезы, последняя дефосфорилируется и переходит в активное состояние; индуцирует синтез глюкокиназы, ускоряя фосфорилирование глюкозы в печени.

Адреналин имеет сходный с глюкагоном механизм действия на клетки печени. Взаимодействие адреналина с β-рецепторами клеток печени приводит в действие аденилатциклазную систему. Взаимодействие адреналина с α-рецепторами включает инозитолфосфатный механизм трансмембранной передачи гормональною сигнала. Результатом действия обеих систем являются фосфорилирование ключевых ферментов и переключение синтеза гликогена на его распад.

Распад гликогена в скелетных мышцах стимулируется мышечными сокращениями. Киназа фосфорилазы (Са2+-зависимая) активируется при мышечной работе под влиянием нервного импульса, так как в саркоплазме в этом случае возрастает концентрация ионов кальция. Результатом действия адреналина в мышцах также являются активизация цАМФ-зависимых протеинкиназ и активация фосфорилаз путем дефосфорилирования.

Адреналин оказывает двойное действие на обмен углеводов: ингибирует синтез гликогена из УДФ-глюкозы, поскольку для проявления максимальной активности гликогенсинтазы нужны 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.

 

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:

Пируваткарбоксилаза – митохондриальный фермент, аллостерическим активатором которого является ацетил-KоА. Для оксалоацетата мембрана митохондрий непроницаема, поэтому оксалоацетат в митохондриях превращается в малатпри 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:

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-12-28 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: