Metabolizm glikogenu
Przemiany metaboliczne:
1. Duże cząsteczki pożywienia są rozbijane na mniejsze, nie powstaje użyteczna energia
2. Związki są rozkładane do prostych jednostek odgrywających rolę w metaboliźmie – acetylo-CoA
3. Cykl kwasu cytrynowego i fosforylacja oksydatywna dają 90% ATP wytwarzanego przez utlenianie składników pożywienia.
Szlaki metaboliczne dzielimy na:
1. Anaboliczne – synteza związków budujących strukturę ciała i wchodzących w inne szlaki metaboliczne – glukoneogeneza.
2. Kataboliczne – procesy oksydacyjne, które uwalniają energię w postaci bogatoenergetycznego fosforanu i równoważników redukujących – glikoliza.
3. Amfiboliczne – na skrzyżowaniu dróg metabolicznych, łączniki pomiędzy szlakami kata- i anabolicznymi – cykl kwasy cytrynowego.
Glukoza – źródło energii
Mózg potrzebuje 5 mg glukozy na 100g tkanki na 1 min.
Magazynuje 2 g glukozy w postaci glikogenu
W razie niedoboru glukozy ten zapas wystarcza na 90 min. pracy mózgu
Polisacharydy
Sposób magazynowania energii – glukozy, w postaci: skrobi i glikogenu. Oba są to:
•Homopolimery glukozy
•Reszty glukozowe połączone wiązaniami a(1-4)
•Rozróżnienie w reakcji z jodem: skrobia daje pozytywną reakcję
Reakcja z jodem – rozróżnienie skrobi i glikogenu
–I2 wchodząc w strukturę helikalną skrobi tworzy z nią niebieskawo-fioletowy kompleks
–Gdy I2 zmieszany jest z roztworem glikogenu, brunatno-czerwony kolor jodu się nie zmienia
Glikogen
- aż do 120 000 reszt glukozy
- wiązanie glikozydowe a(1-4) (głównie)
- wiązanie glikozydowe a(1-6), w miejscach rozgałęzień (co 10-11 reszt)
- struktura otwartej helisy
- koniec redukujący zawiera wolny węgiel C1
- magazyn przechowywania nadmiaru glukozy (gdy stężenie glukozy we krwi ↑)
-
- źródło szybkiego uwalniania glukozy
- kompletna cząsteczka ma 12 warstw (na rysunku przedstawiono tylko 5 warstw).
- każdy łańcuch B ma dwa miejsca rozgałęzienia,
- wszystkie łańcuchy mają tę samą długość,
- w centrum struktury znajduje się cząsteczka GLIKOGENINY
- rozgałęzienia dostarczają wolnych końców, na których zachodzi jednoczesne odszczepianie reszt glukozowych
MAGAZYNOWANIE
Mięśnie (1%) > wątroba (10%) > nerki> jelita
Ziarna glikogenu
- średnica: 10 – 40 nm
- zawierają białka regulatorowe oraz enzymy katalizujące syntezę i degradację glikogenu
Glikogen wątroby jest głównym źródłem glukozy występującej we krwi, a w mięśniach jest źródłem energii głównie dla tej tkanki.
Synteza glikogenu (glikogenogeneza)
1. Konwersja do glukozo-6-fosforanu
Substratem wyjściowym do produkcji glikogenu jest glukozo-6-fosforan, który powstaje z glukozy w mięśniach i wątrobie przy udziale odpowiednio heksokinazy i glukokinazy. Obecna w komórkach fosfoglukomutaza przeprowadza go w glukozo-1-fosforan, poprzez pośredni 1,6-bisfosforan.
Fosfoglukomutaza
- katalizuje reakcję odwracalną
- grupa OH seryny w miejscu aktywnym pełni rolę donora i akceptora Pi.
- bisfosforan nie jest uwalniany.
pirofosforylaza
2. Kolejnym etapem jest aktywacja glukozo-1-fosforanu zachodząca w jego rekcji z urydynotrifosforanem – UTP, w efekcie, czego powstaje urydynodifosfoglukoza – UPDGlc. Reakcję tę katalizuje pirofosforylaza UDPGlc.
Zachodzące w tej przemianie rozerwanie PPi jest jedynym energetycznym kosztem syntezy
(1 ~P wiązanie na resztę glukozy).
Glikogenina – białko o aktywności enzymu
•„primer” w syntezie glikogenu.
•Masa cząsteczki 37 kDa.
•Dimer – cząsteczki glikozylują się wzajemnie. Do reszty Tyr dodawana jest pierwsza reszta glukozy.
•W mięśniowym glikogenie związana na stałe z centrum jego cząsteczki a w wątrobie może być uwalniana.
3. Przyłączanie pierwszej reszty glukozy do glikogeniny.
Pomiędzy anomerycznym węglem C1 reszty glukozy a tlenem grupy -OH tyrozyny w glikogeninie tworzy się wiązanie glikozydowe.
4. Glukozylacja.
Wolna pozostaje gr. –OH węgla C4 w reszcie glukozy, do której są przyłączane kolejne reszty glukozy. Zachodzi wówczas proces zwany glukozylacją – glikogenina katalizuje dodawanie kolejnych reszt glukozy do momentu powstania, połączonego wiązaniami a(1-4) z cząsteczką glikogeniny, krótkiego liniowego polimeru glukozy.
glikogen(n reszt) + UDP-glukoza glikogen(n +1 reszt) + UDP
5. Synteza liniowej cząsteczki glikogenu.
syntaza glikogenowa – najważniejszy enzym prowadzący dalsza syntezę łańcucha glikogenu.
6.Synteza rozgałęzień
Rozgałęzienia powstają, co 11 reszt z udziałem
enzymu rozgałęziającego (amylo-[1-4]-[1-6]-transglukozydaza)
Rozkład glikogenu (glikogenoliza)
Glikogenoliza nie jest odwróceniem glikogenogenezy
Powoduje uwolnienie glukozo-1-fosforanu, który ulega konwersji do glukozo-6-fosforanu (G6P)
G6P może być:
•rozłożony w procesie glikolizy,
•ulec konwersji do glukozy w procesie glukoneogenezy
•utlenić się w szlaku pentozofosforanowym.
Najważniejszym enzymem jest
fosforylaza glikogenu
katalizująca fosforolityczne rozszczepienie wiązań a(1-4) glikozydowych w glikogenie z łańcuchów na powierzchni ziaren glikogenu, uwalniany jest w ten sposób glukozo-1-fosforan
Fosforylaza glikogenu jest homodimerem, którego każda z domena posiada:
ð miejsce katalityczne
ð miejsce wiążące cząsteczkę glikogenu
ð miejsce dla fosforanu pirydoksalu
ð miejsce dla AMP
Fosforan pirydoksalu (PLP)
- pochodna witaminy B6
- grupa prostetyczna fosforylazy glikogenu
- wiąże się z miejscem aktywnym enzymu tworząc zasadę Schiffa (reakcja grupy aldehydowej PLP z grupą e-aminową reszty lizyny).
Fosforolizę można porównać do hydrolizy
•Fosforoliza – rozszczepienie wiązania wywołane przez ortofosforan
R-O-R' + HO-PO32- = R-OH + R'-O-PO32-c
•Hydroliza – rozszczepienie wiązania wywołane przez cząsteczkę wody
R-O-R' + HOH = R-OH + R'-OH
Fosforylaza glikogenowa usuwa reszt glukozy z nieredukujacego końca cząsteczki glikogenu, a ortofosforan pochodzący od grupy prostetycznej, jaka jest fosforan pirydoksalu rozrywa wiązanie pomiędzy węglem C1 końcowej reszty a atomem tlenu wiążącym się z węglem C4 następnej reszty glukozylowej.
Ponieważ wiązania a(1-6) nie są podatne na działanie fosforylazy glikogenowej fosforoliza zatrzymuje się na 4 reszcie glukozy od rozgałęzienia, które posiada właśnie wiązanie a(1-6). Zaczyna wtedy działać inny enzym:
Wiązanie pomiędzy węglem C1 a grupą OH-węgla C4 zostaje podstawione przez grupę fosforanową fosforanu pirydoksalu.
Enzym usuwający rozgałęzienia
...
ticlo