Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Глікогене́з — процес біосинтезу глікогену, що відбувається у клітинах тих живих організмів, які використовують цей полісахарид для зберігання глюкози (тварин, грибів та багатьох прокаріот). У ссавців протікає з різною інтенсивністю у всіх тканинах, але найбільш виражено у печінці та скелетних м'язах. Субстратом для глікогенезу є , тобто він здійснюється шляхом відмінним від деградації глікогену — глікогенолізу, основним продуктом якого є . Ключовим ферментом глікогенезу є глікогенсинтаза.
Перші свідчення про відмінності у шляхах біосинтезу та деградації глікогену були отримані під час вивчення — рідкісної форми глікогенозу, що проявляється у болючих судомах скелетних м'язів під час інтенсивного фізичного навантаження. У людей, що страждають цим розладом, бракує глікогенфосфорилази — ферменту, що забезпечує розщеплення глікогену, проте запасання глікогену не порушене. Отже було зроблено висновок, що глікогеноліз та глікогенез повинні відбуватись різними шляхами. Роль УДФ-глюкози у процесі глікогенезу з'ясував аргентинський біохімік Луїс Лелуар року.
Утворення УДФ-глюкози
Процес біосинтезу глікогену розпочинається із . У м'язах ця сполука утворюється шляхом фосфорилювання вільної глюкози, що транспортується у клітини із крові. У печінці глюкозо-6-фосфат також може синтезуватись у процесі глюконеогенезу, зокрема із молочної кислоти, що виділяється м'язами під час інтенсивних навантажень.
Для використання у процесі глікогенезу глюкозо-6-фосфат перетворюється в глюкозо-1-фосфат , цей фермент спільний для шляхів біосинтезу та розщеплення глікогену. Продукт реакції стає субстратом для (фермент названий за зворотною реакцією), що каталізує утворення УДФ-глюкози:
- + глюкозо-1-фосфат → УДФ-глюкоза + ФФн
Хоча сама реакція конденсації глюкозо-1-фосфату та УТФ має дуже незначну позитивну зміну вільної енергії, в ній утворюється пірофосфат, який відразу ж гідролізується у сильно екзергонічній реакції (ΔG= −19,2 кДж/моль). Внаслідок цього сумарний процес незворотний за клітинних умов.
Використання у процесі біосинтезу глікогену УДФ-глюкози має кілька переваг. По-перше, залишок нуклеотиду активує молекулу глюкози, а саме C-1, до якого він приєднаний, і сприяє нуклеофільній атаці на нього. є доброю відхідною групою під час наступної, глікогенсинтазної, реакції. По-друге, хоча залишок нуклеотиду не бере безпосередньої участі в цій реакції, він нековалентно взаємодіє із ферментом і сприяє швидшому проходженню хімічного перетворення. По-третє, приєднання нуклеотидів до глюкози та інших моносахаридів, може виконувати роль «мічення» цих молекул для потреб біосинтезу, в той час як фосфати використовуються для інших шляхів, наприклад гліколізу.
Полімеризація глікогену
УДФ-глюкоза вступає в реакцію, в якій залишок глюкози переноситься на однієї із гілок молекули глікогену. При цьому формується (α1→4)-глікозидний зв'язок. Реакцію каталізує глікогенсинтаза:
- УДФ-глюкоза + глікогенn → + глікогенn+1;
Зміна вільної енергії для цієї реакції становить ΔG0' = −13,4 кДж/моль. У ссавців існує дві ізоформи глікогенсинтази, амінокислотні послідовності яких ідентичні приблизно на 70 %, — печінкова та м'язова. Рослини і бактерії також мають крохмаль/глікогенсинтази проте вони використовують як субстрат , і мало споріднені з тваринними глікогенсинтазами.
Глікогенсинтаза не може забезпечувати утворення місць галуження — (α1→6)-зв'язків. Вони формуються (аміло-(1,4→1,6)-трансглікозилазою). Від гілок не коротших одинадцяти залишків глюкози він відщеплює фрагмент довжиною 6—7 мономерних ланок і переносить його на C-6 гідроксильну групу одного із внутрішніх глюкозних залишків тієї ж або іншої гілки. Нова гілка повинна бути віддалена від попередньої як мінімум на чотири мономерні ланки. Таким чином утворюється виделка, кожна гілка якої може далі полімеризуватись під впливом глікогенсинтази.
Дія розгалужуючого ферменту не є оберненою до дії . Обидва білки володіють трансферазною активністю, проте у першого (розгалужуючого) вона проявляється у розриві (α1→4)-зв'язку та формуванні (α1→6)-зв'язку, тоді як другий (дерозгалужуючий) розщеплює один (α1→4)-зв'язок та утворює інший, гідроліз (α1→6)-зв'язку, що залишився здійснюється завдяки іншій ферментативній активності. Така різниця має пояснення з точки зору енергетики: оскільки зміна вільної енергії під час гідролізу (α1→4)-зв'язку становить −15,5 кДж/моль, а (α1→6) — −7,1 кДж/моль, то гідроліз (α1→4)-зв'язку може забезпечувати синтез (α1→6), але не навпаки.
Біологічне значення галуження полягає у тому, що воно забезпечує збільшення розчинності глікогену. Також кожна із утворених гілок може бути субстратом для глікогенфосфорилази або гілкогенсинтази, внаслідок чого процеси синтезу і деградації суттєво прискорюються.
Глікогенін
Глікогенсинтаза здатна тільки приєднувати залишки глюкози до нередукуючих кінців молекули глікогену, що вже містить не менше чотирьох мономерних ланок. Вона не може розпочинати синтез de novo, для цього необхідний — димерний білок, що складається із двох ідентичних субодиниць по 37 кДа кожна (332 амінокислотні залишки). Глікогенін не тільки слугує праймером для синтезу нових молекул глікогену, а й сам каталізує його перші реакції. Завдяки своїй глікозилтрансферазній активності, одна із його субодиниць переносить залишок глюкози із УДФ-глюкози на гідроксильну групу тирозину 194 іншої і навпаки. Після цього відбувається добудовування ще шести-восьми мономерних субодиниць до кожного із двох новоутворених ланцюгів. Після цього у дію вступає гілкогенсинтаза, яка може використовувати вже наявний праймер. Таким чином в основі кожної частинки глікогену лежить молекула глікогеніну, ковалентно приєднана до її єдиного редукуючого кінця.
Енергетичний вихід
Оскільки УДФ, що виділяється під час глікогенсинтазної реакції, знову перетворюється в УТФ завдяки перенесенню фосфатної групи із АТФ ферментом , то можна вважати, що на включення одного залишку глюкози в глікоген використовується одна молекула АТФ. Сумарне рівняння процесу має такий вигляд:
- Глюкозо-6-фосфат + АТФ + глікогенn + H2O → глікогенn+1 + АДФ + 2Фн
Під час розщеплення глікогену 90 % залишків глюкози від'єднуються шляхом , внаслідок чого утворюється глюкозо-1-фосфат, який може бути перетворений у глюкозо-6-фосфат без енергетичних затрат. Тільки 10 % глюкозних залишків у місцях галуження від'єднуються гідролітично і потребують подальшого фосфорилювання, на що використовується АТФ. Отже для цих 10 % «ціна зберігання» становить 2 молекули АТФ.
Регуляція глікогенезу
Основним регуляторним ферментом глікогенезу є глікогенсинтетаза. На її каталітичну активність можуть впливати як модулятори, так і ковалентна модифікація. Перетворення активної a форми цього ферменту у неактивну b відбувається внаслідок фосфорилювання, зокрема такими ферментами як , та іншими. Тобто її відповідь на ковалентну модифікацію є протилежною до такої у ключового ферменту глікогенолізу — глікогенфосфорилази. Неактивна глікогенсиназа b може активуватись тільки під впливом високих концентрацій алостеричного активатора глюкозо-6-фосфату, тоді як a форма не залежить від цієї сполуки.
Примітки
- Voet et al, 2011, с. 644.
- Berg et al, 2007, с. 604.
- Nelson et al, 2008, с. 597.
- Nelson et al, 2008, с. 599.
- Nelson et al, 2008, с. 600.
- Berg et al, 2007, с. 605.
- Nelson et al, 2008, с. 598—599.
- Voet et al, 2011, с. 645.
- Nelson et al, 2008, с. 601.
- Berg et al, 2007, с. 606.
- Voet et al, 2011, с. 646.
- Berg et al, 2007, с. 607.
Джерела
| Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Глікогенез |
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2007). Biochemistry (вид. 6th). W.H. Freeman and Company. ISBN .
- Nelson D.L., Cox M.M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry (вид. 5th). W. H. Freeman. ISBN .
- Voet D., Voet J.G. (2011). Biochemistry (вид. 4th). Wiley. с. 487—496. ISBN .
| Ця стаття недостатньо . |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Ne plutati z Glyukoneogenezom sintezom glyukozi iz nevuglevodnih poperednikiv Glikogene z proces biosintezu glikogenu sho vidbuvayetsya u klitinah tih zhivih organizmiv yaki vikoristovuyut cej polisaharid dlya zberigannya glyukozi tvarin gribiv ta bagatoh prokariot U ssavciv protikaye z riznoyu intensivnistyu u vsih tkaninah ale najbilsh virazheno u pechinci ta skeletnih m yazah Substratom dlya glikogenezu ye tobto vin zdijsnyuyetsya shlyahom vidminnim vid degradaciyi glikogenu glikogenolizu osnovnim produktom yakogo ye Klyuchovim fermentom glikogenezu ye glikogensintaza Pershi svidchennya pro vidminnosti u shlyahah biosintezu ta degradaciyi glikogenu buli otrimani pid chas vivchennya ridkisnoyi formi glikogenozu sho proyavlyayetsya u bolyuchih sudomah skeletnih m yaziv pid chas intensivnogo fizichnogo navantazhennya U lyudej sho strazhdayut cim rozladom brakuye glikogenfosforilazi fermentu sho zabezpechuye rozsheplennya glikogenu prote zapasannya glikogenu ne porushene Otzhe bulo zrobleno visnovok sho glikogenoliz ta glikogenez povinni vidbuvatis riznimi shlyahami Rol UDF glyukozi u procesi glikogenezu z yasuvav argentinskij biohimik Luyis Leluar roku Utvorennya UDF glyukoziProces biosintezu glikogenu rozpochinayetsya iz U m yazah cya spoluka utvoryuyetsya shlyahom fosforilyuvannya vilnoyi glyukozi sho transportuyetsya u klitini iz krovi U pechinci glyukozo 6 fosfat takozh mozhe sintezuvatis u procesi glyukoneogenezu zokrema iz molochnoyi kisloti sho vidilyayetsya m yazami pid chas intensivnih navantazhen Dlya vikoristannya u procesi glikogenezu glyukozo 6 fosfat peretvoryuyetsya v glyukozo 1 fosfat cej ferment spilnij dlya shlyahiv biosintezu ta rozsheplennya glikogenu Produkt reakciyi staye substratom dlya ferment nazvanij za zvorotnoyu reakciyeyu sho katalizuye utvorennya UDF glyukozi glyukozo 1 fosfat UDF glyukoza FFn Hocha sama reakciya kondensaciyi glyukozo 1 fosfatu ta UTF maye duzhe neznachnu pozitivnu zminu vilnoyi energiyi v nij utvoryuyetsya pirofosfat yakij vidrazu zh gidrolizuyetsya u silno ekzergonichnij reakciyi DG 19 2 kDzh mol Vnaslidok cogo sumarnij proces nezvorotnij za klitinnih umov Vikoristannya u procesi biosintezu glikogenu UDF glyukozi maye kilka perevag Po pershe zalishok nukleotidu aktivuye molekulu glyukozi a same C 1 do yakogo vin priyednanij i spriyaye nukleofilnij ataci na nogo ye dobroyu vidhidnoyu grupoyu pid chas nastupnoyi glikogensintaznoyi reakciyi Po druge hocha zalishok nukleotidu ne bere bezposerednoyi uchasti v cij reakciyi vin nekovalentno vzayemodiye iz fermentom i spriyaye shvidshomu prohodzhennyu himichnogo peretvorennya Po tretye priyednannya nukleotidiv do glyukozi ta inshih monosaharidiv mozhe vikonuvati rol michennya cih molekul dlya potreb biosintezu v toj chas yak fosfati vikoristovuyutsya dlya inshih shlyahiv napriklad glikolizu Polimerizaciya glikogenuUDF glyukoza vstupaye v reakciyu v yakij zalishok glyukozi perenositsya na odniyeyi iz gilok molekuli glikogenu Pri comu formuyetsya a1 4 glikozidnij zv yazok Reakciyu katalizuye glikogensintaza UDF glyukoza glikogenn glikogenn 1 Zmina vilnoyi energiyi dlya ciyeyi reakciyi stanovit DG0 13 4 kDzh mol U ssavciv isnuye dvi izoformi glikogensintazi aminokislotni poslidovnosti yakih identichni priblizno na 70 pechinkova ta m yazova Roslini i bakteriyi takozh mayut krohmal glikogensintazi prote voni vikoristovuyut yak substrat i malo sporidneni z tvarinnimi glikogensintazami Glikogensintaza ne mozhe zabezpechuvati utvorennya misc galuzhennya a1 6 zv yazkiv Voni formuyutsya amilo 1 4 1 6 transglikozilazoyu Vid gilok ne korotshih odinadcyati zalishkiv glyukozi vin vidsheplyuye fragment dovzhinoyu 6 7 monomernih lanok i perenosit jogo na C 6 gidroksilnu grupu odnogo iz vnutrishnih glyukoznih zalishkiv tiyeyi zh abo inshoyi gilki Nova gilka povinna buti viddalena vid poperednoyi yak minimum na chotiri monomerni lanki Takim chinom utvoryuyetsya videlka kozhna gilka yakoyi mozhe dali polimerizuvatis pid vplivom glikogensintazi Diya rozgaluzhuyuchogo fermentu ne ye obernenoyu do diyi Obidva bilki volodiyut transferaznoyu aktivnistyu prote u pershogo rozgaluzhuyuchogo vona proyavlyayetsya u rozrivi a1 4 zv yazku ta formuvanni a1 6 zv yazku todi yak drugij derozgaluzhuyuchij rozsheplyuye odin a1 4 zv yazok ta utvoryuye inshij gidroliz a1 6 zv yazku sho zalishivsya zdijsnyuyetsya zavdyaki inshij fermentativnij aktivnosti Taka riznicya maye poyasnennya z tochki zoru energetiki oskilki zmina vilnoyi energiyi pid chas gidrolizu a1 4 zv yazku stanovit 15 5 kDzh mol a a1 6 7 1 kDzh mol to gidroliz a1 4 zv yazku mozhe zabezpechuvati sintez a1 6 ale ne navpaki Biologichne znachennya galuzhennya polyagaye u tomu sho vono zabezpechuye zbilshennya rozchinnosti glikogenu Takozh kozhna iz utvorenih gilok mozhe buti substratom dlya glikogenfosforilazi abo gilkogensintazi vnaslidok chogo procesi sintezu i degradaciyi suttyevo priskoryuyutsya GlikogeninGlikogenin z priyednanimi do nogo molekulami glikogenu Glikogensintaza zdatna tilki priyednuvati zalishki glyukozi do neredukuyuchih kinciv molekuli glikogenu sho vzhe mistit ne menshe chotiroh monomernih lanok Vona ne mozhe rozpochinati sintez de novo dlya cogo neobhidnij dimernij bilok sho skladayetsya iz dvoh identichnih subodinic po 37 kDa kozhna 332 aminokislotni zalishki Glikogenin ne tilki sluguye prajmerom dlya sintezu novih molekul glikogenu a j sam katalizuye jogo pershi reakciyi Zavdyaki svoyij glikoziltransferaznij aktivnosti odna iz jogo subodinic perenosit zalishok glyukozi iz UDF glyukozi na gidroksilnu grupu tirozinu 194 inshoyi i navpaki Pislya cogo vidbuvayetsya dobudovuvannya she shesti vosmi monomernih subodinic do kozhnogo iz dvoh novoutvorenih lancyugiv Pislya cogo u diyu vstupaye gilkogensintaza yaka mozhe vikoristovuvati vzhe nayavnij prajmer Takim chinom v osnovi kozhnoyi chastinki glikogenu lezhit molekula glikogeninu kovalentno priyednana do yiyi yedinogo redukuyuchogo kincya Energetichnij vihidOskilki UDF sho vidilyayetsya pid chas glikogensintaznoyi reakciyi znovu peretvoryuyetsya v UTF zavdyaki perenesennyu fosfatnoyi grupi iz ATF fermentom to mozhna vvazhati sho na vklyuchennya odnogo zalishku glyukozi v glikogen vikoristovuyetsya odna molekula ATF Sumarne rivnyannya procesu maye takij viglyad Glyukozo 6 fosfat ATF glikogenn H2O glikogenn 1 ADF 2Fn Pid chas rozsheplennya glikogenu 90 zalishkiv glyukozi vid yednuyutsya shlyahom vnaslidok chogo utvoryuyetsya glyukozo 1 fosfat yakij mozhe buti peretvorenij u glyukozo 6 fosfat bez energetichnih zatrat Tilki 10 glyukoznih zalishkiv u miscyah galuzhennya vid yednuyutsya gidrolitichno i potrebuyut podalshogo fosforilyuvannya na sho vikoristovuyetsya ATF Otzhe dlya cih 10 cina zberigannya stanovit 2 molekuli ATF Regulyaciya glikogenezuOsnovnim regulyatornim fermentom glikogenezu ye glikogensintetaza Na yiyi katalitichnu aktivnist mozhut vplivati yak modulyatori tak i kovalentna modifikaciya Peretvorennya aktivnoyi a formi cogo fermentu u neaktivnu b vidbuvayetsya vnaslidok fosforilyuvannya zokrema takimi fermentami yak ta inshimi Tobto yiyi vidpovid na kovalentnu modifikaciyu ye protilezhnoyu do takoyi u klyuchovogo fermentu glikogenolizu glikogenfosforilazi Neaktivna glikogensinaza b mozhe aktivuvatis tilki pid vplivom visokih koncentracij alosterichnogo aktivatora glyukozo 6 fosfatu todi yak a forma ne zalezhit vid ciyeyi spoluki PrimitkiVoet et al 2011 s 644 Berg et al 2007 s 604 Nelson et al 2008 s 597 Nelson et al 2008 s 599 Nelson et al 2008 s 600 Berg et al 2007 s 605 Nelson et al 2008 s 598 599 Voet et al 2011 s 645 Nelson et al 2008 s 601 Berg et al 2007 s 606 Voet et al 2011 s 646 Berg et al 2007 s 607 DzherelaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Glikogenez Berg JM Tymoczko JL Stryer L 2007 Biochemistry vid 6th W H Freeman and Company ISBN 0 7167 8724 5 Nelson D L Cox M M 2008 Lehninger Principles of Biochemistry vid 5th W H Freeman ISBN 978 0 7167 7108 1 Voet D Voet J G 2011 Biochemistry vid 4th Wiley s 487 496 ISBN 978 0470 57095 1 Cya stattya nedostatno ilyustrovana Vi mozhete dopomogti proyektu dodavshi zobrazhennya do ciyeyi statti