3.Распад гликогена. Гликоген

ГЛИКОГЕН(С₆Н₁₀О₅) разветвленный полисахарид, молекулы к-рого построены из остатков -D-глюкопиранозы со связями 1 -> 4 в линейных участках и 1->6 в разветвлениях.Точки ветвления во внутр. участках молекулы расположены через 3-4 остатка моносахарида, хотя в среднем одно разветвление приходится на 10-12 глюкозильных остатков.

Гликоген-аморфный продукт; хорошо раств. в воде (р-ры опалесцируют), из к-рой осаждается спиртом или (NH₄)₂SO₄; раств. также в ДМСО; характеристич. вязкость 6,5-14,3 мл/г. К-тами гидролизуется, причем вначале образуются декстрины, а в конце р-ции - глюкоза. К действию конц. р-ров щелочей довольно устойчив. Водные р-ры гликогена окрашиваются иодом, что используется для качеств.обнаружения полисахарида. Образует комплексы со мн. белками, напр. с альбумином и конканавалином А.

Гликоген экстрагируют из тканей 60%-ным кипящим водным р-ром КОН, холодным р-ром трихлоруксусной к-ты или смесью фенола и воды с послед.осаждениемэтанолом; при этом гликоген частично разлагается. Нативный гликоген выделяют экстракциейводойна холоду в присут. солей Hg.

Нарушение обмена гликогена приводит к заболеваниям (гликогенозам), связанным с накоплением его в больших кол-вах в организме (гл. обр. в печени и сердце) или образованием молекул с отклонениями в строении.

Гликоген содержится во всех тканях животных и человека и представляет собой резервное в-во (в растениях такие ф-ции выполняет крахмал), легко расщепляющееся под действием ряда ферментов до глюкозы. Обнаружен также в нек-рых бактериях, грибах и зернах растений. У человека Наиб.богаты гликогеном печень (2-6% от массы сырой ткани) и мышцы (до 2%). В тканях животных гликоген присутствует в виде частиц, наз. гликогеносомами. Гликоген расщепляется с помощью фермента фосфорилазы, Распад и синтез гликогена регулируется гормонами надпочечников и поджелудочной железы, напр. инсулином и адреналином.

Известно, что фосфоролитический распад играет ключевую роль в мобилизации полисахаридов.Фосфорилазы переводят полисахариды (в частности, гликоген) из запасной формы в метаболически активную форму; (C₆H₁₀O₅)_n+ H₃PO₄–> (C₆H₁₀O₅)_n–1+ Глюкозо-1-фосфат,

где (С₆Н₁₀О₅)_n означает полисахаридную цепь гликогена, а (С₆Н₁₀О₅)_n,– ту же цепь, но укороченную на один глюкозный остаток.

Катализируется эта реакцияферментом, который называется киназой фосфорилазы b. Установлено, что эта киназа может существовать как в активной, так и в неактивной форме. Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную под влиянием ферментапротеинкиназы (киназа киназы фосфорилазы), и не просто протеинкиназы, а цАМФ-зависимой протеинкиназы.

Активная форма последней образуется при участии цАМФ, которая в свою очередь образуется из АТФ под действием фермента аденилатцик-лазы, стимулируемой, в частности, адреналином и глюкагоном. Увеличение содержания адреналина в крови приводит в этой сложной цепи реакций к превращению фосфорилазы b в фосфорилазу а и, следовательно, к освобождению глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата из запасного полисахаридагликогена. Обратное превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b катализируется ферментомфосфатазой (эта реакция практически необратима).Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается под действием фосфоглюкомутазы в глюкозо-6-фосфат.

Образование свободной глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени происходит под влиянием глюкозо-6-фосфатазы. Данный фермент катализирует гидролитическое отщепление фосфата:

Заметим, что фосфорилированная глюкоза в противоположность неэте-рифицированной глюкозе не может легко диффундировать из клеток. Печеньсодержит гидролитический фермент глюкозо-6-фосфатазу, который и обеспечивает возможность быстрого выхода глюкозы из этого органа. В мышечной ткани глюкозо-6-фосфатаза практически отсутствует.

Можно считать, что сохранение постоянства концентрацииглюкозы в крови является результатом одновременного протекания двух процессов: поступления глюкозы в кровь из печени и потребления ее из кровитканями, где она используется в первую очередь как энергетический материал.

В тканях (в том числе в печени) распад глюкозы происходит двумя основными путями: анаэробным (при отсутствии кислорода) и аэробным, для осуществления которого необходим кислород.

4. Вторичные мессенджеры, или посредники,

Это внутриклеточные вещества, концентрация которых строго контролируется гормонами, нейромедиаторами и другими внеклеточными сигналами. Такие вещества образуются из доступных субстратов и имеют короткий биохимический полупериод. Наиболее важными вторичными мессенджерами являются цАМФ (сAMP), цГТФ (cGTP), Са2+, инозит-1,4,5-трифосфат [ИФ3 (lnsP3)], диацилглицерин [ДАГ (DAG)] и монооксид азота (NO)

Нуклеотид цАМФ (3',5'-циклоаденозинмонофосфат) синтезируется мембранными аденилатциклазами — семейством ферментов, катализирующих реакцию циклизации АТФ (АТР) с образованием цАМФ и неорганического пирофосфата. Расщепление цАМФ с образованием АМФ (AMP) катализируется фосфодиэстеразами, которые ингибируются при высоких концентрациях метилированных производных ксантина, например кофеином.

Активность аденилатциклазы контролируется G-белками, которые в свою очередь сопряжены с рецепторами третьего типа, управляемыми внешними сигналами. Большинство G-белков (Gs-белки) активируют аденилатциклазу, некоторые G-белки ее ингибируют (Gi-белки). Некоторые аденилатциклазы активируются комплексом Са2+/кальмодулин.

Механизм действия. цАМФ является аллостерическим эффектором протеинкиназ А (ПК-Α) [3] и ионных каналов. В неактивном состоянии ПК-Α является тетрамером, две каталитические субъединицы (К-субъединицы) которого ингибированы регуляторными субъединицами (Р-субъединицы) (аутоингибирование). При связывании цАМФ Р-субъединицы диссоциируют из комплекса и К-единицы активируются. Фермент может фосфорилировать определенные остатки серина и треонина в более чем 100 различных белках, в том числе во многих ферментах (см. с. 158) и факторах транскрипции. В результате фосфорилирования изменяется функциональная активность этих белков.

Наряду с цАМФ функции вторичного мессенджера может выполнять и цГМФ (cGMP) (см. с. 346). Оба соединения различаются по метаболизму и механизму действия.

Роль ионов кальция. Концентрация ионов Са2+ в цитоплазме нестимулированной клетки очень низка (10-100 нМ). Низкий уровень поддерживается кальциевыми АТФ-азами (кальциевыми насосами) и натрий-кальциевыми обменниками. Резкое повышение концентрации ионов Са2+ в цитоплазме (до 500-1000 нМ) происходит в результате открывания кальциевых каналов плазматической мембраны или внутриклеточных кальциевых депо (гладкого и шероховатого эндоплазматического ретикулума). Открывание каналов может быть вызвано деполяризацией мембран или действием сигнальных веществ, нейромедиаторов (глутамат и АТФ, см. с. 342), вторичных мессенджеров (ИФ3 и цАМФ), а также вещества растительного происхождения рианодина. В цитоплазме и клеточных органеллах имеется множество белков способных связывать Са2+, некоторые из них выполняют роль буфера.При высокой концентрации в цитоплазме ионы Са2+ оказывает на клетку цитотоксическое действие. Поэтому уровень кальция в отдельной клетке испытывает кратковременные всплески, увеличиваясь в 5-10 раз, а стимуляция клетки увеличивает лишь частоту этих флуктуаций.Действие кальция опосредовано специальными Са2+-связывающими белками («кальциевыми сенсорами»), к которым принадлежат аннексин, кальмодулин и тропонин (см. с. 326). Кальмодулин — сравнительно небольшой белок (17 кДа) — присутствует во всех животных клетках. При связывании четырех ионов Са2+ (на схеме голубые кружочки) кальмодулин переходит в активную форму, способную взаимодействовать с многочисленными белками. За счет активации кальмодулина ионы Са2+ оказывают влияние на активность ферментов, ионных насосов и компонентов цитоскелета.

Инозит-1,4,5-трифосфат,диацилглицерин.Гидролиз фосфатидилинозит-4,5-дифосфата [ФИФ2 (PlnsP2)] фосфолипазой С [4] приводит к образованию двух вторичных мессенджеров: инозит-1,4,5-трифосфата и диацилглицерина. Гидрофильный ИФ3 поступает в эндоплазматический ретикулум [ЭР (ЕR)] и индуцирует высвобождение ионов Са2+ из запасающих везикул. Липофильный ДАГ остается в мембране и активирует протеинкиназу C, которая в присутствии Са2+ фосфорилирует различные белковые субстраты, модулируя их функциональную активность.

Билет №17.

1.Макроэргические соединения

Это высокоэргические, высокоэнергетические соединения, природные соединения, содержащие богатые энергией, или макроэргические, связи; присутствуют во всех живых клетках, участвуя в процессах накопления и превращения энергии. КМакроэргические соединения относятся главным образом аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и вещества, способные образовывать АТФ в ферментативных реакциях переноса преимущественно фосфатных групп. Все известные Макроэргические соединения содержат фосфорильную (— PO^2-₃ или ацильную группу и описываются формулой, где Х — атомN, О, S или С, а Y — атомР или С.)

Реакционная способность макроэргических соединений связана с повышенной электрофильностью (сродством к электрону) атомаY, что обусловливает, в частности, высокую свободную энергию гидролиза. К Макроэргические соединения относятся также нуклеозидтри- (или ди)-фосфорные кислоты, пирофосфорная и полифосфорная кислоты, креатинфосфорная, фосфопировиноградная, дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинилкоферменты А, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых кислот и другие. В целом биологическое значение АТФ и связанных с неймакроэргических соединений обеспечивается в осуществление различных видов работы, играют ответственную роль в фотосинтезе, биолюминесценции, в биосинтезе белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот и других природных соединений. Аденозинтрифосфа́т (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ,универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, в живых системах.

АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.

АТФ + H₂O → АДФ + H₃PO₄ + энергия

АТФ + H₂O → АМФ + H₄P₂O₇ + энергия