Глікоген-це макромолекула (молекулярна маса близько 400 мільйонів дальтон) α-глюкози, в якій є переважно α-1,4 глікозидні зв’язки та розгалуження у співвідношенні 1:10, завдяки α-1,6 глікозидним зв’язкам.
Глікоген є запасним матеріалом і постійно розкладається і відновлюється; у всій масі клітин тіла міститься близько 100 г глікогену: більшість його знаходиться в печінці, де він рухливий і тому може використовуватися як резерв для інших органів (глікоген у м’язах не рухливий).
Ферменти, що каталізують розпад та синтез глікогену, знаходяться у цитоплазмі, тому необхідна система регулювання, яка робить один шлях неактивним, коли інший активний: за наявності глюкози останній перетворюється на глікоген (анаболізм), який резерв, навпаки, якщо для глюкози потрібен с ", то глікоген розкладається (катаболізм).
Фермент, який в основному бере участь у розщепленні глікогену, - це глікогенфосфорилаза; цей фермент здатний розщеплювати глікозидний α-1,4 зв'язок, використовуючи неорганічний ортофосфат як літичний агент: розщеплення відбувається фосфоролітичним шляхом і отримується 1-фосфат глюкози.
На відстані п’яти -шести одиниць від точки розгалуження фермент глікогенфосфорилаза більше не може діяти, тому він відокремлюється від глікогену і замінюється ферментом, що дерамірується. трансферази: в каталітичному центрі цього ферменту c "є" гістидином, який дозволяє перенести три одиниці сахариду до найближчого глікозидного ланцюга (гістидин атакує перший вуглець молекули глюкози). глікозилтрансфераза; наприкінці дії цього ферменту лише одна одиниця глюкози залишається на бічному ланцюзі, перший вуглець зв’язаний із шостим вуглецем глюкози в головному ланцюзі. "фермент α-1,6 глікозидаза (цей фермент становить другу частину ферменту, що дерамірується); враховуючи, що гілки в глікогені знаходяться у співвідношенні 1:10, від повної деградації макромолекули ми отримуємо близько 90% 1-фосфату глюкози та приблизно 10% глюкози.
Дія вищезгаданих ферментів дозволяє усунути бічний ланцюг з молекули глікогену; активність цих ферментів можна повторювати до тих пір, поки не відбудеться повна деградація ланцюга.
Давайте розглянемо гепатоцит; глюкоза (засвоюється за допомогою дієти), коли вона надходить у клітину, перетворюється на 6-фосфат глюкози і таким чином активується. Глюкоза 6-фосфат, під дією фосфоглюкомутаза, перетворюється на глюкозо-1-фосфат: останній є негайним попередником біосинтезу; при біосинтезі використовується активована форма цукру, яка представлена цукром, зв'язаним з дифосфатом: зазвичай це уридилдіфосфат (UDP). потім перетворюється в UDP-глюкозу, цей метаболіт під дією глікогенсинтаза яка здатна зв’язувати UDP-глюкозу з невосстанавливающим кінцем зростаючого глікогену: одержують подовжений глікоген глюкозидної одиниці і UDP.УДП перетворюється ферментом нуклеозидною дифосфокіназою в UTP, який повертається в циркуляцію.
Розпад глікогену відбувається під дією глікогенфосфорилаза яка вивільняє молекулу глюкози і перетворює її на 1-фосфат глюкози. Згодом фосфоглюкомутаза перетворює глюкозу 1-фосфат у глюкозу 6-фосфат.
Глікоген синтезується, перш за все, в печінці та м’язах: в організмі є 1–1,2 гектограми глікогену, розподіленого по м’язовій масі.
Глікоген міоцита являє собою запас енергії лише для цієї клітини, тоді як глікоген, що міститься в печінці, також є резервом для інших тканин, тобто він може надходити, як глюкоза, до інших клітин.
6-фосфат глюкози, отриманий у м’язах від розпаду глікогену, потім направляється, у разі потреби в енергії, на гліколіз; у печінці 6-фосфат глюкози перетворюється в глюкозу під дією глюкоза 6-фосфатфосфатаза (характерний фермент гепатоцитів) і потрапляє в кров.
Глікогенсинтаза та глікогенфосфорилаза працюють на невідновлювальні одиниці глікогену, тому повинен бути гормональний сигнал, який керує активацією одного шляху та блокуванням іншого (або навпаки).
У лабораторії вдалося подовжити глікогенний ланцюг шляхом використання глікогенфосфорилази та використання 1-фосфату глюкози у дуже високій концентрації.
У клітинах глікогенфосфорилаза лише каталізує реакцію деградації, оскільки концентрації метаболітів такі, що зміщують рівновагу такої реакції вправо (тобто у бік розкладання глікогену):
Давайте подивимося на механізм дії глікогенфосфорилази: ацетальний кисень (який виконує роль містка між одиницями глюкози) зв’язується з воднем фосфорилу: проміжний продукт реакції утворюється під час карбокатиону (на глюкозі, кінцівки), з якими дуже швидко зв'язується фосфорил (Pi).
Глікогенфосфорилазі потрібен кофактор, який являє собою піридоксальфосфат (ця молекула також є кофактором для трансаміназ): він має частково протонований фосфорил (піридоксальфосфат оточений гідрофобним середовищем, що виправдовує наявність протонів, зв'язаних з ним). Фосфорил (Pi) здатний переносити протон до глікогену, оскільки цей фосфорил потім знову отримує протон з частково протонованого фосфорилу піридоксальфосфату. Ймовірність того, що при фізіологічному рН фосфорил втрачає свій протон і залишається повністю депротонованим, дуже мала.
Давайте тепер подивимося, як діє фосфоглюкомутаза.Цей фермент містить у каталітичному центрі залишок фосфорильованого серину; серин дає фосфорил до 1-фосфату глюкози (у положенні шостому): 1,6-бісфосфат глюкози утворюється протягом короткого часу, потім серин рефосфорилюється, приймаючи фосфорил у першому положенні. Фосфоглюко мутаза може працювати в обох напрямках, тобто перетворюючи 1-фосфат глюкози в 6-фосфат глюкози або навпаки; якщо виробляється 6-фосфат глюкози, його можна направити безпосередньо на гліколіз, у м’язи, або перетворити на глюкозу в печінці.
Фермент уридилфосфоглюкотрансфераза (або UDP глюкозна пірофосфорилаза) каталізує реакцію перенесення глюкози 1-фосфату до UTP шляхом приєднання до фосфорилу а.
Щойно описаний фермент є пірофосфорилазою: ця назва обумовлена тим, що протилежна реакція до описаної щойно - це пірофосфорилювання.
UDP глюкоза, отримана, як описано, здатна подовжити ланцюг глікогену за допомогою одиниці моносахариду.
Можна еволюціонувати реакцію до утворення глюкози UDP шляхом усунення продукту, який є пірофосфатом; ферменту пірофосфатаза перетворює пірофосфат у дві молекули ортофосфату (гідроліз ангідриду) і, таким чином, підтримує концентрацію пірофосфату настільки низькою, що робить процес утворення глюкози UDP термодинамічно сприятливим.
Як згадувалося, глюкоза UDP завдяки дії глікогенсинтази здатна подовжувати глікогенний ланцюг.
Розгалуження (у співвідношенні 1:10) пояснюються тим, що коли ланцюг глікогену складається з 20-25 одиниць, втручається розгалужений фермент (на його каталітичному центрі якого є «гістидин)», здатний переносити ряд 7 -8 глікозидних одиниць далі за течією 5-6 одиниць: таким чином генерується нове розгалуження.
З причин нервового походження або якщо енергія потрібна через фізичні навантаження, адреналін виділяється з надниркових залоз.
Клітини -мішені адреналіну (і норадреналіну) -це клітини печінки, м’язів та жирової тканини (в останніх відбувається деградація тригліцеридів та циркуляція жирних кислот: отже, глюкоза виробляється у мітохондріях 6 -фосфаті, тобто направляється на гліколіз, тоді як в адипоцитах глюкоза 6-фосфат перетворюється на глюкозу під дією ферменту глюкоза 6-фосфатфосфатаза і експортується до тканин).
Подивимося, тепер способи дії адреналіну. Адреналін зв'язується з рецептором, розміщеним на клітинній мембрані (міоцитів і гепатоцитів), і це визначає трансляцію сигналу ззовні всередину клітини.Активується протеїнкіназа, яка одночасно діє на системи, які регулюють синтез і розпад глікогену:
Глікогенсинтаза існує у двох формах: дефосфорильована (активна) форма та фосфорильована (неактивна) форма; протеїнкіназа фосфорилює глікогенсинтазу і блокує її дію.
Глікогенфосфорилаза може існувати у двох формах: активна форма, в якій присутній фосфорильований серин, та неактивна форма, в якій серин дефосфорильований. Фермент може активувати глікогенфосфорилазу глікогенфосфорилазакіназа. Глікогенфосфорилазакіназа активна, якщо вона фосфорильована, та неактивна, якщо вона дефосфорильована; протеїнкіназа має в якості субстрату глікогенфосфорилазакіназу, тобто здатна фосфорилювати (а отже, активувати) останню, що, у свою чергу, активує глікогенфосфорилазу.
Після того, як сигнал адреналіну закінчиться, його вплив на клітину також має припинитися: ферменти фосфатази потім втручаються у білкові види.
