Свойства и строение гликогена. Биосинтез гликогена. Мобилизация гликогена и его гормональная регуляция.

Гликоген (С6Н10О5)n – резервный полисахарид, который содержится в животных организмах. В животных организмах гликоген локализируется в печени (20%) и мышцах (4%).

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.

Гликоген в организме. В организме гликоген является резервным полисахаридом, который легко может превращаться в глюкозу. При голодании и значительной физической нагрузке содержание гликогена в печени и мышцах значительно уменьшается. Гликоген мышц и печени подвергается постоянному расщеплению и синтезу.
Ферментативное расщепление гликогена осуществляется двумя путями: гидролизом и фосфоролизом. Гидролитическое расщепление гликогена осуществляется альфа-амилазой, вследствие чего образуется мальтоза. При фосфорилировании гликогена при участии фосфорилазы (в печени) образуется глюкозо-1-фосфат.

Синтез гликогена осуществляется с глюкозо-6-фосфата при участии ДФ-глюкозы и ферментов гликозилтрансфераз, которые переносят остатки глюкозы с УДФ-глюкозы на нередуцированный конец полисахаридной цепи. Синтез и расщепление гликогена регулируется нервно-гуморальными системами (ЦНС, инсулином, адреналином). Нарушение обмена гликогена наблюдается при различных наследственных заболеваниях

Синтез.

Глюкоза, поступаеющая в клетку, фосфорилируется при участии АТФ. Затем глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат под действием фермента фосфоглюкомутазы. Чтобы синтез гликогена был термодинамически необратимым, необходима дополнительная стадия образования уридинди-фосфатглюкозы из УТФ и глюкозо-1-фосфата. Фермент, катализирующий эту реакцию, - УДФ-глюкопирофосфорилаза. Образованная УДФ-глюкоза далее используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена. Эту реакцию катализирует фермент гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза). Так как гликоген в клетке никогда не расщепляетс полностью, синтез гликогена осуществляется путём удлинения уже имеющейся молекулы полисах. К "затравке" последовательно присоединяются молекулы глюкозы. Разветвлённая структура гликогена образуется при участии амило-1,4 →1,6-глюкозилтрансферазы.

Распад гликогена происходит при участии двух ферментов: гликогенфосфорила-зы и фермента с двойной специфичностью — 4:4-трансферазы/а-1,6-гликозидазы.Гликогенфосфорилаза катализирует фосфоролиз 1,4-гликозидной связи нере-дуцирующих концов гликогена (рис. 9.19): глюкозные остатки отщепляются один за другим в форме глюкозо-1-фосфата. При этом гликогенфосфорилаза не может
отщеплять глюкозные остатки от коротких ветвей, содержащих менее пяти глюкозных остатков; такие ветви удаляются 4:4-транс-феразой/а-1,6-гликозидазой. Этот фермент катализирует перенос фрагмента из трех остатков короткой ветви на концевой глюкоз-ный остаток более длинной ветви, кроме того, он гидролизует 1,6-гликозидную связь и таким образом удаляет последний остаток ветви.
Голодание в течение 24 ч приводит практически к полному исчезновению гликогена в клетках печени. Однако при ритмичном питании каждая молекула гликогена может существовать неопределенно долго: при отсутствии пищеварения и поступления в ткани глюкозы молекулы гликогена уменьшаются за счет расщепления периферических ветвей, а после очередного приема пищи вновь вырастают до прежних размеров. Аналогичные процессы происходят и в мышечной ткани, но здесь они в значительной мере определяются режимом мышечной работы.
Глюкозо-1-фосфат, образующийся из гликогена, при участии фосфоглюкомута-зы превращается в глюкозо-6-фосфат, дальнейшая судьба которого в печени и в мышцах различна. В печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозу при участии глюкозо-6-фосфатазы, глюкоза выходит в кровь и используется в других органах и тканях. В мышцах нет этого фермента, поэтому глюкозо-6-фосфат используется здесь же, в мышечных клетках, распадаясь аэробным или анаэробным путем.

Ругцляция. В постабсорбтивном состоянии концентрация глюкозы в крови равна примерно 5 ммоль/л (90 мг/дл). После приема пищи в результате всасывания глюкозы из кишечника ее концентрация в крови увеличивается (алиментарная гиперглюко-земия). Максимум концентрации — около 150 мг/дл — достигается примерно через час; еще примерно через 1,5 ч концентрация глюкозы возвращается к уровню постабсорбтивного состояния.
Синтез и секреция инсулина и глюкагона регулируются глюкозой, причем противоположным образом: при повышении концентрации глюкозы в крови секреция инсулина увеличивается, а глюкагона, наоборот, уменьшается. Таким образом, их концентрации в крови изменяются реципрокно: при пищеварении концентрация инсулина высокая, концентрация глюкагона низкая; в постабсорбтивном состоянии отношение обратное. Однако следует отметить, что амплитуда изменений концентрации инсулина гораздо больше, чем глюкагона: концентрация инсулина изменяется примерно в 7 раз, а глюкагона — в 1,5-2 раза. Противоположно также и действие этих гормонов на метаболизм: инсулин стимулирует процессы запасания веществ при пищеварении, а глюкагон — их мобилизацию в постабсорбтивном состоянии. Поэтому направление метаболических процессов зависит не столько от абсолютной концентрации гормонов, сколько от отношения их концентраций: [инсулин]/[глюкагон] (инсулин-глюкагоновый индекс).Гликоген как запасная форма глюкозы накапливается в клетках во время пищеварения и расходуется в промежутках между приемами пищи. Очевидно, при смене
этих периодов должны изменяться относительные скорости синтеза и распада гликогена. Кроме того, энергетические потребности организма изменяются при переходе от покоя к активности и наоборот, и соответственно должна регулироваться скорость расходования гликогена. Наконец, одновременное протекание и синтеза, и распада гликогена в одной и той же клетке привело бы к образованию порочного (растратного) цикла, единственным результатом которого было бы растрачивание АТФ (рис. 9.25). Следовательно, регуляторные механизмы должны быть такими, чтобы при включении одного процесса автоматически выключался бы другой.