Гликоген—главная форма запасания углеводов у животных и человека. Накапливается гликоген главным образом в печени (до 6% от массы печени) и в скелетных мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы гликогена в скелетных мышцах ввиду значительно большей массы последних превышают его запасы в печени. Гликоген присутствует в цито-золе в форме гранул диаметром от 10 до 40 нм. На электронных микрофотографиях гликогеновые гранулы выглядят плотными. Установлено, что эти гранулы, кроме гликогена, содержат ферменты, катализирующие синтез и распад гликогена. Однако гликогеновые гранулы отличаются от мульти-ферментных комплексов (например, от пируватдегидрогеназного комплекса). Степень структурной организации гликогеновых гранул ниже, чем в мультиферментных комплексах. Следует подчеркнуть, что синтез и распад гликогена в клетке осуществляются разными метаболическими путями. В частности, считалось, что гликогенфосфорилаза (фосфорилаза а) катализирует как распад гликогена, так и его синтез, потому что в опытах in vitro было показано, что гликогенфосфорилазная реакция обратима. Однако в дальнейшем было установлено, что в клетке фосфорилаза а катализирует только распад гликогена, синтез гликогена осуществляется при участии совершенно другого фермента. Оба эти процесса (синтез и распад гликогена) регулируют содержание глюкозы в крови и создают резерв глюкозы для интенсивной мышечной работы.
Синтез гликогена (гликогенез). Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, а в печени—и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фос-фат:
Приводим структурную формулу УДФ-глюкозы:
Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорила-за):На второй стадии — стадии образования гликогена — происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется а-(1—>4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы.
Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается сначала.
В целом образование а-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви) гликогена можно представить в виде следующей схемы:
Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образование а-(1—>6)-связи, имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент, получивший название гли-когенветвящего фермента, или амило-(1—>4)—>(1—>6)-трансглюкозидазы. Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксиль-ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В результате образуется новая боковая цепь. Ветвление повышает растворимость гликогена. Кроме того, благодаря ветвлению создается большое количество невосстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Таким образом, ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена. Благодаря способности к отложению гликогена (главным образом в печени и мышцах и в меньшей степени в других органах и тканях) создаются условия для накопления в норме некоторого резерва углеводов. При повышении энерготрат в организме в результате возбуждения ЦНС обычно происходят усиление распада гликогена и образование глюкозы. Помимо непосредственной передачи нервных импульсов к эффекторным органам и тканям, при возбуждении ЦНС повышаются функции ряда желез внутренней секреции (мозговое вещество надпочечников, щитовидная железа, гипофиз и др.), гормоны которых активируют распад гликогена, прежде всего в печени и мышцах . Как отмечалось, эффект катехоламинов в значительной мере опосредован действием цАМФ, который активирует протеинкиназы тканей. При участии последних происходит фосфорилирование ряда белков, в том числе гликогенсинтазы и фосфорилазы b — ферментов, участвующих в обмене углеводов. Фосфорилированный фермент гликогенсинтаза сам по себе малоактивен или полностью неактивен, но в значительной мере активируется положительным модулятором глюкозо-6-фосфатом, который увеличивает Vmax фермента. Эта форма гликогенсинтазы называется D-формой, или зависимой формой, поскольку ее активность зависит от глюкозо-6-фосфата. Дефосфорилированная форма гликогенсинтазы, называемая также I-формой, или независимой формой, активна и в отсутствие глюкозо-6-фосфата. Таким образом, адреналин оказывает двойное действие на обмен углеводов: ингибирует синтез гликогена из УДФ-глюкозы, поскольку для проявления максимальной активности D-формы гликогенсинтазы нужны очень высокие концентрации глюкозо-6-фосфата, и ускоряет распад гликогена, так как способствует образованию активной фосфорилазы а. В целом суммарный результат действия адреналина состоит в ускорении превращения гликогена в глюкозу.
Распад гликогена (гликогенолиз).Известно, что фосфоролитический распад играет ключевую роль в мобилизации полисахаридов.
Фосфорилазы переводят полисахариды (в частности, гликоген) из запасной формы в метаболически активную форму; в присутствии фосфорилазы гликоген распадается с образованием фосфорного эфира глюкозы (глюкозо-1-фосфата) без предварительного расщепления на более крупные обломки молекулы полисахарида. В общей форме эту реакцию можно представить в следующем виде:
Где (С6Н10О5)п означает полисахаридную цепь гликогена, а (С6Н10О5)п,— ту же цепь, но укороченную на один глюкозный остаток.
На рис. 10.1 изображены процесс распада гликогена до глюкозо-1-фосфата и участие в этом процессе цАМФ. Фермент фосфорилаза существует в двух формах, одна из которых (фосфорилаза а) активна, в то время как другая (фосфорилаза b) обычно неактивна. Обе формы могут диссоциировать на субъединицы. Фосфорилаза b состоит из двух субъединиц, а фосфорилаза а—из четырех. Превращение фосфо-рилазы b в фосфорилазу а осуществляется фосфорилированием белка: 
Катализируется эта реакция ферментом, который называется киназой фосфорилазы b. Установлено, что эта киназа может существовать как в активной, так и в неактивной форме. Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную под влиянием фермента протеинкиназы (киназа киназы фосфорилазы), и не просто протеинкиназы, а цАМФ-зависимой протеинкиназы.
Активная форма последней образуется при участии цАМФ, которая в свою очередь образуется из АТФ под действием фермента аденилатцик-лазы, стимулируемой, в частности, адреналином и глюкагоном. Увеличение содержания адреналина в крови приводит в этой сложной цепи реакций к превращению фосфорилазы b в фосфорилазу а и, следовательно, к освобождению глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата из запасного полисахарида гликогена. Обратное превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализируется ферментом фосфатазой (эта реакция практически необратима).
Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается под действием фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат. Для осуществления данной реакции необходима фосфо-рилированная форма фосфоглюкомутазы, т. е. ее активная форма, которая образуется, как отмечалось, в присутствии глюкозо-1,6-бисфосфата.
Образование свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени происходит под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. Данный фермент катализирует гидролитическое отщепление фосфата:
Заметим, что фосфорилированная глюкоза в противоположность неэте-рифицированной глюкозе не может легко диффундировать из клеток. Печень содержит гидролитический фермент глюкозо-6-фосфатазу, который и обеспечивает возможность быстрого выхода глюкозы из этого органа. В мышечной ткани глюкозо-6-фосфатаза практически отсутствует.
ВЫВОДЫ
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизируемых источников энергии (например, крахмал и гликоген), а также используются в качестве строительного материала (целлюлоза и хитин).
Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объемов. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другим микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела. При необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза. Кроме того, соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеиды-два.
Использованная литература
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD
2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. Пер. с англ. М.: Мир, 1998, 671 с.
3. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 2007, 384 с.;
4. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;
5. Королев А.А. Гигиена питания — 2-е изд. Перераб. и доп. — М.: "Академия", 2007
⇐ Предыдущая1234
Дата публикования: 2015-11-01; Прочитано: 5635 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.002 с)…
Гликоген—главная форма запасания углеводов у животных и человека. Накапливается гликоген главным образом в печени (до 6% от массы печени) и в скелетных мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы гликогена в скелетных мышцах ввиду значительно большей массы последних превышают его запасы в печени. Гликоген присутствует в цито-золе в форме гранул диаметром от 10 до 40 нм. На электронных микрофотографиях гликогеновые гранулы выглядят плотными. Установлено, что эти гранулы, кроме гликогена, содержат ферменты, катализирующие синтез и распад гликогена. Однако гликогеновые гранулы отличаются от мульти-ферментных комплексов (например, от пируватдегидрогеназного комплекса). Степень структурной организации гликогеновых гранул ниже, чем в мультиферментных комплексах. Следует подчеркнуть, что синтез и распад гликогена в клетке осуществляются разными метаболическими путями. В частности, считалось, что гликогенфосфорилаза (фосфорилаза а) катализирует как распад гликогена, так и его синтез, потому что в опытах in vitro было показано, что гликогенфосфорилазная реакция обратима. Однако в дальнейшем было установлено, что в клетке фосфорилаза а катализирует только распад гликогена, синтез гликогена осуществляется при участии совершенно другого фермента. Оба эти процесса (синтез и распад гликогена) регулируют содержание глюкозы в крови и создают резерв глюкозы для интенсивной мышечной работы.
Синтез гликогена (гликогенез). Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, а в печени—и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фос-фат:
Приводим структурную формулу УДФ-глюкозы:
Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорила-за):На второй стадии — стадии образования гликогена — происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется а-(1—>4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы.
Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается сначала.
В целом образование а-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви) гликогена можно представить в виде следующей схемы:
Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образование а-(1—>6)-связи, имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент, получивший название гли-когенветвящего фермента, или амило-(1—>4)—>(1—>6)-трансглюкозидазы. Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксиль-ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В результате образуется новая боковая цепь. Ветвление повышает растворимость гликогена. Кроме того, благодаря ветвлению создается большое количество невосстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Таким образом, ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена. Благодаря способности к отложению гликогена (главным образом в печени и мышцах и в меньшей степени в других органах и тканях) создаются условия для накопления в норме некоторого резерва углеводов. При повышении энерготрат в организме в результате возбуждения ЦНС обычно происходят усиление распада гликогена и образование глюкозы. Помимо непосредственной передачи нервных импульсов к эффекторным органам и тканям, при возбуждении ЦНС повышаются функции ряда желез внутренней секреции (мозговое вещество надпочечников, щитовидная железа, гипофиз и др.), гормоны которых активируют распад гликогена, прежде всего в печени и мышцах . Как отмечалось, эффект катехоламинов в значительной мере опосредован действием цАМФ, который активирует протеинкиназы тканей. При участии последних происходит фосфорилирование ряда белков, в том числе гликогенсинтазы и фосфорилазы b — ферментов, участвующих в обмене углеводов. Фосфорилированный фермент гликогенсинтаза сам по себе малоактивен или полностью неактивен, но в значительной мере активируется положительным модулятором глюкозо-6-фосфатом, который увеличивает Vmax фермента. Эта форма гликогенсинтазы называется D-формой, или зависимой формой, поскольку ее активность зависит от глюкозо-6-фосфата. Дефосфорилированная форма гликогенсинтазы, называемая также I-формой, или независимой формой, активна и в отсутствие глюкозо-6-фосфата. Таким образом, адреналин оказывает двойное действие на обмен углеводов: ингибирует синтез гликогена из УДФ-глюкозы, поскольку для проявления максимальной активности D-формы гликогенсинтазы нужны очень высокие концентрации глюкозо-6-фосфата, и ускоряет распад гликогена, так как способствует образованию активной фосфорилазы а. В целом суммарный результат действия адреналина состоит в ускорении превращения гликогена в глюкозу.
Распад гликогена (гликогенолиз).Известно, что фосфоролитический распад играет ключевую роль в мобилизации полисахаридов.
Фосфорилазы переводят полисахариды (в частности, гликоген) из запасной формы в метаболически активную форму; в присутствии фосфорилазы гликоген распадается с образованием фосфорного эфира глюкозы (глюкозо-1-фосфата) без предварительного расщепления на более крупные обломки молекулы полисахарида. В общей форме эту реакцию можно представить в следующем виде:
Где (С6Н10О5)п означает полисахаридную цепь гликогена, а (С6Н10О5)п,— ту же цепь, но укороченную на один глюкозный остаток.
На рис. 10.1 изображены процесс распада гликогена до глюкозо-1-фосфата и участие в этом процессе цАМФ. Фермент фосфорилаза существует в двух формах, одна из которых (фосфорилаза а) активна, в то время как другая (фосфорилаза b) обычно неактивна. Обе формы могут диссоциировать на субъединицы. Фосфорилаза b состоит из двух субъединиц, а фосфорилаза а—из четырех. Превращение фосфо-рилазы b в фосфорилазу а осуществляется фосфорилированием белка:
Катализируется эта реакция ферментом, который называется киназой фосфорилазы b. Установлено, что эта киназа может существовать как в активной, так и в неактивной форме. Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную под влиянием фермента протеинкиназы (киназа киназы фосфорилазы), и не просто протеинкиназы, а цАМФ-зависимой протеинкиназы.
Активная форма последней образуется при участии цАМФ, которая в свою очередь образуется из АТФ под действием фермента аденилатцик-лазы, стимулируемой, в частности, адреналином и глюкагоном. Увеличение содержания адреналина в крови приводит в этой сложной цепи реакций к превращению фосфорилазы b в фосфорилазу а и, следовательно, к освобождению глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата из запасного полисахарида гликогена. Обратное превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализируется ферментом фосфатазой (эта реакция практически необратима).
Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается под действием фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат. Для осуществления данной реакции необходима фосфо-рилированная форма фосфоглюкомутазы, т. е. ее активная форма, которая образуется, как отмечалось, в присутствии глюкозо-1,6-бисфосфата.
Образование свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени происходит под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. Данный фермент катализирует гидролитическое отщепление фосфата:
Заметим, что фосфорилированная глюкоза в противоположность неэте-рифицированной глюкозе не может легко диффундировать из клеток. Печень содержит гидролитический фермент глюкозо-6-фосфатазу, который и обеспечивает возможность быстрого выхода глюкозы из этого органа.
Содержание
Распад гликогена (гликогенолиз)
В мышечной ткани глюкозо-6-фосфатаза практически отсутствует.
ВЫВОДЫ
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизируемых источников энергии (например, крахмал и гликоген), а также используются в качестве строительного материала (целлюлоза и хитин).
Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объемов. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другим микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела. При необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза. Кроме того, соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеиды-два.
Использованная литература
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD
2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. Пер. с англ. М.: Мир, 1998, 671 с.
3. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 2007, 384 с.;
4. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;
5. Королев А.А. Гигиена питания — 2-е изд. Перераб. и доп. — М.: "Академия", 2007
⇐ Предыдущая1234
Дата публикования: 2015-11-01; Прочитано: 5636 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.002 с)…
Образование активной формы глюкозы (УДФ-глюкозы)
1. Глюкоза фосфорилируется с затратой молекулы АТФ до глюкозо-6-фосфата. Это та же реакция, которая является первой в процессе гликолиза. Фосфорилирование глюкозы катализируется в мышцах ферментом гексокиназой, а в печени – глюкокиназой.
2. Под действием фосфоглюкомутазы глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат.
3. Глюкозо-1-фосфат взаимодействует с УТФ с участием фермента глюкозо-1-фофатуридилтрансфераза, в результате образуется УДФ-глюкоза и пирофосфат.
Пирофосфат расщепляется пирофосфотазой до 2-х молекул неорганического фосфата, что делает реакцию необратимой.
Образовавшаяся УДФ-глюкоза является переносчиком и донором активированных остатков глюкозы в последующей реакции синтеза гликогена.
СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА.
Эта функция нуклеозиддифосфатсахаров была установлена аргентинским биохимиком Л.Лелуаром, удостоенным Нобелевской премии за эти работы.
Образование α-1,4-гликозидной связи
Для образования α-1,4-гликозидной связи необходимо наличие затравки гликогена – небольшой молекулы гликогена, состоящего из не менее 4-х остатков глюкозы. Под действием фермента гликогенсинтазы образуется гликозидная связь между С1 атомом активированной глюкозы, находящейся в составе УДФ-глюкозы и С4 атомом концевого остатка глюкозы в молекуле гликоген-затравки с высвобождением УДФ.
УДФ-глюкоза + (С6Н12О6)n → УДФ + (С6Н12О6)n+1
У растений донором гликозильных групп при синтезе крахмала служит АДФ-D-глюкоза, а не УДФ-производные.
Рис.8.1. Ветвление структуры гликогена
Образование α-1,6-гликозидной связи
Присоединение остатка глюкозы к «затравочной» цепи гликогена происходит на внешнем конце молекулы. «Ветви» гликогенового «дерева» удлиняются путем последовательного образования α-1,4-гликозидных связей. После того, как длина линейного участка цепи достигнет как минимум 11 остатков глюкозы, ветвящий (браншинг) фермент (амило[1,4]→[1,6]-трансглюкозидаза) переносит фрагмент (1→4) цепи из 6-7 остатков глюкозы на ту же или соседнюю цепь, присоединяя переносимый фрагмент (1→6) связью (рис. 8.1). Таким образом, образуется точка ветвления в молекуле.
Гликогенолиз– это процесс расщепления гликогена, приводящий к вовлечению глюкозных остатков этого запасного полисахарида в гликолиз.
Существует 2 пути распада внутриклеточного гликогена: гидролитический или амилолитический (более древний) и фосфоролитический. При гидролитическом пути распад гликогена осуществляется под действием фермента γ-амилазы в печени в присутствии воды и образуется свободная глюкоза.
Фосфоролитический путь является основным путем распада гликогена у животных и катализируется ферментом фосфорилазой.
(С6Н12О6)n + Н3РО4 → (С6Н12О6)n-1 + Глюкозо-1-фосфат.
Фосфоролитическое расщепление гликогена энергетически выгодно, т.к. высвобождается фосфорилированная глюкоза. Кроме того, фосфорилированная глюкоза в мышечной ткани не может высвобождаться в кровь вследствие отсутствия фермента глюкозо-6-фосфатазы.
Фосфоролитическое расщепление гликогена включает несколько стадий.
1. Фермент фосфорилаза специфично катализирует расщепление α-1,4-гликозидных связей гликогена. Остатки глюкозы отщепляются от концов молекулы гликогена до тех пор, пока на ветвях, идущих от точки ветвления не останется примерно по 4 остатка глюкозы.
2. Фермент α-1,4→1,4-глюкантрансфераза переносит трисахаридный фрагмент с одной цепи на другую, открывая α-1,6-гликозидную связь.
3. Гидролитическое расщепление α-1,6-гликозидной связи осуществляет ферментамило-1,6-гликозидаза (деветвящий, дебраншинг), что приводит к отщеплению одной молекулы свободной глюкозы и открывает для действия гликогенфосфорилазы новый участок, состоящий из остатков глюкозы, соединенных α-1,4-связями (рис. 8.2).
4. Из глюкозо-1-фосфата образуется глюкозо-6-фосфат. В печениимеется специфический фермент глюкозо-6-фосфатаза, который отщепляет фосфат от глюкозо-6-фосфата. Образовавшаяся глюкоза диффундирует из клеток в кровь и поглощается преимущественно мозгом и мышцами. Это заключительная стадия гликогенолиза в печени, приводящая к повышению содержания глюкозы в крови.
Главные ферменты, контролирующие метаболизм гликогена, — гликогенфосфорилаза и гликогенсинтаза – регулируются аллостерически и ковалентной модификацией путем фосфорилирования и дефосфорилирования фермента (рис. 8.3).
Рис. 8.2. Действие дебраншинг фермента
1. В печени фосфорилаза находится в активной и неактивной форме. Активная фосфорилаза (фосфорилаза а) – фосфорилированный тетрамер. Под действием специфической фосфатазы фосфорилаза а переходит в неактивную фосфорилазу b (димер) в результате гидролитического отщепления фосфата от остатка серина. Переход неактивной фосфорилазы b в фосфорилазу а происходит путем фосфорилированияпод действием киназы фосфорилазы.
2. Киназа фосфорилазы существует в 2-х формах – активной – фосфорилированной и неактивной– дефосфорилированной. Переход активной формы в неактивную осуществляется при отщеплении фосфорной кислоты. Активация киназы фосфорилазы происходит при участии фермента протеинкиназы.
3. Гликогенсинтаза может находиться в фосфорилированном и нефосфорилированном состоянии. Активна дефосфорилированнаяформа фермента – гликогенсинтаза I, которая переходит в неактивную гликогенсинтазу D (зависима от глюкозо-6-фосфата) путем фосфорилирования под действием протеинкиназы. Активация фермента происходит под действием фосфатазы путем отщепления остатков фосфорной кислоты.
4. Протеинкиназа состоит из 4-х субъединиц (тетрамер) – 2-х регуляторных (R) и 2-х каталитических (С). В комплексе фермент неактивен и активируется под действием циклического АМФ (цАМФ). 2 молекулы цАМФ присоединяются к каждой регуляторной субъединице протеинкиназы, что вызывает его диссоциацию с высвобождением каталитических субъединиц.
R2C2 + 4цАМФ → 2 С + 2 (R – 2 цАМФ)
Активная протеинкиназа переносит остаток фосфорной кислоты от АТФ на специфические белки (ферменты), что приводит к изменению их активности.
5. Образование цАМФ происходит из АТФ под действием фермента аденилатциклазы, который находится на внутренней поверхности мембраны и связан с рецептором для гормонов на внешней стороне мембраны.
6. Фермент фосфодиэстераза разрушает цАМФ путем разрыва кольца с образованием АМФ.
При голодании или в стрессовых ситуациях увеличивается потребность в глюкозе.
1. В мышце под действием адреналина и в печени – глюкагонаи адреналина происходит активация аденилатциклазы, которая приводит к образованию цАМФ. цАМФ, связываясь с R-субъединицей протеинкиназы, активирует ее. Протеинкиназа фосфорилирует киназу фосфорилазы и переводит ее в активную форму. Киназа фосфорилазы фосфорилирует фосфорилазу b и переводит ее в фосфорилазу а, что активирует распад гликогена. Инсулинингибирует аденилатциклазу и активирует фосфодиэстеразу, что уменьшает концентрацию цАМФ. Протеинкиназа, киназа фосфорилазы и фосфорилаза остаются в неактивной форме, что тормозит распад гликогена. Таким образом, происходит каскад ферментативных реакций, что создает высокую степень амплификации. При распаде гликогена – 3 ферментативных стадии контроля, при синтезе – 2.
Рис. 8.3. Регуляция синтеза и распада гликогена
2. В состав мышечной фосфорилазы входит пиридоксальфосфат (витамин В6), необходимый для ее действия. В мышцах фосфорилаза b может активироваться аллостерически под действием АМФ, оставаясь при этом дефосфорилированной. АТФ действует как отрицательный аллостерический эффектор.
3. В мышцах сразу после мышечного сокращения гликогенолиз возрастает в несколько сотен раз. Процесс включает быструю активацию фосфорилазы через ионы кальция. Ионы Са2+ активируют киназу фосфорилазы, связываясь с субъединицей киназы фосфорилазы, идентичной Са2+-связывающему белку – кальмодулину.
4. Гликогенсинтаза D может активироваться аллостерически под действием глюкозо-6-фосфата. Инсулин стимулирует синтез гликогена в мышце, способствуя дефосфорилированию и активации гликогенсинтазы.
Предыдущая51525354555657585960616263646566Следующая
Дата добавления: 2015-06-12; просмотров: 1918;
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Гликоген—главная форма запасания углеводов у животных и человека. Накапливается гликоген главным образом в печени (до 6% от массы печени) и в скелетных мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы гликогена в скелетных мышцах ввиду значительно большей массы последних превышают его запасы в печени. Гликоген присутствует в цито-золе в форме гранул диаметром от 10 до 40 нм. На электронных микрофотографиях гликогеновые гранулы выглядят плотными. Установлено, что эти гранулы, кроме гликогена, содержат ферменты, катализирующие синтез и распад гликогена. Однако гликогеновые гранулы отличаются от мульти-ферментных комплексов (например, от пируватдегидрогеназного комплекса). Степень структурной организации гликогеновых гранул ниже, чем в мультиферментных комплексах. Следует подчеркнуть, что синтез и распад гликогена в клетке осуществляются разными метаболическими путями. В частности, считалось, что гликогенфосфорилаза (фосфорилаза а) катализирует как распад гликогена, так и его синтез, потому что в опытах in vitro было показано, что гликогенфосфорилазная реакция обратима. Однако в дальнейшем было установлено, что в клетке фосфорилаза а катализирует только распад гликогена, синтез гликогена осуществляется при участии совершенно другого фермента. Оба эти процесса (синтез и распад гликогена) регулируют содержание глюкозы в крови и создают резерв глюкозы для интенсивной мышечной работы.
Синтез гликогена (гликогенез). Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, а в печени—и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фос-фат:
Приводим структурную формулу УДФ-глюкозы:
Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорила-за):На второй стадии — стадии образования гликогена — происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется а-(1—>4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы.
Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается сначала.
В целом образование а-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви) гликогена можно представить в виде следующей схемы:
Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образование а-(1—>6)-связи, имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент, получивший название гли-когенветвящего фермента, или амило-(1—>4)—>(1—>6)-трансглюкозидазы. Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксиль-ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В результате образуется новая боковая цепь. Ветвление повышает растворимость гликогена. Кроме того, благодаря ветвлению создается большое количество невосстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Таким образом, ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена. Благодаря способности к отложению гликогена (главным образом в печени и мышцах и в меньшей степени в других органах и тканях) создаются условия для накопления в норме некоторого резерва углеводов. При повышении энерготрат в организме в результате возбуждения ЦНС обычно происходят усиление распада гликогена и образование глюкозы.
Биосинтез гликогена биохимия
Помимо непосредственной передачи нервных импульсов к эффекторным органам и тканям, при возбуждении ЦНС повышаются функции ряда желез внутренней секреции (мозговое вещество надпочечников, щитовидная железа, гипофиз и др.), гормоны которых активируют распад гликогена, прежде всего в печени и мышцах . Как отмечалось, эффект катехоламинов в значительной мере опосредован действием цАМФ, который активирует протеинкиназы тканей. При участии последних происходит фосфорилирование ряда белков, в том числе гликогенсинтазы и фосфорилазы b — ферментов, участвующих в обмене углеводов. Фосфорилированный фермент гликогенсинтаза сам по себе малоактивен или полностью неактивен, но в значительной мере активируется положительным модулятором глюкозо-6-фосфатом, который увеличивает Vmax фермента. Эта форма гликогенсинтазы называется D-формой, или зависимой формой, поскольку ее активность зависит от глюкозо-6-фосфата. Дефосфорилированная форма гликогенсинтазы, называемая также I-формой, или независимой формой, активна и в отсутствие глюкозо-6-фосфата. Таким образом, адреналин оказывает двойное действие на обмен углеводов: ингибирует синтез гликогена из УДФ-глюкозы, поскольку для проявления максимальной активности D-формы гликогенсинтазы нужны очень высокие концентрации глюкозо-6-фосфата, и ускоряет распад гликогена, так как способствует образованию активной фосфорилазы а. В целом суммарный результат действия адреналина состоит в ускорении превращения гликогена в глюкозу.
Распад гликогена (гликогенолиз).Известно, что фосфоролитический распад играет ключевую роль в мобилизации полисахаридов.
Фосфорилазы переводят полисахариды (в частности, гликоген) из запасной формы в метаболически активную форму; в присутствии фосфорилазы гликоген распадается с образованием фосфорного эфира глюкозы (глюкозо-1-фосфата) без предварительного расщепления на более крупные обломки молекулы полисахарида. В общей форме эту реакцию можно представить в следующем виде:
Где (С6Н10О5)п означает полисахаридную цепь гликогена, а (С6Н10О5)п,— ту же цепь, но укороченную на один глюкозный остаток.
На рис. 10.1 изображены процесс распада гликогена до глюкозо-1-фосфата и участие в этом процессе цАМФ. Фермент фосфорилаза существует в двух формах, одна из которых (фосфорилаза а) активна, в то время как другая (фосфорилаза b) обычно неактивна. Обе формы могут диссоциировать на субъединицы. Фосфорилаза b состоит из двух субъединиц, а фосфорилаза а—из четырех. Превращение фосфо-рилазы b в фосфорилазу а осуществляется фосфорилированием белка:
Катализируется эта реакция ферментом, который называется киназой фосфорилазы b. Установлено, что эта киназа может существовать как в активной, так и в неактивной форме. Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную под влиянием фермента протеинкиназы (киназа киназы фосфорилазы), и не просто протеинкиназы, а цАМФ-зависимой протеинкиназы.
Активная форма последней образуется при участии цАМФ, которая в свою очередь образуется из АТФ под действием фермента аденилатцик-лазы, стимулируемой, в частности, адреналином и глюкагоном. Увеличение содержания адреналина в крови приводит в этой сложной цепи реакций к превращению фосфорилазы b в фосфорилазу а и, следовательно, к освобождению глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата из запасного полисахарида гликогена. Обратное превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализируется ферментом фосфатазой (эта реакция практически необратима).
Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается под действием фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат. Для осуществления данной реакции необходима фосфо-рилированная форма фосфоглюкомутазы, т. е. ее активная форма, которая образуется, как отмечалось, в присутствии глюкозо-1,6-бисфосфата.
Образование свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени происходит под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. Данный фермент катализирует гидролитическое отщепление фосфата:
Заметим, что фосфорилированная глюкоза в противоположность неэте-рифицированной глюкозе не может легко диффундировать из клеток. Печень содержит гидролитический фермент глюкозо-6-фосфатазу, который и обеспечивает возможность быстрого выхода глюкозы из этого органа. В мышечной ткани глюкозо-6-фосфатаза практически отсутствует.
ВЫВОДЫ
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизируемых источников энергии (например, крахмал и гликоген), а также используются в качестве строительного материала (целлюлоза и хитин).
Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объемов. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другим микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела. При необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза. Кроме того, соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеиды-два.
Использованная литература
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD
2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. Пер. с англ. М.: Мир, 1998, 671 с.
3. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача // Екатеринбург: Уральский рабочий, 2007, 384 с.;
4. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функций клетки // М.: Мир, 1974, 956 с.;
5. Королев А.А. Гигиена питания — 2-е изд. Перераб. и доп. — М.: "Академия", 2007
⇐ Предыдущая1234
Дата публикования: 2015-11-01; Прочитано: 5633 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…