Синтез гликогена (гликогеногенез)

Гликоген синтезируется с затратой энергии в период пищеварения (через 1—2 ч после приёма углеводной пищи).

 

 

 

 

Синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисахарида, называемой «затравка», или «праймер». В состав праймера может входить белок гликогенин, в котором к Тир присоединен олигосахарид (примерно из 8 остатков глюкозы). Глюкозные остатки переносятся гликогенсинтазой на нередуцирующий конец олигосахарида и связываются α -1,4-гликозидными связями.

 

При удлинении линейного участка примерно до 11 глюкозных остатков, фермент ветвления переносит её концевой блок, содержащий 6—7 остатков, на внутренний остаток глюкозы этой или другой цепи с образованием б-1,6-гликозидной связи. Новая точка ветвления образуется на расстоянии не менее 4 остатков от любой уже существующей точки ветвления.

Распад гликогена (гликогенолиз)

Распад гликогена происходит путем последовательного отщепления глюкозо-1-ф в ответ на повышение потребности организма в глюкозе. Реакцию катализирует гликогенфосфорилаза:

Гликогенфосфорилаза состоит из 2 идентичных субъединиц (94500 Да). Неактивная форма обозначается b, активная - a. Активируется киназой фосфорилазы b путемфосфорилирования каждой субъединицы по серину в 14 положении.

Гликогенфосфорилаза расщепляет фосфоролизом α -1,4-гликозидные связи, до тех пор, пока до точки ветвления не остается 4 остатка глюкозы.

Инактивация гликогенфосфорилазы происходит при дефосфорилировании с участием специфической фосфатазы фосфорилазы (фосфопротеинфосфотазы ФПФ).

Удаление ветвления осуществляет деветвящий фермент. Он обладает трансферазной и гликозидазной активностями. Трасферазная часть (олигосахаридтрансфераза) переносит три оставшихся до точки ветвления глюкозных остатка на нередуцирующий конец соседней цепи, удлиняя её для фосфорилазы.

Гликозидазная часть (α -1,6-глюкозидаза) гидролизует α-1,6-гликозидную связь, отщепляя глюкозу.

Глюкозо-1-ф изомеризуется в глюкозо-6-ф фосфоглюкомутазой.

 

Регуляция обмена гликогена

 

Метаболизм гликогена контролируется гормонами: в печени (рис.3) - инсулином, глюкагоном, адреналином; в мышцах (рис.4) - инсулином и адреналином, которые регулируют фосфорилирование /дефосфорилирование 2 ключевых ферментов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.

АТФ

АДФ

Глюкоза-1-ф Гликоген

ПК А*

Гликогенфосфорилаза

Гликогенфосфорилаза

АТФ

АДФ

Киназа фосфорилазы

АТФ

АДФ

Киназа фосфорилазы

ПК КМ

ПК КМ

4Са^2+ КМ

ПК С

ПК С

Са^2+, ДАГ

ФПФ

Н2О

Фн

ФПФ

Н2О

Фн

ФПФ

АТФ

АДФ

Гликогенсинтаза

Гликогенсинтаза

цАМФ

Цитоплазмати- ческая мембрана

β2

АЦ

G

АТФ

Г

ГТФ

ГДФ

Глюкагон Адреналин

АМФ

α 1

Г

G

ФЛ С

ФИФ2

ИФ3

ДАГ

Адреналин

ЭПР

ГТФ

ГДФ

ПЕЧЕНЬ

Г

инсулин

Са^2+

Са^2+

+

+

+

Ras- путь

ПК

4 Са^2++ Кальмодулин (КМ)

ПК А

цитоплазма

ПК А*

ФДЭ

ФДЭ

Ras- путь

4Са^2+КМ

ФПФ

Киназа фосфорилазы

 

Рис.3 Метаболизм гликогена в печени

АТФ

Глюкоза-1-ф Гликоген

ПК А*

Гликогенфосфорилаза

Гликогенфосфорилаза*

АТФ

АДФ

Киназа фосфорилазы

АТФ

АДФ

Киназа фосфорилазы

ФПФ

Н2О

Фн

ФПФ

Н2О

Фн

ФПФ

АТФ

АДФ

Гликогенсинтаза

Гликогенсинтаза

цАМФ

Цитоплазмати- ческая мембрана

β2

АЦ

G

АТФ

Г

ГТФ

ГДФ

Адреналин

АМФ

α 1

Г

G

ФЛ С

ФИФ2

ИФ3

ДАГ

Адреналин

ЭПР

ГТФ

ГДФ

Г

инсулин

Са^2+

Са^2+

+

+

+

Ras- путь

ПК

4 Са^2++ Кальмодулин (КМ) → 4Са^2+КМ

ПК А

цитоплазма

ПК А*

ФДЭ

ФДЭ

Ras- путь

4Са^2+КМ

ФПФ

Киназа фосфорилазы

+ 2АМФ

- 2АМФ

АДФ

Рис.4 Метаболизм гликогена в мышцах

При недостаточном уровне глюкозы в крови выделяется гормон глюкагон, в крайних случаях – адреналин. Они стимулируют фосфорилирование гликогенсинтазы (она инактивируется) и гликогенфосфорилазы (она активируется). При повышении уровня глюкозы в крови выделяется инсулин, он стимулирует дефосфорилирование гликогенсинтазы (она активируется) и гликогенфосфорилазы (она инактивируется). Кроме того, инсулин индуцирует синтез глюкокиназы, тем самым, ускоряя фосфорилирование глюкозы в клетке. Всё это приводит к тому, что инсулин стимулирует синтез гликогена, а адреналин и глюкагон – его распад.

 В печени существует и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы: ее ингибирует АТФ и глюкозо-6ф, а активирует АМФ.

Нарушения обмена гликогена

Гликогеновые болезни — группа наследственных нарушений, в основе которых лежит снижение или отсутствие активности ферментов, катализирующих реакции синтеза или распада гликогена, либо нарушение регуляции этих ферментов.

Гликогенозы — заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах.

В настоящее время гликогенозы делят на 2 группы: печёночные и мышечные.

Печёночные формы гликогенозов ведут к нарушению использования гликогена для поддержания уровня глюкозы в крови. Поэтому общий симптом для этих форм — гипогликемии в постабсорбтивный период.

Болезнь Гирке (тип I) отмечают наиболее часто. Причина — наследственный дефект глюкозо-6-фосфатазы — фермента, обеспечивающего выход глюкозы в кровоток после её высвобождения из гликогена клеток печени и почек. Клетки печени и извитых канальцев почек заполнены гликогеном, печень и селезенка увеличены, у больных опухлое лицо - «лицо китайской куклы». Болезнь проявляется гипогликемией, гипертриацилглицеролемией, гиперурикемией, ацидоз.

1). В гепатоцитах: ↑глюкозо-6-ф → ↑ПВК, ↑лактат (ацидоз), ↑рибозо-5-ф. ↑рибозо-5-ф→ ↑пуринов→ ↑ мочевая кислота

2). В крови: ↓глюкоза →↓инсулин/глюкагон→:

а) ↑липолиз жировой ткани → ↑ЖК в крови.

б). ↓ЛПЛ жировой ткани → ↑ТАГ в крови.

Лечение - диета по глюкозе, частое кормление.

Болезнь Кори (тип III) распространена, 1/4 всех печёночных гликогенозов. Накапливается разветвленный гликоген, так как дефектен деветвящий фермент. Гликогенолиз возможен, но в незначительном объёме. Лактоацидоз и гиперурикемия не отмечаются. Болезнь отличается более лёгким течением чем болезнь Гирке.

Мышечные формы гликогенозов характеризуются нарушением в энергоснабжении скелетных мышц. Эти болезни проявляются при физических нагрузках и сопровождаются болями и судорогами в мышцах, слабостью и быстрой утомляемостью.

Болезнь МакАрдла (тип V) — аутосомно-рецессивная патология, отсутствует в скелетных мышцах активность гликогенфосфорилазы. Накопление в мышцах гликогена аномальной структуры.

Агликогеноз (гликогеноз 0 по классификации) — заболевание, возникающее в результате дефекта гликогенсинтазы. В печени и других тканях больных наблюдают очень низкое содержание гликогена. Это проявляется резко выраженной гипогликемией в постабсорбтивном периоде. Характерный симптом — судороги, проявляющиеся особенно по утрам. Болезнь совместима с жизнью, но больные дети нуждаются в частом кормлении.

ВОПРОСЫ, ВХОДЯЩИЕ В РУБЕЖНЫЙ КОНТРОЛЬ

 1. Углеводы: определение класса, принципы нормирования суточной потребности,

      структурная и метаболическая роль.

2. Гликоген и крахмал: структуры, механизмы переваривания и всасывания конечных

      продуктов гидролиза.

3. Механизмы мембранного пищеварения углеводов и всасывания моносахаридов.

4. Мальабсорбция: понятие, биохимические причины, общие симптомы.

5. Синдром непереносимости молока: причины, биохимические нарушения, механизмы

      развития основных симптомов, последствия.

6. Углеводы: строение и биологическое значение

      гетерополисахаридов.

 7. Производные моносахаридов: уроновые и сиаловые кислоты, амино - и

      дезоксисахариды - строение и биологическая роль.

8. Пищевые волокна и клетчатка: особенности строения, физиологическая роль.

9. Гл6Ф: реакции образования и распада до глюкозы, номенклатура и характеристика

     ферментов, значение.

10  .Пути обмена Гл6Ф, значение путей, реакции образования из глюкозы, характеристика

     и номенклатура ферментов.

11. Реакции расщепления гликогена до глюкозы и Гл6Ф – тканевые особенности, значение,

ферменты, регуляция.

12. Реакции биосинтеза гликогена из глюкозы и Гл6Ф – тканевые особенности, ферменты,

регуляция, значение.

13. Механизмы ковалентной и аллостерической регуляции обмена гликогена, значение.

14. Адреналин и глюкагон: сравнительная характеристика по химической природе,

механизму действия, метаболическим и физиологическим эффектам в различных

 тканях.

15. Механизмы гормональной регуляции обмена гликогена, значение.

 

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Из приведенного ниже перечня выберите верное определение термина углеводы:

A. многоатомные альдегидо – или кетоспирты или их полигликозиды

B. органические вещества, растворимые в неполярных растворителях

C. многоатомные спирты, содержащие аминогруппу

D. карбоновые кислоты, содержащие аминогрупп

2. Из приведенного ниже перечня выберите, какую функцию выполняют в организме моносахариды: (2 ответа)

A. пластическую

B. антиоксидантную

C. энергетическую

D. определяют группы крови

 

3. Из приведенного ниже перечня выберите, какую функцию выполняет в организме глюкоза:

A. является структурным компонентом межклеточного вещества

B. определяет группы крови

C. пластическую

D. антиоксидантную

 

4. Из приведенного ниже перечня выберите, какую функцию выполняет в организме лактоза(2 ответа):

A. препятствует свертыванию крови

B. является источником моносахаридов

C. питательная

D. определяет группы крови

 

5. Из приведенного ниже перечня выберите, какую функцию выполняет в организме гепарин:

A. усиливает свертывание крови

B. является фрагментом гликолипидов

C. препятствует свертыванию крови

D. энергетическую

 

6. Из приведенного ниже перечня выберите, как изменяется суточная потребность в углеводах у людей пожилого возраста по сравнению с людьми зрелого возраста:

A. увеличивается

B. уменьшается

C. не изменяется

 

7. Из приведенного ниже перечня выберите, какой углевод всасывается в тонкой кишке только путем обычной диффузии:

A. ксилоза

B. фруктоза

C. глюкоза

D. галактоза

 

8. Из приведенного ниже перечня выберите, какой углевод всасывается в тонкой кишке путем только вторично-активного транспорта:

A. рибоза

B. ксилоза

C. арабиноза

D. глюкоза

 

9. Из приведенного ниже перечня выберите наиболее инсулинзависимый белок-переносчик глюкозы:

A. ГЛЮТ- 3

B. ГЛЮТ- 4

C. ГЛЮТ- 2

D. ГЛЮТ- 1

 

10. Из приведенного ниже перечня выберите, в какой период пищеварения происходит синтез гликогена:

A. абсорбтивный

B. постабсорбтивный

C. голодания

 

11. Из приведенного ниже перечня выберите, какой основной тип гликозидной связи характерен для гликогена: (2 ответа)

A. α-1,6

B. α-1,2

C. α-1,4

D. β-1,4

 

12. Из приведенного ниже перечня выберите те ферменты, которые непосредственно участвуют в образовании гликогена в печени:

A. гексокиназа

B. α-1,6-гликозидаза

C. фосфоглюкомутаза

D. гликогенсинтаза

 

13. Из приведенного ниже перечня выберите механизм активации гликогенфосфорилазы в печени:

A. дефосфорилирования

B. белок-белкового взаимодействия

C. частичный протеолиз

D. фосфорилирования

 

14. Из приведенного ниже перечня выберите механизм инактивации гликогенфосфорилазы в печени:

A. фосфорилирование

B. дефосфорилирование

C. частичный протеолиз

D. белок-белковое взаимодействие

 

15. Из приведенного ниже перечня выберите гормон, который стимулирует синтез гликогена в печени:

A. кортизол

B. инсулин

C. глюкагон

D. адреналин

 

16. Из приведенного ниже перечня выберите продукт рнеакции, который образуется в результате фосфоролиза гликогена:

A. Глюкоза

B. Глюкоза-1-фосфат

C. Глюкоза-6-фосфат

D. мальтоза

17.   Из приведенного ниже перечня выберите положительный модулятор, который обеспечивает аллостерическую регуляцию гликогенфосфорилазы:

A. АМФ

B. АТФ

C. Глюкозо-6ф

D. АДФ

 

18. Из приведенного ниже перечня выберите механизм регуляции гликогенсинтазы глюкагоном:

A. Аллостерический

B. Ковалентные модификации

C. Индукция-репрессия

D. Конкурентный

 

19. Из приведенного ниже перечня выберите, какими гормонами стимулируется биосинтез гликогена в печени?

A. Инсулин

B. Глюкагон

C. Вазопрессин

D. Альдостерон

 

20. Из приведенного ниже перечня выберите причину гликогенозов:

A. приобретенный дефект ферментов гликогенолиза

B. наследственный дефект ферментов гликогенолиза

C. наследственный дефект ферментов гликогенеза

D. приобретенный дефект ферментов гликогенеза

 Ответы: