1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Биология
  3. Регуляция метаболизма гликогена

Регуляция метаболизма гликогена

Регуляторные ферменты синтеза и распада гликогена – гликогенсинтаза и фосфорилаза.

Активность их регулируется двумя путями – ковалентной модификацией (фосфорилированием) молекулы фермента и под действием аллостерических эффекторов. Гликогенсинтаза существует в неактивной фосфорилированной форме и активной нефосфорильований форме. Наоборот, неактивная форма гликогенфосфорилазы (фосфорилаза b) является нефосфорильованою, а активная форма, фосфорилаза a, Фосфорилированная. Реакцию фосфорилирования гликогенсинтазы катализирует цАМФ-зависимая протеинкиназа, а фосфорилазы – цАМФ-зависимая киназа фосфорилазы b. При реакции фосфатная группа переносится с АТФ на гидроксильную группу двух остатков серина молекул гликогенсинтазы и фосфорилазы b. Ферменты фосфопротеинфосфатазы катализируют обратную реакцию – отщепляющие фосфатные группы путем гидролиза, то есть переводят гликогенсинтазу и фосфорилазу в дефосфорильовану форму.

Подчеркнем, что фосфорилирования вызывает активацию фосфорилазы и инактивацию гликогенсинтазы, а дефосфорилювання – противоположные эффекты. Таким образом, если стимулируется синтез гликогена, то одновременно тормозится его распад, и наоборот.
Активность киназ и фосфатаз, а значит, синтез и распад гликогена, находятся под гормональным контролем. Синтез гликогена стимулирует инсулин, а распад – адреналин и глюкагон. Действие адреналина и глюкагона опосредуется через вторичный посредник – цАМФ. Связывания их со своими рецепторами, локализованными в клеточной мембране, вызывает активацию аденилатциклазы, которая катализирует синтез цАМФ с АТФ. цАМФ активирует протеинкиназу. Неактивная протеинкиназа состоит из двух каталитических и двух регуляторных субъединиц. При повышении концентрации в клетке цАМФ он связывается с регуляторными субъединицами, что вызывает распад тетрамерный формы протеинкиназы. Освобожденные каталитические субъединицы протеинкиназы катализируют реакцию фосфорилирования киназы фосфорилазы, что переводит ее в активную форму и таким образом вызывает образование фосфорилазы a. Одновременно каталитические субъединицы протеинкиназы катализируют фосфорилирование гликогенсинтазы, тем самым превращая ее в неактивную форму.

Многостадийность передачи сигнала от гормона в фосфорилазы, непосредственно катализирует распад гликогена, имеет важное значение, поскольку в таком каскадном процессе достигается сильное и быстрое усиление сигнала. Так, связывание нескольких молекул адреналина вызывает синтез большего количества молекул цАМФ, а дальше каждая молекула фермента активирует большое количество молекул следующего фермента (протеинкиназа – киназа фосфорилазы – фосфорилаза). Активность фосфорилазы достигает максимума уже через несколько минут после связывания адреналина клетками печени, а усиления сигнала составляет около 25 млн раз (несколько молекул гормона вызывают поступления из печени в кровь нескольких грамм глюкозы). Последовательность реакций, что приводит к инактивации гликогенсинтазы, имеет одну стадию меньше, чем последовательность активации фосфорилазы.
Поэтому усиление гормонального сигнала больше в системе распада гликогена. Максимальная скорость синтеза гликогена мышц не превышает 0,3% максимальной скорости гликогенолиза.

При прекращении секреции адреналина или глюкагона аденилатциклаза переходит в неактивное состояние. Имеющийся цАМФ распадается под действием фосфодиэстеразы в АМФ, и в результате образуется тетрамерный неактивная форма протеинкиназы. Фосфатазы катализируют дефосфорилирование киназы фосфорилазы, фосфорилазы а и гликогенсинтазы. Таким образом, исключается распад гликогена и становится возможным его синтез.

Адреналин стимулирует распад и тормозит синтез гликогена в печени, скелетных мышцах, миокарде. Секреция его в стрессовых ситуациях приводит высвобождение глюкозы из печени в кровь для снабжения других органов, а в мышцах – распад гликогена до молочной кислоты с выделением энергии, что обеспечивает быстрый рост мышечной активности. Глюкагон стимулирует распад гликогена печени, но не влияет на гликоген мышц. Секретируется поджелудочной железой при снижении концентрации глюкозы в крови.
Гормон поджелудочной железы инсулин стимулирует поступление глюкозы в клетки и синтез гликогена. Механизмы его действия еще до конца не выяснены. Одним из них является активация инсулином фосфодиэстеразы цАМФ, приводит к снижению внутриклеточного уровня цАМФ, в результате стимулируется образование неактивной фосфорилазы и активной гликогенсинтазы. В гепатоцитах инсулин повышает активность глюкокиназы.

Существует ряд дополнительных способов регуляции активности ферментов распада и синтеза гликогена:

  • 1. Неактивная фосфорилаза b мышц может включаться без фосфорилирования, то есть не превращаясь в фосфорилазу а. Это осуществляется путем связывания в аллостерический центре фосфорилазы b АМФ. Аллостерический активации фосфорилазы b с АМФ препятствует АТФ. В состоянии мышечного покоя, когда концентрация АТФ значительно больше, чем АМФ, фосфорилаза находится в неактивной b-форме. Во время работы мышц концентрация АТФ снижается, а растет концентрация АМФ, что приводит активацию фосфорилазы b и, в результате, расщепление гликогена для синтеза АТФ. Но быстрое и значительное увеличение скорости гликогенолиза в мышцах происходит только в результате преобразования фосфорилазы b в фосфорилазу а.
  • 2. киназы фосфорилазы мышц также может переходить в активную форму без фосфорилирования. Активатором служат ионы кальция, концентрация которых в саркоплазме резко возрастает в ответ на нервный импульс, который приводит к сокращению мышц.
  • 3. Неактивная Фосфорилированная форма гликогенсинтазы активируется аллостерический глюкозо-6-фосфат. При наличии достаточно высокой концентрации глюкозо-6-фосфата фосфорилированный фермент проявляет почти такую активность, как дефосфорильований.
  • 4. Ведущую роль в регуляции метаболизма гликогена в печени играет концентрация глюкозы. Ее высокое содержание вызывает переход фосфорилазы а в фосфорилазу b и образование активной гликогенсинтазы, что приводит к остановке распада гликогена и стимуляции его синтеза. При снижении концентрации глюкозы синтез гликогена подавляется и начинается распад его.
ПОДІЛИТИСЯ: