33. Глюконеогенез

Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов. Такими про-

дуктами или метаболитами являются молочная и пи-

ровиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, гли-

церол и ряд других соединений.У позвоночных наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в клетках

печени и почек (в корковом веществе).

Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение

реакции гликолиза. Только 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфо-

фруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процесс глю-

конеогенеза на 3 этапах используются другие ферменты

Образование фосфоенолпирувата из пирувата.

Первоначально пируват под влиянием пируваткарбоксилазы и при участии СО2 и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата,затем оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорили-

рования под влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превра-

щается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции

служит гуанозинтрифосфат (ГТФ).В процессе образования фосфоенолпирувата участ-

вуют ферменты цитозоля и митохондрий.

Первый этап синтеза протекает в митохондриях. Пируват-

карбоксилаза, кот. катализирует эту р., является аллостери-

ческим митохондриальным ферментом. В качестве аллостерического акти-

ватора данного фермента необходим ацетил-КоА. Мембрана митохондрий

непроницаема для образовавшегося оксалоацетата. Последний здесь же,

в митохондриях, восстанавливается в малат.

Дальнейшее превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват происхо-

дит в цитозоле клетки.

Регуляция глюконеогенеза. Важным моментом в регуляции глюконеоге-

неза является реакция, катализируемая пируваткарбоксилазой. Роль по-

ложительного аллостерического модулятора этого фермента выполняет

ацетил-КоА. В отсутствие ацетил-КоА фермент почти полностью лишен

активности. Когда в клетке накапливается митохондриальный ацетил-КоА,

биосинтез глюкозы из пирувата усиливается. Известно, что ацетил-КоА

одновременно является отрицательным модулятором пируватдегидроге-

назного комплекса.→, накопление ацетил-КоА

замедляет окислительное декарбоксилирование пирувата, что также спо-

собствует превращению последнего в глюкозу.

Другой важный момент в регуляции глюконеогенеза – реакция, ката-

лизируемая фруктозо-1,6-бисфосфатазой – ферментом, который ингибиру-

ется АМФ.

При низкой концентрации АМФ и высоком уровне АТФ происходит

стимуляция глюконеогенеза. Напротив, когда величина отношения

АТФ/АМФ мала, в клетке наблюдается расщепление глюкозы.

34.Гликоген. Биологическая роль. Биосинтез.

Многие ткани синтезируют в качестве резервной формы глюкозы гликоген. Синтез и распад гликогена обеспечивают постоянство концентрации глюкозы в крови и создают депо для её использования тканями по мере необходимости. Гликоген - разветвлённый гомополимер глюкозы, в котором остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены α-1,6-гликозидными связями. В молекуле гликогена имеется только одна свободная аномерная ОН-группа и, следовательно, только один восстанавливающий (редуцирующий) конец.

В клетках животных гликоген - основной резервный полисахарид. При полимеризации глюкозы снижается растворимость образующейся молекулы гликогена и её влияние на осмотическое давление в клетке. Поэтому в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза.

Гликоген хранится в цитозоле клетки в форме гранул диаметром 10-40 нм. С гранулами связаны и некоторые ферменты, участвующие в метаболизме гликогена, что облегчает их взаимодействие с субстратом. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах. Запас гликогена в печени 5% от её массы. В мышцах – около 1% гликогена, общее количество гликогена в мышцах в 2 раза больше, чем в печени. Он может синтезироваться во многих клетках – в нейронах, макрофагах, клетках жировой ткани, но содержание его там незначительно. В организме может содержаться до 450 г гликогена. Распад гликогена печени служит в основном для поддержания уровня глюкозы в крови. Поэтому содержание гликогена в печени изменяется в зависимости от ритма питания. При длительном голодании - снижается почти до нуля. Гликоген мышц служит резервом глюкозы - источника энергии при мышечном сокращении. Мышечный гликоген не используется для поддержания уровня глюкозы в крови. Расход гликогена в мышцах зависит в основном от физической нагрузки.

Синтез гликогена

Гликоген синтезируется в период пищеварения (через 1-2 ч после приёма углеводной пищи). синтез гликогена из глюкозы требует затрат энергии. Глюкоза, поступающая в клетку, фосфорилируется при участии АТФ (реакция 1). Затем глюкозо-6-фосфат в ходе обратимой реакции превращается в глюкозо-1 -фосфат (реакция 2) под действием фермента фосфоглюкомутазы. Чтобы синтез гликогена был необратимым, необходима стадия образования удф-глюкозы из УТФ и глюкозо-1-фосфата (реакция 3). Фермент: УДФ-глюкопирофосфорилаза. Эта реакция обусловливает необратимость всей серии реакций, протекающих при синтезе гликогена. УДФ-глюкоза далее используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена (реакция 4). Эту реакцию катализирует фермент гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза) (т.к.не используется АТФ). Нуклеотидная часть УДФ-глюкозы играет роль "рукоятки", при помощи которой фермент располагает глюкозу в полисахаридной цепи в нужном положении,она необходима для узнавания субстрата при катализе. Так как гликоген в клетке никогда не расщепляется полностью, синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой "затравка", или "праймер". К ней последовательно присоединяются молекулы глюкозы. Строением молекулы "затравки" предопределяется тип связи в реакции трансгликозилирования- синтезируется полисахарид, аналогичный по строению с "затравочным". В состав "затравки" может входить белок гликогенин, в котором к ОН-группе одного из тирозиновых остатков присоединена олигосахаридная цепочка (примерно 8 остатков глюкозы). По окончании синтеза гликогенин остаётся включённым в гранулу гликогена.

Разветвлённая структура гликогена образуется при участии амило-1,4 →1,6-глюкозилтрансферазы, называемой ферментом "ветвления". Как только гликогенсинтаза удлиняет линейный участок примерно до 11 глюкозных остатков, фермент ветвления переносит её концевой блок, содержащий 6-7 остатков, на внутренний остаток глюкозы этой или другой цепи. По мере синтеза гликогена многократно возрастает число ветвлений. Концы цепей служат точками роста молекулы при её синтезе и началом при её распаде.

Биологическое значение обмена гликогена в печени и мышцах

*синтез и распад гликогена протекают по разным метаболическими путям;

*печень запасает глюкозу в виде гликогена не столько для собственных нужд, сколько для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови, и, следовательно, обеспечивает поступление глюкозы в другие ткани. Присутствие в печени глюкозо-6-фосфатазы обусловливает эту главную функцию печени в обмене гликогена;

*функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии;

*синтез гликогена - процесс эндергонический. Так на включение одного остатка глюкозы в полисахаридную цепь используется 1 моль АТФ и 1 моль УТФ;

*распад гликогена до глюкозо-6-фосфата не требует энергии;

необратимость процессов синтеза и распада гликогена обеспечивается их регуляцией.