Гормональний контроль

Каталізуються ферментами активації і, відповідно, інактивації ключових ферментів проміжного метаболізму називаються взаємоперетворення. Такі процеси перебувають під різноманітним контролем, і тому числі і гормональним. У цьому розділі розглянуто процеси взаємоперетворення, що здійснюють регуляцію метаболізму глікогену в печінці.

А. Гормональний контроль розщеплення глікогену

Глікоген служить в організмі резервом вуглеводів, з якого в печінці і м’язах шляхом розщеплення швидко створюється глюкозофосфат (див. С. 158). Швидкість синтезу глікогену визначається активністю глікоген-синтази (на схемі внизу праворуч), у той час як розщеплення каталізується глікоген-фосфорілазой (на схемі внизу ліворуч). Обидва ферменти діють на поверхні нерозчинних частинок глікогену, де вони в залежності від стану обміну речовин можуть знаходитися в активній або неактивній формі. При голодуванні або в стресових ситуаціях (боротьба, біг) зростає потреба організму в глюкозі. У таких випадках виділяються гормони адреналін і глюкагон. Вони активують розщеплення і пригнічують синтез глікогену. Адреналін діє в м’язах і печінці, а глюкагон – тільки в печінці.

Обидва гормону зв’язуються з рецепторами на плазматичній мембрані (1) і активують за посередництва G-білків (див. С. 372) аденилатциклазу (2), яка каталізує синтез 3 ‘, 5’-цикло-AMФ (цАМФ) з АТФ (АТР) . Дзеркально протилежним є дія на цей «вторинний месенджер» фосфодіестерази цАМФ (3), гідроліз цАМФ до АМФ (AMP). У печінці діестераза індукується інсуліном, який тому не перешкоджає впливу двох інших гормонів (не показано). цАМФ зв’язується і тим самим активує протеїн А (4), яка діє за двома напрямками: з одного боку, за допомогою фосфорилювання за участю АТФ як кофермент вона переводить в неактивну D-форму глікоген-синтазу і внаслідок цього зупиняє синтез глікогену (5) ; з іншого, активує – також шляхом фосфорилювання – іншу протеинкиназу, киназу фосфорилази (8). Активна киназа фосфорилази фосфорилирует неактивну b-форму глікоген-фосфорилази, перетворюючи її в активну а-форму (7). Це призводить до вивільнення з глікогену глюкозо-1-фосфату (8), який після перетворення в глюкозо-6-фосфат за участю фосфоглюкомутази включається в гліколіз (9). У печінці додатково утворюється вільна глюкоза, яка надходить у кров (10).
У міру зменшення рівня цАМФ активуються фосфопротеінфосфатази (11), які дефосфорилюється різні Фосфопротеіни описаного каскаду і тим самим зупиняють розщеплення глікогену та ініціюють його синтез. Ці процеси протікають протягом декількох секунд, так що метаболізм глікогену швидко адаптується до змінених умов.
Б. Взаємоперетворення глікоген-фосфорилази

Структурні зміни, які супроводжують взаємоперетворення глікоген-фосфорилази, були встановлені рентгеноструктурньїм аналізом. Фермент являє собою димер з симетрією другого порядку. Кожна субодиниця має активний центр, який розташований всередині білка і в b-формі погано доступний для субстрату. Взаємоперетворенням починається з фосфорилювання серинового залишку (Ser-14) поблизу N-кінця кожної з субодиниць. З фосфатними групами зв’язуються залишки аргініну сусідніх субодиниць. Зв’язування ініціює конформаційні перебудови, які суттєво збільшують спорідненість ферменту до аллостеріческому активатору АМФ. Дія АМФ і вплив конформаційних змін на активні центри призводять до виникнення більш активної а-форми. Після видалення фосфатних залишків фермент мимовільно приймає вихідну b-конформацію.

Посилання на основну публікацію