Регуляція депонування та мобілізації глікогену
Синтез глікогену
Глікоген синтезується практично у всіх тканинах, особливо активно в печінці та скелетних м'язах. Синтез відбувається у період травлення, через 1-2 години після прийому вуглеводної їжі. Синтез глікогену потребує енергії. При включенні одного мономеру полісахаридну ланцюг протікають 2 реакції, пов'язані з витрачанням АТФ і УТФ.
Перенесення глюкозильних груп від УДФ-глюкози на нередукуючий кінець розгалуженої молекули глікогену каталізується ферментом глікогенсинтазою. При цьому утворюється новий a-1,4-глікозидний зв'язок. Утворення a-1,6-зв'язків, що у точках розгалуження ланцюгів глікогену, глікогенсинтазу неспроможна. Ці зв'язки утворює спеціальний «розгалужений» фермент шляхом перенесення коротких фрагментів (з 6-7 залишків глюкози) з однієї ділянки глікогену на інший з утворенням a-1,6-глікозидних зв'язків. Таким чином, нарощування молекули глікогену здійснюється шляхом чергування цих двох ферментів.
Регуляція депонування та мобілізації глікогену
Перемикання процесів синтезу та мобілізації глікогену в печінці відбувається при переході стану травлення у постабсорбтивний період або стану спокою на режим м'язової роботи. У переключенні цих метаболічних шляхів у печінці беруть участь гормони інсулін, глюкагон та адреналін, а в м'язах – інсулін та адреналін.
Вплив цих гормонів на синтез та розпад глікогену реалізується на рівні ключових ферментів - глікогенсинтази та глікогенфосфорилази – і здійснюється шляхом їх фосфорилювання та дефосфорилювання.
Первинним сигналом для синтезу інсуліну та глюкагону є зміна концентрації глюкози у крові. Інсулін і глюкагон постійно присутні в крові, але при переході з абсорбтивного стану впостабсорбтивне змінюється їх відносна концентрація – інсулін-глюкагоновий індекс (ІДІ). Т.ч., головним перемикаючим фактором у печінці є інсулін ІДІ.
У постабсорбтивному періоді ІДІ знижується та вирішальним фактором є вплив глюкагону, який стимулює розпад глікогену в печінці. Механізм дії глюкагону включає каскад реакцій, що призводить до активації глікогенфосфорілази:
аденілатциклаза (акт) ® ПК А (неакт)
цАМФ® кіназу фосфорилази (неакт)
ПК А (акт)® фосфорилаза В
кіназу фосфорилази (акт)® глікоген
У період травлення домінуючим є вплив інсуліну, т.к. ІДІ у цьому випадку підвищується. Під впливом інсуліну відбувається:
а) стимуляція транспорту глюкози до клітин м'язової тканини.
б) зміна кількості деяких ферментів шляхом індукції та репресії їх синтезу. Наприклад, інсулін індукує синтез глюкокінази, прискорюючи цим фосфорилювання глюкози в печінці.
Пентозофосфатний шлях перетворень глюкози
ПФП є альтернативним шляхом окиснення глюкози. Він не призводить до синтезу АТФ, але постачає клітинам кофермент НАДФН Н + , а також забезпечує клітини рибозою. НАДФН·Н+, що використовується як донор водню в реакціях відновлення, бере участь у реакціях біосинтезу жирних кислот і холестерину, а також у реакціях гідроксилювання, що відіграють важливу роль у функціонуванні мікросомального ланцюга знешкодження чужорідних речовин. Рибоза бере участь у синтезі нуклеотидів та нуклеїнових кислот, а також амінокислоти гістидину.
ПФП може функціонувати в печінці, жировій тканині, молочній залозі, корі надниркових залоз, еритроцитах та органах, де активно протікають відновлювальні синтези, наприклад синтез жирних кислот. Усі ферменти ПФП локалізовані вцитозолі.
1 реакція: дегідрування глюкозо-6-фосфату
Реакцію каталізує глюкозо-6-фосфатдегідрогеназу, ключовий фермент пентозофосфатного циклу. 6-фосфоглюконолактон, що утворився в ході реакції - з'єднання нестабільне, яке спонтанно, або під дією специфічної лактонази гідролізується.
2 реакція: гідроліз 6-фосфоглюконолактону з утворенням 6-фосфоглюконату. Рівновагу сумарної реакції сильно зміщено у бік утворення НАДФ Н + .
3 реакція: дегідрування та декарбоксилювання 6-фосфоглюконату з утворенням рибулозо-5-фосфату.
Перетворення глюкозо-6-фосфату до рибулозо-5-фосфату прийнято називати окислювальною фазою пентозофосфатного циклу. Фаза від рибулозо-5-фосфату до утворення знову глюкозо-6-фосфату називається неокислювальною або анаеробною фазою цього циклу.
4 реакція: ізомеризація пентозофосфатів. Рибулозо-5-фосфат під дією ферментів рибозофосфатизомерази та рибулозо-5-фосфат-3-епімерази може оборотно ізомеризуватися в інші пентози: рибозо-5-фосфат, ксилулозо-5-фосфат.
У деяких випадках ПФП у цьому закінчується. І тоді сумарне рівняння реакції виглядає так:
глюкозо-6-фосфат + Н2О + 2НАДФ + ® рибозо-5-фосфат + 2НАДФН·Н + +СО2
Однак багато клітин потребують більшої кількості НАДФН · Н + (для відновних синтезів), ніж потрібно рибозо-5-фосфату (для включення в нуклеотиди). У таких випадках рибозо-5-фосфат перетворюється на гліцеральдегід-3-фосфат та фруктозо-6-фосфат під дією двох ферментів: транскетолази та трансальдолази. Ці ферменти створюють оборотний зв'язок між ПФП та гліколізом, каталізуючи наступні реакції:
5) ксилулозо-5-фосфат + рибозо-5-фосфат ®седогептулозо-7-фосфат + гліцеральдегід-3-фосфат
6) седогептулозо-7-фосфат + гліцеральдегід-3-фосфат ® еритрозо-4-фосфат + фруктозо-6-фосфат*
7) ксилулозо-5-фосфат + еритрозо-4-фосфат ® фруктозо-6-фосфат* + гліцеральдегід-3-фосфат*
Підсумовуючи ці реакції, отримуємо: 2 ксилулозо-5-фосфат + рибозо-5-фосфат ® 2 фруктозо-6-фосфат + гліцеральдегід-3-фосфат
Отже, надлишок рибозо-5-фосфату, утворений у ПФП, може перетворюватися на метаболіти гліколізу.
Фруктоза, що надходить в організм людини, утворюється або за гідролізу сахарози, або надходить у складі рослин, будучи їх основним цукром. У здорової людини фруктоза може перетворюватися двома шляхами: 1) під дією гексокінази (у печінці, м'язах, нирках, жировій тканині) утворюється фруктозо-6-фосфат. Однак, спорідненість цього ферменту до фруктози набагато нижче, ніж до глюкози, тому при глюкозі реакція фосфорилювання фруктози протікає з низькою швидкістю; 2) під дією фруктокінази (у печінці, нирках та кишечнику) утворюється фруктозо-1-фосфат. Фермент має високу спорідненість до свого субстрату і в присутності глюкози стає основним шляхом метаболізму фруктози.
Фруктоза включається в гліколіз на стадії тріозофосфатів.
Розщеплення фруктози шляхом гліколізу відбувається швидше, ніж глюкози, т.к. пройде стадія, що каталізується фосфофруктокіназою-I.
Метаболізм фруктози у сперматозоїдах
Фруктоза є основним джерелом енергії для сперматозоїдів. Вона утворюється в насіннєвих бульбашках з глюкози в результаті 2-х послідовних реакцій:
1) D-глюкози + НАДФН · Н + ® D-сорбітол + НАДФ +
реакція каталізується сорбітолдегідрогеназою.
2) D-сорбітол + НАД + ® D-фруктоза + НАДН · Н+
реакція каталізується сорбітолдегідрогеназою.
Концентрація фруктози у насінній рідині може досягати 10 мМ.
Галактоза, що надходить до організму людини, утворюється при гідролізі лактози (молочного цукру). Галактоза включається в метаболізм шляхом перетворення на глюкозо-1-фосфат.
Глюкозо-1-фосфат, що утворився, після перетворення в глюкозо-6-фосфат підключається до основних шляхів метаболізму глюкози.