Биологическая химия - часть 79

 

  Главная      Учебники - Медицина     

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  77  78  79  80   ..

 

 

Биологическая химия - часть 79

 

 

вый комплекс – гликокаликс. В поверхностных слоях гликокаликса задер-

живаются крупные молекулы и бактерии. Полисахариды не проникают

через гликокаликс и, оставшись нерасщепленными при полостном пище-

варении, гидролизуются на поверхности энтероцитов. Мальтоза, сахароза

и лактоза могут гидролизоваться в гликокаликсе. Такое переваривание

получило название пристеночного, или внеклеточного, пищеварения.

Маловероятным представляется всасывание значительных количеств

дисахаридов, так как из экспериментов с парентеральным их введением

известно, что большая часть дисахаридов, поступивших в кровяное русло,

выделяется с мочой неизмененной; это является тем единственным и при-

том нефизиологическим случаем, когда дисахариды появляются в моче.

Скорость всасывания отдельных моносахаридов различна. Глюкоза

и галактоза всасываются быстрее, чем другие моносахариды. Принято

считать, что всасывание маннозы, ксилозы и арабинозы осуществляется

преимущественно путем диффузии, всасывание же большинства других

моносахаридов происходит за счет активного транспорта.

Щеточная каемка энтероцитов содержит системы переносчиков. Уста-

новлено существование переносчика, способного связывать различными

своими участками глюкозу и Na

+

 и переносить их через плазматическую

мембрану кишечной клетки. Считают, что глюкоза и Na

+

 высвобождаются

затем в цитозоль, позволяя переносчику захватить новую порцию «груза».

Na

+

 транспортируется по градиенту концентрации, стимулируя переносчик

к транспорту глюкозы против указанного градиента. Свободная энергия,

необходимая для этого активного транспорта, образуется благодаря гидро-

лизу АТФ связанному с натриевым насосом, который «откачивает» из

клетки Na

+

 в обмен на К

+

. Динамика происходящих при этом процессов

пока остается недостаточно ясной и в настоящее время обстоятельно

изучается.

Судьба всосавшихся моносахаридов. Более 90% всосавшихся моносаха-

ридов (главным образом глюкоза) через капилляры кишечных ворсинок

попадает в кровеносную систему и с током крови через воротную вену

доставляется прежде всего в печень. Остальное количество моносахаридов

поступает по лимфатическим путям в венозную систему. В печени зна-

чительная часть всосавшейся глюкозы превращается в гликоген, который

откладывается в печеночных клетках в форме своеобразных, видимых под

микроскопом блестящих гранул.

СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА

Гликоген – главная форма запасания углеводов у животных и человека.

Накапливается гликоген главным образом в печени (до 6% от массы

печени) и в скелетных мышцах, где его содержание редко превышает 1%.

Запасы гликогена в скелетных мышцах ввиду значительно большей массы

последних превышают его запасы в печени. Гликоген присутствует в цито-

золе в форме гранул диаметром от 10 до 40 нм. На электронных микро-

фотографиях гликогеновые гранулы выглядят плотными. Установлено, что

эти гранулы, кроме гликогена, содержат ферменты, катализирующие синтез

и распад гликогена. Однако гликогеновые гранулы отличаются от мульти-

ферментных комплексов (например, от пируватдегидрогеназного комплек-

са). Степень структурной организации гликогеновых гранул ниже, чем

в мультиферментных комплексах. Следует подчеркнуть, что синтез и распад

гликогена в клетке осуществляются разными метаболическими путями.

321

В частности, считалось, что гликогенфосфорилаза (фосфорилаза а) ката-

лизирует как распад гликогена, так и его синтез, потому что в опытах in

vitro было показано, что гликогенфосфорилазная реакция обратима. Од-

нако в дальнейшем было установлено, что в клетке (in vivo) фосфорилаза

а катализирует только распад гликогена, синтез гликогена осуществляется

при участии совершенно другого фермента. Оба эти процесса (синтез

и распад гликогена) регулируют содержание глюкозы в крови и создают

резерв глюкозы для интенсивной мышечной работы.

Синтез гликогена (гликогенез)

Прежде всего глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фер-

мента гексокиназы, а в печени – и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат

под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фос-

фат *:

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается

в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во

взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-

козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется фер-

ментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорила-

за):

Глюкозо-1-фосфат + УТФ <=> УДФ-глюкоза + Пирофосфат.

Приводим структурную формулу УДФ-глюкозы:

* Роль кофакторов в данной реакции выполняет глюкозо-1,6-бисфосфат, образующийся

в реакции, катализируемой фосфоглюкокиназой: глюкозо-1-фосфат + АТФ <=> глюкозо-1,6-бис-

фосфат + АДФ.

322

Глюкоза

Глюнозо-6-фосфат

Глюкозо-1-фосфат

Уридиндифосфатглюноза

(УДФ-глюкоза)

Гексокиназа

Фосфоглюкомутаза

АТФ

АДФ

На второй стадии – стадии образования гликогена – происходит перенос

глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную

цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется α-(1–>4)-

связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы

и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катали-

зируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть,

что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при

условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глю-

козы.

Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ,

и таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается

сначала.

В целом образование α-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви)

гликогена можно представить в виде следующей схемы:

323

УДФ-глюкоза

Гликоген (n остатков)

Гликогенсинтаза

Гликоген (n+1 остатков)

Глюкозо-1-фосфат

Глюкозо-1-фосфат-

-уридилилтрансфераза

УТФ

АДФ

Пирофосфат

УДФ-глюкоза

УДФ

Нуклеозид-

дифосфат-

киназа

Гликоген

6

Н

10

О

5

)

n

Гликоген-синтаза

Гликоген

6

Н

10

О

5

)

n+1

АТФ

+ УДФ

Установлено, что гликогенсинтаза неспособна катализировать образо-

вание α-(1–>6)-связи, имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот

процесс катализирует специальный фермент, получивший название гли-

когенветвящего фермента, или амило-(1–>4)–>(1–>6)-трансглюкозидазы.

Последний катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента,

состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной

из боковых цепей, насчитывающей не менее 11 остатков, на 6-гидроксиль-

ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена. В ре-

зультате образуется новая боковая цепь.

Ветвление повышает растворимость гликогена. Кроме того, благодаря

ветвлению создается большое количество невосстанавливающих концевых

остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазы и

гликогенсинтазы.

Таким образом, ветвление увеличивает скорость синтеза и расщепления

гликогена.

Благодаря способности к отложению гликогена (главным образом

в печени и мышцах и в меньшей степени в других органах и тканях)

создаются условия для накопления в норме некоторого резерва углеводов.

При повышении энерготрат в организме в результате возбуждения ЦНС

обычно происходят усиление распада гликогена и образование глюкозы.

Помимо непосредственной передачи нервных импульсов к эффекторным

органам и тканям, при возбуждении ЦНС повышаются функции ряда желез

внутренней секреции (мозговое вещество надпочечников, щитовидная же-

леза, гипофиз и др.), гормоны которых активируют распад гликогена,

прежде всего в печени и мышцах (см. главу 8).

Как отмечалось, эффект катехоламинов в значительной мере опосре-

дован действием цАМФ, который активирует протеинкиназы тканей. При

участии последних происходит фосфорилирование ряда белков, в том числе

гликогенсинтазы и фосфорилазы b – ферментов, участвующих в обмене

углеводов. Фосфорилированный фермент гликогенсинтаза сам по себе

малоактивен или полностью неактивен, но в значительной мере акти-

вируется положительным модулятором глюкозо-6-фосфатом, который

увеличивает V

max

 фермента. Эта форма гликогенсинтазы называется

D-формой, или зависимой (dependent) формой, поскольку ее активность

зависит от глюкозо-6-фосфата. Дефосфорилированная форма гликоген-

синтазы, называемая также I-формой, или независимой (independent) фор-

мой, активна и в отсутствие глюкозо-6-фосфата.

Таким образом, адреналин оказывает двойное действие на обмен угле-

водов: ингибирует синтез гликогена из УДФ-глюкозы, поскольку для

проявления максимальной активности D-формы гликогенсинтазы нужны

очень высокие концентрации глюкозо-6-фосфата, и ускоряет распад гли-

когена, так как способствует образованию активной фосфорилазы а. В це-

лом суммарный результат действия адреналина состоит в ускорении пре-

вращения гликогена в глюкозу.

Распад гликогена (гликогенолиз)

Известно, что фосфоролитический распад играет ключевую роль в моби-

лизации полисахаридов *.

* В тканях человека и животных отечественными биохимиками Е.Л. Розенфельд и

И.А. Поповой обнаружен также фермент α-амилаза, катализирующий отщепление остатков

глюкозы от молекулы гликогена по α-1,4-связи. Однако ведущая роль в расщеплении

гликогена в клетках принадлежит фосфорилазам.

324

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  77  78  79  80   ..