Эта статья входит в число добротных статей

Гликогеногенез

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гликогеногене́зметаболический путь синтеза гликогена из глюкозы, происходящий с расходованием энергии в виде ATP и UTP. Гликогеногенез происходит во всех тканях животных, однако в основном он имеет место в печени и мышцах. Синтез гликогена происходит в период пищеварения (в абсорбтивный период, т. е. 1—2 часа после приёма углеводной пищи[1][2].

Механизм[править | править код]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png

Схема гликогеногенеза

«Стартовой точкой» гликогеногенеза служит глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6-фосфат может быть получен из глюкозы в ходе реакции, катализируемой изоферментами гексокиназой I и гексокиназой II в мышцах и гексокиназой IV (глюкокиназой) в печени:

D-глюкоза + ATP → D-глюкозо-6-фосфат + ADP.
Hexokinase-glucose.svg

Однако поглощённая с пищей глюкоза может проделывать более сложный путь до глюкозо-6-фосфата. Сначала она попадает в эритроциты, где гликолитически превращается в лактат. Затем лактат поступает в печень, где в ходе глюконеогенеза превращается в глюкозу, а потом и глюкозо-6-фосфат[2].

Для инициации синтеза гликогена глюкозо-6-фосфат должен быть переведён в глюкозо-1-фосфат ферментом фосфоглюкомутазой:

Глюкозо-6-фосфат ⇌ глюкозо-1-фосфат[2].
Phosphoglucomutase-G6P.svg

Глюкозо-1-фосфат далее превращается в UDP-глюкозу[en] под действием UDP-глюкозопирофосфорилазы[en], это является ключевым этапом в синтезе гликогена[3].

Глюкозо-1-фосфат + UTP → UDP-глюкоза + PPi
Uridyl Transferase-G1P.svg

Эта реакция образования нуклеотид-сахара в клеточных условиях необратима, поэтому необратим и гликогеногенез. Конденсация уридинтрифосфата с глюкозо-1-фосфатом имеет небольшое положительное изменение энергии Гиббса, однако в ходе этой реакции выделяется пирофосфат (PPi), который быстро гидролизуется пирофосфатазой[en], а эта реакция сильно экзергонична (ΔG'o = −19,2 кДж/моль). Таким образом концентрация пирофосфата в клетке поддерживается низкой, и образование нуклеотид-сахара оказывается выгодным для клетки энергетически. В действительности быстрое вовлечение продукта реакции в другие реакции, чему способствует большое отрицательное значение изменения энергии Гиббса при гидролизе пирофосфата, стимулирует дальнейшие реакции биосинтеза[4].

UDP-глюкоза является непосредственным донором глюкозных остатков в реакции, катализируемой гликогенсинтазой[en], которая катализирует перенос глюкозного остатка с UDP-глюкозы на нередуцирующий конец разветвлённой молекулы гликогена[3].

Glycogen synthase-UDPG.svg

Гликогенсинтаза создаёт (α1→4)-гликозидные связи, однако она неспособна создавать (α1→6)-гликозидные связи, которые располагаются в точках ветвления гликогена. Эти связи образует гликогеноразветвляющий фермент[en], или амило-(1→4)-(1→6)-трансгликозилаза, или гликозил-(4→6)-трансфераза. Гликогеноразветвляющий фермент катализирует перенос терминального фрагмента длиной 6 или 7 глюкозных остатков с нередуцирующего конца ветви гликогена длиной не менее 11 остатков на гидроксильную группу при шестом атоме остатка глюкозы, располагающегося ниже, причём он может принадлежать как той же самой, так и другой цепи. Таким образом создаётся новая ветвь гликогена[5].

width=5

Дополнительные остатки глюкозы могут добавляться на новую ветвь гликогена под действием гликогенсинтазы. Биологический момент разветвления молекулы гликогена состоит в том, что это повышает растворимость гликогена и увеличивает число его нередуцирующих концов, которые являются сайтами активности гликогенфосфорилазы[en] (главный фермент гликогенолиза) и гликогенсинтазы[5].

Гликогениновый димер, окружённый двумя молекулами гликогена

Гликогенсинтаза не может начать синтез новой цепи гликогена с нуля. Для этого ей нужна затравка, которой может быть (α1→4)-полиглюкозная цепь или ветвь, содержащая не менее 8 глюкозных остатков. Образование затравки обеспечивает белок гликогенин[en], который является и местом синтеза заправки, и катализатором этого процесса. Первым этапом синтеза новой молекулы гликогена является перенос остатка глюкозы с UDP-глюкозы на гидроксильную группу остатка аминокислоты тирозина Tyr194 гликогенина, обусловленный глюкозилтрансферазной активностью белка. Растущая цепь удлиняется за счёт последовательного добавления 7 или более глюкозных остатков, каждый из которых берётся от UDP-глюкозы, эта реакция также катализируется гликогенином. На этом этапе в синтез гликогена включается гликогенсинтаза, обеспечивающая дельнейшее удлинение гликогеновой цепи. После этого гликогенин в составе β-частицы, ковалентно присоединённой к единственному нередуцирующему концу молекулы гликогена[5].

Регуляция[править | править код]

Регуляция гликогеногенеза осуществляется совместно с гликогенолизом (расщеплением гликогена) по типу переключения. Это переключение происходит при переходе из абсорбтивного состояния в постабсортивное, а также при смене состояния покоя на режим физической работы. В печени оно осуществляется при участии гормонов инсулина, глюкагона и адреналина, а в мышцах — инсулина и адреналина. Их действие на синтез и распад гликогена опосредовано изменением в противоположном направлении активности двух ключевых ферментов: гликогенсинтазы[en] (гликогеногенез) и гликогенфосфорилазы (гликогенолиз) при помощи их фосфорилирования/дефосфорилирования[6].

Примечания[править | править код]

  1. Северин, 2011, с. 241.
  2. 1 2 3 Nelson, Cox, 2008, p. 599.
  3. 1 2 Nelson, Cox, 2008, p. 600.
  4. Nelson, Cox, 2008, p. 598.
  5. 1 2 3 Nelson, Cox, 2008, p. 601.
  6. Северин, 2011, с. 245.

Литература[править | править код]

  • David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of biochemistry. — Fifth edition. — New York: W. H. Freeman and company, 2008. — 1158 p. — ISBN 978-0-7167-7108-1.
  • Биологическая химия с упражнениями и задачами / Под ред. С. Е. Северина. — М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2011. — 624 с.