WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«Топик к лекции ГЛИКОГЕН Гликоген – полимер состоящий из остатков глюкозы, соединенных между собой (1 4) гликозидными связями в линейной области и (1 6) гликозидными связями в ...»

Топик к лекции

ГЛИКОГЕН

Гликоген – полимер состоящий из остатков глюкозы, соединенных между собой (1 4)

гликозидными связями в линейной области и (1 6) гликозидными связями в точках

ветвления.

Гликогенолиз – процесс расщепления гликогена до глюкозы. Гликогенолиз происходит

непрерывно, и за счет этого поддерживается постоянная концентрация глюкозы в крови в

промежутках между приемами пищи. Во время ночного голодания около 75% глюкозы

печеночного происхождения образуется путем гликогенолиза. 25% глюкозы печеночного происхождения образуется путем глюконеогенеза.

Глюкогенолиз происходит в несколько этапов:

1. Расщеление (1 4) гликозидных связей (гликоген фосфорилаза)

2. Расщепление последних трех (1 4) и одной (1 6) гликозидной связи (глюкозидаза)

3. Превращение глокозо-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат Процесс расщепления гликогена до глюкозы обеспечивается действием двух ферментов – гликоген фосфорилазы и (1 6) глюкозидазой. Гликоген фосфорилаза катализирует рекцию в результате которой, (1 4) глюкозидная связь на нередуцирующем конце боковой цепи гликогена претерпевает фосфоролиз: от цепи отщепляется концевой остаток глюкозы. Таким образом, боковая цепь гликогена становится короче на одну глюкозную единицу (Ленинджер, Основы биохимии) (Рис.1) G0’ = +0.73 ккал/моль Рис. 1.

Гликоген фосфорилаза атакует нередуцирующие концы боковых цепей гликогена многократно, до тех пор пока не дойдет до точки, отстоящей на 4 гликозидные единицы от (1 6) связи (Рис.


2). Здесь ее действие прекращается. Для того, чтобы расщепление гликогена под действием гликоген фосфорилазы могло продолжаться, на полисахарид должен предварительно подействовать другой фермент, (1 6) глюкозидаза. Этот фермент катализирует две реакции. В первой из них он отщепляет от цепи три глюкозных остатка из упомянутых четырех и переносит их на конец какой-нибудь другой внешней боковой цепи. Во второй реакции, катализируемой этим ферментом, отщепляется четвертый глюкозный остаток, присоединенный в точке ветвления (1 6) связью.

Гидролиз (1 6) связи в точке ветвления приводит к образованию одной молекулы глюкозы и открывает для действия гликоген фосфорилазы новый участок цепи, состоящий из остатков глюкозы, соединенных (1 4) гликозидными связями.

Рис.2. Гликоген – разветвленный полимер состоящий из остатков глюкозы, соединенных между собой (1 4) гликозидными связями в линейной области и (1 6) гликозидными связями в местах ветвления.

Каждый кружок соответствует остатку глюкозы. Зелеными кружками обозначены остатки глюкозы, находящиеся в местах ветвления. Желтыми кружками обозначены 3 остатка глюкозы, которые отщеплются (1 6) гликозидазой и переносятся на конец другой внешней боковой цепи. Красные кружочки – нередуцирующие концы боковых цепей.

В действительности, в результате отщепления одного остатка глюкозы от цепи гликогена, образуется не чистая глюкоза, а глюкозо-1-фосфат.

Механизм: Неорганический фосфор встраивается между фосфатной группой пиридоксаль фосфата и кислородом, формирующим гликозидную связь темринального остатка глюкозы. После того, как неорганический фосфор отдаст протон в процессе расщепления гликозидной связи, он получает протон от фосфатной группировки пиридоксаль фосфата.

Пиридоксаль фосфат возвращает себе протон после присоединения фосфатной группы к С1 атому глюкозы.

Глюкозо-1-фосфат – конечный продукт реакции, катализируемой гликоген фосфорилазой, обратимо превращается в глюкозо-6-фосфат под действием фермента фофсфоглюкомутазы.

Для действия фосфоглюкомутазы необходим в качестве кофактора глюкозо-1,6дифосфат. Фермент способен переходить из активной формы (фосфорилированной) в неактивную (дефосфорилированную) путем отдачи своей фосфатной группы. В данном случае акцептором фосфатной группы служит глюкозо-1-фосфат, образовавшийся при расщеплении гликогена. При этом он превращается в глюкозо-1,6-дифосфат.

Фосфоглюкомутаза является представителем обширного класса ферментов, в активном центре которых присутствует остаток серина, необходимый для каталитической активности. Именно этот остаток серина участвует во взаимодействии с глюкозо-1,6дифосфатом – его гидроксильная группа этерифицируется фосфорной кислотой.

Ингибитор: диизопропилфторфосфат – взаимодействует с гидроксильной группой упомянутого остатка серина, в результате чего образуется фосфорилированное производное фермента, лишенное каталитической активности.

Регуляция гликогенолиза:

Гликоген фосфорилаза (EC 2.4.1.1) – регуляторный фермент. АМФ – положительный модулятор, АТФ – отрицательный модулятор.

Гликоген фосфатаза – гомодимерный фермент подвергающийся аллостерической регуляции. Способен к переходу между активной и неактивной конформациями.

ГФ присутствует в скелетных мышцах в двух формах – в каталитически активной (фосфорилаза а) и не активной дефосфорилированной форме (фосфорилиза b).

Ф а = 190000 Да Коферментом фосфорилазы является производная витамина B6 - пиридоксаль фосфат. Он удерживается в области активного центра фермента с помощью Schiff base связей, образованных в результате реакции альдегидной группы пиридоксаль фосфата с амино группой остатка лизина.

Пиридоксаль фосфат является простетической группой многих ферментов, но в фосфорилазе его фосфатная часть вовлечена в кислотно-основный катализ.

Ингибиторы ГФ:

1) Хлориондол-карбоксамид – аллостерический ингибитор ГФ (применяется в фармацевтике для лечения гипергликемии). Этот ингибитор встраивается между субъединицами димера, стабилизуруя неактивную конформацию

2) Гликоген фосфорилаза может ингибироваться N-ацетилглюкозамином по типу конкурентного ингибирования.

Активаторы:

1) Активироваться адреналином (в критических ситуациях) Скорость превращения структурных единиц гликогена в глюкозо-1-фосфат регулируется соотношением активной и неактивной форм фермента. Взаимопревращения этих двух форм происходят также ферментативным путем. Под действием фосфатазы фосфорилазы (a b), а обратная реакция (b a) катализируется киназой фосфорилазы b.

Фосфорилирование и дефосфорилирование происходит по остатку серина в молекуле ГФ.

Причем прямая стимулируется ионами Ca2+, а вторая подавляется ими. Также реакция превращения активной формы в неактивную подавляется АМФ. Более того, АМФ является аллостерическим регулятором фосфорилазы b и ускоряет образование активной формы. Однако этот механизм также регулируется. АМФ образуется при распаде АТФ, который играет роль отрицательного модулятора и препятствует активации фосфорилазы b. Таким образом, активность фосфорилазы определяется соотношением АТФ и АМФ.

Поэтому фосфорилазу b называют еще АМФ-зависимой, фосфорилазу a АМФнезависимой. Итак, есть 2 механизма регуляции гликоген фосфорилазы:

1) ковалентная модификация путем фосфорилирования / дефосфорилирования остатков серина в АЦ,

2) аллостерическая регуляция путем нековалентного связывания с АМФ или АТФ.

Реципрокный аллостерический контроль:

ГФ мышечных клеток аллостеричеки регулируется АМФ, АТФ и глюкозо-6-фосфатом.

18-9, p. 635. Изофермент ГФ меньше подвержен аллостерической регуляции.

АМФ активирует фосфорилазу, способствуя формированию активной • конформации АТФ и глюкоза-6-фосфат, ингибируют фосфорилазу, способствуя формированию • неактивной конформации ThusТаким образом, распад шликогена заблокирован в случае высокой • концентрации глюкозы и АТФ Клетке выгодно запасать глюкозу в форме гликогена количество глюкозы, поступающей в гликолиз и количество АТФ достаточно для нормального функционирования клетки.

Регуляция с помощью ковалентной модификации Гормоны глюкагон и эпинефрин активируют G-белок-ассоциированные рецепторы и запускают цАМФ каскад. Оба гормона секретируются в ответ на низкое содержание глюкозы в крови. Глюкагон, который синтезируется -клетками поджелудочной железы, активирует образование цАМФ в печени. Эпинефрин активирует образование цАМФ в мышцах.

Результатом цАМФ каскада является фосфорилирование гидроксильной группы серина гликоген фосфорилазы. Это приводит к переходу фермента в активную конформацию.

Фосфорилированный фермент менее чувствителен к аллостерическим ингибиторам.





Таким образом, активность фосфорилизы будет высока, даже в случае высокой концентрации глюкозы и АТФ. Глюкозо-1-фосфат, образующийся при расщеплении гликогена, будет превращаться в глюкозу и высвобождаться в кровь. Подобная гормониндуцированная регуляция с помощью ковалентной модификации ставит потребности организма выше потребностей клетки.

–  –  –

Индуцируемый фермент, активность которого зависит от характера питания.

Донором фосфата служит ATP в виде комплекса Mg-ATP, что характерно и для многих других реакций фосфорилирования. Реакция сопровождается значительными потерями свободной энергии в форме теплоты. Поэтому при физиологических условиях эта реакция является необратимой.

Продукт реакции глюкозо-6-фосфат является аллостерическим ингибитором гексокиназы. По причине того, что основная масса Г-6-Ф в клетке производится путём расщепления гликогена, гексокиназная реакция, по сути, для протекания гликолиза не является необходимой, и фосфорилирования глюкозы в регуляции гликолиза исключительной важности не имеет. Гексокиназная реакция является важным этапом регуляции концентрации глюкозы в крови и в клетке.

Гексокиназа, присутствующая во всех тканях, за исключением паренхимы печени, имеет высокое сродство (низкое Km) к своему субстрату, глюкозе; ее функция состоит в том, чтобы обеспечить захват тканью глюкозы даже при низких концентрациях последней в крови. Фосфорилируя практически всю поступающую в клетку глюкозу, гексокиназа поддерживает значительный градиент концентрации глюкозы между кровью и внутриклеточной средой. Фермент фосфорилирует также и другие гексозы, но со значительно меньшей скоростью.

Во взаимодействии гексокиназы с глюкозой наблюдается индуцированное взаимодействие, когда молекула фермента немного подстраивается под молекулу субстрата. При этом, в такой конформации С6 гидроксил глюкозы расположен близко к концевой фосфатной группе АТФ, что способствует катализу, а вода вытеснена из активного центра, что предотвращает гидролиз АТФ. В гексокиназе, как и во многих ферментах, активный центр расположен между двумя доменами, соединенными прочным шарниром.

Глюкокиназа (IV изотип гексокиназы) печени не ингибируется глюкозо-6-фосфатом, и клетки печени продолжают накапливать глюкозу даже при высоком содержании Г-6-Ф, из которого в дальнейшем синтезируется гликоген. По сравнению с другими изотипами глюкокиназа отличается высоким значением константы Михаэлиса, то есть на полную мощность фермент работает только в условиях высокой концентрации глюкозы, которая бывает почти всегда после приёма пищи.

Глюкозо-6-фосфат может превращаться обратно в глюкозу при действии глюкозо-6фосфатазы. Ферменты глюкокиназа и глюкозо-6-фосфатаза участвуют в поддержании нормальной концентрации глюкозы в крови.

–  –  –

Механизм действия фермента основан на кислотно-основном катализе в котором последовательно происходит открытия кольца, изомеризации через интермедиат, и закрытия кольца. Механизм схож с реакцией триозофосфат изомеразы и более детально будет рассмотрен позже.

–  –  –

Фосфорилирование, осуществляемое ATP. Фосфофруктокиназа является индуцируемым ферментом. Считается, что она играет главную роль в регуляции скорости гликолиза.

Реакция является необратимой при физиологических условиях.

Регуляция фосфофруктокиназы Интенсивность протекания фосфофруктокиназной реакции решающим образом сказывается на всей пропускной способности гликолиза, а стимуляция фосфофруктокиназы считается наиболее важным этапом регуляции.

Фосфофруктокиназа (ФФК) — это тетрамерный фермент, существующий поочерёдно в двух конформационных состояниях (R и T), которые находятся в равновесии и попеременно переходят из одного в другое. АТФ является одновременно и субстратом, и аллостерическим ингибитором ФФК.

В каждой из субъединиц ФФК имеется по два центра связывания АТФ: субстратный сайт и сайт ингибирования. Субстратный сайт одинаково способен присоединять АТФ при любой конформации тетрамера. В то время как сайт ингибирования связывает АТФ исключительно, когда фермент находится в конформационном состоянии T. Другим субстратом ФФК является фруктозо-6-фосфат, который присоединяется к ферменту предпочтительно в R-состоянии. При высокой концентрации АТФ сайт ингибирования занимается, переходы между конформациями фермента становятся невозможными, и большинство молекул фермента оказываются стабилизированными в T-состоянии, неспособном присоединить Ф-6-Ф. Однако ингибирование фосфофруктокиназы АТФ подавляется АМФ, который присоединяется к R-конформациям фермента, стабилизируя таким образом состояние фермента для связывания Ф-6-Ф.

Наиболее важным же аллостерическим регулятором гликолиза и глюконеогенеза является фруктозо-2,6-бифосфат, который не является промежуточным звеном этих циклов.

Фруктозо-2,6-бифосфат аллостерически активирует фосфофруктокиназу.

Синтез фруктозо-2,6-бифосфата катализируется особым бифункциональным ферментом — фосфофруктокиназой-2/фруктозо-2,6-бифосфатазой (ФФК-2/Ф-2,6-БФаза).

В нефосфорилированной форме белок известен как фосфофруктокиназа-2 и имеет каталитическую активность по отношению к фруктозо-6-фосфату, синтезируя фруктозо-2бифосфат. В результате чего значительно стимулируется активность ФФК и сильно ингибируется активность фруктозо-1,6-бифосфатазы. То есть при условии активности ФФК-2 равновесие этой реакции между гликолизом и глюконеогенезом смещается в сторону первого — синтезируется фруктозо-1,6-бифосфат.

В фосфорилированном виде бифункциональный фермент не обладает киназной активностью, а наоборот в его молекуле активируется сайт, который гидролизует Ф2,6БФ на Ф6Ф и неорганический фосфат. Метаболический эффект фосфорилирования бифункционального фермента состоит в том, что аллостерическая стимуляция ФФК прекращается, аллостерическое ингибирование Ф-1,6-БФазы ликвидируется и равновесие смещается в сторону глюконеогенеза. Продуцируется Ф6Ф и затем — глюкоза.

Взаимопревращения бифункционального фермента осуществляются цАМФ-зависимой протеинкиназой (ПК), которая в свою очередь регулируется циркулирующими в крови пептидными гормонами.

Когда в крови снижается концентрация глюкозы, тормозится также и образование инсулина, а выделение глюкагона напротив стимулируется, и его концентрация в крови резко повышается. Глюкагон (и другие контринсулярные гормоны) связываются с рецепторами плазматической мембраны клеток печени, вызывая активацию мембранной аденилатциклазы. Аденилатциклаза катализирует превращение АТФ в циклический АМФ.

цАМФ связывается с регуляторной субъединицей протеинкиназы, вызывая высвобождение и активизацию её каталитических субъединиц, которые фосфорилирует ряд ферментов, включая и бифункциональную ФФК-2/Ф-2,6-БФазу. При этом в печени прекращается потребление глюкозы и активизируются глюконеогенез и гликогенолиз, восстанавливая нормогликемию.

–  –  –

(фруктозо-1,6-бисфосфат-альдолаза) Фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на два триозофосфата: глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат. Описано несколько различных альдолаз, и все они состоят из четырех субъединиц. В большинстве тканей находится альдолаза A, в печени и почках имеется также альдолаза B.

В клетке фруктозофосфаты находятся преимущественно в фуранозной форме, но фосфогексозоизомераза, фосфофруктокиназа и альдолаза действуют на молекулы, имеющие "открытую" линейную конфигурацию.

В процессе катализа важную роль играет остаток лизина в активном центре. Кето-группа фруктозо-1,6-дифосфата взаимодействует с -аминогруппой лизина с образованием протонированного интермедиата. Затем следует расщепление связи между С3 и С4 атомами.

5. Триозофосфат изомераза В процессе катализа ТФИ подвергается взаимному превращению между кето- и альдоформами. Это способствует кислотно-основному катализу. Механизм действия идентичен механизму действия фосфоглюко изомразы.

Особенности структуры: полость, 8 параллельных -структур внутри и 8 -спиралей снаружи. Подобная структура позволяет придать активному центру относительную прочность. Интересно, что аналогичные структуры наблюдаются и у других ферментов, принадлежащих другим классам и даже значительно отличающимся по первичной последовательности. До сих пор не ясно, являются ли они родственными и изменились в процессе эволюционирования или нет.

6. Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа(NAD)

Фермент состоит из четырех идентичных полипептидов, образующих тетрамер.

Каждый полипептид содержит по четыре - SH-группы, принадлежащие остаткам цистеина. Одна из них находится в активном центре фермента. Полагают, что она принимает участие в окислении глицеральдегид-3-фосфата. Сначала субстрат соединяется с остатком цистеина дегидрогеназы, образуя тиополуацеталь, который окисляется в тиоловый эфир; атомы водорода, отщепленные при этом окислении, переносятся на связанный с ферментом NAD. Образующийся NADH связан с ферментом менее прочно, чем NAD, и поэтому легко замещается другой молекулой NAD. Реакция завершается фосфоролизом тиоэфирной связи с присоединением неорганического фосфата Pi ; при этом образуются 1,3-дифосфоглицерат и свободный фермент с - SH-группой.

7. Фосфоглицераткиназа

В присутствии арсената, который конкурирует с неорганическим фосфатом (Pi), образуется арсено-3-фосфоглицерат[1-], самопроизвольно гидролизующийся до 3фосфоглицерата с выделением теплоты, но без образования ATP. Это важный пример способности арсената разобщать процессы окисления и фосфорилирования. The enzyme undergoes substrate-induced conformational change similar to that of Hexokinase.

–  –  –

Гистидиновые остатки в активном центре фермента участвуют в транспорте неорганического фосфата путем отдачи и присоединения фосфата. Интермедиатом данного процесса является 2,3-дифосфат.

9. Енолаза Происходит отщепление молекулы воды и перераспределение энергии внутри молекулы PG2. Фосфат в положении 2 переходит в высокоэнергетическое состояние. Енолаза ингибируется ионами фторида; этим пользуются в тех случаях, когда необходимо остановить гликолиз, например перед определением содержания глюкозы в крови.

Енолаза нуждается в ионах Mg2+ или Mn2+. Нуждается в ионах Mg2+ или Mn2+. Ионы магния способствуют стабилизации енолат-аниона интермедиата реакции

–  –  –

Следующим шагом, где осуществляется регуляция гликолиза, является последняя реакция — этап действия пируваткиназы. Для пируваткиназы также описан ряд изоферментов, имеющих особенности регуляции.

Печёночная пируваткиназа (L-тип) регулируется при фосфорилировании, аллстерическими эффекторами и путём регуляции экспрессии генов. Фермент ингибируется АТФ и ацетил-КоА и активируется фруктозо-1,6-бифосфатом.

Ингибирование пируваткиназы АТФ происходит подобно действию АТФ на ФФК.

Связывание АТФ с сайтом ингибирования фермента уменьшает его сродство к фосфоенолпирувату. Печёночная пируваткиназа фосфорилируется и ингибируется протеинкиназой, и таким образом также находится под гормональным контролем. Кроме того, активность печёночной пируваткиназы регулируется и количественно, то есть изменением уровня его синтеза. Это медленная, долговременная регуляция. Увеличение в рационе углеводов стимулирует экспрессию генов, кодирующих пируваткиназу, в результате уровень фермента в клетке повышается.

М-тип пируваткиназы, найденный в головном мозге, мышцах и других глюкозопотребных тканях не регулируется протеинкиназой. Это принципиально в том, что метаболизм этих тканей определяется только внутренними потребностями и не зависит от уровня глюкозы в крови.

Мышечная пируваткиназа не подвержена внешним влияниям, таким как понижение уровня глюкозы в крови или выброс гормонов. Внеклеточные условия, которые приводят к фосфорилированию и ингибированию печёночного изофермента, не изменяют активность пируваткиназы М-типа. То есть интенсивность гликолиза в поперечнополосатой мускулатуре определяется только условиями внутри клетки и не

Похожие работы:

«1 УТВЕРЖДАЮ Президент Общероссийской Федерации каратэ-до Син-Сёбу" _ Корзинкин Г.А. "30" января 2013 г. Положение Всероссийские соревнования по каратэ на призы Федерации каратэ-до Син-Сёбу (Первенство и Чемпионат России по каратэ...»

«МБУК "Централизованная система библиотек города Курска" Информационно-библиографический отдел Новые книги Информационный бюллетень Вып. 4 Курск, 2015 ББК 91.9 Н 76 Новые книги [Текст] : информ. бюл. : вып. 4 : [12+] / МБУК "Цен...»

«ДРЕВНИЙ, ДРЕВНИЙ АЗЕРБАЙДЖАН Сейран Велиев 1|2|3|4|5|6| Стр.| ОГЛАВЛЕНИЕ Фамиль Мехти. Предисловие От автора Наши предки – каспии Таинственный Баку Почему Апшерон называется Апшероном? Геродот и Баку Бакинская Атлантида Тайны Девичьей башни Зороастрийцы жители Баку? Римляне в Баку Где находился древний Баку? Нардаран. Что за название...»

«Новый модельный ряд шасси грузовых автомобилей Урал-NEXT разработан на базе серийно выпускаемых грузовых капотных автомобилей Урал 4320. При разработке автомобиля Урал-NEXT были внедрены конструктивные изменения, позволившие достичь: увеличения грузоподъемности до 13 тонн применения ДВС мощностью до 312 л.с....»

«42 Turczaninowia 2002, 5(2) : 42–48 ФЛОРИСТИЧЕСКИЕ НАХОДКИ УДК 581.9(571.52) Д.Н. Шауло D. Schaulo И.А. Артемов I. Artemov А.Д. Додук A. Doduk Н.И. Молокова N. Molokova ФЛОРИСТИЧЕСКИЕ НАХОДКИ В РЕСПУБЛИКЕ ТЫВА THE FLORISTIC FINDINGS IN THE TYVA REPUBLIC По результатам флористических...»

«10 советов родителям подростков Как известно, подростковый возраст – один из самых трудных периодов как для самого ребенка, так и для его родителей. У некоторых детей связанные с этим кризисным возрастом проблемы начинаются раньше, у других – позже,...»

«Voprosy filosofii i psikhologii, 2015, Vol. (4), Is. 2 Copyright © 2015 by Academic Publishing House Researcher Published in the Russian Federation Voprosy filosofii i psikhologii Has been issued since 1889. ISSN 2409-3602 Vol. 4, Is. 2, pp. 56-66, 2015 DOI: 10.13187/vfp.2015.4.56 www.ejour...»

«Что такое логистика и откуда она взялась? В последние лет 7-8 слово "логистика" стало модным, точнее, часто употребляемым. Причём настолько, что появились даже почти официальные "матери российской логистики" или "отцы-основатели российск...»










 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.