Пентозо-фосфатный путь распада углеводов.

Переваривание углеводов.

Это процесс гидролитического расщепления поли- и олигосахаридов. Переваривание начинается в ротовой полости. В слюне содержится фермент , расщепляющий крахмал ( a-амилаза ), расщепляет a-1,4-гликозидные связи внутри молекулы (но не концевые), при этом образуются декстрины, небольшое количество мальтозы и изомальтозы. В желудке углеводы не перевариваются, т.к. рН – кислая. Полное переваривание происходит в тонком кишечнике.

Поджелудочная железа вырабатывает a, b - амилазы и выделяет их в просвет кишечника. Клетки слизистой кишечника тоже продуцируют ряд ферментов , переваривающих олигосахара. Одна группа ферментов расщепляет a-гликозидные связи (мальтаза: a-1,4- гликозидные связи, изомальтаза-a-1,6; сахараза- сахарозу). Вторая группа расщепляет b-гликозидные связи (лактаза, b-галактозидаза, гетерогалактозидаза – расщепляет смешанные олигосахариды).

Под действием указанных ферментов происходит расщепление до моносахаров. Переваривание чаще идёт пристеночное (у поверхности клеток). Не перевариваются: клетчатка (нет фермента), но она нужна для перистальтики кишечника, пектозаны (полисахара, состоящие из пентоз). При переваривании больше всего образуется глюкозы. Всасывание осуществляется с помощью особых переносчиков, при этом характерна специфичность, затрачивается энергия ( повышено потребление кислорода, расходуется АТФ).

Глюкоза и галактоза могут всасываться за счёт активного транспорта, за счёт грАДНента концентрации ионов Nа⁺, создаваемого Nа, К – АТФазой. Это обеспечивает их всасывание даже при низкой концентрации в кишечнике. С током крови по воротной вене глюкоза доставляется в печень, а частично с током крови доставляется во все органы и ткани, поступления и утилизации глюкозы в клетке. Глюкоза может поступить из ЖКТ с током крови, образоваться при распаде гликогена, может быть синтезирована из неуглеводных компонентов – глюконеогенез. Утилизация глюкозы:

Синтез гликогена, синтез жиров, синтез аминокислот, синтез других углеводов,полностью может расщепляться до СО₂ и Н₂О с образованием энергии.

Синтез и распад гликогена.

Гликоген является депо (запасом глюкозы). Гликоген образуется в печени и других тканях:

Гексокиназа малоспецифична, катализирует эту реакцию и с другими гексозами (фруктозой, маннозой и т.д.)

(порция гликогена) а)при образовании a-1,4-глюкогидных

n – не менее четырёх связей работает фермент; гликогенсинтаза

б)при образовании a-1,6-гликозидных

связей работает фермент; амило-1,4-1,6-

гликозилтрансфераза.

Ветвление цепи гликогена повышает его растворимость и, благодаря созданию большого количества не восстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликоген-синтазы, увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена.

По мере необходимости гликоген может расщепляться (и в печени, и в других тканях). Различают два пути расщепления гликогена:

Ø Амилолитический

Таким путём расщепляются боковые цепи – это около 10% гликогена. В тканях есть a-амилазы (расщепляют срединные a-1,4-гликозидные связи) и a-амилазы (расщепляют концевые a-1,4- гликозидные связи). По сути, идёт гидролиз гликогена:

_Н2О

Гликоген → Глюкоза

^{Амилаза}

Полученную глюкозу, в какие бы процессы она потом ни вступала (синтез, распад), необходимо проактивизировать, т.е. получить фосфориокислый эфир глюкозы, т.е. фосфорилировать её:

Глюкоза +АТФ → Глюкоза-6-Фосфат + АДФ

Как видно из приведённой реакции, мы затрачиваем при этом одну молекулу АТФ.

Ø Фосфоролитический (фосфоролиз):

Этим путём расщепляется до 90 % гликогена. Процесс выглядит по – другому:

1. Гликоген + Н₃РО₃ → Глюкозо-1-фосфат

^{фосфорилаза}

2. Глюкозо-1-фосфат → Глюкозо-6-фосфат

^{фосфоглюкомутаза}

Фосфорилаза расщепляет a-1,4- гликозидные связи, а a-1,6- гликозидные связи расщепляют a-1,6- гликозидазой. Но в реакции фосфоролиза участвует только активная форма – фосфорилаза «а», в то время, как в тканях вырабатывается и постоянно присутствует неактивная форма - фосфорилаза «b». Это впервые обнаружили в 1947 г. Дж. Корн, К. Корн. Превращение фосфорилазы «b» (неактивной) в фосфорилазу «а» (активную), происходит путём фосфорилирования. Фосфорилаза «b» представляет собой димер: каждая цепь содержит 841 АК, с молекулярной массой 100 000. При активации происходит фосфорилирование одного остатка серина ( в 14 положении) в каждой субъединице.

Фосфорилаза «b» + АТФ Фосфорилаза «а» + АДФ

сер – ОН сер – О – РО₃Н₂

Этот процесс катализирует фермент : киназа фосфорилазы. (Активизирующее влияние на фосфорилазу «b» оказывает и АМФ (его много образуется при повышенном потреблении АТФ и, следовательно, возникает большая потребность в АТФ). АМФ оказывает активирующее влияние на фосфорилазу «b» вследствие аллостерического эффекта – путём связывания с регуляторным центром на каждой из субъединиц). Но этот фермент тоже вырабатывается неактивным, и также активизируется путём фосфорилирования. Однако частично активизировать киназу фосфорилазы могут и Са⁺⁺ в концентрации 10^-7м. Этот механизм активации имеет для организма важное значение, т.к. мышечное сокращение запускается высвобождением Са⁺⁺-ионов. Таким образом, ращепление гликогена и мышечное сокращение связаны преходящим увеличением содержания Са⁺⁺ в цитоплазме.

Фосфорилированию же киназы фосфорилазы способствует фермент протеинкиназа, которая активна лишь при присутствии в цитоплазме циклической формы АМФ.

АМФ образуется в плазматической мембране из АТФ:

АТФ: Аденин-рибоза-Ф-Ф-Ф Аденин-рибоза- Ф + ПФ

^{Аденилатциклаза} (цАМФ)

Аденилатциклаза - мембраносвязанный фермент. На его активность в значительной степени влияют специфические гормоны.

Мы видим, что синтез и расщепление гликогена происходит разными путями. Главные ферменты синтеза и распада гликогена – это гликогенсинтеза и фосфорилаза. Синтез и расщепление гликогена координировано регулируются таким образом, что когда активируется гликогенсинтаза, то фосфорилаза остаётся почти неактивной и наоборот. На обмен гликогена большое влияние оказывают специфические гормоны:

инсулин (вырабатывается в поджелудочной железе ( b-клетки)-повышай способность печени и мышц синтезировать гликoген (интимный механизм инсулина пока выяснен не в достаточной степени ),Значительно лучше изучен механизм действия адреналина и глюкогона.

адреналин вырабатывается мозговым веществом надпочечников и вы-раженно стимулирует распад гликогена в мышцах и , в меньшей мере , в печени. Печень более чувствительна к гликогону, который вырабатывается a –клетками поджелудочной железы ( при низком содержании глюкозы в крови ).

Эрл Сазерленд установил , что действие адреналина и глюкогена на обмен углеводов опосредуется циклическим АМФ. Адреналин и глюкогон не проникают в свои клетки-мишени, они связываются с плазматическими мембранами и стимулируют аденилатциклазу.

Таким образом ,получается следующая схема:

Адреналин ( глюкагон )

Аденилатциклаза

АТФ цАМФ

Протеинкиназа

Киназа фосфорилазы

Фосфорилаза Фосфорилаза

«b» «а»

Фосфоролиз ( распад гликогена)

Глюкозо-1-фосфат

Глюкозо-6-фосфат

Синтез гликогена тесно связан с его расщеплением. Активность гликоген-синтазы , подобно активности фосфорилазы, регулируется путем ковалентной модификации, т. е. фосфорилирования. В результате фосфорилирования гликоген-синтаза «а» ( активная формула ), превращается в неактивную форму-гликоген – синтазу «в» .Фосфорилированная форма –гликоген-синтаза «в» требует для своей активности больших количеств глюкозо-6-фосфата.,тогда как дефосфорилированная «а» –форма активна и в присутствии и в отсутствии глюкозо-6-ффосфата. Таким образом ,фосфорилирование оказывает противоположно направленное действие на активности гликоген-синтазы и гликоген-фосфорилазы. Так как фосфорилирование гликоген-синтазы «а» осущест-вляется протеинкиназой ,то ,когда протеин-киназа активна ( см. схему, то-есть под действием адреналина и глюкогона ), то она стимулирует выработку активной фосфорилазы «а» ( через стАДНю киназы фосфорилазы ) и неактивной гликоген-синтазы «в». Т. е. при повышенном распаде гликогена тормозится его синтез и наоборот.

Адреналин (глюкагон)

Аденилатциклаза

АТФ цАМФ

Протеникиназа Гликогенсинтаза «b»

фосфорилирование

Cа⁺⁺ Киназа фосфорилазы Гликогенсинтаза «а»

Фосфорилаза «b» Фосфорилаза «а»

	Фосфоролиз гликогена гликогена

УДФ-глюкоза

Глюкоза-1-фосфат Глюкоза-1-фосфат

Глюкоза-6-фосфат Глюкоза-6-фосфат

СО₂+ Н₂О Глюкоза

Гликолиз.

Под гликолизом в общем смысле принято понимать разложение углеводов. В зависимости от конкретного организма и (или) условий его роста, гликолиз может идти по анаэробному пути ( в этом случае он так и называется –анаэробный гликолиз ).

И может идти по аэробному пути ( соответственно – аэробный гликолиз ). Для многих микроарганизмов, растущих в анаэробных условиях ( в отсутствие кислорода ) гликолиз является основным катаболическим путем для получения энергии из углеводных субстратов, приводя к образованию определенных конечных продуктов метаболизма, например, этанола, лактата, глицерина. Процесс такого типа часто называют брожением. У животных анаэробный гликолиз ( с образованием лактата ) обеспечивает энергией сокращение скелетных мышц в условиях ограниченного снабжения кислородом. В некоторых случиях гликолиз ( аэробный гликолиз ) идет по анаэробному пути в аэробных условиях т. е. конечным продуктом является лактат ), хотя кислород и присутствует . Такие процес-сы идут, например, в эритроциттах, сетчатке, слизистой кишечника, в тканях плода (вскоре после рождения ). Гликолиз –единственный анаэробный путь, дающий энергию. В аэробных условиях ( в присутствии кислорода ) реакции гликолиза составляют начальную форму разложения углеводов,связанную далее с циклом лимонной кислоты. В этом случае гликолиз останавливается на стАДНи образования ПВК. В аэробных условиях гликолиз и цикл Кребса совместно приводят к полному окислению гексозы до углекислого газа. Этот процесс сопровождается выделением больших количеств потенциально доступной метаболической энергии, в основном в виде высокоэнергетических продуктов НАДН и ФАДН₂ ,которые, окисляясь в ходе дыхательной цепочки, дают энергию, необходимую для процесса ОФ , в результате которого образуется АТФ. Гликолиз –это первая до конца расшифрованная последовательность биохимических реакций, для этого потребовалось почти 50 лет ( 1890-1940). За это время были открыты фосфоэфиры , АТФ, НАД ,выделены и охарактеризованы многие факторы и т.д.

Гликолиз протекает в цитозоле .

Схема гликолиза :

Очень важно образование на конечном этапе НАД⁺ ,который используется для окислительного фосфорилирования 3-фосфоглицеринового альдегида.

Лактат является конечным продуктом гликолиза. Т. к. лактат (как, впрочем, и пирува) достаточно легко проходит через плазматическую мембрану, он попадает из мышечной клетки (или эритроцитов) в кровь, с током крови попадает в печень, где окисляется в пируват , который в печени затем превращается в глюкозу. Таким образом образуется своего рода цикл. Эти превращения и составляют цикл Кори :

Вообще же в ходе гликолиза образуется 4 молекулы АТФ ,а расходуется 2 АТФ. Таким образом, суммарный эффект окисления одной молекулы глюкозы в ходе гликолиза до лактата равен 2 АТФ. Утилизируется всего около 3% всей возможной энергии , которую можно было бы получать при окислении глюкозы, т.е. в сутки нужно было бы расщепить 27 кг глюкозы , чтобы обеспечить ортанизм энергией ( если бы энергия получалась бы только путем гликолиза ).

Однако ,гликолиз имеет место в клетках. Он нужен в мышцах для быстрого получения энергии. А, например, эритророциты только за счет гликолиза и могут получать энергию , т. к. у них нет митохондрий , и, следовательно , нет и окислительного фосфорилирования . Большинство простых сахаров можно расщепить гликолитическим путем. Все, что для этого необходимо – это превратить эти сахара в Г-1- Ф, Г-6-Ф, Ф-6-Ф. Это происходит в ходе взаимного превращения моносахаров.

Аэробное окисление глюкозы

В аэробных условиях (в присутствии кислорода ) реакции гликолиза составляет начальную фазу расщипления углеводов, связанную дальше с другим важным циклом- циклом лимонной кислоты (или его называют цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса ). В этом случае гликолиз останавливается на стАДНи образования пирувата, который затем путем окислительного декарбоксилирования превращается в ацетил- КоА, а ацетил-КоА , вступая в цикл Кребса, окисляется до СО₂ и Н₂О. Образующиеся в ходе цикла Кребса и в ходе окислительного декарбоксилирования восстановленные формы НАДН и ФАДН₂ поступают в дыхательную цепь, где энергия, образующаяся при переносе с них Н⁺ и е- на О₂ может быть использована , в ходе окислительного фосфорилирования, для синтеза АТФ. Легко рассчитать энергетический эффект этого процесса. На стАДНи образования пирувата из глюкозы образуются 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАДН₂. На стАДНи образования ацетил-КоА из пирувата ( в ходе окислительного декарбоксилирования пирувата ) образуется 2НАДН₂ ( т.к. из глюкозы получается 2 молекулы пирувата ). В ходе цикла Кребса образуется 1 моль ГТФ (=АТФ ), 3 молекулы НАДН₂ и 1 молекула ФАДН₂ ( все это умножает на 2, т. к. в цикл Кребса вступает 2 молекулы ацетил-КоА ). Итого получается 2 молекулы АТФ + 2 молекулы ГТФ (=АТФ) + 10 молекул (2+2+6 ) НАДН и 2 моле-кулы ФАДН₂. Одна НАДН при окислении в дыхательной цепи может дать энергию достаточную для синтеза 3-х АТФ, следовательно , 10 НАДН₂ дадут 30 АТФ. Молекула ФАДН₂, окисляясь в дыхательной цепи, может дать энергию, достаточную для синтеза 2 АТФ, а 2ФАДН₂=4АТФ. Итого, получается 38 молекул АТФ. Всего при окислении одной молекулы глюкозы выделяется около 600 ккал. При аэробном окислении глюкозы , как мы подсчитали, образуется 38 молекул АТФ. АТФ, как известно , при гидролизе до АДФ дает = 10 ккал, т.е. всего на синтез АТФ при аэробном окислении затрачивается 380 ккал, что составляет около 60%,т.е. КПД аэробного окисления =60%, в то время, как КПД гликолиза составляет около 3 % ( всего 2 молекулы АТФ ) .

Гликолиз протекает в цитозоле. Мы уже говорили о том, что ПВК относительно легко проходит через мембраны ( когда говорим о судьбе лактата ). Так и происходит , ведь все последующие этапы окисления глюкозы проходят в митохондриях. На начальных этапах окисления глюкозы (а они проходят в цитозоле) для окислительного фосфорилирования 3-фосфоглицеринового альдегида необходима окисленная форма НАД⁺. В ходе гликолиза она получается при восстановлении ПВК в лактат .При аэробном окислении глюкозы первый этап заканчивается образованием ПВК, которая через мембрану поступает внутрь митохондрий, подвергается окислительному декарбоксилированию, далее- цикл Кребса и дыхательная цепь. Можно было бы НАДН, образующуюся при фосфорилировании 3-фосфоглицеринового альдегида (т.к. мы не можем ее окислить с помощью ЛДГ- реакции до НАД+), отправить в митохондрии, там в дыхаательной цепи окислить до НАД⁺ и использовать для фосфорилирования 3-фосфоглицеринового альдегида. Но ,оказалось, что НАДН и НАД⁺ не проходят через мембраны. Здесь действуют челночные механизмы: за счет НАДН образуется какая-то восстановленная форма вещества , которая проходит через мембраны, внутрь митохондрий, а окисленная форма возвращается в цитозоль, т.е. это вещество является , по сути, проводником протонов (переносчиком). При этом НАДН Окисляется до НАД⁺, что и требовалось. Так работает глицерофосфатный челночный механизм:

Так же работает и малатный (яблочная кислота (или малат)-ЩУК) челночный механизм. Мы уже говорили, что большие количества АТФ угнетают ключевые ферменты гликолиза. Т. к. аэробный распад глюкозы дает большой выход АТФ,. то включение этого процесса подавляет процесс распада углеводов в лактат (это эффект Пастера), т.е. гликолиз ингибируется при поступлении кислорода. Кроме того, что при накоплении АТФ ингибируются ферменты гликолиза (гексокиназа, фосфофруктокиназы и др.), есть и другие механизмы подавления гликолиза при поступлении кислорода. Например, в процессе гликолиза для образования АТФ путем фосфорилирования АДФ, который нужен и при дыхании (для окислительного фосфорилирования),т.е. возникает конкуренция, в которой выигрывают митохондрии. Для образования молочной кислоты из пирувата нужен НАДН, который также нужен и для работы челночных механизмов в аэробных условиях (для восстановления фосфодиоксиацетона до глицерофосфата), т.е.снова конкуренция и снова выигрывают митохондрии

Таким образом в аэробных условиях гликолиз не идет, хотя возможен (например, в опухолях, где угнетен фермент глицерофосфат-ДГ, который катализирует восстановление фосфодиоксиацетона до глицерофосфата- челноки не работают, идет гликолиз.

В скелетных мышцах, где снабжение кислородом невелико и метаболические процессы в большей степени протекают по анаэробному пути, АТФ поступает в результате гликолиза, так что основным субстратом служат запасы гликогена, а конечным продуктом – лактат. В других мышечных тканях, способных к аэробному метаболизму в жестких условиях ( например, в сердечной мышце ) в основном одновременно идет гликолиз с образованием пирувата и действует цикл лимонной кислоты . В этом случае основная часть необходимого АТФ доставляется благодаря процессу ОФ в митохондриях. В соответствии с такими функциональными различиями между аэробным и анаэробными мышечными тканями сердечная мышца обычно содержит гораздо больше митохондрий, чем клетки скелетных мышц. Около 40% Сухой массы сердца приходится на митохондрии.

В периоды длительной мышечной активности АТФ используется непосредственно после его образования. В периоды отдыха энергия АТФ сохраняется в виде макророэрга – креатинфосфата, который в короткие периоды активности и в начальной фазе длительной активности служит донором фосфата для синтеза АТФ из АДФ.

Далее фосфоенолпируват выходит в цитозоль и там продолжаются процессы, обратные гликолизу, т.е. продолжается глюконеогенез. Биотин всегда участвует в реакциях карбоксилирования. Обнаружили его случайно: крысам скармливали много куриного белка – крысы заболевали (дерматит, и т.д.). Оказалось, что в состав куриного белка входит белок авидин, который образует прочный комплекс с витамином Н, биотин не всасывается, в организме образуется его дефицит и, как следствие, заболевание.

Иногда карбоксикиназа (фермент, который катализирует переход ЩУК в фосфоенолпируват) обнаруживается в цитоплазме. Но метохондриальная мембрана непроницаема для ЩУК. Поэтому для третьего пути нужны ещё два фермента – малатдегидрогеназа ( в митохондриях) и малат-ДГ (в цитоплазме). По этой схеме ЩУК в митохондриях восстанавливается в малат:

А вот яблочная кислота легко проходит через митоидриальную мембрану, где цитоплазматическая малат-ДГ окисляет её до ЩУК, а на ЩУК уже действует найденная ранее в цитоплазме фосфоенолпируваткарбоксикиназа, при этом ЩУК превращается в фосфоенол ПВК. И т.д. до образования глюкозы.

Биосинтез лактозы.

Синтез лактозы катализируется ферментом лактозо-синтазой. Это фермент состоит из 2-х субъединиц: каталитической (ее называют галактозилттрансфера-зой) и модифицирующей (ее называют галактозил трансферазой a - лактальбумин). Галактозилтрансфераза присутствует в большинстве тканей, где она участвует в синтезе углеводного компанента гликопротеинов. А вот лактозо-синтаза обнаружена только в молочной железе. Во время беременности галактозил-трансфераза интезируется и накапливается в молочной железе. А a-лактальбумин-синтезируется в неболь-шом количестве. При родах резкое изменение в содержании некоторых гормонов вызывают синтез больших количеств a-лактальбумина. Образующийся лактозо-синтазный комплекс синтезирует большие количества лактозы.

Переваривание углеводов.

Это процесс гидролитического расщепления поли- и олигосахаридов. Переваривание начинается в ротовой полости. В слюне содержится фермент , расщепляющий крахмал ( a-амилаза ), расщепляет a-1,4-гликозидные связи внутри молекулы (но не концевые), при этом образуются декстрины, небольшое количество мальтозы и изомальтозы. В желудке углеводы не перевариваются, т.к. рН – кислая. Полное переваривание происходит в тонком кишечнике.

Поджелудочная железа вырабатывает a, b - амилазы и выделяет их в просвет кишечника. Клетки слизистой кишечника тоже продуцируют ряд ферментов , переваривающих олигосахара. Одна группа ферментов расщепляет a-гликозидные связи (мальтаза: a-1,4- гликозидные связи, изомальтаза-a-1,6; сахараза- сахарозу). Вторая группа расщепляет b-гликозидные связи (лактаза, b-галактозидаза, гетерогалактозидаза – расщепляет смешанные олигосахариды).

Под действием указанных ферментов происходит расщепление до моносахаров. Переваривание чаще идёт пристеночное (у поверхности клеток). Не перевариваются: клетчатка (нет фермента), но она нужна для перистальтики кишечника, пектозаны (полисахара, состоящие из пентоз). При переваривании больше всего образуется глюкозы. Всасывание осуществляется с помощью особых переносчиков, при этом характерна специфичность, затрачивается энергия ( повышено потребление кислорода, расходуется АТФ).

Глюкоза и галактоза могут всасываться за счёт активного транспорта, за счёт грАДНента концентрации ионов Nа⁺, создаваемого Nа, К – АТФазой. Это обеспечивает их всасывание даже при низкой концентрации в кишечнике. С током крови по воротной вене глюкоза доставляется в печень, а частично с током крови доставляется во все органы и ткани, поступления и утилизации глюкозы в клетке. Глюкоза может поступить из ЖКТ с током крови, образоваться при распаде гликогена, может быть синтезирована из неуглеводных компонентов – глюконеогенез. Утилизация глюкозы:

Синтез гликогена, синтез жиров, синтез аминокислот, синтез других углеводов,полностью может расщепляться до СО₂ и Н₂О с образованием энергии.

Синтез и распад гликогена.

Гликоген является депо (запасом глюкозы). Гликоген образуется в печени и других тканях:

Гексокиназа малоспецифична, катализирует эту реакцию и с другими гексозами (фруктозой, маннозой и т.д.)

(порция гликогена) а)при образовании a-1,4-глюкогидных

n – не менее четырёх связей работает фермент; гликогенсинтаза

б)при образовании a-1,6-гликозидных

связей работает фермент; амило-1,4-1,6-

гликозилтрансфераза.

Ветвление цепи гликогена повышает его растворимость и, благодаря созданию большого количества не восстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликоген-синтазы, увеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена.

По мере необходимости гликоген может расщепляться (и в печени, и в других тканях). Различают два пути расщепления гликогена:

Ø Амилолитический

Таким путём расщепляются боковые цепи – это около 10% гликогена. В тканях есть a-амилазы (расщепляют срединные a-1,4-гликозидные связи) и a-амилазы (расщепляют концевые a-1,4- гликозидные связи). По сути, идёт гидролиз гликогена:

_Н2О

Гликоген → Глюкоза

^{Амилаза}

Полученную глюкозу, в какие бы процессы она потом ни вступала (синтез, распад), необходимо проактивизировать, т.е. получить фосфориокислый эфир глюкозы, т.е. фосфорилировать её:

Глюкоза +АТФ → Глюкоза-6-Фосфат + АДФ

Как видно из приведённой реакции, мы затрачиваем при этом одну молекулу АТФ.

Ø Фосфоролитический (фосфоролиз):

Этим путём расщепляется до 90 % гликогена. Процесс выглядит по – другому:

1. Гликоген + Н₃РО₃ → Глюкозо-1-фосфат

^{фосфорилаза}

2. Глюкозо-1-фосфат → Глюкозо-6-фосфат

^{фосфоглюкомутаза}

Фосфорилаза расщепляет a-1,4- гликозидные связи, а a-1,6- гликозидные связи расщепляют a-1,6- гликозидазой. Но в реакции фосфоролиза участвует только активная форма – фосфорилаза «а», в то время, как в тканях вырабатывается и постоянно присутствует неактивная форма - фосфорилаза «b». Это впервые обнаружили в 1947 г. Дж. Корн, К. Корн. Превращение фосфорилазы «b» (неактивной) в фосфорилазу «а» (активную), происходит путём фосфорилирования. Фосфорилаза «b» представляет собой димер: каждая цепь содержит 841 АК, с молекулярной массой 100 000. При активации происходит фосфорилирование одного остатка серина ( в 14 положении) в каждой субъединице.

Фосфорилаза «b» + АТФ Фосфорилаза «а» + АДФ

сер – ОН сер – О – РО₃Н₂

Этот процесс катализирует фермент : киназа фосфорилазы. (Активизирующее влияние на фосфорилазу «b» оказывает и АМФ (его много образуется при повышенном потреблении АТФ и, следовательно, возникает большая потребность в АТФ). АМФ оказывает активирующее влияние на фосфорилазу «b» вследствие аллостерического эффекта – путём связывания с регуляторным центром на каждой из субъединиц). Но этот фермент тоже вырабатывается неактивным, и также активизируется путём фосфорилирования. Однако частично активизировать киназу фосфорилазы могут и Са⁺⁺ в концентрации 10^-7м. Этот механизм активации имеет для организма важное значение, т.к. мышечное сокращение запускается высвобождением Са⁺⁺-ионов. Таким образом, ращепление гликогена и мышечное сокращение связаны преходящим увеличением содержания Са⁺⁺ в цитоплазме.

Фосфорилированию же киназы фосфорилазы способствует фермент протеинкиназа, которая активна лишь при присутствии в цитоплазме циклической формы АМФ.

АМФ образуется в плазматической мембране из АТФ:

АТФ: Аденин-рибоза-Ф-Ф-Ф Аденин-рибоза- Ф + ПФ

^{Аденилатциклаза} (цАМФ)

Аденилатциклаза - мембраносвязанный фермент. На его активность в значительной степени влияют специфические гормоны.

Мы видим, что синтез и расщепление гликогена происходит разными путями. Главные ферменты синтеза и распада гликогена – это гликогенсинтеза и фосфорилаза. Синтез и расщепление гликогена координировано регулируются таким образом, что когда активируется гликогенсинтаза, то фосфорилаза остаётся почти неактивной и наоборот. На обмен гликогена большое влияние оказывают специфические гормоны:

инсулин (вырабатывается в поджелудочной железе ( b-клетки)-повышай способность печени и мышц синтезировать гликoген (интимный механизм инсулина пока выяснен не в достаточной степени ),Значительно лучше изучен механизм действия адреналина и глюкогона.

адреналин вырабатывается мозговым веществом надпочечников и вы-раженно стимулирует распад гликогена в мышцах и , в меньшей мере , в печени. Печень более чувствительна к гликогону, который вырабатывается a –клетками поджелудочной железы ( при низком содержании глюкозы в крови ).

Эрл Сазерленд установил , что действие адреналина и глюкогена на обмен углеводов опосредуется циклическим АМФ. Адреналин и глюкогон не проникают в свои клетки-мишени, они связываются с плазматическими мембранами и стимулируют аденилатциклазу.

Таким образом ,получается следующая схема:

Адреналин ( глюкагон )

Аденилатциклаза

АТФ цАМФ

Протеинкиназа

Киназа фосфорилазы

Фосфорилаза Фосфорилаза

«b» «а»

Фосфоролиз ( распад гликогена)

Глюкозо-1-фосфат

Глюкозо-6-фосфат

Синтез гликогена тесно связан с его расщеплением. Активность гликоген-синтазы , подобно активности фосфорилазы, регулируется путем ковалентной модификации, т. е. фосфорилирования. В результате фосфорилирования гликоген-синтаза «а» ( активная формула ), превращается в неактивную форму-гликоген – синтазу «в» .Фосфорилированная форма –гликоген-синтаза «в» требует для своей активности больших количеств глюкозо-6-фосфата.,тогда как дефосфорилированная «а» –форма активна и в присутствии и в отсутствии глюкозо-6-ффосфата. Таким образом ,фосфорилирование оказывает противоположно направленное действие на активности гликоген-синтазы и гликоген-фосфорилазы. Так как фосфорилирование гликоген-синтазы «а» осущест-вляется протеинкиназой ,то ,когда протеин-киназа активна ( см. схему, то-есть под действием адреналина и глюкогона ), то она стимулирует выработку активной фосфорилазы «а» ( через стАДНю киназы фосфорилазы ) и неактивной гликоген-синтазы «в». Т. е. при повышенном распаде гликогена тормозится его синтез и наоборот.

Адреналин (глюкагон)

Аденилатциклаза

АТФ цАМФ

Протеникиназа Гликогенсинтаза «b»

фосфорилирование

Cа⁺⁺ Киназа фосфорилазы Гликогенсинтаза «а»

Фосфорилаза «b» Фосфорилаза «а»

	Фосфоролиз гликогена гликогена

УДФ-глюкоза

Глюкоза-1-фосфат Глюкоза-1-фосфат

Глюкоза-6-фосфат Глюкоза-6-фосфат

СО₂+ Н₂О Глюкоза

Гликолиз.

Под гликолизом в общем смысле принято понимать разложение углеводов. В зависимости от конкретного организма и (или) условий его роста, гликолиз может идти по анаэробному пути ( в этом случае он так и называется –анаэробный гликолиз ).

И может идти по аэробному пути ( соответственно – аэробный гликолиз ). Для многих микроарганизмов, растущих в анаэробных условиях ( в отсутствие кислорода ) гликолиз является основным катаболическим путем для получения энергии из углеводных субстратов, приводя к образованию определенных конечных продуктов метаб