Синтез и распад гликогена

Синтез гликогена – один из путей метаболизма глюкозы.

 

СН₂ОН СН₂ОРО₃Н₂

О + АТФ О

 

ОН ОН

НО ОН - АДФ НО ОН

глюкоза ОН гексокиназа глюкоза - 6 - фосфат ОН

 

 

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

О О

ОН ОН

НО ОН НО ОРО₃Н₂

Глюкоза – 6 – ОН глюкоза – 1 - ОН

Фосфат фосфат

 

Глюкоза – 1 – фосфат + УТФ УДФ – глюкоза + пирофосфат

 

В дальнейшем происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ – глюкозы, на гликозидную цепь гликогена. При этом образуется а – 1,4 – гликозидная связь.

 

СН₂ОН О

| О

HN

ОН

НО //

ОН О

N

 

О О ГЛИКОГЕН

\ //

НО – Р – О – Р – ОН (С₆Н₁₀О₅) n

\\ \

О О – СН₂

 

О

 

 

ОН ОН

 

О

Гликогенсинтаза ||

 

NH

 

//

О

О О N ГЛИКОГЕН

|| || (С₆Н₁₀О₅)n + 1

НО – Р – О - Р – ОН

| |

ОН О - СН₂

О

 

 

нуклеозиддифосфаткиназа

УДФ УТФ

 

Установлено, что гликогенсинтаза не способна катализировать образование а – 1,6 – связи, которая пишется в точках ветвления. Это осуществляет гликогенветвящийся фермент.

Локализация гликогена: запасается в основном в печени (2 – 6 %), в мышцах (0,5 – 5%)

Мобилизация гликогена: гликогенфосфорилаза

Гликоген (С₆Н₁₀О₅)n + Н₃РО₄ (C₆Н₁₀О₅)n-₁ + uk.rjpf – 1 – фосфат

Распад гликогена осуществляется по каскадному механизму:

фосфорилаза существует в двух формах: фосфорилаза “В” (неактивная) и фосфорилаза ''А” (активная). Обе формы состоят из субъединиц: фосфорилаза “ А” из 4 – х, а фосфорилаза “В” – из 2 – х субъединиц, следовательно:

2 молекулы фосфорилазы “B” + 4АДФ 1 молекула фосфорилазы “А” + НАДФ

Эта реакция катализируется киназой фосфорилазы, которая тоже может быть активной и неактивной и, в свою очередь, активируется протеинкиназой, активная форма которой образуется под действием аденилатциклазы, которая активируется адреналином и глюкогоном. Действие фосфорилазы “А” продолжается только до точек ветвления (до а – 1,6 – связи). Фермент амило – 1,6 – глюкозидаза способен расщеплять а – 1,6 – связь в точке ветвления, после чего фосфорилаза “А” вновь получает возможность действовать до следующей точки ветвления. Следует отметить, что под действием всего лишь одной молекулы адреналина образуется 10000 молекул глюкозо – 1 – фосфат. В дальнейшем глюкоза – 1 – фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо – 6 – фосфат, который в свою очередь превращается в свободную глюкозу под влиянием глюкозо – 6 - фосфотазы.

 

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

О О

+ НОН

ОН ОН

ОН ОН - Н₃РО₄ ОН ОН

ОН ОН

Глюкоза –6 – фосфат глюкоза

Мобилизация гликогена может происходить и под действием кальций – зависимой киназы фосфорилазы. В состоянии покоя она не активна, но при поступлении нервного импульса, кальций выделяется из саркоплазматического ретикулума, киназа фосфорилазы активизируется и начинается мобилизация гликогена.

ГЛИКОГЕНОЗЫ.

Гликогенозы – наследственные болезни, связанные с нарушением обмена гликогена.

ТИПЫ ГЛИКОГЕНОЗОВ.

 

тип гликогеноза и фермент с нарушенной структура гликогена органы, ткани,

название болезни активностью и клетки, депо-

нирующие глико

гликоген

 

1 тип: болезнь Гирис глюкоза – 6 – фосфатаза нормальная печень, почки

 

 

2 тип: болезнь Помпе а – 1,4 – глюкозидаза нормальная мышцы, НС, эрит-

роциты, печень.

3 тип: болезнь Фарбса амило – 1,6 – глюкозидаза лимитдекстрин печень, мышцы,

лейкоциты, эрит-

роциты

4 тип: болезнь Андер гликоген – ветвящий фер - амилопектин печень, мышцы,

сена мент лейкоциты.

 

5 тип: болезнь Мак – фосфорилаза мышц нормальная скелетная муску-

Ардла латура

6 тип: болезнь Херса фосфорилаза печени нормальная печень, лейкоци-

ты

7 тип: болезнь Томсо- фосфоглюкомутаза нормальная печень, мышцы

на

8 тип: болезнь Тарун фосфофруктокиназа нормальная мышцы, эритроци-

ты

9 тип: болезнь Хага киназа фосфорилазы нормальная печень

 

ГЛИКОГЕНОЛИЗ И ГЛИКОЛИЗ.

Процесс анаэробного распада гликогена получил название гликогенолиза. Образовавшейся в ходе фосфоглюкомутазной реакции глюкоза – 6 – фосфат включается в процесс гликолиза. После образования глюкоза – 6 – фосфат дальнейшие пути гликолиза и гликогенолиза полностью совпадают:

 

Гликоген Н₃РО₄ Глюкоза – 1 - фосфат

Фосфорилаза

 

 

АТФ АДФ фосфоглюкомутаза

 

Глюкоза Глюкозо– 6 – фосфат

гексокиназа

(глюкогеназа)

 

 

гликолиз

 

В процессе гликогенолиза в виде в виде макроэргических соединений накапливаются не две, а три молекулы АТФ, так как не тратится АТФ на образование глюкоза – 6 – фосфат. Казалось бы гликогенолиз более высокий в энергетическом плане процесс, но ведь во время синтеза гликогена АТФ расходуется, поэтому гликогенолиз и гликолиз энергетически равноценны.

 

Гликолиз.

Гликолиз – анаэробный процесс превращения глюкозы, центральный путь энергетического обмена, протекает без окислительных реакций. В анаэробных условиях гликолиз – единственный процесс, поставляющий энергию. В тех случаях, когда гликолиз протекает в присутствии кислорода, говорят об аэробном гликолизе (в аэробных условиях гликолиз можно рассматривать как окисление глюкозы до СО₂ и Н₂О)

Первой реакцией гликолиза является фосфорилирование глюкозы:

1)

 

СН₂ОН АТФ АДФ СН₂ОРО₃Н₂

О О

ОН ОН

Гексокиназа

ОН ОН ОН ОН

ОН ОН

Глюкоза глюкозо– 6 - фосфат

 

В результате этой реакции образуется большое количество энергии, которая тут же рассеивается, поэтому реакция необратимая.

Гексокиназа – это аллостерический фермент и ингибируется глюкозой – 6 – фосфат; она также может фосфорилировать фруктозу, маннозу.

В печени есть глюкокиназа, которая катализирует только фосфорилирование глюкозы. Она не ингибируется глюкозой – 6 – фосфат и имеет высокую Km.

СН₂ОРО₃Н₂

2) О

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

О

ОН

ОН

ОН ОН ОН ОН

ОН

Глюкоза – 6 - фосфат фосфат – 6 – фосфат

 

3) СН₃ОРО₃Н₂ СН2ОРО3Н2

 

О АТФ АДФ О

СН2ОН СН₂ОРО₃Н₂

 

ОН фосфофруктокиназа ОН

ОН ОН

 

ОН ОН

Фосфат – 6 фосфат фосфат – 1,6 – дифосфат

Фосфофруктокиназная реакция определяет скорость гликолиза в целом (то есть является лимитирующей). Фосфофруктокиназа относится к аллостерическим ферментам. Она ингибируется АТФ и стимулируется АДФ и АМФ. АТФ в данном случае является и субстратом и аллостерическим регулятором. Различают регуляторную и субстратную концентрацию АТФ. Km для субстратного и регуляторного центра будут различны и фермент будет отслеживать уровень АТФ в более высоких концентрациях, чем АТФ в качестве субстрата, поэтому идёт ингибирование. При значительных величинах отношения АТФ / АДФ активность фосфофруктокиназы снижается и гликолиз замедляется. При снижении этого коэффициента интенсивность гликолиза возрастает. Так, в неработающей мышце концентрация АТФ повышается, а гликолиз снижается. Во время работы – всё наоборот. Фосфофруктокиназа ингибируется цитратом, активируется ионами кальция. Жирные кислоты и их производные являются ингибиторами фосфофруктокиназы.

 

4) ОН 5) СН₂ОРО₃Н₂

/ |

СН₂О – Р = О С = О диоксиацетонфосфат

| \ |

С = О ОН СН₂ОН

|

НО – С – Н альдолаза

|

Н – С – ОН триодофосфат

| изомераза

Н – С – ОН О – Н

| /

СН₂О – Р = О Н

\ /

О – Н С = О

Фосфат – 1,6 – дифосфат |

Н – С – ОН

|

СН₂ОРО₃Н₂

3 ФГА

Разрыв связи происходит в результате ослабления связи между 3 и 4 атомами углерода.

Таким образом, заканчивается первый этап гликолиза, связанный с вкладыванием энергии в процесс активации субстратов, при этом расходуется 2 молекулы АТФ.

 

2 – й этап:

6) Оидёт нуклеофильная атака карбонильного углерода

// Н S – Е – НАД

С – Н Н ОН

| \ /

Н – С – ОН С – SЕНАД

| |

СН₂ОРО₃Н₂ Н – С – ОН

|

СН₂ОРО₃Н₂

ES - комплекс

 

 

О О

// //

С – SЕНАД * Н + Н + Фн С – О – РО₃Н₂

| |

Н – С – ОН - НSЕНАД * Н + Н Н – С – ОН

| |

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОРО₃Н₂

1,3 – дифосфо-

глицериновая

кислота

Эта стадия гликолитической оксидоредукции управляется НАД и НАД * Н + Н. Повышение НАД и снижение НАД * Н + Н активирует данную реакцию и наоборот.

 

3 – й этап (перенос макроэргической связи Ф_н на АДФ)

7)

ОСООН

// |

С - ОРО₃Н₂ фосфоглицераткиназа Н – С – ОН

| + АДФ |

Н – С – ОН СН₂ОРО₃Н₂

| - АТФ 3 – фосфоглицериновая кислота

СН₂ОРО₃Н₂

Данная реакция является киназной и катализируется фосфоглицераткиназой (фосфотрансфераза).

4 – й этап (фосфат становится макроэргическим)

8)

СООН СООН

| фосфоглицеромутаза |

Н – С – ОН Н – С – ОРО₃Н₂

| |

СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

2 – фосфоглицериновая кислота

 

9)

СООН енолаза СООН

| |

НС – ОРО₃Н₂ СО – РО₃Н₂ + НОН

| - НОН ||

СН₂ОН СН₂

Фосфоенолпируват (енольная форма ПВК)

 

10)

СООНСООН

| пируваткиназа |

С – ОРО₃Н₂ + АДФ С = О + АТФ (молекулы)

|| |

СН₂ СН₃

Пировиноградная кислота

11)

СООН СООН

| лактатдегидрогеназа |

С = О НО – С – Н

| + НАД * Н₂ |

СН₃ - НАД CH3

лактат

Все ферменты гликолиза, кроме альдолазы, нуждаются в ионах магния.