Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Биоэнергетика и метаболизм углеводов и липидов
Метаболизм гликогена
Гликогенез

Биосинтез гликогена (рис. 19.1)

Глюкоза фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата, это та же реакция, которая является первой стадией гликолиза. Реакция катализируется в мышцах гексокиназой, а в печени — глюкокиназой. Глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат в результате реакции, катализируемой фосфоглюкомутазой. Этот фермент (Ф) находится в фосфорилированной форме, его фосфогруппа (Р) участвует в обратимой реакции, интермедиатом которой является глюкозо-1,6-бисфосфат:

Ф — Р + Глюкозо-6-фосфат ↔ Ф + Глюкозо-1,6-бисфосфат ↔ Ф — Р + Глюкозо-1-фосфат.

Далее глюкозо-1-фосфат реагирует с уридинтрифосфатом (UTP); в результате образуется активный нуклеотид уридиндифосфатглюкоза (UDPGlc)¹ (рис. 19.2).

Реакция между глюкозо-1-фосфатом и уридинтрифосфатом катализируется ферментом UDPGlc-пирофосфорилазой:

UTP + Глюкозо-1-фосфат ↔ UDPGlc + PP_i.

Последующий гидролиз неорганического пирофосфата, катализируемый неорганической пирофосфатазой, сдвигает равновесие реакции вправо.

При действии фермента гликогенсинтазы (или глюкозилтрансферазы) образуется гликозидная связь между атомом С, активированной глюкозы, находящейся в составе UDPGlc, и атомом С₄ концевого остатка глюкозы в гликогене с освобождением уридиндифосфата (UDP). Для инициирования этой реакции требуется молекула гликогена в качестве «затравки». Эта затравка может синтезироваться на остове пептидной цепи подобно тому, как это происходит при синтезе других гликопротеинов (см. гл. 54):

¹ Известны и другие нуклеозиддифосфатсахара, например UDPGal. Кроме того, один и тот же сахар может быть связан с различными нуклеотидами. Например, глюкоза может быть связана с уридиновым (как в приведенном выше примере), гуанозиновым, тимидиновым, аденозиновым и цитидиновым нуклеотидами.

Рис. 19.1. Схема гликогенеза и гликогенолиза в печени. На включение одной молекулы глюкозы в состав гликогена расходуются две высокоэнергетические фосфатные связи. ⊕ — стимуляция; ⊝ — ингибирование. Инсулин понижает уровень сАМР только в том случае, если повышение уровня сАМР было вызвано глюкагоном или адреналином, т.е. по отношению к последним инсулин выступает как антагонист.

Рис. 19.2. Уридиндифосфатглюкоза (UDPGlc).

Механизм ветвления

Присоединение остатка глюкозы к «затравочной» цепи гликогена происходит на внешнем, невосстанавливающем конце молекулы; «ветви» гликогенового «дерева» удлиняются путем последовательного образования (1→4)-связей (рис. 19.3). После того как длина линейного участка цепи достигнет как минимум 11 остатков глюкозы, ветвящий (бранчинг) фермент (амило-[1→4]→[1→6]-трансглюкозидаза) переносит фрагмент (1→4)-цепи (с минимальной длиной в 6 остатков глюкозы) на соседнюю цепь, присоединяя к ней переносимый фрагмент (1→6)-связью; таким образом образуется точка ветвления в молекуле. Ветви растут путем последовательного присоединения (1→4)-глюкозильных единиц и дальнейшего ветвления.

Рис. 19.3. Биосинтез гликогена. Механизм ветвления установлен с использованием [¹⁴С] глюкозы.

Действие ветвящего фермента изучалось на животных путем добавления в пищу ¹⁴С-меченной глюкозы с последующим исследованием гликогена печени через определенные интервалы времени (рис. 19.3).