Распад гликогена в животных тканях

Распад гликогена в организме животных происходит путем фосфоролиза. Он осуществляется под действием фермента фосфорилазы, который разрывает α-(1,4)-гликозидные связи с присоединением по месту разрыва остатка ортофосфорной кислоты:

Фосфорилаза катализирует последовательное фосфоролитическое расщепление α-(1,4)-гликозидных связей с нередуцирующего конца полисахаридной цепи. Молекула гликогена представляет собой ветвистую структуру. На ней одновременно существует большое количество нередуцирующих концов. Поэтому распад происходит одновременно на нескольких участках молекулы. При этом скорость фосфоролитического распада гликогена прямо зависит от ее ветвистости.

Продукт фосфорилазной реакции – глюкозо-1-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат под действием фермента фосфоглюкомутазы:

Образовавшийся в процессе распада гликогена глюкозо-6-фосфат представляет собой активную форму глюкозы, которая затем может вовлекаться в различные пути метаболизма.

Фосфорилаза может существовать в активной (фосфорилаза а) и неактивной форме (фосфорилаза в). В ее активном центре присутствуют остатки серина. Их фосфорилирование за счет АТФ в реакции, катализируемой киназой фосфорилазы, приводит к образованию активной формы фермента (фосфорилазы а). Дефосфорилирование остатков серина в активном центре путем гидролитического отщепления остатков фосфорной кислоты в фосфатазной реакции способствует переводу энзима в каталитически неактивную форму (рис. 97).

Важную роль в регуляции активности киназы фосфорилазы приобретают гормоны, вторичным посредником которых является ц-АМФ (адреналин, глюкогон и др.).

Фосфорилаза не способна обеспечивать полное расщепление молекулы гликогена. Это связано с тем, что данный фермент катализирует фосфоролитическое расщепление только α-1,4-гликозидных связей полисахаридной молекулы. Для полного же расщепления молекулы гликогена необходим распад и α-1,6-гликозидных связей. Этот процесс происходит с участием фермента амило-1,6-гликозидазы (дебранчинг-фермент). В отличие от фосфорилазы дебранчинг-фермент катализирует реакцию гидролиза гликозидных связей.

Рисунок 97 – Регуляция активности фосфорилазы адреналином

Ферментативный гидролиз крахмала в растениях происходит при участии ферментов амилаз. Существует 3 основных типа этих энзимов – α-, β- и γ-амилазы. Все они катализируют реакции гидролиза α-1,4-гликозидных связей. При этом продуктами гидролиза крахмала α- и γ-амилазами является свободная глюкоза, а β-амилазой – дисахарид мальтоза.

Фосфоролитический путь распада имеет существенные преимущества перед амилолитическим. Это связано с тем, что продуктом фосфоролити-ческого распада является фосфорилированная глюкоза. Для активации же свободной глюкозы, образующейся при амилолитическом распаде полисахаридов, требуется ее фосфорилирование, сопряженное с использованием АТФ.

В последнее время установлено, что распад крахмала в растениях, подобно гликогену в животных организмах, может происходить путем фосфоролиза с участием растительных фосфорилаз. В свою очередь α- и γ-амилазы присутствуют в организме животных. Они принимают участие в распаде полисахаридов пищи, а также гидролизе гликогена в нервной ткани.

Синтез гликогена

Биосинтез гликогена с высокой скоростью происходит в печени и в мышечной ткани. Небольшое его количество синтезируется в мозге.

Процесс биосинтеза гликогена начинается с фосфорилирования глюкозы в гексокиназной реакции (рис. 82). Образовавшийся при этом глюкозо-6-фосфат трансформируется в глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы. Глюкозо-1-фосфат далее вовлекается в реакцию взаимодействия с УТФ, в которой под действием фермента УДФ-глюкозил-пирофосфорилазы образуется УДФ-глюкоза:

УДФ-глюкоза используется в гликогенсинтетазной реакции для удлинения полимерной цепи гликогена за счет присоединения гликозидного остатка к полисахаридной цепи с помощью α-1,4-гликозидной с его нередуцирующего конца. Присоединение гликозидного остатка в гликогенсинтетазной реакции становится возможным только к уже существующей “затравочной” молекуле гликогена.

В образовании полноценной молекулы гликогена помимо гликогенсинтетазы участвует особый фермент-амило-(1,4–1,6)-трансглюкозидаза. Этот энзим катализирует присоединение гликозидных остатков к растущей молекуле гликогена с помощью α-1,6-гликозидной связи и таким образом формирует в ней участки ветвления.

Гликогенсинтетаза существует в двух формах: активной (дефосфорилированной) – гликогенсинтетаза а и неактивной (фосфорилированной) – гликогенсинтетаза в. Активация гликогенсинтетазы в осуществляется за счёт ее дефосфорилирования фосфатазой. Активность этого энзима в печени увеличивается под влиянием гормона инсулина. Фосфорилирование фермента происходит под влиянием цАМФ – зависимой протеинкиназы, активность которой в печени возрастает под действием гормонов адреналина и глюкогона.

Таким образом, в организме животных существует реципрокный механизм гормональной регуляции ферментов, катализирующих процессы биосинтеза и распада гликогена.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте гликолиз и его ключевую роль в обмене веществ.

2. Каким образом будет изменяться скорость гликолиза в условиях повышения потребности клетки в источниках энергии и почему?

3. Почему в крови спортсменов после интенсивных тренировок возрастает концентрация молочной кислоты?

4. Может ли восстановленный НАД из цитозоля использоваться как субстрат дыхательной цепи митохондрий?

5. Охарактеризуйте значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы.

6. Какие процессы играют основную роль в обеспечении глюкозой растительных и животных организмов?

7. Перечислите основные предшественники глюкозы в глюконеогенезе.

8. С превращением какого углевода связан процесс биосинтеза аскорбиновой кислоты в растениях?

9. Как можно объяснить возможность использования глюкозы для лечения отравлений?

10. В чем преимущества фосфоролитического распада гликогена над амилолитическим?

11. Каким образом регулируются процессы синтеза и распада гликогена в тканях животных?

Глава 14. ОБМЕН ЛИПИДОВ

Липиды являются неотъемлемым компонентом живых организмов, что определяется выполняемыми ими функциями. В организме человека и животных большая их часть имеет эндогенное происхождение и синтезируется в клетках тканей внутренних органов. Определенное количество липидов поступает в организм с пищей. Поступая в организм, липиды подвергаются перевариванию и всасыванию в желудочно-кишечном тракте.