Лекция 20 биосинтез углеводов

Гликоген является запасной формой углеводов в организме животных, синтезируется главным образом в печени и составляет до 6% от её массы. В скелетных мышцах егомасса не превышает 1%. Как и любой анаболический процесс, синтез гликогена является эндергоническим.

Синтез гликогена начинается с затраты молекулы АТФ для фосфорилирования глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Фосфорилирование свободной глюкозы в мышцах идет при участии фермента гексокиназы, а в печени – глюкокиназы.

Следующая реакция изомеризации глюкозо-6-фосфата в глюкозо-1-фосфат катализируется ферментом фосфоглюкомутазой. Именно в таком виде глюкоза вовлекается в дальнейший синтез гликогена.

Образование UDP-глюкозы

Однако в силу обратимости фосфоглюкомутазной реакции и чтобы синтез гликогена был термодинамически необратим, необходима дополнительная стадия образования уридиндифосфатглюкозы из UDP и глюкозо-1-фосфата под контролем фермента UDP-глюкопирофосфорилазы. Реакция сдвинута вправо, так как образовавшийся в ходе реакции пирофосфат очень быстро расщепляется пирофосфатазой на две молекулы фосфата.

Образование UDP-глюкозы обеспечивает невозможность протекания распада гликогена путем обратных реакций синтеза этого гомополисахарида.

В клетках гликоген никогда не расщепляется полностью и поэтому перенос глюкозидного остатка, входящего в состав UDP-глюкозы идет на гликозидную затравку (праймер) гликогена. В результате образуется -(1,4)-гликозидная связь между первым атомом углерода, добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы в молекуле гликогена, реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Донором глюкозидных групп при синтезе крахмала у растений является не UDP-глюкоза, а АDP -D-глюкоза.

Глюкозидные остатки переносятся гликогенсинтазой на нередуцирующий конец олигосахарида. Образование -1,6-связей происходит в точке ветвления по одной на каждые 8-12 остатков глюкозы, соединенных -1,4 –связями, при участии амило-1,4-1,6-глюкозилтрансферазы. Этот фермент отщепляет фрагмент из 6-7 остатков линейного участка цепи 1,4-гликана и переносит его на ту же самую или другую цепь, но в положение 6 с образованием -1,6-гликозидной связи. Новая точка ветвления может формироваться не менее чем через четыре остатка от любой уже существующей. По мере синтеза гликогена число ветвлений многократно возрастает. Гликоген хранится в клетке в форме гранул диаметром 10-40 нм.

Процесс синтеза гликогена и его распада контролируется и согласуется с потребностями организма в глюкозе как источнике энергии. Одновременное протекание этих процессов невозможно, т. к. в этом случае образуется «холостой» цикл, приводящий к бесполезной трате АТР. Переключение процессов синтеза и распада гликогена происходит при смене состояния покоя (абсорбтивный период) на активный режим (постабсорбтивный). В печени переключение этих метаболических путей находится под контролем гормонов поджелудочной железы – инсулина и глюкогона и гормона, вырабатываемого клетками мозгового вещества надпочечников – адреналина, в мышцах ‒ инсулином и адреналином, в мозге – адреналином.

Регуляторным ферментом синтеза гликогена является гликогенсинтаза, которая находится в двух формах, т.е. неактивной (-форма) и активной (-форма). Причем она регулируется прямо противоположно (реципроктно) по отношению к гликогенфосфорилазе, то есть дефосфорилированная гликогенсинтаза активна, а фосфорилированная ‒ неактивна. Известна также аллостерическая регуляция активности гликогенсинтазы- высокими концентрациями глюкозо-6-фосфата, что приводит к повышению активности гликогенсинтазы. В переводе гликогенсинтезы из неактивной формы в активную участвует фосфопротеинфосфатаза.