Свойства и распространение гликогена как резервного полисахарида. Биосинтез гликогена. Мобилизация гликогена.

Что такое гликоген? Гликоген – гомополисахарид животных и человека. Мономер – глюкоза. В клетках животных играет резервную функцию. Представляет собой структурный аналоги крахмала, но имеет большую степень ветвления: примерно на каждые 10 остатков глюкозы приходится одна альфа-1,6 гликозидная связь. В абсолютном значении больше всего в запасается в печени. В относительном – в мышцах. Т.Е. если взять отдельно каждый мышцы и печень – больше всего в ПЕЧЕНИ. Однако если взять сумму гликогена во ВСЕХ мышцах, там его будет больше. Цифры. После приѐма пищи, богатой углеводами, запас гликогена в печени может составлять примерно 5% от еѐ массы. В мышцах запасается около 1%. Однако мышечной массы значительно больше, поэтому в итоге гликогена в них примерно в два раза больше. Суммарно в организме может содержаться до 450 г гликогена.

Все выглядит примерно так:

Глюкоза поступает в клетку, где фосфорилируется при участии АТФ. Образуется глюкозо-6-фосфат. Но стране нужен гликоген!

Глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат. Фермент: фосфоглюкомутаза.

Можно было бы строить цепь гликогена, одна реакция обратимая, поэтому неконтролируемая. Требуется добавить еще пару штрихов.

На первой стадии синтеза глюкозо-6-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Фермент – глюкозо-1-фосфат -уридилилтрансфераза.

Выглядит так:

Глюкозо-1-фосфат + УТФ = УДФ-глюкоза + Пирофосфат.

На второй стадии образования гликогена происходит перенос глюкозного остатка, входящего в соста УДФ, на глюкозидную цепь гликогена. Образуется альфа-(1-4)- связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильного группой остатка глюкозы цепи.

Фермент – гликогенсинтетаза.

Однако гликогенсинтетаза неспособна катализировать альфа-(1-6)-связи. Этим занимается другой фермент- гликогенветвящего 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, насчитывается не менее 11 остатков, на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. Образуется новая ветвь. Выглядит примерно так:

Мобилизация (распад) гликогена или гликогенолиз активируется при недостатке свободной глюкозы в клетке, а значит и в крови (голодание, мышечная работа). При этом уровень глюкозы крови "целенаправленно" поддерживает только печень, в которой имеется глюкозо-6-фосфатаза, гидролизующая фосфатный эфир глюкозы. Образуемая в гепатоците свободная глюкоза выходит через плазматическую мембрану в кровь.

В гликогенолизе непосредственно участвуют три фермента:

1. Фосфорилаза гликогена (кофермент пиридоксальфосфат) – расщепляет α-1,4-гликозидные связи с образованием глюкозо-1-фосфата. Фермент работает до тех пор, пока до точки ветвления (α1,6-связи) не останется 4 остатка глюкозы.

2. α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза – фермент, переносящий фрагмент из трех остатков глюкозы на другую цепь с образованием новой α1,4-гликозидной связи. При этом на прежнем месте остается один остаток глюкозы и "открытая" доступная α1,6-гликозидная связь.

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.

55. Особенности обмена глюкозы в разных органах и клетках: эритроциты, мозг, мышцы, жировая ткань, печень.

Метаболизм глюкозы в эритроцитах. Эритроциты лишены митохондрий, поэтому в качестве энергетического материала они могут использовать только глюкозу. В эритроцитах катаболизм глюкозы обеспечивает сохранение структуры и функции гемоглобина, целостность мембран и образование энергии для работы ионных насосов. Глюкоза поступает в эритроциты путѐм облегчѐнной диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Около 90% поступающей глюкозы используется в анаэробном гликолизе, а остальные 10% - в пентозофосфатном пути. Конечный продукт анаэробного гликолиза лактат выходит в плазму крови и используется в других клетках, прежде всего гепатоцитах.

Метаболизм глюкозы в печени. Основная роль печени в углеводном обмене заключается в обеспечении постоянства концентрации глюкозы в крови. Это достигается регуляцией между синтезом и распадом гликогена, депонируемого в печени. В печени синтез гликогена и его регуляция в основном аналогичны тем процессам, которые протекают в других органах и тканях, в частности в мышечной ткани. Синтез гликогена из глюкозы обеспечивает в норме временный резерв углеводов, необходимый для поддержания концентрации глюкозы в крови в тех случаях, если ее содержание значительно уменьшается (например, у человека это происходит при недостаточном поступлении углеводов с пищей или в период ночного «голодания»).

Метаболизм глюкозы в мозгу. Основным субстратом дыхания мозговой ткани является глюкоза. В 1 мин 100 г ткани мозга потребляют в среднем 5 мг глюкозы. Подсчитано, что более 90% утилизируемой глюкозы в ткани мозга окисляется до СО2 и Н2О при участии цикла трикарбоновых кислот. В физиологических условиях роль пентозофосфатного пути окисления глюкозы в мозговой ткани невелика, однако этот путь окисления глюкозы присущ всем клеткам головного мозга. Образующаяся в процессе пентозофосфатного цикла восстановленная форма НАДФ (НАДФН) используется для синтеза жирных кислот и стероидов. Между глюкозой и гликогеном мозговой ткани имеется тесная связь, выражающаяся в том, что при недостаточном поступлении глюкозы из крови гликоген головного мозга является источником глюкозы, а глюкоза при ее избытке исходным материалом для синтеза гликогена.

Метаболизм глюкозы в мышцах. При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма. Однако при больших нагрузках, когда

возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз.