Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 35
Текст из файла (страница 35)
16,18. Обмен гликогена в печени регуллрует содерягание глюкозы в крови Контроль синтеза и распада гликогеиа в печени занимает центральное место в регуляции содержания глюкозы в крови. В норме этот уровень колеблется оттот 80 до 120 мг на 100 мл. Печень чувствительна к концентрации глюкозы в крови: если содержание глюкозы в крови превышает пороговый уровень, печень поглощает глюкозу; если же ее содержание ниже этого уровня, печень высвобождает глюкозу.
Количество фосфорилазы а в печени быстро уменьшается при вливании глюкозы (рис. 16.10). После лаг-периода возрастает количество гликоген-синтазы а, что приводит к синтезу гликогена. Недавно было установлено, что в клетках печени фосфорилаза служит глюкозным датчиком-чувствительным элементом для глюкозы. Связывание глюкозы с фосфорилазой а сдвигает аллостерическое равновесие из В-состояния в Т-состояние (см. рис. 16.5).
В результате фосфорияьная группа при верине-14 сгпановимся доступной дяя гидрояиза фосфатазой. Значительную роль играет при этом то обстоятельство, что фосфатаза, тесно связываясь с фосфорнлазой а, проявляет свое каталитическое действие только после перехода последней в Т-состояние под действием глюкозы. Каким образом осуществляется активация гликоген-синтазы глюкозой? Напомним, что одна и та же фосфатаза действует иа фосфорилазу и на гликоген-синтазу.
Фосфорилаза Ь в отличие от а-формы не связывает фосфатазу. Следовательно, превращение фосфорилазы а в фосфорилазу Ь сопровождается освобождением фосфатазы, которая гпеперь можегп использоваться двя активации гвикоген-синтазы. Удаление фосфорильной группы из неактивной синтазы Ь превращает ее в активную а-форму. Вначале на олпу молекулу фосфатазы приходится около десяти молекул фосфорнлазы а. Следовательно, повышение активности синтазы может начаться только после перехода большей части фосфорилазы а в форму Ь (рис. 16.10).
Эта замечательная, чувствительная к глюкозе система зависит от ключевых элементов: 1) связи между аллостерическим центром для глюкозы н серинфосфатом, 2) использования одной и той же фосфатазы для инактивацин фосфорилазы и активации гликогенсннтазы н 3) связывания фосфатазы Каскады реакпий, регулирующих обмен гликогена: А распад гликогена; Б- синтез гликогена. Неак ~ нвные формы ферментов показаны красным, активные — зеленым цветом. Последовательность реакций, приводягцих к активации протеинкиназы, одна н та же для регуляции распада и для регуляции синтеза гликогена. Рис.
16.9. с фосфорилазой а для предотвращения преждевременной активации гликоген-синтазы. л — 3~ 16,19. Известен ряд генетически детерминированных болезней накопления гликогена Первая болезнь накопления гликогена была описана Эдгаром фон Гирке (Едйаг топ О!егке) в 1929 г. У больного был огромный живот вследствие .иассивного увеличения печени. Отмечалась выраженная гиногликемия между приемами пиШи. Кроме того, после введения алреналнна и глюкагона содержание сахара в крови не повышалось.
У детей с этим заболеванием могут наблюлаться судороги, связанные с низким солержанием глюкозы в крови. Природу ферментативного нарушения при болезни Гирке раскрыли Кори в 1952 г. Они установили, что в печени таких больных отсутствует глюкоза-6-фосфатоза. Это был впервые обнаруженный случай врожденной недостаточности фермента печени. Гликоген печени у таких больных имел нормальную структуру, но присутствовал в необычно больших количествах. Отсутствие глюкозо-6-фосфатазы в печени вызывает гипогликемию, потому что не происходит образования глюкозы из глюкозо-6-фосфата. Фосфорилированный же сахар не выхолит из печени, поскольку он не может пересечь плазматическую мембрану.
Происходит компенсаторное усиление гликолиза в печени, обусловливающее повышенное содержание лактата и пирувата в крови. Для людей с болезнью Горке характерна также повышенная зависимость от жирового обмена. К настоящему времени уже охарактеризован целый ряд болезней накопления гликогена !табл. !6.1). Кори раскрыли цриро- 3 в в $ а о о з л а в ВРемя, мнн Рис. 16.10. Инфузия глюкозы приводит к инактивации фосфорилазы, которая сопровождается активацией гликоген-сннтазы.
'ГЯ)а)шапа %., ГУе ЪЪ'п11 Н., Нос 1., Негв Н. О., Епг. В!ос)зеш., 41, 127 !1974).! 16. Гликоген и обмен лисахаридов 129 Таблнца 16.1 Болезнн нвкопленвп глвкогенв Тнп Дефекзный фермент Пораженный Глнко«сн в пора- болезни" орган :кеннан органе Клнннческая «арзнна Глюкоза-6-фосфатаза Печень н поч- Повышенное ко- Болезнь Гнрке Резкое увеличение п*ченн. Недостаточность роста Тяжелая гнпоглнкемня, кетов, глперурнкемня, гнперлнпемня Кардлореспнраторная недостаточность, црнводяшал к смсртн, обычно е возрасте Ло двух лет кн Ллчество, нормальная структур» Резкое увелнченне калач«сэва, нормальнал структура Повышенное «о- Все органы П Болезнь Помпе з-1,4-глюкозндаза (лнэосомная) Амнло-1,6-«люзнлвза (фермент, разрыва.
ющлй связн в местах в«таловая) Ветвяшнй фермент (п-1,4 з-1,6) Ш Болезнь Кори Мышцы н пе Подобна типу 1, но с более мягким тече«нем лвчество,короткневнешнле вет- чань Нормальное количество, очень Печень н селе. !ч Болезнь АлдерсеЧ Болезнь Мак- Ардля ленка длннные енеш- нне ветен Умеренно увели. ченцов ковнче- Мышцы Фосфорллаза ство, нормальная структура Печень Повышенное «олнчсство Фосфорнлаза Ч1 Болезнь Херов ЧП Повышенное ко- Поповна типу Ч Фосфофрукгокннаэа Мышцы лнчество, но)змальная структура То же Небольшое уеелнченне печени. Небольшал гнпоглнкемв» Кнназа фосфорнлаэы Печень Ч(И " Болсзнн типов с ! по ЧП наследуются «ак аутосомные рецесснвныс прнзнакн Болезнь типа Ч1П связана с полом.
тра молекулы ветви гликогена. Следовательно, лишь небольшая часть этого аномального гликогена функционально активна в качестве доступной резервной формы глюкозы. Нарушение обмена только мышечного гликогена имеет место при болезни МакАрдля (МсАгд!е) (тип Ъ').
В этом случае в мышцах отсутствует фосфарилазнал активность, и больные обладают ограниченной способностью к выполнению интенсивных физических упражнений из-за болезненных мышечных судорог. Других отклонений от нормы не обнаруживается, больные хорошо развиваются. Таким образом, эффективное использование мышечного гликогена не является жизненно необходимым. Часть П. Генерирование 130 и хранение энергии ду биохимического дефекта и при другой болезни накопления глнкогена (тип П1), которую нельзя отдифференцировать от болезни Гирке (тип 1) путем олного только медицинского обследования. Болезнь типа П1 характеризуется аномальной структурой гликогена мышц и печени и значительным увеличением его количества.
Самым резким отклонением от. нормы является очень маленькая длина внешних ветвей гликогена. У таких бальных отсутствует фермент, разрывающий связи в местах ветвления, (и-1,6-глюкозидаза), н поэтому у них могут эффективно использоваться только самые удаленные от цен- Прогрессирующий цнрроз аечснн Недостаточная активность печени вызывает смерть, обычно в возрдсте до дву» тт Ограннчснная способность выпал. нять интенсивные фнзнческне упражнення нэ-за болезненных мышечных судорог. Других озклоненнй от нормы нет, развитие хорошее Подобна тину 1, но с более мягкнм течением !6.20. Крахмал — резервный полисахарид у растения Мы обратимся теперь к другим распространенным полисахаридам.
Резервным полисахаридом у растений является крахмал, который существует в двух формах. Амилоэа, неразветвленный тип крахмала, состоит из глюкозных остатков, соединенных п-1,4-связью. В амилонектине, разветвленной форме„на тридцать а-1,4-связей имеется примерно одна а-1,6-связь. Таким образом, он подобен гликогену, отличаясь от последнего более низкой степенью ветвления.
На долю крахмала приходится больше половины потребляемых человеком углеводов. И амилопектин и амилоза быстро гидролизуются п-амилаэой, которая секретируется слюнными железами и поджелудочной железой. Альфа-амилаза гидролизует внутренние а-1,4-связи, приводя к образованию малынозы,,иальтотриоэы и а-декстрина.
Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы, соединенных между собой п-1,4-связью (рис. 16.12); мальтотриоза состоит из трех таких остатков. Альфа-декстрин образован несколькими ос~атками глюкозы, соединенными между собой а-1,6-связью в дополнение к а-1,4-связям, Мальтоза и малтотриоза гидролизуются до глюкозы под действием мальтаэы, тогда как а-декстрин гидролизуется до глюкозы и-декстринаэой. В солоде присутствует другой вид амилаэы, называемый ()-амилазай; она гидролизует крахмал до мальтозы. Бета-амилаза действует только на остатки невосстанавливаюшего конца.
Другой главный полисахарид растений — это исллылоэа, выполняющая не питательную, а структурную функцию. В действительности исллюлаэа являснн я наиболес распространеннььи органическим соединением в биосфере, содержащим более половины всего органического углерода. Она представляет собою неразветвленный полимер из остатков глюкозы, соединенных ))-1,4-связями. У млекопитающих нет целлюлаз, и поэтому они не способны переваривать древесину и растительные волокна.
Однако в пищеварительном тракте некоторых жвачных обитают бактерии, продуцирующие целлюлазу, благодаря чему эти животные могут переваривать целлюлозу. Декстран — другой полисахарид, состоящий только из остатков глюкозы, соеди- Электронная микрофотография скелетной мышцы ребенка с болезнью накопления гликогена типа И (болезнь Помпе). Лизосомы перегружены гликогеном вследствие недостаточности а-1,4-глюкозидазы.
Этот дефект расщепления гликогена ограничен лизосомами. Количество гликогена в цитозоле находится в норме. (Нега Н.О., Чап НооГ Р., Ьуяояогпез апд $(отаре Шзеазез, Асадеш1с Ргем, 1973, р. 205.) Рис. 16.11. 16. Глииогеи в обмен дисахяридов 131 пенных между собой преимущественно а-1,6-связью. Отдельные ветви в зависимости от вида организма образуются п-1,2з а-1,3- или а-1,4-связями. Декстран служит резервным полисахаридом у дрожжей и бактерий. Наружный скелет (экзоскелет) насекомых и ракообразных содержит хитин, построенный из остатков )ч-ацетилглюкозамина при помощи ()-1,4-связей. Хитин, таким образом, подобен целлюлозе, с той лишь разницей, что в нем заместителем при С-2 служит апетилированная аминогруппа, а не гидроксильная группа.
НОСН Н Н Н ОН Н ОН и.Мввьтозв НОСН НОСН Н Н Н ОН Н в Пввтозв НОСН Н НО СН ОН Н ОН Н Н ОН Свлвоозв Рис. 16.12. Строение наиболее широко распространенных днсахаридов: а-мальтозы, а-лактозы и сахарозы. Буква а относится к конфигурации аномерного углеродного атома на восстанавливающем конце днсахарида, а не к конфигурации гликозидной связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
