Печень |
Кровь |
Мышечная ткань |
гликоген глюкозаглюкоза глюкоза гликоген
лактат лактат лактат
Цикл Кори функционирует и в эритроцитах, которые для получения энергии используют анаэробный гликолиз, накопившийся лактат также током крови доставляется в печень и вступает в глюконеогенез, образовавшаяся глюкоза вновь поступает в эритроциты и окисляется до лактата.
Регуляция гликолиза и глюконеогенеза происходит за счет АМФ и АТФ через фермент фосфатаза фруктозо-1,6-бисфосфата (фер-
мент глюконеогенеза). Когда в клетке мало энергии – накапливается АМФ и ингибирует фосфатазу. Глюконеогенез подавляется и весь фруктозо-1,6-бисфосфат превращается по пути распада углеводов с це-
лью продукции энергии.
Накопление АТФ активирует фосфатазу и проходят реакции глюконеогенеза, т.е. образуется глюкоза, а из нее гликоген.
Пентозофосфатный путь (пентозный цикл) окисления глюкозы
Основным путем превращения глюкозы, обеспечивающим ткани энергией, является дихотомический – расщепление до двух фосфотриоз (т.е. пополам). Однако часть глюкозы в организме превращается еще по одному пути – пентозофосфатному или апотомическому (от слова
«арех» – верхушка). Механизмы его расшифрованы работами Варбурга, Дикенса, Рэккера, В.А. Энгельгардта, С.Е. Северина и др.
Ваэробных условиях судьба глюкозы решается на стадии образования фруктозо-6-фосфата: если произошло его фосфорилирование, то образующийся фруктозо-1,6-бисфосфат превращается по дихотомиче-
скому пути до фосфотриоз; если вторичное фосфорилирование не произошло, то фруктозо-6-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат, ко-
торый превращается по апотомическому пути.
Ферменты процесса локализованы в цитоплазме клеток печени (до 33% глюкозы превращается здесь по пентозному пути), жировой ткани (до 20%), молочной железы, эритроцитов (до 10%), коры надпочечников, половых желез, т.е. в тех тканях, где идет синтез жирных кислот, стероидов, аминокислот, интенсивно протекает микросомальное окисление.
Впентозофосфатном пути превращения глюкозы можно выделить
2 части: окислительный (А) и неокислительный (Б) пути образования
162
пентоз.
Окислительный путь образования пентоз включает 2 реакции дегидрирования. Коферментом дегидрогеназ является НАДФ, который восстанавливается в НАДФН+Н+. Пентозы образуются в результате ре-
акции окислительного декарбоксилирования.
Неокислительный путь образования пентоз включает реакции переноса 2 и 3 углеродных фрагментов с одной молекулы на другую. Этот путь служит для синтеза пентоз. Неокислительный путь образования пентоз обратим, следовательно, с помощью него избыток пентоз, превышающий потребности клетки, может быть возвращен в фонд гексоз (регенерация глюкозо-6-фосфата). В любом случае постоянным является образование 6 СО2 и 12 НАДФ!Н+Н+. Регенерация глюкозо-6-
фосфата происходит лишь тогда, когда пентозы не используются для синтеза нуклеотидов.
Окислительный путь синтеза пентоз (путь А) и путь возвращения пентоз в гексозы (путь Б в обратном направлении) вместе составляют циклический процесс (пентозофосфатный цикл) – за один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы.
Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла:
6 глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ 12 НАДФН+Н+ + 5 глюкозо-6-фосфат + 6 СО2
Окислительные реакции
Глюкозо-6-фосфат дегидрируется по первому углеродному атому глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой с коферментом НАДФ, который восстанавливается. Образующийся 6-фосфоглюконолактон гидратируется лактоназой и получается 6-фосфоглюконовая кислота. Для удобства
дальнейших подсчетов продуктов процесса рассматривают превращения 6 молекул глюкозы.
H OH |
Глюкозо-6- |
|
O |
|
|
|
|
|
|
COOH |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
глюкозо-6-фосфат- |
C |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
6 C |
|
|
фосфат- |
|
|
|
|
|
|
|
Лактоназа |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
дегидрогеназа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 HC |
|
|
|
OH |
+6Н2О 6HC OH |
||||||||||
HC |
|
OH |
|
|
дегидрогеназа |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
CH |
|||
|
CH O |
|
HO |
CH O |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
OH |
|
6НАДФ+ 6НАДФН+Н+ HC |
|
OH |
|
|
HC |
|
OH |
|||||||||||||
HC |
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
HC |
|
|
|
|
|
|
HC |
|
|
|
|
HC |
|
OH |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
CH2OPO3H2 |
|
|
CH2OPO3H2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
CH2OPO3H2 |
|||||||||||||||||
глюкозо-6-фосфат |
6-фосфоглюконолактон |
|
|
6-фосфоглюконовая |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кислота |
163
6-фосфоглюконовая кислота окисляется по третьему углеродному атому 6-фосфоглюконатдегидрогеназой с коферментом НАДФ с одно-
временным декарбоксилированием карбоксильной группы, в результате чего образуется рибулозо-5-фосфат. На него действуют два фермента: изомераза, превращающая кетозу в альдозу - рибозо-5-фосфат, и эпимераза, превращающая рибулозо-5-фосфат в его эпимер-ксилулозо-5-
фосфат.
|
|
|
|
|
|
|
H |
O |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O H |
|
6- Фосфо- |
|
CH 2OH |
Изомераза |
2 |
H C |
|
рибозо-5- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
глюконат- |
|
|
|
H C |
|
O H |
|||||||||
6 C |
|
O |
|
|
|
фосфат |
|||||||||
дегидрогеназа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
6НАДФ+ 6НАДФ!Н+Н+ 6СО2 |
HC |
|
|
|
O |
|
|
H C |
|
O H |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
HC |
|
|
|
O |
|
|
|
C H 2O PO 3H 2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
||||||
|
CH 2O |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
рибулоз |
|
|
|
|
CH 2OH |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 C |
|
|
O ксилулозо- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5-фосфат |
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
CH |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HC OH
CH 2OP O 3H 2
Неокислительные реакции
Продукты окислительного пути взаимодействуют между собой, вступая в транскетолазную реакцию. Коферментом транскетолазы является тиаминпирофосфат (витамин В1).
|
C |
|
O |
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
C |
|
|
O |
|||
2 |
C |
O |
Транскетолаза |
2 |
C O |
|||
|
|
|||||||
HC OH +ТПФ |
|
|
||||||
|
|
+ |
O CH |
|
||||
HO |
CH |
2 |
|
H |
||||
|
|
|
HC OH |
|
|
+ 2 |
||
|
HC OH |
HC OH |
|
|
HC OH |
CH2OPO3H2 |
||
|
|
|
HC OH |
|||||
|
CH2OPO3H2 |
|
|
3-ФГА |
||||
|
|
|
|
|||||
|
CH2OPO3H2 |
|
HC OH |
|||||
|
ксилулозо- |
|
|
|||||
|
5-фосфат |
рибозо-5- |
|
CH2OPO3H2 |
|
|||
|
фосфат |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
седогептулозо- |
|
7-фосфат
164
|
|
|
|
CH 2OH |
|
|
|
|
|
|
|||
Транс- |
|
|
C |
|
O |
|
H |
O |
|||||
|
|
||||||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
HO |
|
|
CH |
|
|
||||||||
альдолаза |
|
|
|
+ |
C |
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HC |
|
OH |
2 HC |
|
OH |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
HC |
|
|
OH |
|
HC |
|
|
|
OH |
||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
CH 2OP O3H2 |
||||||||||
|
|
|
|
CH 2OP O3H2 |
|||||||||
|
фруктозо-6-фосфат |
|
эритрозо-4-фосфат |
Транскетолаза отщепляет от ксилулозо-5-фосфата гликолевый альдегид и переносит его на рибозо-5-фосфат с образованием седогеп- тулозо-7-фосфата и 3-фосфоглицеринового альдегида, на которые действует трансальдолаза. Она отщепляет от седогептулозо-7-фосфата диоксиацетон и переносит его на 3-фосфоглицериновый альдегид с образованием фруктозо-6-фосфата и тетрозы – эритрозо-4-фосфата.
2 молекулы эритрозо-4-фосфата взаимодействуют с оставшимися двумя молекулами ксилулозо-5-фосфата при участии транскетолазы, которая переносит гликолевый альдегид с пентозы на эритрозо-4- фосфат. В результате образуются еще две молекулы фруктозо-6- фосфата и две молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида.
Одна из молекул 3-фосфоглицеринового альдегида изомеризуется
в диоксиацетонфосфат, который вступает в реакцию альдольной конденсации с оставшейся молекулой 3-ФГА. Образуется фруктозо-1,6- бисфосфат, который дефосфорилируется фосфатазой, и получается 5-ая молекула фруктозо-6-фосфата.
|
|
|
CH OH |
|
|
O |
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H O |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
O |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 C |
|
O |
|
|
|
|
Транскетолаза |
|
|
|
|
C |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ТПФ 2 |
O |
|
|
|
CH |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
CH + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
HO |
|
|
2HC OH |
|
|
|
|
+ 2 |
HC |
|
OH |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HC |
|
OH |
|
|
|
|
|
|||
|
|
HC |
|
OH |
HC |
|
OH |
|
|
|
|
|
CH2OPO3H2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HC |
|
OH |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
CH2OPO3H2 |
CH OPO |
|
|
|
|
3-ФГА |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
ксилулозо-5- |
|
эритрозо- |
|
|
|
CH2OPO3H2 |
|||||||||||||||||
|
|
|
4-фосфат |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
фосфат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фруктозо-6- |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфат |
|
|
|
|
Некоторые метаболиты неокислительного пути являются также и метаболитами гликолиза. Из этого следует, что оба процесса тесно связаны и в зависимости от потребностей клетки возможны переключения с одного пути на другой. При сбалансированной потребности в НАДФН+Н и пентозах в клетке происходит
165
окислительный путь синтеза пентоз. Если потребности в пентозах превышают потребности в НАДФН+Н, то окислительный путь шунтируется за счет использования метаболитов гликолиза: фруктозо-6-фосфат и глицероальдегидфосфат в реакциях
неокислительного пути превращаются в пентозы.
Если же НАДФН+Н необходим в большей степени, чем пентозы, то возможны два варианта: при высоком энергетическом статусе клетки излишки пентоз путем обратных реакций неокислительного пути превращаются в фруктозо-6-фосфат и
глицероальдегидфосфат, из которых в процессе глюконеогенеза образуется глюкоза; при низком энергетическом статусе клетки из пентоз также образуются глицероальдегидфосфат и фруктозо-6-
фосфат, которые затем включаются в гликолиз.
Значение пентозофосфатного пути
Процесс используется только с пластической целью:
1.Образующиеся пентозы – рибозо-5-фосфат используются для
синтеза нуклеотидов, нуклеиновых кислот.
2.НАДФ!Н+Н+ используется для синтеза высших жирных кислот, холестерина, аминокислот.
3.НАДФ!Н+Н+ необходим как донор протонов и электронов в
процессе микросомального окисления (при превращении эндогенных субстратов и обезвреживании ксенобиотиков).
4.В растениях рибулозо-5-фосфат участвует в темновой стадии фотосинтеза как акцептор СО2.
5.В цикле происходят взаимопревращения моносахаридов, содержащих от 3 до 7 углеродных атомов.
Лекция 14
СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА
Синтез гликогена
Гликоген играет роль депо глюкозы в организме. Структура его молекулы идеально приспособлена для этой цели:
1)крупные полимерные молекулы не диффундируют через клеточные мембраны и являются стабильным источником глюкозы в клетке;
2)гликоген – высокомолекулярное вещество и, в отличие от глюкозы, очень мало влияет на величину осмотического давления в клетке.
166
3)накопление свободной глюкозы привело бы к повышению осмотического давления и, как следствие, отеку клетки;
4)разветвленная молекула выгодна, т.к. ветвление увеличивает скорость синтеза и распада гликогена;
5)ветвление повышает растворимость гликогена.
Депонирование глюкозы в виде гликогена происходит в печени и мышечной ткани, ферменты синтеза локализованы в цитоплазме клеток. Процесс включает 3 этапа:
1. Активация С1 атома глюкозы, образование активной формы глюкозы Ã УДФ-глюкозы.
Глюкоза фосфорилируется гексокиназой (или глюкокиназой в печени) с образованием глюкозо-6-фосфата.
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
CH2OPO3H2 Фосфоглюко- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
O |
H |
Гексокиназа |
|
|
|
|
O H |
|
|
|
||||||
H H |
H H |
|
мутаза |
|
|||||||||||||||
+АТФ+Mg2+ |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
H |
|
|
H |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
OH |
|
OH АДФ |
|
OH |
|
OH |
|
|||||||||||
|
OH |
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
H |
|
OH |
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
||||||||
|
глюкоза |
|
|
|
|
|
|
|
глюкозо-6-фосфат |
Фосфоглюкомутаза переносит фосфатную группировку из шестого положения в первое, и образуется глюкозо-1-фосфат, который взаимодействует с УТФ при участии глюкозо-1-фосфат-уридилтрансферазы. Образуется активная форма глюкозы – УДФ-глюкоза.
167
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
+УТФ |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|||||||
|
H |
|
|
O |
H |
Глюкозо-1-фосфат- |
H |
|
|
O |
H |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
уридилтрансфераза |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
H |
H |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
HN |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
OPO3H2 Н4Р2О7 |
OH |
|
|
|
|
O |
|
P |
|
OH |
O |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
O |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
H |
|
|
|
+Н2О |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
N |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
глюкозо-1-фосфат |
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
P |
|
O |
|
CH2 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
2Н3РО4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
H |
|
H |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УДФ-глюкоза H |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
|
OH |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Образование УДФ-глюкозы необратимо, т.к. пирофосфат гидро-
лизуется пирофосфатазой с выделением энергии.
2. Образование -1,4-гликозидных связей – удлинение ветвей гликогена. Для этого этапа необходимо наличие «затравки» гликогена – т.е. цепи гликогена, содержащей не менее 4-х остатков глюкозы, обра-
зуется при гидролитическом расщеплении гликогена. Фермент гликогенсинтаза присоединяет остаток глюкозы из УДФ глюкозы ее С1 атомом к С4 атому глюкозы «затравки», т.е. к нередуцирующему концу, образуя -1,4-гликозидную связь.
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
|
CH OH |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
1 |
|
|
|
|
+ |
4 |
|
|
2 |
O |
|
|
O |
|
|
|
|
2 |
O |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УДФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
1 4 |
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
+УДФ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Образование -1,6-гликозидных связей (ветвление молеку-
лы). Молекула гликогена сильно разветвлена за счет наличия -1,6-
гликозидных связей. Образование их осуществляет амилозо-1,4 1,6- трансглюкозидаза (ветвящий, браншинг фермент). Когда длина линейного участка цепи включает минимально 11 остатков глюкозы, этот фермент переносит фрагмент (1 4) цепи (с минимальным количеством 6-7 остатков глюкозы) на соседнюю цепь или на несколько остатков глюкозы дальше, образуя -1,6-гликозидную связь. Образуется точка ветвления. Ветви растут путем присоединения остатков глюкозы -1,4-
гликозидной связью, т.е. линейно, а затем вновь ветвятся.
168
Распад (мобилизация) гликогена
Осуществляется двумя путями:
1. Амилолитическое (или гидролитическое) расщепление менее значимо, заключается в гидролитическом отщеплении концевых остатков глюкозы от цепей гликогена с помощью фермента -1,4- глюкозидазы ( -амилазы). При этом в цитозоле появляются молекулы
свободной глюкозы. Полагают, что этот путь служит для подготовки небольших количеств «затравок» для синтеза гликогена.
2. Фосфоролитическое расщепление гликогена имеет большее значение, при этом образуется фосфорилированная глюкоза – глюкозо- 1-фосфат. Расщепление проводит фермент фосфорилаза в присутствии
неорганического фосфата. Это основной путь распада гликогена.
169
Механизм распада гликогена
1. Фосфорилаза расщепляет -1-4-гликозидные связи, образуя глюкозо-1-фосфат, действуя с нередуцирующих концов ветвей гликогена до тех пор, пока на ветвях, идущих от точки ветвления ( -1-6 глико-
зидная связь), не останется примерно по 4 остатка глюкозы.
2.Фермент -1,4 1,6-глюкотрансфераза переносит фрагмент из 3-х остатков глюкозы с одной ветви на другую.
3.Оставшийся один остаток глюкозы из бывших 4-х, связанный
-1,6-гликозидной связью отщепляется гидролитически с помощью де-
ветвящего фермента.
Особенности мобилизации гликогена в печени и в мышцах
|
Печень |
Мышцы |
|
Гликоген |
Гликоген |
|
|
|
|
Глюкозо-1-фосфат |
Глюкозо-1-фосфат |
Схема процесса |
|
|
Глюкозо-6-фосфат |
Глюкозо-6-фосфат |
|
|
Н3РО4 |
|
|
Глюкоза |
Аэробный или анаэроб- |
|
|
ный распад |
|
В кровь |
|
170
|
Печень |
Мышцы |
Особенности процессов |
Фосфатаза катализирует де- |
Фосфатаза глюкозо-6- |
|
фосфорилирование глюкозо-6- |
фосфата отсутствует. |
|
фосфата. Свободная глюкоза |
|
|
поступает в кровь. |
|
|
|
|
Физиологическое |
Гликоген используется для |
Гликоген используется |
значение |
поддержания концентрации |
для энергообеспечения |
|
глюкозы в крови и снабжения |
только самих мышц |
|
глюкозой других органов в |
|
|
период между приемами пищи |
|
Характеристика ферментов, участвующих в регуляции обмена гликогена
Гликогенсинтаза – регуляторный фермент, тетрамер из четырех идентичных субъединиц, синтезирует гликоген, образуя -1,4- гликозидные связи. Существует в двух формах: неактивная форма – фосфорилированный тетрамер, обозначается буквой D (D – dependent, зависимая активность, зависит от наличия глюкозо-6-фосфата). Активная форма I (I – independent, активна и в отсутствие глюкозо-6-
фосфата) образуется из D при дефосфорилировании под действием фосфатазы гликогенсинтазы. Превращение активной I-формы в неак-
тивную D происходит при участии протеинкиназы путем фосфорилирования за счет АТФ. В покоящейся мышце гликогенсинтаза находится в форме I, в сокращающейся – в форме D.
Фосфорилаза – сложный регуляторный фермент, расщепляет
гликоген. Существует в двух формах – активной и неактивной. Активная форма Ã фосфорилаза «а» – фосфорилированный тетрамер. Под действием фосфатазы фосфорилазы происходит дефосфорилирование, отщепляются 4 молекулы Н3РО4, и фосфорилаза «а» превращается в не-
активную форму Ã фосфорилазу «b», распадаясь на две димерных молекулы. Фосфорилаза «b» активируется путем фосфорилирования за
счет АТФ ферментом киназой фосфорилазы. В свою очередь этот фермент также существует в двух формах. Активная киназа фофорилазы – фосфорилированный фермент, превращается в неактивную форму под действием фосфатазы. Активация киназы фосфорилазы осуществляется путем фосфорилирования за счет АТФ в присутствии ионов Mg2+ протеинкиназой.
В покоящейся мышце фосфорилаза и киназа фосфорилазы находятся в неактивной – дефосфорилированной форме, а фосфатаза – в активной. Киназа фосфорилазы может также активироваться ионами кальция, высвобождающимися под действием нервного импульса, которые одновременно ингибируют фосфатазу фосфорилазы.
171