35 Распад гликогена. Ферменты гликогенолиза

Распад гликогена происходят в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Гликоген печени распадается в интервалах между приёмами пищи, этот процесс ускоряется во время физической работы. Распад происходит путём последовательного отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Гликозидная связь расщепляется с использованием неорганического фосфата, поэтому процесс называется фосфоролизом, а фермент гликогенфосфорилазой. Наличие разветвлённой структуры гликогена облегчает высвобождение глюкозных остатков-чем больше концов у молекулы гликогена, тем больше молекул гликогенфосфорилазы могут действовать одновременно.

Гликогенфосфорилаза расщепляет только α-1,4-гликозидные связи (реакция 1). отщепление глюкозных остатков прекращается, когда до точки ветвления остаётся 4 мономера. Дальнейший распад требует участия двух других ферментов. Сначала три оставшихся до точки ветвлении глюкозных остатка переносятся при участии олигосахаридтрансферазы (реакция 2) на нередуцирующий конец соседней цепи, удлиняя и создавая условия для действия фосфорилазы. Оставшийся в точке ветвления глюкозный остаток гидролитически отщепляется с помощью α-1,6-глюкозидазы в виде свободной глюкозы (реакция 3), после чего неразветвлённый участок гликогена может вновь атаковаться фосфорилазой. Перенос трёх остатков глюкозы и удаление мономера из точки ветвления (реакции 2 и 3) катализирует фермент, обладающий трансферазной и гликозидазной ферментативными активностями. Его называют "деветвящим" ферментом. Продукт действия гликогенфосфорилазы - глюкозо-1-фосфат - затем изомеризуется в глюкозо-6-фосфат фосфоглюкомутазой. Далее глюкозо-6-фосфат включается в процесс катаболизма или другие метаболические пути. В печени (но не в мышцах) глюкозо-6-фосфат может гидролизоваться с образованием глюкозы, которая выделяется в кровь. Эту реакцию катализирует фермент глюкозо-6-фосфатаза. Реакция протекает в просвете ЭПР, куда с помощью специального белка транспортируется глюкозо-6-фосфат. Фермент локализован на мембране ЭПР таким образом, что его активный центр обращён в просвет ЭПР. Продукты гидролиза (глюкоза и неорганический фосфат) возвращаются в цитоплазму с помощью транспортных систем.

36Регуляция активностей гликоген-синтазы и гликоген-фосфорилазы. Влияние адреналина на обмен гликогена

Активность ключевых ферментов метаболизма гликогена гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы изменяется в зависимости наличия в составе фермента фосфорной кислоты – они активны либо в фосфорилированной, либо в дефосфорилированнойформе.

Присоединение фосфатов к ферменту производят протеинкиназы, источником фосфора является АТФ:

• фосфорилаза гликогена активируется после присоединения фосфатной группы,

• синтаза гликогена после присоединения фосфата инактивируется.

Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на клетку адреналина, глюкагона и некоторых других гормонов. В результате адреналин и глюкагон вызывают гликогенолиз, активируя фосфорилазу гликогена.

Например, во время мышечной работы адреналин вызывает фосфорилирование внутримышечных ферментов обмена гликогена. В результате фосфорилаза гликогена активируется, синтаза инактивируется. В мышце происходит распад гликогена, образуется глюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.

при голодании в ответ на снижение глюкозы крови из поджелудочной железы секретируется глюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилирование ферментов обмена гликогена, что приводит к гликогенолизу и повышению глюкозы в крови.

Изменение активности ферментов обмена гликогена в зависимости от условий

Способы активации синтазы гликогена

Гликогенсинтаза при присоединении фосфата прекращает работу, т.е. она активна в дефосфорилированном виде. Удаление фосфата от ферментов осуществляют протеинфосфатазы. Активатором протеинфосфатаз выступает инсулин – в результате он повышает синтез гликогена.

Вместе с этим, инсулин и глюкокортикоиды ускоряют синтез гликогена, увеличивая количество молекул гликогенсинтазы.

Способы активации фосфорилазы гликогена

Скорость гликогенолиза лимитируется только скоростью работы фосфорилазы гликогена. Ее активность может изменяться тремя способами: •ковалентная модификация, •кальций-зависимая активация и •аллостерическая активация с помощью АМФ.

Ковалентная модификация фосфорилазы

При действии некоторых гормонов на клетку происходит активация фермента через аденилат циклазный механизм, который является так называемым каскадным регулированием. Последовательность событий в данном механизме включает:

1. Молекула гормона (адреналин, глюкагон) взаимодействует со своим рецептором;

2. Активный гормон-рецепторный комплекс воздействует на мембранный G-‑белок;

3. G-белок активирует фермент аденилатциклазу;

4. Аденилатциклаза превращает АТФ в циклический АМФ (цАМФ) – вторичный посредник (мессенджер);

5. цАМФ аллостерически активирует фермент протеинкиназу А;

6. Протеинкиназа А фосфорилирует различные внутриклеточные белки:

• одним из этих белков является синтаза гликогена, ее активность угнетается,

• другим белком – киназа фосфорилазы, которая при фосфорилировании активируется;

7. Киназа фосфорилазы фосфорилирует фосфорилазу "b" гликогена, последняя в результате превращается в активную фосфорилазу "а";

8. Активная фосфорилаза "а" гликогена расщепляет α-1,4-гликозидные связи в гликогене с образованием глюкозо-1-фосфата.

Аденилатциклазный способ активации фосфорилазы гликогена

Кроме гормонов, влияющих на активность аденилатциклазы через G-белки, существуют иные способы регуляции этого механизма. Например, после воздействия инсулина активируется фермент фосфодиэстераза, которая гидролизует цАМФ и, следовательно, снижаетактивность гликоген-фосфорилазы.

Кальций-зависимая активация

Некоторые гормоны влияют на углеводный обмен посредством кальций-фосфолипидного механизма. Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не протеинкиназой, а ионами Ca²⁺ и кальмодулином. Этот путь работает при инициациикальций-фосфолипидного механизма. Такой способ оправдывает себя, например, при мышечной нагрузке, если гормональные влияния через аденилатциклазу недостаточны, но в цитоплазму под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca²⁺.

Суммарная схема способов активации фосфорилазы

Аллостерическая активация

Также существует активация фосфорилазы гликогена с помощью АМФ – аллостерическая активация благодаря присоединению АМФ к молекуле фосфорилазы "b". Способ работает в любой клетке – при увеличении расхода АТФ и накоплении продуктов его распада.

Адреналин влияет также на превращения гликогена в тканях, в частности в мышечной ткани, которая является вторым депо гликогена в организме . Мобилизация гликогена печени и мышц под влиянием адреналина тем интенсивнее, чем богаче ткань организма аскорбиновой кислотой. если влияние адреналина в печени сводится к глюконеогенетическому действию, то под влиянием адреналина в мышечной ткани усиливается гликогенолиз, в ререзультате которого повышается уровень молочной кислоты.  Последняя, выделяясь из ткани в кровь, снова превращается в печени в гликоген. Для того, чтобы ресинтез гликогена мог происходить, часть образовавшейся молочной кислоты должна окисляться. Действительно, введение адреналина сопровождается увеличением газообмена

37 взаимодействие моносахаридов моносахариды - белые кристаллические вещества сладкого вкуса, хорошо растворимые в воде, плохо в спиртах и не растворимые в неполярных органических растворителяхВ зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды подразделяют на тетрозы (С4Н8О4), пентозы (С5Н10О5), гексозы (С6Н12О6), гептозы (С7Н14О7) и т.д

по функциональной группе

Альдозы – содержат альдегидную группу

Кетозы – содержат кетонную группу.

Происходит под действием ферментов эпимераз, преимущественно в печени. Все моносахариды способны превращаться друг в друга, но главное могут превращаться в глюкозу. Например, галактоза, фруктоза сначала активируются, а потом под действием ферментов превращаются в глюкозу.

В разбавленных растворах щелочей при комнатной температуре происходит изомеризация моносахаридов, т.е. превращение одного моносахарида в другой, например, фруктозы в глюкозу и наоборот:

Известно множество реакций, в результате которых один сахар превращается в другой. Большей частью таким трансформациям подвергается сахар, связанный с нуклеотидом.. В присутствии соответствующей киназы манноза превращается в маннозо-6-фосфат, который изомеризуется до состояния равновесия во фруктозо-6-фосфат. Из свободной галактозы в присутствии галактокиназы образуется галактозо-1-фосфат, который превращается в UDP-галактозу и затем в UDP-глюкозу. превращения свободной фруктозы, отличаются. Под действием специального фермента— фруктокиназы — фруктоза в печени фосфорилируется с образованием фруктозо-1-фосфата; последний, однако, не может превратиться во фруктозо-6-фосфат из-за отсутствия соответствующей мутазы. Вместо этого специальный фермент — альдолаза — расщепляет фруктозо-1-фосфат на два компонента: диоксиацетонфосфат и свободный глицеральдегид. Образованный из фруктозы глицеральдегид восстанавливается в глицерин, который затем фосфорилируется (в присутствии глицеринкиназы) и вновь окисляется в диоксиацетонфосфат.