1 Биохимия и молекулярная биология Лекция 4. Метаболизм гликогена

Гликогенсинтаза.

Реципрокная регуляция расщепления и синтеза гликогена, роль гормонов в

этих процессах

Метаболизм гликогена

запасается в виде высокомолекулярного гликогена, а у растений – в

виде крахмала.
У позвоночных гликоген откладывается главным образом в печени и в мышцах и может составлять до 10% массы печени и 1-2% массы мышечных тканей.
Гликоген запасается в виде больших гранул.
Одна гранула гликогена (β-частица) имеет диаметр около 2 нм, состоит из 55000 остатков глюкозы и содержит примерно 2000 невосстанавливающих концов.
От 20 до 40 β-частиц собираются вместе, образуя α-розетки, которые легко можно увидеть в микроскоп в образцах тканей нормально питающихся животных, но исчезающих после 24 часов голодания.

и ферментов, участвующих в его расщеплении и синтезе.

Гликоген мышц

используется в качестве доступного источника энергии как для аэробного, так и анаэробного метаболизма. При активной физической нагрузке его запасы могут быть исчерпаны менее чем за час.

Гликоген печени служит источником глюкозы для других тканей в тех случаях, когда глюкоза не поступает с пищей (между приемами пищи или в период голодания). Запасы гликогена в печени могут быть исчерпаны за 12 – 24 часа.

Осуществляется
при участии фермента гликогенфосфорилазы и деветвящего фермента.
Гликогенфосфорилаза при участии

фосфорной кислоты последовательно расщепляет линейные α(1→4)- гликозидные связи на невосстанавливающем конце гликогена с освобождением глюкозо-1-фосфата.

гликогена многократно, пока не достигнет точки ветвления, с гликозидной связью,

имеющей конфигурацию
α(1→6). Дейставие ГФ прекращается за 4 остатка глюкозы до этой точки.
Далее в работу вступает деветвящий фермент (дебранч – фермент), обладающий двумя активностями: глюкантрансферазной и амило-1,6-глюкозидазной.

катализирует перенос участка боковой цепи (трех остатков глюкозы)
на линейный участок

полисахаридной цепи и отщепление остатка глюкозы в точке ветвления. После этого ГФ может продолжить свою работу.

Гликоген n + глюкозо-1-фосфат



Конечный продукт реакции с участием

глюкогенфосфорилазы глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат.

Глюкозо-1-фосфат ↔ Глюкозо-6-фосфат

Образующийся из гликогена в мышцах глюкозо-6-фосфат может вовлекаться в гликолиз и служить источником энергии для мышечного сокращения.

цель: поддержать уровень глюкозы крови, например, между приемами пищи.
В этом

процессе участвует еще один фермент –
глюкозо-6-фосфатаза, обнаруженная только в тканях печени и почек.
Глюкозо-6-фосфатаза – интегральный белок мембраны ЭПР, который имеет девять трансмембранных спиралей; активный центр фермента обращен в просвет ЭПР.
Глюкозо-6-фосфат из цитозоля направляется в просвет ЭПР специальным транспортером и на поверхности ЭПР подвергается гидролизу под действием глюкозо-6-фосфатазы. Образующиеся глюкоза и Рi переносятся обратно в цитозоль.
Далее глюкоза покидает гепатоцит при участии глюкозного транспортера ГЛЮТ-2.

и его сотрудники показали, что синтез гликогена – это не

обращенная реакция его распада, а источником гликозильных групп служит уридиндифосфат-глюкоза (UDP-Glc).
В 1970 г. за эти исследования
Л. Лелуару была присуждена Нобелевская премия по химии.

+ Н3РО4 → Гликоген n +

глюкозо-1-фосфат
 

Гликогенез (синтез гликогена )
 
Гликоген n + UDP-глюкоза → Гликогенn+1 + UDP
 

клетках, но в больших количествах гликоген образуется и накапливается в

печени и мышечной ткани.
Предшественником для синтеза гликогена может быть как свободная глюкоза, так и глюкозо-6-фосфат. Если на синтез гликогена вступает глюкоза, то сначала она превращается в глюкозо-6 фосфат при участии гексокиназы в мышцах и глюкокиназы в печени. вступает на синтез гликогена под действием фосфоглюкомутазы, которая катализирует его превращение в глюкозо-1-фосфат. Глюкозо-1-фосфат взаимодействует с уридинтрифосфатом (UTP), в результате чего образуется активная форма глюкозы – UDP-глюкоза (UDP-Glc).

действием фосфоглюкомутазы, которая катализирует его превращение в глюкозо-1-фосфат. Глюкозо-1-фосфат взаимодействует

с уридинтрифосфатом (UTP), в результате чего образуется активная форма глюкозы – UDP-глюкоза (UDP-Glc).

Образование UDP-глюкоза является ключевой реакцией в синтезе гликогена.

ферментом фосфоглюкомутазой. Именно в виде глюкозо-1-фосфата глюкоза вовлекается в дальнейший

синтез гликогена.

фермент
UDP-глюкозо-пирофосфорилаза.

Glc1P + UTP ↔ UDP-Glc + H4P2O7

Н4Р2О7

+ Н2О → 2 Н3РО4

Glc1P + UTP + H2O → UDP-Glc + 2 H3PO4

затравке (праймере). Функцию праймера выполняет небольшой (α1→4)-олигосахарид, содержащий не

менее 8 глюкозных остатков. Образование затравки обеспечивает белок  гликогенин, который является и местом синтеза заправки, и катализатором этого процесса.
Образование затравки идет в два этапа. На первом этапе происходит присоединение первого глюкозного остатка с UDP- глюкозы ферментом гликозилтрансферазой.
Наращивание длины затравки на втором этапе путем присоединения последующих UDP- глюкозных единиц
катализируется самим гликогенином. Дальнейшее удлинение затравки, используемой в синтезе гликогена, происходит при участии гликогенсинтазы.
Синтезированная молекула гликогена содержит одну молекулу гликогенина. Мол. масса гликогенина - 37 кДа.

Биосинтез гликогена

гликогена. Эти связи создает специальный фермент ветвления гликогена – 1,4→1,6-трансгликозидаза

(гликозил-1,6-трансфераза). Данный фермент переносит концевой участок из 6-7 остатков глюкозы от невосстанавливающего конца цепи гликогена, состоящего не менее чем из 11 остатков на ОН-группу атома С-6 остатка глюкозы, расположенного ближе к началу той же или другой цепи гликогена, создавая тем самым новую ветвь. Дальнейшее удлинение этого фрагмента осуществляет гликогенсинтаза.
Биологический смысл синтеза разветвленного полимера состоит в улучшении его растворимости и создании максимального количества невосстанавливающих концов – мест действия гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Таким образом , ветвление увеличивает скорость синтеза и распада гликогена.

Биосинтез гликогена

гексокиназа или глюкокиназа (печень); 2 - УДФ-глюкозо-пирофосфорилаза;
3 - гликогенсинтаза;

4 - амило-1,4 → 1,6-глюкозилтрансфераза (фермент ветвления); 5 - гликогенфосфорилаза;
6 - "деветвящий" фермент; 7 - глюкозо-6-фосфатаза (печень);
8 - транспортные системы ГЛЮТ.

ответ на снижение уровня глюкозы в крови. По химической природе

глюкагон – пептид, состоящий из 29 а.о.

Адреналин - гормон, синтезируемый клетками мозгового вещества надпочечников из тирозина. Является гормоном стресса (бегство или борьба), требуется для внезапной мышечной деятельности, обеспечивая мышцы и мозг источником энергии.

Инсулин - белковый гормон, синтезируется и секретируется в кровь β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы в ответ на повышение глюкозы в крови после приёма пищи.

который запускает «каскадный» механизм фосфорилирования ферментов распада и синтеза

гликогена. В результате фосфорилирования образуется фосфорилированная , то есть активная гликогенфосфорилаза и фосфорилированная, то есть неактивная гликогенсинтаза.
В этих условиях будет осуществляться распад гликогена.

Напротив, под действием инсулина, включающего механизм дефосфорилирования ключевых ферментов, появятся дефосфорилированная, т.е неактивная гликогенфосфорилаза, и дефосфорилированная, т.е. активная гликогенсинтаза. В этих условиях будет происходить синтез гликогена.