Синтез и распад гликогена (гликогенез, гликогенолиз). Гормональная регуляция распада гликогена

Синтез и распад гликогена (гликогенез, гликогенолиз). Гормональная регуляция распада гликогена.

Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид, мономером которого является глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках α 1,4 гликозидными связями, а в местах разветвления – α 1,6. Молекула гликогена более разветвлена, чем крахмал, точки ветвления встречаются через каждые 8-10 остатков глюкозы.

Гликоген синтезируется в период пищеварения. Синтез гликогена требует энергии. При включении одного мономера в полисахаридную цепь протекают 2 реакции, сопряженные с расходованием АТФ и УТФ. Глюкоза, поступающая в клетку, фосфорилируется при участии АТФ. Затем глюкозо-6-фосфат в ходе обратимой реакции превращается в глюкозо-1-фосфат под действием фермента изомеразы. Глюкозо-1-фосфат мог бы служить субстратом для синтеза гликогена, но в силу обратимости реакции глюкозо-6-фосфат ↔ глюкозо-1-фосфат синтез гликогена из глюкозо-1-фосфат и его распад оказался бы так же обратимым, поэтому неконтролируемым. Для того что бы синтез гликогена был не обратимым, необходима дополнительная стадия образования уридиндифосфатглюкозы. Реакция образования УДФ-глюкозы обуславливает необратимость всей серии реакций. Образованная УДФ-глюкоза используется как донор остатка глюкозы при синтезе гликогена. Так как гликоген в клетке никогда не расщепляется полностью, синтез гликогена осуществляется путем удлинения уже имеющиеся молекулы полисахарида, называемой «затравкой». Гликоген в клетке не может бесконечно накапливаться, так как молекула гликогена требует большого объема и так как она сильно гидролизуется.

Распад гликогена происходит в основном в период между приемами пищи и ускоряется во время физической работы. Этот процесс происходит путем последовательного отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата с помощью фосфорилазы. Гликоген распадается до глюкозо-6-фосфата без затрат АТФ.

Количество глюкозы в крови контролируется гормонами: инсулин (печень и мышцы), глюкагон (в клетках печени), СТГ. Механизм действия этих гормонов включает каскад реакций, приводящий к активации фосфорилазы. Взаимодействие адреналина с рецепторами клеток печени приводит в действие аденилатциклазу, которая в свою очередь катализирует распад АТФ до цАМФ. цАМФ активирует протеинкиназу, которая приводит в активное состояние фосфорилазу, в результате фосфорилирования. Фосфорилаза отщепляет молекулу глюкозо-1-фосфата от гликогена.

Напишите реакции синтеза и распада гликогена.
Почему резервной формой является гликоген, а не глюкоза.
Почему в организме человека и животных резервную функцию выполняет гликоген, а не клетчатка, так же построенная из глюкозных остатков? Ответ аргументируйте особенностями структуры.
Запишите реакции перехода ферментов из неактивного состояния в активное.

Анаэробное окисление углеводов – гликолиз. Утилизация молочной кислоты. Аэробное окисление углеводов. Цикл Кребса.

Гликолиз – процесс окисления глюкозы, в результате которого происходит расщепление глюкозы с образованием 2 молекул пирувата или 2 молекул лактата. Аэробный и анаэробный путь начинается с фосфорилирования глюкозы. Образование глюкозо-6-фосфата в клетке – это своеобразная ловушка для глюкозы, так как мембрана клетки не проницаема для нее (нет соответствующих транспортных белков). Процесс гликолиза можно разделить на 3 этапа: подготовительный; гликолитическая оксидоредукция (ОВР); синтез АТФ.

Регенерация НАД + , необходимого для окисления новых молекул глицеральдегидфосфата, происходит при: 1) аэробном гликолизе посредством дыхательной цепи; 2) анаэробном гликолизе независимо от дыхательной цепи. В этом случае окисление НАДН осуществляется в результате превращения путем восстановления пирувата в лактат.

Образование АТФ при гликолизе может происходить 2 путями: либо субстратным фосфорелированием, когда для синтеза АТФ из АДФ и Н3РО4 используется энергия макроэргической связи субстрата, либо путем окислительного фосфорилирования за счет энергии переноса электронов и протонов по дыхательной цепи. Все этапы гликолитического пути глюкозы происходят в цитозоле. Аэробный распад глюкозы включает реакции аэробного гликолиза и последующее окисление пирувата в общем пути катаболизма. Таким образом, аэробный распад глюкозы – процесс полного окисления ее до СО2 и Н2О, а аэробный гликолиз – это часть аэробного распада глюкозы.

Лактат является продуктом анаэробного гликолиза в эритроцитах и работающих мышцах. Вследствии его накопления происходит закисление организма. В норме рН крови составляет 7,34, падение рН до 6,9 и ниже приводит к летальному исходу. Кислотность среды очень важна для ферментов. Для того что бы этого не происходило, в организме есть пути утилизации лактата: буферные емкости крови; утилизация в красных мышечных волокнах и в сердечной мышце с образованием энергии (лактат→пируват→ц. Кребса).

Синтез АТФ в клетке регулируется потребностью в энергии, что достигается согласованной регуляцией скоростей реакции дыхательной цепи и ц.Кребса. Увеличение концентрации АДФ ускоряет окисление НАДН в дыхательной цепи, что приводит к увеличению скорости реакций, катализируемых регуляторными НАД + -зависимыми ферментами, и к увеличению скорости ц.Кребса в целом.

Напишите схемы аэробного и анаэробного гликолиза.
Может ли фосфорилированная глюкоза поступать из клетки в кровь.
Конечным продуктом анаэробного гликолиза является:

4) Посмотрите и подсчитайте сколько АТФ образуется в ц.Кребса (схема которую заполняли на лекции).

Пентозофосфатный путь прямого окисления глюкозы.

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. Этот процесс поставляет клеткам кофермент НАДН, использующийся как донор водорода в реакциях восстановления и гидроксилирования, и обеспечивает клетки рибозой, которая участвует в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Пентозофосфатный путь не приводит к синтезу АТФ. Пентозофосфатный путь имеет большое значение в метаболизме клеток печени, жировой ткани, надпочечниках, в лимфоцитах, в эритроцитах. Одна молекула глюкозы окисляется до СО2 и Н2О в результате этого цикла. НАДН, которые образуются в результате, могут включаться в дыхательную цепь с образованием 36 молекул АТФ.

В пентозофосфатном пути можно выделить 2 части: окислительный и неокислительный пути образования пентоз.

Окислительный путь образования пентоз включает 2 реакции дегидрирования. Коферментом является НАДФ + , который восстанавливается в НАДФН. Пентозы образуются в результате реакции окислительного карбоксилирования. Суммарное уравнение:

Глюкозо-6-фосфат + 2 НАДН + →рибулозо-5-фосфат + 2НАДН + 2Н + +СО2

Неокислительный путь образования пентоз включает реакции переноса 2 и 3 углеродных фрагментов с одной молекулы на другую. Этот путь служит для синтеза пентоз. Неокислительный путь образования пентоз обратим, следовательно, он может служить для образования гексоз из пентоз. С помощью этого пути избыток пентоз. Превышающий потребности клетки, может быть возвращен в фонд гексоз. Суммарное уравнение:

5 фруктозо-6-фосфат ↔ 5 рибозo-5-фосфат

Окислительный путь синтеза пентоз и путь возвращения пентоз в гексозы вместе составляют циклический процесс – за один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы.

Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла:

6 глюкозо-6-фосфат + 12НAДФ + → 12 НАДФН + 12 Н + + 5 глюкозо-6-фосфат +6СО2

У растений реакции пентозофосфатного пути составляют часть процесса образования гексоз из СО2 при фотосинтезе.

Отличие окислительного пути от неокислительного.
Назовите ткани, в которых функционирует пентозофосфатный путь.
Значение пентозофосфатного пути.
Выберите процессы, в которых могут включаться метаболиты пентозофосфатного пути превращения глюкозы:

Б) Синтез липидов

Г) Фотосинтез у растений

Глюконеогенез – это процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Главными субстратами глюконеогенеза являются пируват, лактат, глицерин, аминокислоты. Важнейшей функцией глюконеогенеза является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Постоянное поступление глюкозы в качестве источника энергии особенно необходимо для нервной ткани и эритроцитов. Процесс в основном протекает в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также слизистой оболочке кишечника.

Большинство реакций глюконеогенеза являются противоположно направленными гликолизу, т.е. являются обратимыми и катализируются теми же ферментами, что и соответствующие реакции гликолиза. Четыре реакции глюконеогенеза необратимы. Превращение пирувата в оксалоацетат катализируется ферментом карбоксилазой. Образовавшийся оксалоацетат превращается в фосфоенолпируват. Для оксалоацитата мембрана митохондрий непроницаема. Оксалоацетат может превращаться в малат или в аспартат, которые диффундируют в цитозоль и превращаются в оксалоацетат, в результате соответствующих реакций. Все дальнейшие реакции проходят в цитозоле. Следующие необратимые реакции это превращение фруктозо-1,6-бисфосфат в фруктозо-6-фосфат и превращение глюкозо-6-фосфат в глюкозу.

Синтез глюкозы из лактата. Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени соотношение НАДН/НАД + ниже, чем в мышцах, поэтому лактатдегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении: в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь, затем в мышцы. Эту последовательность событий называют глюкозо-лактатным циклом или циклом Кори.

Синтез глюкозы из аминокислот (глюкозо-аланиновый цикл).

Глюкоза в мышцах→пируват в мышцах→аланин в мышцах→аланин в печени→глюкоза в мышцах.

Он ведет не к увеличению глюкозы в мышцах, но решает транспорт аминного азота из мышц и предотвращает лактоацидоз.

Синтез глюкозы из глицерола (проходит в печени и почках, т.к. здесь есть фермент глицеролкиназа).

Суммарное уравнение глюконеогенеза:

2 пируват +4 АТФ + 2ГТФ + 2(НАДН+ Н + ) + 4Н2О→ глюкоза + 4АДФ + 2ГДФ+

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎