50. Крахмал и гликоген: структура и свойства. Метаболизм гликогена и его регуляция.

Гликоген (С6Н10О5)n – запасающий полисахарид животных и человека, а также в клетках грибов, дрожжей и некоторых растений (кукурзы). В животных организмах гликоген локализируется в печени (20%) и мышцах (4%). Цепочки гликогена, как и крахмала, построены из остатков α-D-глюкозы, связанных α-(1,4)-глюкозидными связями. Но ветвление гликогена более частое, в среднем приходится на каждые 8 – 12 остатков глюкозы. Вследствие этого гликоген представляет собой более компактную массу, чем крахмал. Особенно много гликогена содержится в печени, где его количество может достигать 7% от массы всего органа. В гепатоцитах гликоген находится в гранулах большого размера, которые представляют собой кластеры, состоящие из более мелких гранул, являющихся единичными молекулами гликогена и имеющих среднюю молекулярную массу несколько миллионов. Эти гранулы содержат также ферменты, способные катализировать реакции синтеза и реакции распада гликогена. Поскольку каждое ответвление гликогена оканчивается невосстанавливающим остатком глюкозы, молекула гликогена имеет столько же невосстанавливающих концов, сколько ответвлений, и только один восстанавливающий конец. Ферменты деградации гликогена воздействуют только на невосстанавливающие концы и могут одновременно функционировать на многих ветвях молекулы. Это значительно увеличивает суммарную скорость распада молекулы гликогена на моносахариды.

Строение и свойства гликогена

Молекулы гликогена имеют разветвленную структуру и состоят из остатков альфа-D-глюкозы, соединенных 1,4- и 1,6-гликозидными связями. Гликоген растворяется в горячей воде, с растворов осаждается этиловым спиртом. Гликоген устойчив в щелочной среде, а в кислой среде при нагревании гидролизируется с образованием сначала декстринов, а потом глюкозы. С йодом гликоген дает красно-фиолетовую или красно-коричневую окраску, что свидетельствует о его сходстве с амилопектином. Молекулярная масса гликогена от 200 млн до нескольких миллиардов, оптически активен.

Крахмал – полисахарид, молекулы которого состоят из повторяющих глюкозных остатков, соединённых по α-1,4 (в линейной части) или α-1,6 связям (в точках ветвления).  Крахмал является основным резервным веществом большинства растений. Он образуется в клетках зелёных частей растения и накапливается в семенах, клубнях,луковицах. Молекулы крахмала бывают двух видов: линейные – амилоза и разветвлённые – амилопектин. Молекулы амилозы и амилопектина соединяются друг с другом посредством водородных связей, выстраиваясь в радиальные слои и образуя гранулы крахмала. В холодной воде крахмал практически нерастворим. При нагревании дисперсии крахмала в воде, молекулы воды проникают в гранулу до полной гидратации. При гидратации водородные связи между молекулами амилозы и амилопектина целостность гранулы, и она начинает набухать от центра. Желатинизируясь, набухшие гранулы могут повышать вязкость дисперсии и/или ассоциироваться в гели и плёнки. Температура желатинизации различна для крахмалов разных видов.  Крахмалы из разных источников различаются по размерам и форме гранул, соотношению амилоза: амилопектин, структуре молекул амилозы и амилопектина. 

Метаболизм гликогена

Гликоген служит в животном организме резервом углеводов, из которого по мере метаболической потребности могут высвобождаться глюкозофосфат или глюкоза. Хранение в организме собственно глюкозы неприемлемо из-за ее высокой растворимости: высокие концентрации глюкозы создают в клетке высоко гипертоническую среду, что приводит к притоку воды. Напротив, нерастворимый гликоген осмотически почти неактивен.

Регуляция метаболизма гликогена

Процессы накопления глюкозы в виде гликогена и его распада должны быть согласованы с потребностями организма в глюкозе как источнике энергии. Одновременное протекание этих метаболических путей невозможно, так как в этом случае образуется "холостой" цикл, существование которого приводит только к бесполезной трате АТФ.

Изменение направления процессов в метаболизме гликогена обеспечивают регуляторные механизмы, в которых участвуют гормоны. Переключение процессов синтеза и мобилизации гликогена происходит при смене абсорбтивного периода на постабсорбтивный или состояния покоя организма на режим физической работы. В переключении этих метаболических путей в печени участвуют гормоны инсулин, глюкагон и адреналин, а в мышцах - инсулин и адреналин.