Гликогенолиз

Метаболизм гликогена

Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, мономером которого служит глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4-гликозидными связями, а в местах разветвления - α-1,6-гликозидными связями. Молекула гликогена более разветвлена, чем крахмал, точки ветвления встречаются через каждые 8-10 остатков глюкозы.

Гликоген – основной резервный полисахарид в клетках животных. Гликоген плохо растворим в воде и не влияет на осмотическое давление в клетке, поэтому в клетке депонируется гликоген, а не свободная глюкоза.

Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах, запасаясь в цитозоле клеток в форме гранул. С гранулами связаны и ферменты, участвующие в обмене гликогена. Синтез и распад гликогена протекают разными метаболическими путями.

Мобилизация гликогена происходит в основном в период между приемами пищи и ускоряется во время физической работы.

Этот процесс происходит в результате действия ключевого фермента гликогенолиза гликогенфосфорилазы, которая катализирует реакцию:

(глюкоза)_n + Н₃РО₄ ¾® (глюкоза)_n-1 + глюкозо-1-фосфат

Реакция практически необратима. Поскольку в результате реакции глюкоза образуется в фосфорилированной форме, данный процесс распада гликогена называется фосфоролитическим. Гликогенфосфорилаза катализирует расщепление только концевых a-1,4-гликозидных связей в боковых цепях гликогена. Поскольку участки разветвления гликогена для гликогенфосфорилазы не доступны (она не действует на a-1,6-гликозидные связи), на полисахарид в этом случае действует другой фермент – a-1,6-гликозидаза, катализируя гидролитическое расщепление a-1,6-связи в точке ветвления с образованием одной молекулы D-глюкозы и открывая для действия гликогенфосфорилазы новый участок цепи гликогена.

Образовавшийся под действием гликогенфосфорилазы глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат (метаболит гликолиза) под действием фермента фосфоглюкомутазы.

Распад гликогена в печени и мышцах имеет одну различающую их реакцию, обусловленную наличием в печени фермента глюкозо-6-фосфатазы. Присутствие в печени этого фермента обусловливает главную функцию гликогена печени – освобождение глюкозы в кровь в период между приемами пищи. Т.о. мобилизация гликогена печени обеспечивает поддержание уровня глюкозы в крови на постоянном уровне. Через 10-18 ч после приема пищи запасы гликогена в печени значительно истощаются, а голодание в течение 24 ч приводит к полному его исчезновению.

Функция мышечного гликогена заключается в высвобождении глюкозо-6-фосфата, используемого в самой мышце для окисления и получения энергии.

Синтез гликогена

Гликоген синтезируется практически во всех тканях, особенно активно в печени и скелетных мышцах. Синтез происходит в период пищеварения, спустя 1-2 ч после приема углеводной пищи. Синтез гликогена требует энергии. При включении одного мономера в полисахаридную цепь протекают 2 реакции, сопряженные с расходованием АТФ и УТФ.

Перенос глюкозильных групп от УДФ-глюкозы на нередуцирующий конец разветвленной молекулы гликогена катализируется ферментом гликогенсинтазой. При этом образуется новая a-1,4-гликозидная связь. Образование a-1,6-связей, находящихся в точках ветвления цепей гликогена, гликогенсинтаза не способна. Эти связи образует специальный «ветвящий» фермент путем переноса коротких фрагментов (из 6-7 остатков глюкозы) с одного участка гликогена на другой с образованием a-1,6-гликозидных связей. Таким образом, наращивание молекулы гликогена осуществляется путем чередования действия этих двух ферментов.

Регуляция депонирования и мобилизации гликогена

Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена 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 гормоны инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах – инсулин и адреналин.

Влияние этих гормонов на синтез и распад гликогена реализуется на уровне ключевых ферментов - гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы – и осуществляется путем 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 (ИГИ). Т.о., главным переключающим фактором в печени является инсулин ИГИ.

В постабсорбтивном периоде ИГИ снижается и решающим фактором является влияние глюкагона, который стимулирует распад гликогена в печени. Механизм действия глюкагона включает каскад реакций, приводящий к активации гликогенфосфорилазы:

аденилатциклаза (неакт)

гормон® ¯ АТФ

аденилатциклаза (акт) ® ¯ ПК А (неакт)

цАМФ® ¯ киназа фосфорилазы (неакт)

ПК А (акт)® ¯ фосфорилаза В

киназа фосфорилазы (акт)® ¯ гликоген

фосфорилаза А→ ↓

глюкозо-1-Ф

В период пищеварения преобладающим является влияние инсулина, т.к. ИГИ в этом случае повышается. Под влиянием инсулина происходит:

а) стимуляция транспорта глюкозы в клетки мышечной ткани.

б) изменение количества некоторых ферментов путем индукции и репрессии их синтеза. Например, инсулин индуцирует синтез глюкокиназы, ускоряя тем самым фосфорилирование глюкозы в печени.

в) изменение активности ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Инсулин снижает содержание цАМФ в клетке (а значит и цАМФ-зависимое фосфорилирование) путем активации фосфодиэстеразы – фермента, гидролизующего цАМФ, с одной стороны. С другой стороны, он активирует фосфатазу гликогенсинтазы. Последняя дефосфорилируется и переходит в активное состояние.

Дата добавления: 2015-07-13