- •Предисловие
- •Глава 1. Введение в обмен углеводов
- •1.1 Общая характеристика обмена углеводов
- •1.2 Классификация и структура углеводов
- •Б Полисахариды
- •1.3 Переваривание углеводов пищи
- •А Переваривание углеводов в ротовой полости
- •В Пристеночное пищеварение или гидролиз олиго- и дисахаридазами
- •1.4 Всасывание и транспорт углеводов
- •А Na+-зависимые транспортеры глюкозы
- •Б Na+-независимые транспортеры глюкозы
- •1.5 Пути использования глюкозы в клетках
- •1.6 Гликолиз
- •Б Схема гликолиза
- •1.7 Реакции гликолиза
- •Г Реакция 2
- •Е Реакция 4
- •Ж Реакция 5
- •И Реакция 7
- •К Реакция 8
- •Л Реакция 9
- •М Реакция 10
- •Н Реакция 11
- •1.8 Энергетический баланс гликолиза
- •А Аэробный гликолиз
- •Б Анаэробный гликолиз
- •1.9 Регуляция гликолиза
- •Б Гормональная регуляция
- •1.10 Пути использования пирувата в клетках
- •1.11 Эффекты Пастера и Кребтри
- •Б Эффект Кребтри
- •1.12 Вовлечение других углеводов в гликолиз
- •А Фруктоза
- •Мышцы
- •Печень
- •Б Галактоза
- •В Манноза
- •Термины
- •Вопросы к семинарскому занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Переваривание, абсорбция и транспорт углеводов
- • Гликолиз
- • Метаболизм глюкозы в других клетках и тканях
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 2. Глюконеогенез
- •2.1 Общая характеристика глюконеогенеза
- •2.2 Субстраты глюконеогенеза
- •А Пируват и лактат
- •Б Глюкогенные аминокислоты
- •В Глицерол
- •Г Жирные кислоты
- •2.3 Реакции глюконеогенеза
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакции 3-8
- •Реакция 9
- •Реакция 10
- •Реакция 11
- •В Общая схема глюконеогенеза
- •2.4 Энергетический баланс глюконеогенеза
- •2.5 Биохимический смысл глюконеогенеза и его регуляция
- •Б Механизмы регуляции
- •Аллостерическая регуляция
- •Гормональная регуляция
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Глюконеогенез
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Обмен гликогена
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Структура и функции гликогена
- •Б Структура гликогена
- •3.3 Синтез гликогена (гликогеногенез)
- •В Синтез УДФ-глюкозы
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Г Синтез праймера
- •Д Элонгация цепей гликогена
- •Реакция 4
- •Е Образование ветвей
- •3.4 Распад гликогена (гликогенолиз)
- •Б Уравнения реакций
- •В Укорочение цепей гликогена
- •Реакция 1а
- •Г Отщепление ветвей
- •Реакция 1б
- •Е Расщепление гликогена в лизосомах
- •3.5 Регуляция обмена гликогена
- •А Аллостерическая регуляция
- •Гликогенфосфорилаза
- •Гликогенсинтаза
- •Глюкагон и адреналин
- •Инсулин
- •Ca2+-зависимая регуляция обмена гликогена
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Метаболизм гликогена
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 4. Цикл трикарбоновых кислот
- •4.1 Общая характеристика
- •4.2 Окислительное декарбоксилирование пирувата
- •А Строение пируватдегидрогеназного комплекса
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Реакция 4
- •Реакция 5
- •4.3 Цикл трикарбоновых кислот
- •Б Схема цикла трикарбоновых кислот
- •Г Реакции ЦТК
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Реакция 4
- •Реакция 5
- •Реакция 6
- •Реакция 7
- •Реакция 8
- •Д Энергетический баланс ЦТК
- •4.4 Регуляция ЦТК и окислительного декарбоксилирования пирувата
- •Регуляция с помощью количества субстрата
- •Ингибирование метаболитами цикла
- •4.5 Амфиболическая роль ЦТК
- •Б Анаплеротические реакции
- •Пируваткарбоксилаза
- •Малик-фермент
- •Фосфоенолпируваткарбоксикиназа
- •Реакции катаболизма аминокислот
- •Реакции катаболизма жирных кислот
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Окислительное декарбоксилирование пирувата (ОДП)
- • Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)
- • Анаплеротические пути
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 5. Пентозофосфатный путь
- •5.1 Общая характеристика
- •5.2 Реакции пентозофосфатного пути
- •А Схема пентозофосфатного пути
- •В Окислительная фаза
- •Реакция 1
- •Реакция 2
- •Реакция 3
- •Г Неокислительная фаза
- •Реакция 4
- •Реакция 5
- •Реакция 6
- •Реакция 7
- •Реакция 8
- •5.3 Сценарии и регуляция пентозофосфатного пути
- •Б Сценарии пентозофосфатного пути
- •В Ксилулозо-5-фосфат как регуляторная молекула
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Пентозофосфатный путь
- • Путь уроновых кислот
- •Вопросы для самопроверки
- •Рекомендуемая литература
41
Глава 3. Обмен гликогена
3.1Общая характеристика
Гликоген представляет собой внутриклеточную форму запасания и хранения глюкозы для её последующего использования в метаболизме. Молекула гликогена состоит из белкового ядра (белка-фермента гликогенина) и двух отходящих от него цепей из остатков глюкозы. Эти цепи образуют множество ветвей и насчитывают до нескольких десятков тысяч глюкозных остатков.
Поддержание концентрации глюкозы в крови на одном и том же уровне (примерно 5 ммоль/л или 90 мг/дл) крайне важно для человека, поскольку глюкоза является основным источником энергии для нервной ткани и эритроцитов. Наиболее количество гликогена запасается в мышцах и печени. При этом лишь гликоген печени служит для поддержания глюкозы в крови, а мышечный обеспечивает энергией лишь сами миоциты.
Важность обмена гликогена можно проиллюстрировать последствиями недостаточности фермента, отвечающего за его распад (гликогенфосфорилазы). Болезнь МакАрдла — это наследственное нарушение, основным симптомом которого являются мышечные колики при физических нагрузках. В мышцах у таких пациентов отсутствует фермент, отщепляющий от гликогена остатки глюкозы — гликогенфосфорилаза (или миофосфорилаза). Синтезируемый гликоген при этом имеет нормальное строение, однако не расщепляется и потому не снабжает энергией мышечную ткань.
Обмен гликогена включает два взаимообратных процесса:
1.Гликогеногене́з — синтез гликогена.
2.Гликогено́лиз — распад гликогена.
Синтез и распад гликогена происходят в цитозоле клетки и регулируются реципрокно, подобно гликолизу и глюконеогенезу.
3.2Структура и функции гликогена
Основные запасы гликогена находятся в печени и скелетной мускулатуре. Однако и другие клетки способны синтезировать и запасать его для своих нужд. Функция мышечного гликогена заключается в запасании глюкозы для последующего её использования в качестве источника энергии для самих мышц. Печёночный гликоген служит для поддержания уровня глюкозы в крови (особенно на ранней стадии голодания).
Гликоген является аналогом крахмала, растительного полисахарида, и по структуре схож с с амилопектином, но более разветвлён и компактен, чем крахмал. Гликоген находится в цитозоле в виде гранул и играет важную роль в метаболизме глюкозы. Он является быстромобилизуемым депо глюкозы в организме. Гликоген более компактен, чем триацилглицеролы, запасающиеся в жировой ткани.
42Глава 3 Обмен гликогена
АКоличество гликогена в организме
Вмышцах синтезируется и запасается до 400 г гликогена (1-2% мышечной массы). В печени депонируется в 4 раза меньше гликогена: у взрослого человека — до 100-120 г (8-10% массы печени). Небольшое количество синтезируется в почках, глиальных клетках нервной ткани и лейкоцитах.
Б Структура гликогена
Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, состоящий из остатков α-D-глюкозы, связанных между собой с помощью α(1→4)-гликозидных связей и образующих ветви с помощью α(1→6)-гликозидных связей. Гликоген образует внутриклеточные гранулы диаметром 100-400 Å и более. Одна гранула содержит до 120 000 остатков глюкозы (обычно — меньше). В состав гранул почти всегда входят ферменты синтеза и распада гликогена, а также регуляторные белки. Гранулы мышечного гликогена могут достигать в диаметре 40 нм (сопоставимы с рибосомами). Масса молекулы гликогена может достигать 100 МДа.
Важной особенностью гликогена является его разветвленная структура. В молекуле гликогена остатки глюкозы образуют цепь, ветвящуюся через каждые 8-10 остатков. Эта цепь имеет множество нередуцирующих концов и один редуцирующий, связанный с белковым ядром. Это ядро представлено белковым ферментом гликогенином, участвующим в синтезе гликогена на ранних стадиях (см. ниже). Биохимический смысл такой разветвленной структуры гликогена заключается в его компактности и быстрой мобилизуемости (т.е. способности к быстрому распаду при необходимости).
Рис. 10. Структура гликогена.