Гликогеногенез

Гликогеногене́з — метаболический путь синтеза гликогена из глюкозы, происходящий с расходованием энергии в виде ATP и UTP. Гликогеногенез происходит во всех тканях животных, однако в основном он имеет место в печени и мышцах. Синтез гликогена происходит в период пищеварения (в абсорбтивный период, т. е. 1—2 часа после приёма углеводной пищи.

Механизм

Внешние изображения
	[i81.photobucket.com/albums/j211/toadie-odie/school/FSN410Glycogenesis.gif Схема гликогеногенеза]

«Стартовой точкой» гликогеногенеза служит глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6-фосфат может быть получен из глюкозы в ходе реакции, катализируемой изоферментами гексокиназой I и гексокиназой II в мышцах и гексокиназой IV (глюкокиназой) в печени:

D-глюкоза + ATP → D-глюкозо-6-фосфат + ADP.

Однако поглощённая с пищей глюкоза может проделывать более сложный путь до глюкозо-6-фосфата. Сначала она попадает в эритроциты, где гликолитически превращается в лактат. Затем лактат поступает в печень, где в ходе глюконеогенеза превращается в глюкозу, а потом и глюкозо-6-фосфат.

Для инициации синтеза гликогена глюкозо-6-фосфат должен быть переведён в глюкозо-1-фосфат ферментом фосфоглюкомутазой:

Глюкозо-6-фосфат ⇌ глюкозо-1-фосфат.

Глюкозо-1-фосфат далее превращается в UDP-глюкозу под действием UDP-глюкозопирофосфорилазы, это является ключевым этапом в синтезе гликогена.

Глюкозо-1-фосфат + UTP → UDP-глюкоза + PPi

Эта реакция образования нуклеотид-сахара в клеточных условиях необратима, поэтому необратим и гликогеногенез. Конденсация уридинтрифосфата с глюкозо-1-фосфатом имеет небольшое положительное изменение энергии Гиббса, однако в ходе этой реакции выделяется пирофосфат (PPi), который быстро гидролизуется пирофосфатазой, а эта реакция сильно экзергонична (ΔG'^o = −19,2 кДж/моль). Таким образом концентрация пирофосфата в клетке поддерживается низкой, и образование нуклеотид-сахара оказывается выгодным для клетки энергетически. В действительности быстрое вовлечение продукта реакции в другие реакции, чему способствует большое отрицательное значение изменения энергии Гиббса при гидролизе пирофосфата, стимулирует дальнейшие реакции биосинтеза.

UDP-глюкоза является непосредственным донором глюкозных остатков в реакции, катализируемой гликогенсинтазой, которая катализирует перенос глюкозного остатка с UDP-глюкозы на нередуцирующий конец разветвлённой молекулы гликогена.

Гликогенсинтаза создаёт (α1→4)-гликозидные связи, однако она неспособна создавать (α1→6)-гликозидные связи, которые располагаются в точках ветвления гликогена. Эти связи образует гликогеноразветвляющий фермент, или амило-(1→4)-(1→6)-трансгликозилаза, или гликозил-(4→6)-трансфераза. Гликогеноразветвляющий фермент катализирует перенос терминального фрагмента длиной 6 или 7 глюкозных остатков с нередуцирующего конца ветви гликогена длиной не менее 11 остатков на гидроксильную группу при шестом атоме остатка глюкозы, располагающегося ниже, причём он может принадлежать как той же самой, так и другой цепи. Таким образом создаётся новая ветвь гликогена.

Дополнительные остатки глюкозы могут добавляться на новую ветвь гликогена под действием гликогенсинтазы. Биологический момент разветвления молекулы гликогена состоит в том, что это повышает растворимость гликогена и увеличивает число его нередуцирующих концов, которые являются сайтами активности гликогенфосфорилазы (главный фермент гликогенолиза) и гликогенсинтазы.

Гликогенсинтаза не может начать синтез новой цепи гликогена с нуля. Для этого ей нужна затравка, которой может быть (α1→4)-полиглюкозная цепь или ветвь, содержащая не менее 8 глюкозных остатков. Образование затравки обеспечивает белок гликогенин, который является и местом синтеза заправки, и катализатором этого процесса. Первым этапом синтеза новой молекулы гликогена является перенос остатка глюкозы с UDP-глюкозы на гидроксильную группу остатка аминокислоты тирозина Tyr¹⁹⁴ гликогенина, обусловленный глюкозилтрансферазной активностью белка. Растущая цепь удлиняется за счёт последовательного добавления 7 или более глюкозных остатков, каждый из которых берётся от UDP-глюкозы, эта реакция также катализируется гликогенином. На этом этапе в синтез гликогена включается гликогенсинтаза, обеспечивающая дельнейшее удлинение гликогеновой цепи. После этого гликогенин в составе β-частицы, ковалентно присоединённой к единственному нередуцирующему концу молекулы гликогена.

Регуляция

Регуляция гликогеногенеза осуществляется совместно с гликогенолизом (расщеплением гликогена) по типу переключения. Это переключение происходит при переходе из абсорбтивного состояния в постабсортивное, а также при смене состояния покоя на режим физической работы. В печени оно осуществляется при участии гормонов инсулина, глюкагона и адреналина, а в мышцах — инсулина и адреналина. Их действие на синтез и распад гликогена опосредовано изменением в противоположном направлении активности двух ключевых ферментов: гликогенсинтазы (гликогеногенез) и гликогенфосфорилазы (гликогенолиз) при помощи их фосфорилирования/дефосфорилирования.

Литература

• David L. Nelson, Michael M. Cox. Lehninger Principles of biochemistry. — Fifth edition. — New York: W. H. Freeman and company, 2008. — 1158 p. — ISBN 978-0-7167-7108-1.
• Биологическая химия с упражнениями и задачами / Под ред. С. Е. Северина. — М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2011. — 624 с.

Отрывок, характеризующий Гликогеногенез

– А знаешь ли, ты, моя душа, напрасно погорячился! Мне Митенька рассказал все.
«Я знал, подумал Николай, что никогда ничего не пойму здесь, в этом дурацком мире».
– Ты рассердился, что он не вписал эти 700 рублей. Ведь они у него написаны транспортом, а другую страницу ты не посмотрел.
– Папенька, он мерзавец и вор, я знаю. И что сделал, то сделал. А ежели вы не хотите, я ничего не буду говорить ему.
– Нет, моя душа (граф был смущен тоже. Он чувствовал, что он был дурным распорядителем имения своей жены и виноват был перед своими детьми но не знал, как поправить это) – Нет, я прошу тебя заняться делами, я стар, я…
– Нет, папенька, вы простите меня, ежели я сделал вам неприятное; я меньше вашего умею.
«Чорт с ними, с этими мужиками и деньгами, и транспортами по странице, думал он. Еще от угла на шесть кушей я понимал когда то, но по странице транспорт – ничего не понимаю», сказал он сам себе и с тех пор более не вступался в дела. Только однажды графиня позвала к себе сына, сообщила ему о том, что у нее есть вексель Анны Михайловны на две тысячи и спросила у Николая, как он думает поступить с ним.
– А вот как, – отвечал Николай. – Вы мне сказали, что это от меня зависит; я не люблю Анну Михайловну и не люблю Бориса, но они были дружны с нами и бедны. Так вот как! – и он разорвал вексель, и этим поступком слезами радости заставил рыдать старую графиню. После этого молодой Ростов, уже не вступаясь более ни в какие дела, с страстным увлечением занялся еще новыми для него делами псовой охоты, которая в больших размерах была заведена у старого графа.


Уже были зазимки, утренние морозы заковывали смоченную осенними дождями землю, уже зелень уклочилась и ярко зелено отделялась от полос буреющего, выбитого скотом, озимого и светло желтого ярового жнивья с красными полосами гречихи. Вершины и леса, в конце августа еще бывшие зелеными островами между черными полями озимей и жнивами, стали золотистыми и ярко красными островами посреди ярко зеленых озимей. Русак уже до половины затерся (перелинял), лисьи выводки начинали разбредаться, и молодые волки были больше собаки. Было лучшее охотничье время. Собаки горячего, молодого охотника Ростова уже не только вошли в охотничье тело, но и подбились так, что в общем совете охотников решено было три дня дать отдохнуть собакам и 16 сентября итти в отъезд, начиная с дубравы, где был нетронутый волчий выводок.
В таком положении были дела 14 го сентября.
Весь этот день охота была дома; было морозно и колко, но с вечера стало замолаживать и оттеплело. 15 сентября, когда молодой Ростов утром в халате выглянул в окно, он увидал такое утро, лучше которого ничего не могло быть для охоты: как будто небо таяло и без ветра спускалось на землю. Единственное движенье, которое было в воздухе, было тихое движенье сверху вниз спускающихся микроскопических капель мги или тумана. На оголившихся ветвях сада висели прозрачные капли и падали на только что свалившиеся листья. Земля на огороде, как мак, глянцевито мокро чернела, и в недалеком расстоянии сливалась с тусклым и влажным покровом тумана. Николай вышел на мокрое с натасканной грязью крыльцо: пахло вянущим лесом и собаками. Чернопегая, широкозадая сука Милка с большими черными на выкате глазами, увидав хозяина, встала, потянулась назад и легла по русачьи, потом неожиданно вскочила и лизнула его прямо в нос и усы. Другая борзая собака, увидав хозяина с цветной дорожки, выгибая спину, стремительно бросилась к крыльцу и подняв правило (хвост), стала тереться о ноги Николая.
– О гой! – послышался в это время тот неподражаемый охотничий подклик, который соединяет в себе и самый глубокий бас, и самый тонкий тенор; и из за угла вышел доезжачий и ловчий Данило, по украински в скобку обстриженный, седой, морщинистый охотник с гнутым арапником в руке и с тем выражением самостоятельности и презрения ко всему в мире, которое бывает только у охотников. Он снял свою черкесскую шапку перед барином, и презрительно посмотрел на него. Презрение это не было оскорбительно для барина: Николай знал, что этот всё презирающий и превыше всего стоящий Данило всё таки был его человек и охотник.
– Данила! – сказал Николай, робко чувствуя, что при виде этой охотничьей погоды, этих собак и охотника, его уже обхватило то непреодолимое охотничье чувство, в котором человек забывает все прежние намерения, как человек влюбленный в присутствии своей любовницы.
– Что прикажете, ваше сиятельство? – спросил протодиаконский, охриплый от порсканья бас, и два черные блестящие глаза взглянули исподлобья на замолчавшего барина. «Что, или не выдержишь?» как будто сказали эти два глаза.
– Хорош денек, а? И гоньба, и скачка, а? – сказал Николай, чеша за ушами Милку.
Данило не отвечал и помигал глазами.
– Уварку посылал послушать на заре, – сказал его бас после минутного молчанья, – сказывал, в отрадненский заказ перевела, там выли. (Перевела значило то, что волчица, про которую они оба знали, перешла с детьми в отрадненский лес, который был за две версты от дома и который был небольшое отъемное место.)
– А ведь ехать надо? – сказал Николай. – Приди ка ко мне с Уваркой.
– Как прикажете!
– Так погоди же кормить.
– Слушаю.
Через пять минут Данило с Уваркой стояли в большом кабинете Николая. Несмотря на то, что Данило был не велик ростом, видеть его в комнате производило впечатление подобное тому, как когда видишь лошадь или медведя на полу между мебелью и условиями людской жизни. Данило сам это чувствовал и, как обыкновенно, стоял у самой двери, стараясь говорить тише, не двигаться, чтобы не поломать как нибудь господских покоев, и стараясь поскорее всё высказать и выйти на простор, из под потолка под небо.
Окончив расспросы и выпытав сознание Данилы, что собаки ничего (Даниле и самому хотелось ехать), Николай велел седлать. Но только что Данила хотел выйти, как в комнату вошла быстрыми шагами Наташа, еще не причесанная и не одетая, в большом, нянином платке. Петя вбежал вместе с ней.
– Ты едешь? – сказала Наташа, – я так и знала! Соня говорила, что не поедете. Я знала, что нынче такой день, что нельзя не ехать.
– Едем, – неохотно отвечал Николай, которому нынче, так как он намеревался предпринять серьезную охоту, не хотелось брать Наташу и Петю. – Едем, да только за волками: тебе скучно будет.
– Ты знаешь, что это самое большое мое удовольствие, – сказала Наташа.