Гликоген - это макромолекула (молекулярная масса около 400 миллионов дальтон) α-глюкозы, в которой есть в основном α-1,4-гликозидные связи и разветвления в соотношении 1:10 из-за α-1,6-гликозидных связей.
Гликоген представляет собой запасной материал, который постоянно разлагается и восстанавливается; во всей клеточной массе тела содержится около 100 г гликогена: большая часть его находится в печени, где он подвижен и поэтому может использоваться в качестве резерва для других органов (гликоген в мышцах неподвижен).
Все ферменты, катализирующие разложение и синтез гликогена, находятся в цитоплазме, поэтому необходима система регуляции, которая делает один путь неактивным, когда другой активен: если есть глюкоза, последняя превращается в гликоген (анаболизм), который резерв, и наоборот, если для глюкозы требуется c ", то гликоген деградирует (катаболизм).
Фермент, в основном участвующий в расщеплении гликогена, - это гликогенфосфорилаза; этот фермент способен расщеплять гликозидную α-1,4 связь с использованием неорганического ортофосфата в качестве литического агента: расщепление происходит фосфоролитическим путем, и получается глюкозо-1-фосфат.
В пяти или шести единицах от точки ветвления фермент гликогенфосфорилазы больше не может действовать, поэтому он отделяется от гликогена и заменяется дерамифицирующим ферментом, который представляет собой трансфераза: в каталитическом сайте этого фермента с "находится" гистидин, который позволяет переносить три сахаридных звена на ближайшую гликозидную цепь (гистидин атакует первый углерод молекулы глюкозы). Только что упомянутый фермент является гликозилтрансфераза; в конце действия этого фермента только одна единица глюкозы остается в боковой цепи с первым углеродом, связанным с шестым углеродом глюкозы в основной цепи. Последняя единица глюкозы в боковой цепи высвобождается под действием "фермент α-1,6 гликозидаза (этот фермент составляет вторую часть дерамифицирующего фермента); учитывая, что разветвления в гликогене находятся в соотношении 1:10, из полного разложения макромолекулы мы получаем около 90% глюкозо-1-фосфата и около 10% глюкоза.
Действие вышеупомянутых ферментов позволяет устранить боковую цепь из молекулы гликогена; активность этих ферментов может повторяться до тех пор, пока не произойдет полное разрушение цепи.
Рассмотрим гепатоцит; глюкоза (ассимилированная с пищей), когда она попадает в клетку, превращается в глюкозо-6-фосфат и, таким образом, активируется. Глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутаза, превращается в глюкозо-1-фосфат: последний не является непосредственным предшественником биосинтеза; в биосинтезе используется активированная форма сахаров, которая представлена сахаром, связанным с дифосфатом: обычно уридилдифосфат (UDP). затем превращается в UDP-глюкозу, этот метаболит под действием гликогенсинтаза который способен связывать UDP-глюкозу с невосстанавливающим концом растущего гликогена: получают удлиненный гликоген глюкозидной единицы и UDP. UDP превращается нуклеозидным ферментом дифосфокиназой в UTP, который возвращается в кровоток.
Разложение гликогена происходит под действием гликогенфосфорилаза который высвобождает молекулу глюкозы и превращает ее в глюкозо-1-фосфат. Впоследствии фосфоглюкомутаза превращает глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат.
Гликоген синтезируется, прежде всего, в печени и мышцах: в организме 1–1,2 г гликогена распределены по всей мышечной массе.
Гликоген миоцита представляет собой запас энергии только для этой клетки, в то время как гликоген, содержащийся в печени, также является резервом для других тканей, то есть он может быть отправлен в виде глюкозы другим клеткам.
Глюкозо-6-фосфат, полученный в мышцах в результате разложения гликогена, затем, в случае потребности в энергии, направляется на гликолиз; в печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу под действием глюкозо-6-фосфатфосфатаза (характерный фермент гепатоцитов) и попадает в кровоток.
Гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза работают с невосстанавливающими единицами гликогена, поэтому должен быть гормональный сигнал, который управляет активацией одного пути и блокированием другого (или наоборот).
В лаборатории можно было удлинить цепь гликогена, используя гликогенфосфорилазу и глюкозо-1-фосфат в очень высокой концентрации.
В клетках гликогенфосфорилаза только катализирует реакцию разложения, потому что концентрации метаболитов таковы, что смещают равновесие следующей реакции вправо (т. Е. В сторону разложения гликогена):
Давайте посмотрим на механизм действия гликогенфосфорилазы: кислород ацетала (который действует как мостик между звеньями глюкозы) связывается с водородом фосфорила: образуется промежуточный продукт реакции, полученный с помощью карбокатиона (на глюкозе, которая является всем " конечностей), с которыми очень быстро связывается фосфорил (Pi).
Гликогенфосфорилаза требует кофактора, который представляет собой пиридоксальфосфат (эта молекула также является кофактором трансаминаз): она имеет частично протонированный фосфорил (пиридоксальфосфат окружен гидрофобной средой, которая оправдывает присутствие связанных с ним протонов). Фосфорил (Pi) способен передавать протон гликогену, потому что этот фосфорил затем повторно захватывает протон из частично протонированного фосфорила пиридоксальфосфата. Вероятность того, что при физиологическом pH фосфорил потеряет свой протон и останется полностью депротонированным, очень мала.
Давайте теперь посмотрим, как работает фосфоглюкомутаза. Этот фермент представляет собой в каталитическом сайте остаток фосфорилированного серина; серин превращает фосфорил в глюкозо-1-фосфат (в шестом положении): за короткое время образуется 1,6-бисфосфат глюкозы, затем серин рефосфорилируется, занимая фосфорил в первом положении. Фосфоглюкомутаза может работать в обоих направлениях, т.е. превращать глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат или наоборот; Если образуется глюкозо-6-фосфат, он может быть отправлен непосредственно на гликолиз в мышцы или преобразован в глюкозу в печени.
Фермент уридилфосфоглюкотрансфераза (или UDP-глюкозопирофосфорилаза) катализирует реакцию переноса глюкозо-1-фосфата на UTP путем присоединения к фосфорилу а.
Только что описанный фермент - пирофосфорилаза: это название связано с тем, что реакция, противоположная только что описанной, представляет собой пирофосфорилирование.
УДФ-глюкоза, полученная, как описано, способна удлинить цепь гликогена за счет моносахаридной единицы.
Можно заставить реакцию развиваться в сторону образования UDP-глюкозы, удаляя продукт, которым является пирофосфат; фермент пирофосфатаза превращает пирофосфат в две молекулы ортофосфата (гидролиз ангидрида) и при этом поддерживает концентрацию пирофосфата на таком низком уровне, чтобы сделать процесс образования UDP-глюкозы термодинамически благоприятным.
Как уже упоминалось, UDP-глюкоза благодаря действию гликогенсинтазы способна удлинять гликогеновую цепь.
Разветвления (в соотношении 1:10) обусловлены тем фактом, что, когда цепь гликогена состоит из 20-25 звеньев, вмешивается разветвляющий фермент (имеющий «гистидин на своем каталитическом сайте»), способный передавать серию 7-8 гликозидных единиц ниже 5-6 единиц: таким образом создается новое разветвление.
По причинам нервного происхождения или если энергия необходима из-за физических нагрузок, адреналин выделяется надпочечниками.
Клетками-мишенями адреналина (и норадреналина) являются клетки печени, мышц и жировой ткани (в последней происходит разложение триглицеридов и циркуляция жирных кислот: следовательно, в митохондриях вырабатывается 6-фосфат глюкозы, чтобы быть отправляется на гликолиз, в то время как в адипоцитах глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу под действием фермента глюкозо-6-фосфатфосфатазы и экспортируется в ткани).
Посмотрим, теперь модальности действия адреналина. Адреналин связывается с рецептором, расположенным на клеточной мембране (миоцитов и гепатоцитов), и это определяет трансляцию сигнала извне внутрь клетки. Активируется протеинкиназа, которая одновременно действует на системы, регулирующие синтез и деградацию гликогена:
Гликогенсинтаза существует в двух формах: дефосфорилированной (активной) форме и фосфорилированной (неактивной) форме; протеинкиназа фосфорилирует гликогенсинтазу и блокирует ее действие.
Гликогенфосфорилаза может существовать в двух формах: в активной форме, в которой присутствует фосфорилированный серин, и в неактивной форме, в которой серин дефосфорилируется. Гликогенфосфорилаза может быть активирована ферментом киназа гликогенфосфорилазы. Киназа гликогенфосфорилазы активна, если она фосфорилирована, и неактивна, если она дефосфорилирована; протеинкиназа имеет в качестве субстрата киназу гликогенфосфорилазы, то есть она способна фосфорилировать (и, следовательно, активировать) последнюю, которая, в свою очередь, активирует гликогенфосфорилазу.
Когда сигнал адреналина прекращается, действие, которое он оказывает на клетку, также должно прекратиться: ферменты фосфатазы затем вмешиваются в белковые разновидности.
