Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 71
Текст из файла (страница 71)
У животных гликоген синтезируется практически во всех тканях, но особенно активны в этом отношении печень и скелетные мышцы. Начинается синтез гликогена из сободной глюкозы с гексокиназной реакции, т.е. с фосфорнлнрования глюкозы, в результате которого образуется глюкоза-6- фосфат АТР + Гл-глюкоза— О-глюкоза-6-фосфат + АОР. На следующем этапе глюкозо-6-фосфат обратимо превращается в глюкозо-1- фосфат в реакции, катализируемой фосфоглюкомутаэай (разд. 15.8). Глюкозо-6-фосфат— Глюкозо-1-фосфат. Далее следует ключевая реакция биосинтеза гликогена, отсутствующая в процессе его растцепления.
Эта реакция представляет собой образование уридиндифосфатглюлоэы (ШЗР-глюкозы) (рис. 20-8), ка гализируемое глюкоза-1- фосфат-уридилтрансфграэой ()ТР + Глюкозо-1-фосфат— — 1Л3Р-глюкоза + РР,. Реакция вынуждена идти слева направо под действием пирофосфатазы, гидролизуюшей пирофосфат (РР,) до ортофосфата (Рт). Ранее мы видели, что (Ллрглюкоза играет роль промежуточного урнлин П-глюкпэильиил группа Рис 20.а Урилинлифпефкттлюкпза (ООР-глюкоза); итркююзз роль Лпнпрз тлюкпзнльнык групп е тлнютенеинтззнпй реккпии. 613 ГЛ 20. БИОСИНТЕЗ УГЛЕВОДОВ В ЖИВОТНЫХ ТКАНЯХ ШЭР + (Глюкоза)н Уллнневная боковая пель гликогсна в СН,ОН Уридин СНсОН Н Н Н О О а !! )1 СН ОН О вЂ” Д О О вЂ” Р— Π— Р— О 1 ) ОН О О 1))ЗР-глюкоза Н Гликоген- синтаза СН,ОН СН,ОН СН,ОН О вЂ” П О О Н ОН Н ОН Удлиненная боковая цепь гликогеиаь содержашая и+ 1 остатков глюкозы ОН Н продукта в процессе превращения 0-галактозы в Га-глюкозу (рис.
15-12). Она же служит н непосредственным донором глюкозильных групп при ферментативном образовании глнкогена; перенос глюкозипьных групп от $3ОРнлюкозы на нерелуцирующий конец разветвленной молекулы гликогена катализируется ферментом, который носит название гликоген-синклиты (рис. Ю-9).
В чтой реакции образуется новая и(1- 4)-связь между 1-м углеролным атомом добавляемого остат.ка глуокозы и 4-м углеродным атомом концевого остатка глюкозы данной боковой цепи гликогена 1Л)Р-глюкоза + (Глюкоза)я Боковая пспь глнкогсна Рис. Дья Уллнненне аллой нз боковык пелся гликогена. каталнзнруемое гляксгсн-сиятазой, Гьглюкозильная группа СОР-О-глюкозы аерсноаигся на нсрслулнруюшии комп боковой испи гликогсна с образованием новой «1! 4)- связи. Общее равновесие зтнх трех реакций сильно сдвинуто в сторону синтеза гликогена. Гликоген-синтазе требуется в качестве затравки ш(1- 4)-полиглюкозная цепь, или ветвь молекулы гликогена. состоящая не менее чем из четырех глюкозных остатков, к которым фермент последовательно присоединяет глюкозильные группы с нередуцирующего конца.
Роль ОТР- и $ЗОР-глюкозы в биосинтезе глнкогена и многих других углеводов выяснил аргентинский биохимик Луис Лелуар. За эти работы он был удостоен в 1970 т. Нобелевской премии. Выще мы уже познакомились с другими примерами биосинтеза углеводов и их производных, в которых промежуточными продуктами тоже служили нуклеозиддифосфатсахара (разд. 15.9). Гликоген-синтаза неспособна катализировать образование и(1 -+ 6)-связей, находящихся в точках ветвления цепей гликогена. Существует специальный «ветвящий» фермент — гликозил-(4- — 6) — трансфераза. Он катализирует перенос концевого олигосахаридною фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей.
насчитывающей Н ОН Н ОН Нередуцирушший конец боковой цепи гликогена, содержашейи остатков глюкозы ЧАСТЪ и. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 3, не менее 11 остатков, на 6-гилроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи злнкогенгц расположенно~о ближе к внутренней части молекулы, в резульз.ате чего образуйся новая боковая цепь (рис. 20-10).
После этого глико- а — Ннридуцируниний конец Т боновой цепи ° гликогеиа К обоим иередуцирувшим концам могут теперь присоединяться новые остатки глюкозы ген-синтаза может добавлять к этой боковой цепи новые остатки глюкозы. Биологический смысл ветвления заключается в повышении растворимости гликогена и в увеличении числа нередуцирующих концов у его молекул, что делает гликот ен более доступным лля действия гликоген-фосфорилазы и гликоген-синтазы. Крахмал в растениях синтезируется таким же путем, но лонором глюкозильных групп служит при этом не Е))зР-глюкоза, а АЕУР-глюкоза. 20.14. Глнкоген-сннтаза и глнкоген-фосфорнлаза регулируются рецнпрокно Ранее мы видели, чго расщепление гликогена резулируется посредством ковалшпной и аллостерической модуляции гликоген-фосфорилазы )разгь 15.1Ц.
аросфорилаза а, активная форма фермента, содержащая сузцественные для каталитззческой активности фосфорилированные остатки серина, дефосфорилируется под действием фосфаишуы 4огфорилиэы н превращается в фогфорззлазу Ь-значительно менее активную форму, которую может активировать АМР 1ее аллостерическнй модулятор). Киназа фосфорилазы превращает фосфорнлазу Ь снова в фосфорилазу а за счет АТР, фосфорнлирующего упомянутые остатки серина. Гликоген-синтаза такхае существует в двух формах - фосфорилированной и дефосфорилированной, но она регулируется реципрокно гю отношению к гликоген-фосфорилазе, т.е.
прямо противоположным образом )рис. 20-11). Ее активная форма, гликогеи-синтази сз дефосфорилирована. В результате катализируемого прозеинкиназой фосфорилировааия за счет АТР по двум гилро- Рис. 20-10. Сзома, пояаняюшая, каким образом нрн синтезе зликотсна в езо молекуле возника- ет новая точка ветвления. В се образовании учаатвует еетвяший фермент. Часть цепи. вылс- лениая красным, переносится на остаток злюко- зы, назоляшиисн в той же цепи, но ближе к нсерлцевпнеь. как показано пунктирнои стрелкой Перенесенный фршмент присоелиня- етая К1 6).связью.
б!5 ГЛ. 20. БИОСИНТЕЗ УГЛЕВОДОВ В ЖИВОТНЫХ ТКАНЯХ киназа злпг (регулируетоя гормонами) Фоофо- протеин- ф оефагаэа Стимулируется синтез гликогена 1, АПР Н О Стимулируегоя раошепление гликогена ксильным группам серина гликоген-син- таза а превращаетсн в менее активную форму, глнкогнп-гмпгдазу Ь Гликоген-синтаза а + Акгнмая форма Прогеинкиназа + 2АТР— Гликоген-синтаза Ь + Менее активная форма Переход менее активной гликоген-синтазы 6 обратно в активную форму катализируется фосфппрпгпеип-фосй)алшзой, которая опцепляетфосфатные группы от остатков серина Гликоген-синтаза Ь + 2Н20 -+ Гликоген-синтаза а + Р;.
Гликоген-оинтаза а (активная дефопфорилированнак форма) Гликогев синтаза Ь (менее активная, фоофорилиронанивя форма) Рие. 20-11. Регуляция актнвноети глнкогеа- еинтазы путем фермен ппивного фосфорилиро- авння в дефогфорилироеания. Сама протеинки- нвза такие еущеетвует в двук формак, актив- ной и неактивной; нк еоотношеиие регулирует- ея гормонами (гл. 251 Таким образом, гликоген-фосфорилаза и гликоген-синтаза регулируются реципрокно: в то время как один из ферментов активируется, актнвносп друго~о подавляется (рис.
20-12). Сказанное означает. что проявлять полную активность одновременно оба зти фермента, по-видимому, не могут. Гликоген-синтаза изменяет свою активность также и под влиянием шглостерических модуляторов. Менее активная форма, гликоген-синтаза Ь, активируется своим аллостерическим модулятором, глюкозо-6-фосфатом. Поскольку активность Зз.ой формы гликоген-синтазы зависит от глюкозо-б-фосфата, ее называют зависимой формой нли 1)-формой (от англ. г)ерепг)еп1-зависимая). Гликоген-синтаза и не активируется глюкозо-6- фосфатом, т.е. не зависит от него, и потому ее называют независимой формой или 1-формой (от англ. 1пг)ерепг)еп1 — независимая).
Соотнсдпение между скоростями синтеза и распада гликогена в печени регулируется в конечном счете двумя гормонами: адреналгзппм (вырабатывается мозговым веществом надпочечников! и глюкагпполг (вырабатывается поджелудочной железой). Эзи гормоны действуют, изменяя соотношение активной и неактивной форм гликоген-фосфорилазы и гликоген-синтазы. Секрепия адреналина стимулирует расзцепление гликогена в печени и мышцах. повышая отношение фосфорилазы а к фосфорилазе Ь и одно- Рие.
20.12. Реципрокная регуляция гликоген- оинтазы н глнкогеи-фосфорилазы путеы фоефо- рилнроваиия и дефоефорнлирования Активная форма каждого из ферментов покатым крас- ным. неактивгмя- черным. Символом — Π— (р) обозначены фоефорнлироеанны* остатки пе- рина. б!6 ЧАСТЬ и. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ временно понижая отношение гликогенсинтазы а к глнкоген-синтазе б. Глюкагон вызывает тот же конечный эффект, но действует иначе. Подробно гормональную регуляцию обмена гликогенв мы рассмотрим в гл. 25. 20Л5. Существуют генетические болезни, при которых обмен глнкогена нарушен У человека известен ряд генетических болезней, связанных с нарушением синтеза илн распада гликогена.
Одним из первых был описан случай хронического увеличения печени - у 8-летней девочзм, у которой наблюдались также различного рода нарушения обмена. Девочка умерла от агриппа. Вскрытие показало, что ее печень была в 3 раза больше нормы; в ней содержалось огромное количество гликогена: на долю его приходилось почти 40; сухо~о веса органа.
Выделенный нз печени гликоген в химическом отношении оказался вполне нормальным, однако. когда кусочек ~кани печени п>могенизировалн н ннкубировали в буфере, этот гликоген так и остался ннтактным — ни лактат, ни глюкоза не образовались. Когда же к гликогену добавили суспензию, приготовленную из ткани нормальной печени, то очень быстро произошло его расщеплеш>е до глюкозы.
На основании этой биохимической проверки исследователи пришли к выводу, что у больной был нарушен процесс расщепления гликогена (эту болезнь часто называют болезнью Гнрке по имени описавшего ее врача1 Сначала предполагалось, что дефектным ферментом была в этом случае глюкозо-6-фосфатаза, поскольку больная печень не образовывала глюкозы; однако отсутствие образования лактата указывало на то, что дефект затрагивал либо гликогенфосфорнлазу, либо дебранчннг-фермент (п(! -+ 6)-глюкозидазу). Позже исследователи укрепились в мнении, что в этом классическом случае была затронута именно и(! — 6)-глюкозидаза. Вследствие этого в молекулах гликогена, находящихся в печени„могли расщепляться с образованием глюкозы или Таблица лп-3. Врожденные нарушения обмена гликошна н глюконеогенеза у человека Дефектный фермент Болезнь денаннра»зння ел»лигене Тнп 1 Тнп 11 Тнп 11! Тнп 1е' Тнп е' Глюкоза-б-фосфатаза а(! 6)-глюкозндаза а(! 6)-глюкозидаза Ветвяшнй фермент Фосфорнлаза мышц Фосфорнлаэа печени Кнназа фасфарнлазы печени Фоефофруктакиназа мышц Глнкоген-сннтазн печени Фруктозо- ),б-днфосфатаза Пнруваткарбокснлаза Фосфоенолпнруват-кар бокснкнназа 20.1б.
Синтез лактозы регулируется особым образом Почти все ткани позвоночных содержат галактознлтрпнсфераэу- фермент. лактата только внешние боковые цепи и, значит, накапливалось много молекул гликогена, которые уже не могли расщепляться дальше; в сущности, от молекулы оставалась ее «сердцевина» (или «остаточный декстрин»), но в этом случае необычно крупная. К настоящему времени известно не менее 12 различных видов врожденных нарушений синтеза или расщепления гликогена. В каждом из таких случаев затронут определенный фермент (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
