Метаболизм гликогена и пентоза-фосфатный путь окисления глюкозы Автор – доцент кафедры биохимии Е.А. Рыскина

Пентозо-фосфатный путь окисления глюкозы Путь прямого окисления глюкозы, который связан с образованием восстановленного НАДФ, называется пентоза-фосфатным путем (ПФП). За счет ПФП разрушается не более 10% глюкозо-6-фосфата. Как и гликолиз, протекает в цитозоль клетки, продукты одного пути могут включатся в метаболизм другого. Глицероальдегидфосфат (ГАФ) и фруктозо-6- фосфат могут образовываться в гликолизе и превращаться в рибозо-5-фосфат в пентоза- фосфатном пути и наоборот использоваться в гликолизе.

Значение пентозафосфатного пути в обмене веществ Он поставляет восстановленный НАДФ, необходимый для биосинтеза жирных кислот, холестерина, гормонов и т.д. За счет пентозафосфатного цикла примерно на 50% покрывается потребность организма в НАДФН(Н+). Другая функция пентозафосфатного цикла заключается в том, что он поставляет пентозафосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов. В «аварийных случаях» может использоваться как источник энергии. Активность ПФП высока в печени, жировой ткани и коре надпочечников.

ПФП состоит из 2-х частей 1. Окислительная часть – приводит к образованию НАДФН(Н+). 2. Восстановительная часть – приводит к образованию пентозафосфатов. Суммарное уравнение ПФП: 6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADP+ + 7 Н2О 5 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADPH +12 Н+ + 6СO2. Это означает, что из 6 молекул глюкозо-6-фосфата образуются 6 молекул рибулозо-5-фосфат (пентоз) и 6 молекул СО2. В организме чаще используется НАДФН(Н+) на синтезы липидов, чем 36 АТФ, которые можно получить, если ГАФ и фруктозо-6-фосфат пойдут в гликолиз и далее ПВК в общий путь катаболизма.

Окислительная часть ПФП Окисляется 6 молекул глюкозо-6- фосфат в 6 молекул рибулозо-5- фосфат и СО2. Образуется 12 НАДФН)Н+).

Восстановительная часть ПФП Реакции восстановительной части обратимы. Превращение в пентозы может происходить при высокой потребности клетки в пентозах, например, при синтезе ДНК.

В восстановительной части важны 2 фермента. 1. Трансальдолаза переносит переносит трёх углеродный фрагмент от седогептулозо-7- фосфата на глицеральдегид-3-фосфат, образуя эритрозо-4-фосфат и фруктозо-6-фосфат. С7 + С3 = С6 + С4 Транскетолаза - фермент класса трансфераз, катализирующий обратимую реакцию переноса двух углеродного фрагмента. Катализирует 2 реакции, кофермент – тиаминпирофосфат (ТПФ), витамин В1. С5 + С5 = С3 + С7 и С5 + С4 = С6 + С3

Ф1 - транскетолаза; Ф2 - транс альдолаза; кружками обведены С2- гликольадегидная и С3-диоксиацетоновая группы; в квадраты заключены С3 - 3-фосфоглицериновый альдегид (3-ФГА), С4 - D-эритрозо-4-фосфат, С6 - Dфруктозо-6-фосфат, С7 - седогептулозо-7- фосфат.

Пентозофосфатный путь окисления углеводов (2 части)

Гликоген Гликоген (C 6 H 10 O 5 )n, полисахарид, образованный остатками глюкозы, связанными α-14 связями (α-16 в местах разветвления). Гликоген является основной формой хранения глюкозы в животных клетках. Откладывается в виде гранул в цитоплазме, главным образом печени и мышцах. В мышцах гликоген перерабатывается в глюкозу исключительно для локального потребления. Гликоген образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован и при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы.

Метаболизм гликогена 1. Биосинтез гликогена из глюкозы называется гликогенезом. В основном изучен в печени. 2. Процесс анаэробного распада гликогена до молочной кислоты (лактата) называется гликогенолизом.

Биосинтез гликогена. 1 и 2 реакции - Глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, а в печени – и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фосфат:

3 реакция - Глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглюкозу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат- уридилтрансферазой или УДФГ-пирофосфорилаза: Глюкозо-1-фосфат + УТФ УДФ-глюкоза + Пирофосфат.

В следующих реакциях образования гликогена – происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество), при этом образуется α-(1–>4)-связь. Эта реакция катализируется гликогенсинтазой (регуляторный фермент) и возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы. Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращений глюкозо- 1-фосфата начинается сначала.

В целом образование α-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви) гликогена можно представить в виде следующей схемы:

Ветвление гликогена Разветвлённая структура гликогена образуется при участии 1,4 1,6-глюкозилтрансферазы, называемой ферментом "ветвления" (от англ, branching enzyme). Как только гликогенсинтаза удлиняет линейный участок примерно до 11 глюкозных остатков, фермент ветвления переносит её концевой блок, содержащий 6-7 остатков, на внутренний остаток глюкозы этой или другой цепи. В точке ветвления концевой остаток глюкозы олигосахарида соединяется с гидроксильной группой в С 6 положении с образованием α-1,6- гликозидной связи.

Схема синтеза гликогена

Синтез гликогена

Процесс анаэробного распада гликогена - гликогенолиз На первой стадии осуществляется вовлечение гликозидных единиц гликогена при участии Н 3 РО 4 и фосфорилазы а (регуляторный фермент) в образование глюкозо-1-фосфат. Во второй стадии идет превращение глюкозо-1- фосфат в глюкозо-6-фосфат при участии фосфоглюкомутазы. В последующей реакции глюкозо-6-фосфат может включаться в процесс гликолиза. Дальнейшие пути гликолиза и гликогенолиза полностью совпадают. Адреналин и глюкагон активируют гликогенолиз, инсулин тормозит!

Мобилиза- ция гликогена

Гормональная регуляция метаболизма гликогена Влияние глюкагона и адреналина на обмен гликогена (блокируют синтез и запускают распад) Влияние инсулина на обмен гликогена (запускает синтез и блокирует распад) ПФГр - фосфопротеинфосфатаза гранул гликогена

Гликогеновые болезни и их причины Фермент Локализация дефектного фермента Основные проявления болезней Название болезни 1. Глюкозо-6-фосфатаза Печень, почки Накопление гликогена нормальной структуры. Гипоглюкоземия, гиперурикемия, ацидоз (накопление лактата) Болезнь Гирке 2. Амило-1,6-глюкозидаза (расщепляет связи в местах ветвления) Мышцы, печень Накопление гликогена с короткими внешними ветвями Болезнь Кори 3. Амило-1,6-глюкозилтрансфераза Печень, селезенка Накопление гликогена с длинными наружными ветвями и редкими точками ветвления Болезнь Андерсена 4. Гликогенфосфорилаза Мышцы Накопление в мышцах гликогена нормальной структуры Болезнь Мак- Ардля 5. Гликогенфосфорилаза Печень Накопление в мышцах гликогена нормальной структуры Болезнь Херса