Продукт пентозофосфатного пути окисления глюкозы

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы

Пентозофосфатный путь (апотомическое окисление глюкозы) – это прямой путь окисления глюкозо-6-фосфата без его изомерного превращения во фруктозо-6-фосфат и дополнительного фосфорилирования (рис. 93). Он характерен для клеток животных организмов.

В пентозофосфатном пути глюкозо-6-фосфат подвергается окислительному распаду до пентозофосфатов. У человека и высших животных интенсивность превращений в этом пути особенно высока в печени, надпочечниках, эмбриональной ткани и лактирующей молочной железе.

Апотомическое окисление происходит в две стадии – окислительную и неокислительную. Окислительная стадия начинается с окисления глюкозо-6-фосфата пиридинзависимым ферментом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой. В качестве кофермента у этого энзима используется НАДФ.

Продуктом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции является 6-фос-фоглюконолактон. Он представляет собой нестойкое соединение, которое с высокой скоростью гидролизуется в реакции, катализируемой 6-фосфоглюконолактоназой с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты (6-фосфоглюконата). Далее 6-фосфоглюконовая кислота подвергается процессам окисления и декарбоксилирования под действием фермента 6-фос-фоглюконатдегидрогеназы. В качестве кофермента этого энзима используется НАДФ. Продуктами 6-фосфоглюконатдегидрогеназной реакции являются молекула углекислого газа, рибулезо-5-фосфат и восстановленный НАДФ.

Рисунок 93 – Окислительная стадия пентозофосфатного пути

Рибулезо-5-фосфат под действием фермента пентозофосфатизомеразы, может подвергаться изомеризации в рибозо-5-фосфат. Помимо этого, в реакции, катализируемой пентозофосфатэпимеразой, он может подвергаться превращению в ксилуозо-5-фосфат. Ниже приведена реакция образования ксилуозо-5-фосфата.

Реакцией образования рибозо-5-фосфата завершается окислительная стадия апотомического окисления глюкозы. При этом ее балансовое уравнение может быть представлено как

Глюкозо-6-фосфат + 2 НАДФ + Н₂О = Рибозо-5-фосфат + СО₂ +

В большинстве тканей высших животных процесс пентозофосфатного окисления глюкозы на этом завершается. Однако в печени, молочной железе, надпочечниках и некоторых других органах продукты окислительной стадии пентозофосфатного цикла подвергаются дальнейшим превращениям в неокислительной стадии. В процессе неокислительной стадии образуются промежуточные продукты обмена, являющиеся промежуточными продуктами первой стадии гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат, глицеральдегид-3-фосфат).

Субстратами неокислительной стадии являются ксилуозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. Реакция взаимодействия между ними катализируется ферментом транскетолазой. Коферментом этого энзима является тиаминпирофосфат (ТПФ), играющий роль промежуточного переносчика гликольальдегидной группы от ксилулозо-5-фосфата крибозо-5-фосфату. Ниже представлен механизм неокислительной стадии апотомического окисления глюкозы (жирным шрифтом выделены конечные продукты).

Продукты транскетолазной реакции далее взаимодействуют друг с другом в реакции, катализируемой трансальдолазой. В результате этого взаимодействия образуются конечный продукт неокислительной стадии – фруктозо-6-фосфат, а также промежуточный продукт – эритрозо-4-фосфат. Эритрозо-4-фосфат под влиянием транскетолазы вступает во взаимодействие с новой молекулой ксилуозо-5-фосфата. При этом образуются еще два конечных продукта неокислительной стадии – фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Таким образом, в результате превращений пентозофосфатов в неокислительной стадии процесса образуются две молекулы фруктозо-6-фосфата и одна молекула глицеральдегид-3-фосфата.

Балансовое уравнение неокислительной стадии пентозофосфатного цикла можно представить в следующем виде:

Рибозо-5-фосфат + 2 ксилуозо-5-фосфат =

= 2 фруктозо-6-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат

Образовавшийся в процессе пентозофосфатного окисления глюкозы восстановленный НАДФ не окисляется в митохондриальной дыхательной цепи. Он используется для биосинтетических процессов в цитозоле. В этой связи процесс пентозофосфатного окисления глюкозы не имеет энергетического значения.

Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы связано с тем, что он является основным источником восстановленного НАДФ, требуемого для биосинтеза липидов и пентозофосфатов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот и коферментов.

Помимо этого, продукты пентозофосфатного пути могут вовлекаться в гликолиз. За счет этого, пентозофосфатный путь и гликолиз оказываются тесно связанными друг с другом.

Источник

Продукт пентозофосфатного пути окисления глюкозы

а) Высвобождение энергии из глюкозы с помощью пентозофосфатного цикла. Большинство мышц организма для получения энергии используют в основном углеводы, для этого они расщепляются посредством гликолиза до пировиноградной кислоты с последующим ее окислением. Однако процесс гликолиза не является единственным способом, с помощью которого глюкоза может расщепляться и использоваться для энергетических целей. Другим важным механизмом расщепления и окисления глюкозы служит пентозофосфатный путь (или фосфоглюконатный путь), который ответствен за 30% распада глюкозы в печени, что превышает ее расщепление в жировых клетках.

Этот путь особенно важен, поскольку обеспечивает клетки энергией независимо от всех ферментов цикла лимонной кислоты, поэтому он является альтернативным путем обмена энергии в случаях нарушений ферментных систем цикла Кребса, что принципиально важно для обеспечения энергией многочисленных процессов синтеза в клетках.

Пентозофосфатный путь метаболизма глюкозы

Видно, что на различных этапах превращения глюкозы могут выделяться 3 молекулы углекислого газа и 4 атома водорода с образованием сахара, содержащего 5 атомов углерода, — D-рибулезы. Это вещество может последовательно превращаться в различные другие пяти-, четырех-, семи- и трехуглеродные сахара. В итоге путем различных комбинаций этих углеводов может ресинтезироваться глюкоза.

При этом ресинтезируются только 5 молекул глюкозы на каждые 6 молекул, исходно вступивших в реакции, поэтому пентозофосфатный путь является циклическим процессом, приводящим к метаболическому распаду одной молекулы глюкозы в каждом завершившемся цикле. При повторении цикла вновь все молекулы глюкозы превращаются в углекислый газ и водород. Затем водород вступает в реакции окислительного фосфорилирования, образуя АТФ, однако чаще он используется для синтеза жиров и других веществ следующим образом.

в) Использование водорода для синтеза жиров. Функции никотинамидадениндинуклеотидфосфата. Водород, выделяющийся во время пентозофосфатного цикла, не объединяется с НАД+, как во время гликолиза, но взаимодействует с НАДФ+, который практически идентичен НАД+, за исключением фосфатного радикала. Эта разница имеет существенное значение, т.к. только при условии связывания с НАДФ+ с образованием НАДФ-Н водород может использоваться для образования жиров из углеводов и синтеза некоторых других веществ.

Когда гликолитический процесс использования глюкозы замедляется в связи с меньшей активностью клеток, пентозофосфатный цикл остается действенным (особенно в печени) и обеспечивает расщепление глюкозы, которая продолжает поступать в клетки. Образующийся при этом в достаточных количествах НАДФ-Н способствует синтезу из ацетил-КоА (производного глюкозы) длинных цепочек жирных кислот. Это еще один путь, который обеспечивает использование энергии, заключенной в молекуле глюкозы, но в этом случае для образования не АТФ, а запасов жира в организме.

в) Превращение глюкозы в гликоген или жиры. Если глюкоза не используется сразу на энергетические нужды, но избыток ее продолжает поступать в клетки, она начинает запасаться в виде гликогена либо жиров. Пока глюкоза хранится преимущественно в виде гликогена, который запасается в максимально возможном количестве, этого количества гликогена хватает для обеспечения энергетических потребностей организма в течение 12-24 ч.

Если гликоген-запасающие клетки (главным образом клетки печени и мышц) приближаются к пределу своих возможностей по запасанию гликогена, продолжающая поступать глюкоза превращается в клетках печени и жировой ткани в жиры, которые направляются на хранение в жировые ткани. Другие пути превращения жиров изложены в отдельной статье на сайте (просим вас пользоваться формой поиска выше).

Источник

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ

Открытие пути прямого окисления углеводов, или, как его называют, пентозофосфатного цикла, принадлежит О. Варбургу, Ф. Липману, Ф. Дикенсу и В.А. Энгельгарду. Расхождение путей окисления углеводов – классического (цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса) и пентозофосфатного – начинается со стадии образования гексозомонофосфата. Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который фосфорилируется второй раз и превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат, то в этом случае дальнейший распад углеводов происходит по обычному гликолитическому пути с образованием пировиноградной кислоты, которая, окисляясь до ацетил-КоА, затем «сгорает» в цикле Кребса.

Если второго фосфорилирования гексозо-6-монофосфата не происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз. В норме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от типа ткани и ее функционального состояния.

У млекопитающих активность пентозофосфатного цикла относительно высока в печени, надпочечниках, эмбриональной ткани и молочной железе в период лактации. Значение этого пути в обмене веществ велико. Он поставляет восстановленный НАДФН, необходимый для биосинтеза жирных кислот, холестерина и т.д. За счет пентозофосфатного цикла примерно на 50% покрывается потребность организма в НАДФН.

Другая функция пентозофосфатного цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пенто-зофосфатного пути окисления глюкозы возрастает. Механизм реакций пентозофосфатного цикла достаточно расшифрован.

Рис. 10.12. Пентозофосфатный путь окисления углеводов.

Пентозофосфатный цикл начинается с окисления глюкозо-6-фосфата и последующего окислительного декарбоксилирования продукта (в результате от гексозофосфата отщепляется первый атом углерода). Это первая, так называемая окислительная, стадия пентозофосфатного цикла. Вторая стадия включает неокислительные превращения пентозофосфатов с образованием исходного глюкозо-6-фосфата (рис. 10.12). Реакции пен-тозофосфатного цикла протекают в цитозоле клетки.

Во второй – окислительной – реакции, катализируемой 6-фосфоглюко-натдегидрогеназой (декарбоксилирующей), 6-фосфоглюконат дегидрируется и декарбоксилируется. В результате образуется фосфорилированная кетопентоза – D-рибулозо-5-фосфат и еще 1 молекула НАДФН:

Под действием соответствующей эпимеразы из рибулозо-5-фосфата может образоваться другая фосфопентоза – ксилулозо-5-фосфат. Кроме того, рибулозо-5-фосфат под влиянием особой изомеразы легко превращается в рибозо-5-фосфат. Между этими формами пентозофосфатов устанавливается состояние подвижного равновесия:

При определенных условиях пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен. Однако при других условиях наступает так называемый неокислительный этап (стадия) пентозофосфатного цикла. Реакции этого этапа не связаны с использованием кислорода и протекают в анаэробных условиях. При этом образуются вещества, характерные для первой стадии гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат, фосфотрио-зы), а другие – специфические для пентозофосфатного пути (седогептулозо-7-фосфат, пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).

Основными реакциями неокислительной стадии пентозофосфатного цикла являются транскетолазная и трансальдолазная. Эти реакции катализируют превращение изомерных пентозо-5-фосфатов:

Коферментом в транскетолазной реакции служит ТПФ, играющий роль промежуточного переносчика гликольальдегидной группы от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату. В результате образуется семиуглеродный моносахарид седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Транскетолазная реакция в пентозном цикле встречается дважды, второй раз – при образовании фруктозо-6-фосфата и триозофосфата в результате взаимодействия второй молекулы ксилулозо-5-фосфата с эритрозо-4-фосфатом:

Фермент трансальдолаза катализирует перенос остатка диоксиацетона (но не свободного диоксиацетона) от седогептулозо-7-фосфата на гли-церальдегид-3-фосфат:

Шесть молекул глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозофосфатный цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО₂, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируется 5 молекул глюко-зо-6-фосфата (см. рис. 10.12). Однако это не означает, что молекула глюкозо-6-фосфата, вступающая в цикл, полностью окисляется. Все 6 молекул СО₂ образуются из С-1-атомов 6 молекул глюкозо-6-фосфата.

Валовое уравнение окислительной и неокислительной стадий пенто-зофосфатного цикла можно представить в следующем виде:

Образовавшийся НАДФН используется в цитозоле на восстановительные синтезы и, как правило, не участвует в окислительном фосфори-лировании, протекающем в митохондриях.

В последние годы появились работы, которые дают основание предполагать, что в некоторых тканях схема пентозофосфатного превращения углеводов сложнее, чем это представлено на рис. 10.12. Согласно этой более полной схеме пентозофосфатного пути, первые этапы превращения совпадают с прежней схемой, однако после первой транскетолазной реакции начинаются некоторые отклонения (рис. 10.13).

Считают, что пентозофосфатный путь и гликолиз, протекающие в ци-тозоле, взаимосвязаны и способны переключаться друг на друга в зависимости от соотношения концентраций промежуточных продуктов, образовавшихся в клетке (см. рис. 10.13).

Источник

Пентозофосфатный путь. Глюконеогенез. Биосинтез и мобилизация гликогена

Тема: «ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ. БИОСИНТЕЗ И МОБИЛИЗАЦИЯ ГЛИКОГЕНА»

1. Пентозофосфатный (апотомический) путь окисления глюкозо-6-фосфата: биологическая роль, локализация в клетке, основные этапы. Последовательность реакций окислительного этапа пентозофосфатного пути.

2. Глюконеогенез: биологическая роль, локализация в клетке и тканях, последовательность реакций, возможные предшественники, регуляция, баланс АТФ.

3. Биосинтез гликогена: биологическая роль, локализация в клетке и тканях, последовательность реакций, гормональная регуляция. УДФ-глюкоза – образование и использование в обмене углеводов.

4. Мобилизация гликогена: биологическая роль, локализация в тканях, последовательность реакций, гормональная регуляция.

Пентозофосфатный (апотомический) путь окисления глюкозы.

16.1.1. Пентозофосфатный путь представляет собой прямое окисление глюкозы и протекает в цитоплазме клеток. Наибольшая активность ферментов пентозофосфатного пути обнаружена в клетках печени, жировой ткани, коры надпочечников, молочной железы в период лактации, зрелых эритроцитах. Низкий уровень этого процесса выявлен в скелетных и сердечной мышцах, мозге, щитовидной железе, легких.

16.1.2. Пентозофосфатный путь выполняет в организме две важнейшие метаболические функции:

Исходным субстратом окислительной фазы является глюкозо-6-фосфат, который непосредственно подвергается дегидрированию с участием НАДФ-зависимой дегидрогеназы (рисунок 16.1, реакция 1). Продукт реакции гидролизуется (реакция 2), а образующийся 6-фосфоглюконат дегидрируется и декарбоксилируется (реакция 3). Таким образом, происходит укорочение углеродной цепи моносахарида на один углеродный атом («апотомия»), и образуется рибулозо-5-фосфат.

Рисунок 16.1. Реакции окислительной фазы пентозофосфатного пути.

Рисунок 16.2. Реакции изомеризации рибулозо-5-фосфата.

Следуюшая реакция протекает при участии фермента транскетолазы, коферментом которой является тиаминдифосфат (производное витамина B 1 ). В этой реакции происходит перенос двухуглеродного фрагмента с ксилулозо-5-фосфата на рибозо-5-фосфат:

Образовавшиеся продукты взаимодействуют между собой в реакции, которая катализируется трансальдолазой и заключается а переносе остатка дигидроксиацетона на глицеральдегид-3-фосфат.

Продукт этой реакции эритрозо-4-фосфат участвует во второй транскетолазной реакции вместе со следующей молекулой ксилулозо-5-фосфата:

Таким образом, три молекулы пентозофосфатов в результате реакций неокислительной стадии превращаются в две молекулы фруктозо-6-фосфата и одну молекулу глицеральдегид-3-фосфата. Фруктозо-6-фосфат может изомеризоваться в глюкозо-6-фосфат, а глицеральдегид-3-фосфат может подвергаться окислению в гликолизе или изомеризоваться в дигидроксиацетонфосфат. Последний вместе с другой молекулой глицеральдегид-3-фосфата может образовывать фруктозо-1,6-дифосфат, который также способен переходить в глюкозо-6-фосфат.

Если упростить представленную схему, то получится:

Таким образом, полное окисление 1 молекулы глюкозы в пентозофосфатном пути сопровождается восстановлением 12 молекул НАДФ.

Глюконеогенез.

Роль глюконеогенеза возрастает при недостаточном поступлении углеводов с пищей. Так, в организме голодающего человека может синтезироваться до 200 г глюкозы в сутки. Глюконеогенез быстрее, чем другие метаболические процессы, реагирует на изменения диеты: введение с пищей большого количества белков и жиров активизирует процессы глюконеогенеза; избыток углеводов, наоборот, тормозит новообразование глюкозы.

Интенсивные физические нагрузки сопровождаются быстрым истощением запасов глюкозы в организме. В этом случае глюконеогенез является основным путём пополнения углеводных ресурсов, предупреждая развитие гипогликемии. Глюконеогенез в организме тесно связан также с процессами обезвреживания аммиака и поддержанием кислотно-основного баланса.

16.2.2. Основным местом биосинтеза глюкозы de novo является печень. Глюконеогенез протекает также в корковом слое почек. Принято считать, что вклад почек в глюконеогенез в физиологических условиях составляет около 10% глюкозы, синтезируемой в организме; при патологических состояниях эта доля может значительно возрастать. Незначительная активность ферментов глюконеогенеза обнаружена в слизистой тонкого кишечника.

16.2.3. Последовательность реакций глюконеогенеза представляет собой обращение соответствующих реакций гликолиза. Лишь три реакции гликолиза необратимы вследствие происходящих в ходе их значительных энергетических сдвигов:

а) фосфорилирование глюкозы; б) фосфорилирование фруктозо-6-фосфата; в) превращение фосфоенолпирувата в пируват.

Обход этих энергетических барьеров обеспечивают ключевые ферменты глюконеогенеза.

Все последующие реакции глюконеогенеза протекают в цитоплазме. Мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, и он переносится в цитоплазму в виде других метаболитов: малата или аспартата. В цитоплазме указанные соединения вновь переходят в оксалоацетат. При участии фосфоенолпируваткарбоксикиназы из оксалоацетата образуется фосфоенолпируват (рисунок 16.4, реакция 2).

Фосфоенолпируват в результате обращения ряда реакций гликолиза переходит во фруктозо-1,6-дифосфат. Превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат катализируетсяфруктозодифосфатазой (рисунок 16.4, реакция 3).

Фруктозо-6-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат. Заключительной реакцией глюконеогенеза является гидролиз глюкозо-6-фосфата при участии фермента глюкозо-6-фосфатазы (рисунок 16.4, реакция 4).

Рисунок 16.4. Обходные реакции глюконеогенеза.

16.2.4. Основными источниками глюкозы в глюконеогенезе являются лактат, аминокислоты, глицерол и метаболиты цикла Кребса.

Лактат – конечный продукт анаэробного окисления глюкозы. Может включаться в глюконеогенез после окисления до пирувата в лактатдегидрогеназной реакции (см. раздел «Гликолиз», рисунок 15.4, реакция 11). При продолжительной физической работе основным источником лактата является скелетная мускулатура, в клетках которой преобладают анаэробные процессы. Накопление молочной кислоты в мышцах ограничивает их работоспособность. Это связано с тем, что при повышении концентрации молочной кислоты в ткани снижается уровень рН (молочнокислый ацидоз). Изменение рН приводит к ингибированию ферментов важнейших метаболических путей. В утилизации образующейся молочной кислоты важное место принадлежитглюкозо-лактатному циклу Кори (рисунок 16.5).

Рисунок 16.5. Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл (пояснения в тексте).

Глюкогенные аминокислоты, к которым относятся большинство белковых аминокислот. Ведущее место в глюконеогенезе среди аминокислот принадлежит аланину, который может превращаться в пируват путём трансаминирования. При голодании, физической работе и других состояниях в организме функционирует глюкозо-аланиновый цикл, подобный циклу Кори для лактата (рисунок 16.2). Существование цикла аланин – глюкоза препятствует отравлению организма, так как в мышцах нет ферментов, утилизирующих аммиак. В результате тренировки мощность этого цикла значительно возрастает.

Другие аминокислоты могут, подобно аланину, превращаться в пируват, а также в промежуточные продукты цикла Кребса (α-кетоглутарат, фумарат, сукцинил-КоА). Все эти метаболиты способны преобразовываться в оксалоацетат и включаться в глюконеогенез.

Глицерол – продукт гидролиза липидов в жировой ткани. Этот процесс значительно усиливается при голодании. В печени глицерол превращается в диоксиацетонфосфат – промежуточный продукт гликолиза и может быть использован в глюконеогенезе.

Жирные кислоты и ацетил-КоА не являются предшественниками глюкозы. Окисление этих соединений обеспечивает энергией процесс синтеза глюкозы.

16.2.5. Энергетический баланс. Путь синтеза глюкозы из пирувата (рисунок 16.6) содержит три реакции, сопровождающиеся потреблением энергии АТФ или ГТФ:

а) образование оксалоацетата из пирувата (затрачивается молекула АТФ); б) образование фосфоенолпирувата из оксалоацетата (затрачивается молекула ГТФ); в) обращение первого субстратного фосфорилирования – образование 1,3-дифосфоглицерата из 3-фосфоглицерата (затрачивается молекула АТФ).

Каждая из этих реакций повторяется дважды, так как для образования 1 молекулы глюкозы (С 6 ) используются 2 молекулы пирувата (С 3 ). Поэтому энергетический баланс синтеза глюкозы из пирувата составляет – 6 молекул нуклеозидтрифосфатов (4 молекулы АТФ и 2 молекулы ГТФ). При использовании других предшественников энергетический баланс биосинтеза глюкозы отличается.

Рисунок 16.6. Энергетический баланс биосинтеза глюкозы из лактата.

16.2.6. Регуляция глюконеогенеза. Скорость глюконеогенеза определяется доступностью субстратов – предшественников глюкозы. Увеличение концентрации в крови любого из предшественников глюкозы приводит к стимуляции глюконеогенеза.

Некоторые метаболиты являются аллостерическими эффекторами ферментов глюконеогенеза. Например, ацетил-КоА в повышенных концентрациях аллостерически активирует пируваткарбоксилазу, катализирующую первую реакцию глюконеогенеза. Аденозинмонофосфат, наоборот, оказывает ингибирующее действие на фруктозодифосфатазу, а избыток глюкозы ингибирует глюкозо-6-фосфатазу.

Гормон поджелудочной железы глюкагон, гормоны надпочечников адреналин и кортизол повышают скорость биосинтеза глюкозы в организме, увеличивая активность ключевых ферментов глюконеогенеза либо увеличивая концентрацию этих ферментов в клетках. Гормон поджелудочной железы инсулин способствует снижению скорости глюконеогенеза в организме.

Биосинтез гликогена.

16.3.1. Гликоген – биополимер, состоящий из остатков глюкозы, он является компонентом всех тканей животных и человека (см. рисунок 15.1). Этот полисахарид служит основным источником энергии и резервом углеводов в организме.

Содержание гликогена в различных органах зависит от физиологического состояния организма. Наиболее высокое содержание гликогена обнаруживается в печени (от 2 до 6% от массы органа). Хотя концентрация гликогена в мышцах значительно ниже (от 0,5 до 1,5%), однако в норме его количество в мышцах составляет 2/3 от общего его содержания в организме.

Гликоген отличается значительным разнообразием по структуре и по относительной молекулярной массе. Молекулы его ветвисты. Глюкозные остатки образуют цепи, в которых они связаны между собой α-1,4-гликозидными связями. Разветвления образуются при помощи α-1,6-гликозидных связей.

Большая часть глюкозы, поступающей в организм с пищей, превращается в клетках печени в гликоген. Это связано с тем, что накопление легко растворимой глюкозы в клетках привело бы к резкому увеличению осмотического давления и разрушению клеточной мембраны.

16.3.2. Молекула глюкозы фосфорилируется при участии фермента глюкокиназы (в гепатоцитах) или гексокиназы (в других клетках) с образованием глюкозо-6-фосфата. Этот метаболит под влиянием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-1-фосфат (рисунок 16.7, реакция 1).

Рисунок 16.7. Реакции биосинтеза гликогена.

Глюкозо-1-фосфат взаимодействует с уридинтрифосфатом (УТФ) в присутствии фермента УДФ-глюкозо-пирофосфорилазы с образованием УДФ-глюкозы – ключевого метаболита углеводного обмена (рисунок 16.7, реакция 2).

Перенос глюкозного остатка с УДФ-глюкозы на затравочную полисахаридную цепь осуществляет гликогенсинтаза – регуляторный фермент данного метаболического пути (рисунок 16.7, реакция 3). Гликогенсинтаза существует в двух формах: гликогенсинтаза b (неактивная) и гликогенсинтаза а (активная). Превращение формы а в форму b катализируется цАМФ-зависимой протеинкиназой, обратный процесс – протеинфосфатазой.

Рисунок 16.8. Образование α-1,6-гликозидных связей в молекуле гликогена.

Мобилизация гликогена и гликогенолиз.

16.4.1. Мобилизация, или распад гликогена – процесс превращения гликогена в глюкозу, происходящий в печени. Таким образом, распад гликогена в печени наряду с глюконеогенезом принимает участие в поддержании уровня глюкозы в крови.

Рисунок 16.9. Реакции мобилизации гликогена.

Первую реакцию внутриклеточного расщепления гликогена катализирует фермент фосфорилаза гликогена (рисунок 16.9, реакция 1). Простетической группой его является пиридоксальфосфат (производное витамина В 6 ).

Фосфорилаза гликогена – регуляторный фермент, он существует в двух формах: фосфорилаза а (активная) и фосфорилаза b (неактивная). Переход фосфорилазы b в фосфорилазу акатализирует киназа фосфорилазы, которая фосфорилирует неактивный фермент. Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализирует протеинфосфатаза, которая осуществляет дефосфорилирование активного фермента. Следует отметить, что ускорение процессов мобилизации гликогена происходит одновременно с торможением его биосинтеза, и наоборот. Активацию фосфорилазы гликогена вызывают гормоны адреналин и глюкагон.

Фосфорилаза расщепляет в молекуле гликогена лишь α-1,4-гликозидные связи. Расщепление α-1,6-гликозидных связей осуществляется амило-1,6-гликозидазой гидролитически с образованием свободной глюкозы.

Глюкозо-1-фосфат, образующийся в фосфорилазной реакции, при участии уже известного Вам фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-6-фосфат (рисунок 16.9, реакция 2).

16.4.2. Дальнейшая судьба глюкозо-6-фосфата, образовавшегося при распаде гликогена, в разных тканях различна.

Как уже упоминалось, в печени и почках имеется фермент глюкозо-6-фосфатаза, отщепляющая фосфат от глюкозо-6-фосфата (рисунок 16.9, реакция 3). Образовавшаяся глюкоза диффундирует в кровь, откуда поглощается клетками организма и служит для них источником энергии.

В мышечной ткани фермент глюкозо-6-фосфатаза отсутствует. Поэтому глюкозо-6-фосфат, образовавшийся при распаде гликогена, подвергается дальнейшему превращению по гликолитическому пути с образованием лактата (этот процесс называется гликогенолизом). Образующийся в реакциях субстратного фосфорилирования АТФ используется в процессах мышечного сокращения. Таким образом, гликоген мышц является резервом энергии только для мышечной ткани.

Источник

Adblock
detector

Раздел 16.1