Биосинтез гликогена (гликогеногенез)

Гликоген — основная форма депонирования углеводов у животных — синтезируется главным образом в печени, составляя до 6% от массы печени, и в мышцах, где его содержание редко превышает 1%.

Гликоген печени выполняет важную функцию в поддержании физиологической концентрации глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы в самой мышце. Гликоген локализирован в цитозоле клеток в форме гранул, которые кроме гликогена содержат ферменты, участвующие в его обмене.

Следует обратить внимание, что распад и синтез гликогена катализируются разными ферментами и, следовательно, протекают по разным метаболическим путям.

Синтез гликогена начинается через 1—2 ч после приема пищи, содержащей углеводы. Процесс синтеза гликогена требует затраты энергии АТФ.

  • 1. В этой реакции молекула АТФ затрачивается на фосфорилирование свободной глюкозы, в результате чего образуется глюкозо-6-фосфат. Это та же реакция, которая является первой в процессе гликолиза (гл. 18). Фосфорилирование глюкозы катализируется в мышцах гексокиназой, в печени — глюкокиназой.
  • 2. Далее следует реакция изомеризации глюкозо-6-фосфага в глюкозо-1- фосфат, которая катализируется ферментом фосфоглюкомутазой:

3. Образовавшаяся фосфорилированная глюкоза уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. Однако предварительно она взаимодействует с УТФ, и при действии фермента глюкозо-1 -фосфатуридинтрансферазы (другое название УДФГ-пирофосфорилаза) образуется уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза):

Структурная формула УДФ-глюкозы:

Синтез гликогена

Рис. 20.5. Синтез гликогена

Образовавшаяся УДФ-глкжоза является переносчиком и донором активированных глюкозильных остатков в последующей ферментативной реакции синтеза гликогена. Эта функция нуклеозиддифосфатсахаров была установлена аргентинским биохимиком Л. Лелуаром, удостоенным Нобелевской премии за эти работы.

4. Реакция, приводящая к образованию гликогена, происходит при переносе глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глико- зидную «затравочную» цепь гликогена.

При этом образуется а(1—>4)-глико- зидная связь между первым атомом углерода, добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы в цепи гликогена. Эта реакция катализируется ферментом гликоген- синтазой (рис. 20.5).

Таким образом, в результате этой реакции происходит только удлинение цепи, т. е. она требует присутствия полиглюкозной «затравки»: самого гликогена, амилозы, амилопектина или какого-либо олигосахарида с длиной цепи не менее четырех глюкозных остатков и приводит к образованию линейного полимера а-1—*4-глюкана.

У растений донором глюкозильных групп при синтезе крахмала служит АДФ-Э-глюкоза, а не УДФ-производныс (гл. 16).

Ветвление цепей гликогена в результате образования а-1—? 6-связей (по одной на каждые 8—12 остатков, соединенных а-1—?4-связями) катализируется другим ферментом — а-глюкан-ветвящей глюкозилтрансферазой (известной также под названием «гл икогенветви щий фермент»). Этот фермент отщепляет небольшие фрагменты цепи 1,4-глюкана (шесть или семь мономерных единиц) и переносит их на ту же самую (или другую аналогичную) цепь, но в положение 6, в результате чего образуется 1,6-связь по схеме:

Регуляция гликогеногенеза. В гл. 18 приведена регуляция расщепления гликогена (гликогенолиза) посредством обратимой ковалентной химической модификации фермента гликогснфосфорилазы (фосфорилирование — дефосфорилирование). Гликогенсинтаза также существует в двух формах — фосфо- рилированной и дефосфорилированной, но она регулируется реципропно по отношению к гликогенфосфорилазе, т. е. прямо противоположным образом. В результате сложного каскада реакций фосфорилирование активной гли- когенсинтазы а приводит к переходу ее в фосфорилированную неактивную форму:

Протсинкиназа и протеинфосфатаза — это тс же самые ферменты, которые участвовали во взаимопревращении а- и 6-форм гликогенфосфори- лазы.

Таким образом, такие гормоны, как адреналин и глюкагон, действие которых опосредовано цАМФ, синхронно ингибируют синтез гликогена и активируют гликогенолиз, тем самым их гормональное воздействие приведет к повышению сахара в клетках печени и крови (рис. 20.6).

Следует отмстить, что в мышечной ткани рецепторы глюкагона отсутствуют и регуляторное действие этого гормона на обмен гликогена отмечено лишь в печени.

Известна также аллостерическая регуляция активности гликогснсинтазы Ь. Будучи фосфорилированным, этот фермент мало или полностью неактивен, однако глюкозо-6-фосфат (при высокой концентрации) по аллостерическому механизму в значительной степени повышает активность гликогенсинтазы. Эта форма гликогенсинтазы называется D-формой или зависимой (dependent) формой от присутствия глюкозо-6-фосфата. а дефосфорилированная форма — активной и в отсутствие глюкозо-6-фосфата — 1-формой или независимой (independent) от присутствия этого модулятора.

Гормональная регуляция синтеза и деградации гликогена

Рис. 20.6. Гормональная регуляция синтеза и деградации гликогена:

(Т)—(б) — каскад реакций последействия глюкагона и адреналина (сплошная линия); стимулирующее действие инсулина на синтез гликогена (пунктирная линия)

Активирующее действие на синтез гликогена в мышцах оказывает также инсулин, способствуя дефосфорилированию гликогенсинтазы за счет активации протеинфосфатазы, катализирующей реакцию дефосфорилирования этого фермента.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >