Механизм расщепления гликогена
Процесс мобилизации представляет собой последовательное отщепление углеводных остатков от полимерной цепи. Главную работу выполняет гликогенфосфорилаза. Этот фермент разрывает $\alpha$-1,4-гликозидные связи, высвобождая молекулы в виде глюкозо-1-фосфата.
Однако фосфорилаза не способна действовать на точки ветвления молекулы ($\alpha$-1,6-связи). Для их устранения привлекается $\alpha$-1,6-гликозидаза. Она проводит реакцию гидролиза — отщепляет единственный остаток в точке ветвления с участием воды. В результате образуется нефосфорилированная свободная глюкоза.
После «деветвления» гликогенфосфорилаза вновь продолжает отщеплять глюкозо-1-фосфат от выпрямленной цепи. На следующем этапе образовавшийся глюкозо-1-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат, дальнейшая судьба которого зависит от типа ткани.
Различия мобилизации в печени и мышцах
Хотя начальные этапы гликогенолиза универсальны, конечная цель процесса в разных органах принципиально отличается из-за набора ферментов.
- В печени присутствует уникальный фермент — глюкозо-6-фосфатаза. Он отщепляет фосфатную группу от глюкозо-6-фосфата, превращая его в свободную глюкозу. Молекулы выходят в кровь, поддерживая нормальный уровень гликемии (3,3–5,5 ммоль/л) и питая другие ткани, в первую очередь головной мозг.
- В мышцах фермент глюкозо-6-фосфатаза отсутствует. Фосфорилированная молекула глюкозо-6-фосфата не способна преодолеть клеточную мембрану. Поэтому весь углевод остается внутри мышечной клетки и направляется на пути катаболизма (гликолиз) для обеспечения собственных энергозатрат при сокращении.
Гормональная регуляция (Аденилатциклазный каскад)
Переключение между синтезом и распадом гликогена зависит от инсулин-глюкагонового индекса. При его снижении (в постабсорбтивный период) запускается мобилизация. В печени процесс активирует глюкагон, а в печени и мышцах — адреналин.
Гормон связывается с рецепторами и запускает аденилатциклазный каскад, который работает по принципу химической модификации (фосфорилирования) ферментов:
- Активируется протеинкиназа А.
- Она фосфорилирует неактивную киназу фосфорилазы, переводя ее в активную форму.
- Киназа фосфорилазы, в свою очередь, фосфорилирует гликогенфосфорилазу.
- Активная гликогенфосфорилаза начинает активно расщеплять гликоген.
Важно, что этот же процесс фосфорилирования переводит фермент синтеза (гликогенсинтазу) в неактивное состояние. Таким образом, каскад одновременно запускает распад углеводов и блокирует их синтез.
Регуляция мышечным сокращением
В скелетной мускулатуре гликогенолиз дополнительно стимулируется самой работой мышцы. При сокращении высвобождаются ионы $Ca^{2+}$, которые связываются с белком кальмодулином.
Образовавшийся комплекс «$4Ca^{2+}$-кальмодулин» способен напрямую активировать киназу фосфорилазы и другие кальмодулин-зависимые протеинкиназы. В результате гликогенфосфорилаза переходит в активную форму даже без участия адреналина, обеспечивая интенсивную работу энергией.
Возврат системы в исходное состояние (прием пищи или отдых) происходит за счет фермента фосфодиэстеразы (разрушает цАМФ) и фосфопротеинфосфатазы (дефосфорилирует все активированные ферменты).
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какой фермент переводит глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат при гликогенолизе?
Ферментом, который переводит глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат при гликогенолизе, является фосфоглюкомутаза.
В ходе фосфоролитического этапа образуется глюкозо-1-фосфат, который затем изомеризуется в глюкозо-6-фосфат. Дальнейший путь полученного метаболита зависит от типа ткани:
- В печени — дефосфорилируется до свободной глюкозы (с помощью глюкозо-6-фосфатазы) и выходит в кровь.
- В мышцах — вступает в процесс гликолиза для обеспечения мышечных клеток энергией.
Чтобы легко запомнить различия тканей, представьте печень как «щедрого донора», у которого есть ключ (глюкозо-6-фосфатаза), чтобы выпустить глюкозу наружу. А мышцы — «жадные эгоисты»: у них ключа нет, и они расходуют запасы только на себя.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему при мышечной работе уровень глюкозы в крови не повышается за счет гликогена мышц?
В мышцах нет фермента глюкозо-6-фосфатазы. Глюкоза остается в фосфорилированном виде (глюкозо-6-фосфат) и не может пройти через клеточную мембрану в кровоток.
Действует ли глюкагон на мышечную ткань?
Нет, глюкагон на мышцы не действует. В мышечной ткани процесс мобилизации запускают адреналин и сами мышечные сокращения (через ионы кальция).
Требуется ли затрата молекул АТФ для самого процесса распада гликогена?
Сам процесс мобилизации гликогена (отщепление остатков фосфорилазой и деветвление) протекает без затрат АТФ, используется только неорганический фосфат. АТФ тратится лишь на регуляторные механизмы (фосфорилирование ферментов в каскаде).
Что ещё разобрать по теме
- Детальный механизм работы аденилатциклазной системы
- Особенности строения молекулы гликогена (альфа-1,4 и альфа-1,6 связи)
- Роль инсулин-глюкагонового индекса в обмене веществ
- Строение и функции кальмодулина
- Синтез гликогена (Гликогенез) и механизмы его ингибирования
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Мобилизация гликогена (Гликогенолиз)» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен углеводов»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.