Метаболізм глікогену

Введення

Глікоген - гомополісахарид глюкози, який запасається в нашому організмі(і не тільки), в основному в печінці та скелетних м'язах.В здорової людини в м'язах міститься приблизно 350грам(а може бути й набагато більше) , коли в печінці - 120г.Але, тут важлива масова частка глікогену в цих органах: якщо печінка в середньому важить 1.8кг, то м'язи - +-30кг(по-різному).
Але, тільки печінка може розщеплювати глікоген та викидати продукти розпаду(глюкозу) в кров, таким чином підтримуючи сталий рівень глюкози в крові, у м'язів такої можливості немає, вони використовують цей моносахарид для власних потреб.Це зумовлено наявністю особливого ферменту в гладкому ендоплазматичному ретикулумі - глюкоза-6-фосфатаза, про це ще поговоримо.

Глікогенез або синтез глікогену

Перший крок ідентичний з гліколізом: глюкоза потрапляє в клітину, де її тут же фосфорилює гексокіназа в 6-ому положенні, в результаті чого ми отримуємо глюкозу-6-фосфат.


Другу реакцію каталізує фермент фосфоглюкомутаза(не фосфоглюкоізомераза, як в гліколізі.Мутаза просто переносить фосфат в інше положення, а ізомераза утворює ізомер), який переносить фосфат з 6 положення в 1-ше, в результаті ми маємо глюкозу-1-фосфат.

Третій крок дещо комплексний: тут нам потрібен уридинтрифосфат(УТФ) - те ж саме, що й аденозинтрифосфат, тільки замість аденіна - урацил.
УТФ має три фосфата, наша глюкоза має ще один фосфат, але, нам потрібно утворити уридиндвафосфат-глюкозу(УДФ-глюкоза).Приходить на допомогу УДФ-глюкоза пірофосфорилаза, яка забирає два фосфата від УТФ, в результаті чого утворюється УМФ(уридинмонофосфат) і два органічних фосфатних залишка.Цей фермент відразу прикріплює новоутворенний нуклеотид до глюкози-1-фосфат - маємо УДФ-глюкозу.Справа в тому, що коли виділились два фосфатних залишка утворилась енергія, завдяки якій і приєднався УМФ до глюкози.Тепер все буде крутитись навколо продукту цієї реакції(УДФ-глюкози).


Є спеціальний білок - глікогенін, в складі якого є тирозиновий залишок, а він, як ми знаємо, містить -OH групу, до якої вчіпиться наша УДФ-глюкоза.Ця реакція не потребує ніякого ферменту, вона протікає сама - це називається авто-глікозування.Ще, в результаті цієї реакції від глюкози від'єднається УДФ.
Так, що ж ми маємо: між тирозином та глюкозою утворився зв'язок(не глікозидний), але ж це всього одна молекула глюкози приєдналась, а глікоген, як ми знаємо являється величезним гомополімером.До цієї однієї молекули глюкози приєднуються наступні УДФ-глюкози за таким же самим принципом(при приєднанні від них відпадає УДФ), і вже між цими глюкозами утворюється α1-4 глікозидний зв'язок.Але тут є границя: тільки 8 молекул глюкози можуть приєднатися за таким принципом, надалі нам знадобиться глікоген синтаза, яка бере ту ж саму УДФ-глюкозу та чіпляє її до вже приєднаної глюкози в нашій новій молекулі глікогена.Таким чином ми маємо лінійну структуру, а глікоген жеж розгалужений.


Для розгалуження нашого глікогену потрібен особливий фермент - розгалужуючий фермент, який візьме довільний глікозидний зв'язок в молекулі глікогену та розірве його, той "хвіст", який утворився, він перенесе на довільну молекулу глюкози та вчепить його на шостий карбон цієї глюкози(див. малюнок), в результаті утвориться α1,6-глікозидний зв'язок.А глікоген синтаза і далі чіпляє глюкозу на α1,4-глікозидний зв'язок куди тільки може.

Глікогеноліз або розпад глікогену

Ось у нас є величезна молекула глікогену, яка дуже сильно розгалужена - має багато "гілок".Тепер нам потрібно розщепити глікоген(про регуляцію нижче) і викинути його в кров, бо там концентрація глюкози чомусь упала.
На допомогу нам приходить глікоген фосфорилаза, яка забирає по одній молекулі глюкози і чіпляє на неї фосфат(звичайний фосфат, не АТФ) в перше положення - утворюється глюкоза-1-фосфат.В результаті роботи цього ферменту "гілка" глікогену зменшується, а коли на ній залишається лише 4 молекули глюкози, то цей фермент тут безпомічний.На допомогу нашій фосфорилазі приходить дерозгажуючий фермент, який забирає три молекули глюкози(одна молекула залишається, а саме та, яка формує α1,6 глікозидний зв'язок) і переносить цю тріаду на іншу "гілку" глікогену, щоб фосфорилаза могла продовжити працювати.А останню молекулу глюкози, яка формує фундамент для гілки глікогену від'єднає сам дерозгалужуючий фермент і утвориться проста глюкоза, без ніякого фосфату.

Це все звісно добре, але глюкоза-1-фосфат не зовсім то й корисна, що робити ? справа в тому, що фосфоглюкомутаза може перетворити її в глюкозу-6-фосфат, це зворотна реакція, яка регулюються тільки рівнем тієї чи іншої молекули(якщо чогось мало, то реакція буде протікати на користь цього "чогось").Ну і випадку з печінкою, глюкоза-6-фосфат піде в гладкий ЕПР і перетвориться в звичайну глюкозу, яка піде в кров.Якщо ж ми говоримо про скелетні м'язи, то глюкоза-6-фосфат піде на гліколіз та подальший цикл Кребса для отримання енергії.

Регуляція метаболізму гліккогена

Взагалі є два види регуляції:

• Алостерична - за допомогою різних речовин(АТФ, АМФ, глюкоза, тощо)
• Гормональна за допомогою вторинних посередників або ж сигнальних молекул, які активують певні ферменти в клітині

Головними ферментами обміну глікогену являються глікоген синтаза та глікоген фосфорилаза.
Глікоген синтаза стимулюється алостерично виключно глюкозою-6-фосфат.
Глікоген фосфорилаза стимулюється алостерично високою концентрацією АДФ та АМФ, коли пригнічуються глюкозою, глюкозою-6-фосфат та АТФ.
Це була найпростіша частина, тепер переходимо до гормонів.
Починаємо з глікоген синтази.
Наприклад ми нещодавно поїли -> в крові багато глюкози -> викид інсуліну в кров.Інсулін мандрує з током крові, приходить до печінки, де на мембрані гепатоцита знаходиться інсуліновий рецептор(див. сигнальний шлях).В результаті взаємодії, в клітині активізується протеїнкіназа B, яка фосфорилює фосфопротеїн фосфатазу(активує її таким чином), і цей фермент, в свою чергу, запобігає фосфорилюванню глікоген синтази.Справа в тому, що наша синтаза буває в двох формах: неактивна фосфорильована(форма b) та активна безфосфатна(форма а).

Якщо ж ми не їли більше 12 годин, то в крові піднімається рівень глюкагону та інших гормонів, які прямують до печінки і активують там аденілатциклазу, в результаті чого активізується протеїнкіназа А, яка чіпляє фосфат на глікоген синтазу, переводячи її в неактивну форму(форма b).

Тепер переходимо до глікогенфосфорилази.
Уже згадана нами протеїнкіназа А буде фосфорилювати фосфорилазу кіназу, переводячи її з неактивної форми(форма b) в активну форму(форма а).А ця кіназа, в свою чергу, фосфорилює глікоген фосфорилазу, активуючи її.

А фосфопротеїн фосфатаза навпаки, забирає фосфат з фосфорилази кінази, таким чином запобігає фосфорилюванню глікоген фосфорилази.
Це було трохи заплутано, але надіюсь, що ви це зрозуміли :).