МЕТАБОЛІЗМ ВУГЛЕВОДІВ : СИНТЕЗ І РОЗЩЕПЛЕННЯ ГЛІКОГЕНУ

глікогену
Глікоген – великий розгалужений полімер, що складається із залишків глюкози.

Розщеплюється до глюкози, коли є потреба в енергії

СИНТЕЗ І РОЗЩЕПЛЕННЯ ГЛІКОГЕНУ

два основні органи, де глікоген депонується
Глікоген зберігається у цитоплазматичних гранулах

Глікоген служить буфером для підтримки рівня глюкози в крові. Стабільна концентрація глюкози є особливо важливою для мозку, де вона є єдиним джерелом енергії.
Глюкоза з глікогену легко метаболізується і тому є добрим джерелом енергії для раптової, активної роботи

– це не простий гідроліз як при травленні, а розщеплення

за участю фосфату – фосфоролітичне розщеплення (фосфороліз)

Фосфороліз каталізується ферментом глікоген фосфорилазою

РОЗЩЕПЛЕННЯ ГЛІКОГЕНУ

Діє тільки на a-1-4 зв’язки
Утворюється глюкозо-1-фосфат
Відщеплення залишку глюкози

від молекули глікогену

Фосфорилаза a (фосфорильована) – активна форма
Фосфорилаза b

(дефосфоильована) – неактивна форма

Структура глікогенфосфорилази (ГФ)

період глюкоза перетворюється до глюкозо-6-фосфату, який є попередником для синтезу

глікогену.
Глюкозо-6-фосфат, утворений при розщепленні глікогену, має три шляхи: (1) гліколіз; (2) пентозо-фосфатний шлях; (3) перетворення до вільної глюкози для транспорту інших органів

каталізується глюкозо-1-фосфат уридилтрансферазою

утворення -1,6-зв’язків

основному перетворюється до глюкози, що виходить в кров і транспортується

до інших тканин
І мобілізація, і синтез глікогену регулюються гормонами
Інсулін, глюкагон і адреналін регулюють метаболізм глікогену

Регуляція метаболізму глікогену

швидкість транспорту глюкози в м’язові і жирові клітини через ГлюT4
Стимулює

синтез глікогену в печінці
Пригнічує розпад глікогену в печінці

Гормональна регуляція метаболізму глікогену

Інсулін

в крові (при голодуванні)
Стимулює розщеплення глікогену щоб підняти цукор

крові
Тільки клітини печінки мають рецептори до глюкагону (діє тільки на печінку)

(“fight or flight”)
Стимулює розщеплення глікогену до глюкозо-6-фосфату
Підвищення глюкозо-6-фосфату підвищує швидкість

гліколізу і звільнення глюкози з печінки і м’язів в кровоток
І печінкові, і м’язові клітини мають рецептори до адреналіну

і ГС реципрокно регулюються ковалентно і аллостерично (коли одна активна,

інша неактивна)
Ковалентна регуляція відбувається за допомогою фосфорилювання (-P) і дефосфорилювання (-OH)

Реципрокна регуляція глікогенфосфорилази і глікогенсинтази

акт. форма“a” неакт. форма “b”
Глікогенфосфорилаза -P

-OH
Глікогенсинтаза -OH -P

Реципрокна регуляція глікогенфосфорилази і глікогенсинтази

рівня глюкози (денна потреба глюкози для мозку приблизно 120 г).

Еритроцити використовують тільки глюкозу як паливо.

160 г глюкози необхідно в день для всього організму.

Кількість глюкози в крові приблизно 20 г.

При голодуванні глікоген печінки мобілізується але цієї глюкози вистачає тільки на 12-24 год.

При тривалому голодуванні організм мусить синтезувати глюкозу з невуглеводних попередників.

піруват, гліцерол і деякі амінокислоти
При голодуванні глюконеогенез постачає майже всю

глюкозу для організму
Глюконеогенез – універсальний шлях. Відбувається в тварин, мікроорганізмах, рослинах і грибах.

Глюконеогенез – синтез глюкози з невуглеводних компонентів

в глюконеогенезі піруват перетворюється у глюкозу.
Проте, глюконеогенез не є

зворотнім гліколізом.

Є три незворотні реакції в гліколізі - гексокіназна, фосфофруктокіназна, і піруваткіназна.

мітохондріях.
Піруват транспортується в мітохондрії з цитоплазми.
Необхідний кофактор піруваткарбоксилази –

біотин (переносник CO2).

Перший крок у глюконеогенезі є карбоксилювання пірувату до оксалоацетату.

енергії і спрямовує піруват до оксалоацетату, започатковуючи глюконеогенез.
Піруваткарбоксилазна реакція
Піруваткарбоксилаза

аллостерично активується ацетил CoA.

biotin

Ця реакція відбувається в матриксі мітохондрій.

фосфоенолпіруват карбоксикіназою.
Одна молекула АТФ і одна молекула ГТФ витрачаються

щоб “підняти” піруват до фосфоенолпірувату.

Фосфоенолпіруват карбоксикіназна реакція

з утворенням глюкозо-6-фосфату.

Глюкозо-6-фосфат, на відміну від глюкози, не може

дифундувати з клітини.

Утворення вільної глюкози регулюється двома шляхами:

фермент, що перетворює глюкозо-6-фосфат до глюкози є регуляторним;

фермент присутній тільки в тканинах чий метаболічний обов’язок є підтримувати гомеостаз глюкози в крові — печінці і менше в нирках, підшлунковій залозі, тонкому кишечнику.

сітку, де гідролізується глюкозо-6-фосфатазою, яка зв’язана з мембраною ЕС.
Глюкозо-6-фосфатазна

реакція

глюкози.
Регуляція глюконеогенезу
Глюконеогенез і гліколіз регулюються реципрокно – в клітині якщо

один шлях неактивний, інший активується.

після їди) стимулює експресію фосфофруктокінзи і піруваткінази.

Глюкагон (підвищується при

голодуванні) інгібує експресію цих ферментів і стимулює продукцію фосфоенолпіруваткарбоксикінази і фруктозо-1,6-дифосфатази.

Регуляція глюконеогенезу гормонами

попередниками глюконеогенезу
Основні попередники:
(1) Лактат
(2) Більшість амінокислот (особливо аланін),
(3) Гліцерол

(при розщепленні жирів)

Попередники глюконеогенезу

продукують лактат
Лактат, що утворюється в активних скелетних м’язах і еритроцитах,

є джерелом енергії для інших органів
Плазматичні мембрани деяких клітин, особливо клітин серцевого м’язу, містять переносники, що забезпечують їх високу проникність до лактату і пірувату
Лактат і піруват дифундують із скелетних м’язів в кров і потім у ці проникні клітини.
Всередині цих добре оксигенованих клітин лактат може перетворитися назад до пірувату і метаболізуватися у циклі Кребса з утворенням АТФ.
Використання лактату замість глюкози цими клітинами забезпечує більшу доступність циркулюючої глюкози до активних м’язових клітин.
Надлишок лактату поступає в печінку.

утворена в печінці, транспортується до периферійних тканин з кров’ю
Скорочення скелетних

м’язів постачає лактат до печінки, яка використовує його щоб синтезувати глюкозу - цикл Cori.

трикарбонових кислот
Глюкозо-аланіновий цикл: (1) Трансамінування пірувату утворює аланін, який транспортується до

печінки (2) Трансамінування аланіну в печінці утворює піруват для глюконеогенезу (3) Глюкоза звільняється в кровоток

Амінокислоти