Дефосфорилирование глюкозы осуществляется глюкозо-6-фосфатазой, находящейся в эндоплазматическом ретикулуме.
!!! Этот фермент есть только в печени и почках. В эпителии канальцев почек работа фермента связана с реабсорбцией глюкозы.
В гепатоцитах фермент необходим, когда печень поддерживает гомеостаз глюкозы в крови, т.е. клетки печени и почек могут дефосфорилировать глюкозо-6-фосфат, превращая его снова в глюкозу и выпускать её в кровеносное русло, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в норме.
Таким образом, мы видим, что печень играет очень важную роль в метаболизме углеводов. Она имеет специальную изоформу гексокиназы - глюкокиназу, позволяющую накапливать глюкозу в виде гликогена (за счёт высокой Km), а так же фермент глюкозо-6-фосфатазу, которая катализируют обратную реакцию для поддержания уровня глюкозы в крови.
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
СИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА ИЗ ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТА (ГЛИКОГЕНОГЕНЕЗ).
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ, РЕАКЦИИ, ФЕРМЕНТЫ. ТКАНЕВАЯ И КЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ.
Гликоген способен накапливаться практически во всех тканях, но наибольшие запасы – в печени и в скелетных мышцах (в период восстановления после нагрузки).
Как образуется гликоген в печени мы уже знаем. Там есть специальный фермент глюкокиназа, который связывает глюкозу только при высоких её концентрациях, т.е. при гипергликемии, после приёма богатой углеводами пищи, например.
Но это только начало синтеза гликогена. Для полноценного гликогеногенеза необходимы ферменты:
1)Фосфоглюкомутаза = превращение глюкозо 6-фосфата в глюкозо-1-фосфат
Помнишь, за что отвечал класс мутаз? За внутримолекулярные изменения. Т.е. этот фермент просто перенёс фосфат с 6го атома углерода на 1ый атом.
2)Глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза = ключевая реакция синтеза.
Поблагодарить
К глюкозо-1-фосфату присоединяется УТФ – уридинтрифосфат – нуклеотид. При соединении с глюкозо-1-фосфатом нуклеотид теряет 2 своих фосфата, т.е. становится монофосфатом. И два этих соедиинения – УМФ и глюкозо-1-фосфат соединяются через фосфатные группы друг друга (сколько раз я сказала слово фосфат…)
3)Гликогенсинтаза - образует α1,4- гликозидные связи и удлиняет гликогеновую цепочку, присоединяя активированный С1 атом (первый атом углерода) УДФ-глюкозы к С4 концевого остатка гликогена. При этом вся эта огромная молекула (УДФ-глюкоза) удаляется
То есть УДФ-глюкоза как бы навешивает на молекулу гликогена ещё молекулы глюкозы, как бусинки.
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
4)Амило-α1,4-α1,6-гликозилтрансфераза – фермент, который «ветвит» молекулу гликогена. Амилопектин и гликоген мы относили к ветвящимся полисахаридам, за счёт содержащихся в них α-1,6-гликозидной связи.
Так вот, этот фермент переносит фрагмент с минимальной длинной (6 остатков глюкозы) на соседнюю цепь с образованием той самой α-1,6-гликозидной связи, обеспечивающей разветвление молекулы.
Поблагодарить
РАСПАД ГЛИКОГЕНА ДО ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТА (ГЛИКОГЕНОЛИЗ). БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ, РЕАКЦИИ, ФЕРМЕНТЫ. ТКАНЕВАЯ И КЛЕТОЧНАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ
Гликогенолиз – путь расщепления гликогена с образованием субъединиц глюкозы.
И хотя запасы гликогена в печени могут увеличиваться до 200-300 г после приёма пищи, после ночного голодания (хотя у кого как, конечно..) остаётся лишь 80 г гликогена. К счастью, у печени есть и другой способ производства глюкозы – глюконеогенез, но о нём на следующем занятии.
В мышцах же запасы гликогена снижаются при интенсивной физической нагрузке, чтобы обеспечить миоциты энергией. То есть мышцы используют запасы гликогена только для своих нужд, как и другие ткани, в отличии от печени.
Распад гликогена активируется при недостатке свободной глюкозы в клетке, а значит, и в крови (при голодании или мышечной работе). В таком случае, как мы уже знаем, глюкозо-6-фосфатаза гидролизует фосфатный эфир глюкозы – отнимает у глюкозо-6-фосфата фосфатную группу, превращая её в глюкозу – и транспортирует в кровь через плазматическую мембрану.
Глюкозо-6-фосфат мы берём из… гликогена. Только для этого нам необходимо разложить этот огромный полисахарид на мелкие молекулы, которые мы уже сможем транспортировать через мембрану.
Для этого и необходим гликогенолизис. Тут мы идём как бы в обратном направлении гликогеногенеза.
В гликогенолизисе принимают участие 3 фермента:
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
1)Гликоген-фосфорилаза – расщепляет α- 1,4-гликозидные связи с образованием
глюкозо-1-фосфата. Расщепляет от эти связи до тех пор, пока до точки ветвления (α1,6-связи) не останется 4 остатка глюкозы. То есть фермент гликоген-фосфорилаза спокойно себе двигается по молекуле гликогена, отщепляя от него по одной молекуле глюкозы, при этом
фосфорилируя её (при помощи H3PO4), а
когда до участка, где гликоген ветвится, т.е. встречается α1,6-связь, остаётся всего 4 остатка глюкозы, он прекращает своё действие.
Кофермент: пиридоксальфосфат (Витамин В5)
2)α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза – у нас после действия предыдущего фермента осталось 4 остатка глюкозы, последний из которых образует участок ветвления благодаря α1,6-связи. Так вот, α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза переносит всего 3 из 4х остатков глюкозы на соседнюю цепь гликогена. При этом на прежнем месте остаётся всего один остаток глюкозы, соединённый α1,6-связью.
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
Постарайся акцентировать своё внимание на названиях ферментов, они практически кричат о своём действии на молекулы. Из названия , α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза мы можем понять, что она действует только на участки с α-1,4 связями, а раз трансфераза, значит он куда-то переносит эти участки.
3) Амило-α1,6-глюкозидаза, ("деветвящий" фермент) – гидролизует α1,6-гликозидную связь с высвобождением свободной (нефосфорилированной) глюкозы. В результате образуется цепь без ветвлений, вновь служащая субстратом для фосфорилазы.
Т.е, как ты, надеюсь, ещё не забыл, у нас остался всего один остаток (извините за тавтологию) глюкозы, который образует участок ветвления, т.е. соединён с соседней цепью α1,6-гликозидной связью. Амило-α1,6-глюкозидаза, как мы можем увидеть даже из названия, эту связь гидролизует и устраняет участок ветвления.
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ И МЫШЦАХ ПРИ НЕКОТОРЫХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ (ПОТРЕБЛЕНИЕ ПИЩИ, ГОЛОДАНИЕ, МЫШЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ). УЧАСТИЕ ГОРМОНОВ В ЭТИХ ПРОЦЕССАХ
При потреблении пищи, особенно высокоуглеводной, когда повышается уровень глюкозы в крови и активируется глюкокиназа печени (обладающая высокой Km, т.е. работающая только при высоких концентрациях глюкозы в крови), запускаются процессы гликогеногенеза.
Запасание гликогена характерно и для других клеток, особенно для миоцитов, которым необходима энергия для осуществления мышечного сокращения.
При голодании запасы гликогена истощаются. Это обычный процесс, даже во время ночного голодания (сна) запасы гликогена могут снизиться с 200-300 г до 80г. Т.е. запускаются процессы гликогенолизиса.
При мышечной активности миоциты расходуют свои запасы глюкогена, т.к. для мышечного сокращения необходима энергия. А главный источник энергии – глюкоза, мономер огромного полисахарида гликогена. Для того чтобы получить эту глюкозу, запускаются, опять же, процессы гликогенолизиса.
Мы уже знаем, что запасается гликоген во всех клетках, но особенно – в печени и в мышцах, эти процессы обеспечиваются ферментами гликогеногенеза. Ключевой фермент – гликогенсинтаза.
Гликогенолизис же происходит во время голодания, падения уровня глюкозы в крови и при активной мышечной работе. Ключевой фермент – гликогенфосфорилаза.
Но как клетки понимают, когда им стоить молекулы гликогена, а когда их разбирать на молекулки глюкозы?
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
РЕГУЛЯЦИЯ ФЕРМЕНТОВ ОБМЕНА ГЛИКОГЕНА – ГЛИКОГЕНСИНТАЗЫ И ГЛИКОГЕНФОСФОРИЛАЗЫ
Аллостерическая регуляция активности гликогенфосфорилазы при участии АМФ
Активность ключевых ферментов метаболизма гликогена гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы изменяется в зависимости наличия в составе фермента фосфорной кислоты – они активны либо в
фосфорилированной, либо в дефосфорилированной форме.
Так, ты уже всё это знаешь, но повторение – мать учения
Присоединение фосфатов к ферменту производят протеинкиназы (фосфат берётся из АТФ)
Гликогенфосфорилаза – фермент, активный в фосфорилированной форме (активируется протеинкиназами)
Гликогенсинтаза – фермент, активный в дефосфорилированной форме (активируется фосфорилазами)
То есть если мы повесим фосфат на гликогенфосфорилазу, она активируется, а если на гликогенсинтазу – она инактивируется и не сможет работать.
Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на клетку адреналина, глюкагона и некоторых других гормонов.
В результате адреналин и глюкагон вызывают гликогенолиз, активируя гликогенфосфорилазу.
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412
Унас есть два противоположных состояния:
1)Потребность в энергии
2)Избыток энергии
При потребности в энергии, например, при мышечном сокращении, адреналин вызывает фосфорилирование внутримышечных ферментов обмена гликогена. В результате гликогенфосфорилаза активируется, синтаза инактивируется. В мышце происходит распад гликогена, образуется глюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.
Так же при голодании в ответ на снижение глюкозы крови из поджелудочной железы секретируется глюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилирование ферментов обмена гликогена, что приводит к гликогенолизу и повышению глюкозы в крови.
При избытке энергии, когда кто-то очень хорошо покушал, на клетку действуют гормоны инсулин, глюкокортикоиды - запускаются процессы гликогенеза, активируется гликогенсинтаза, активная только дефосфорилированном виде, т.е. тут работают фосфорилазы, убирающие фосфат с гликогенсинтазы и активирующие её.
Поблагодарить меня: 5469 3900 1275 3412