Ферментативні реакції синтезу глікогену (глікогенезу).

1. Утворення нуклеотидцукру-попередника

Усі б/х реакції утворення складних вуглеводів — оліго- та полісахаридів потребують наявності метаболічно активних форм моносахаридів, у ролі яких виступають сполучені з цукрами нуклеотиди.

Метаболічно активною формою глюкози, що вик. у формуванні нерозгалужених гомополісахаридних ланцюгів глікогену, є УДФ-1-глюкоза. Реакція катазізується УДФ-глюкозопірофосфорилазою і є обер­неною, але у фізіологічних умовах її рівновага зсунута праворуч у зв’язку з постій­ним гідролізом пірофосфату, що утворюється (Н₄Р₂О₇), пірофосфатазою. Глюкозо-1-фосфат, який є субстратом реакції, утв. з глюкозо-6-Ф-ту за рахунок дії фосфоглюкомутази.

2. Формування нерозгалужених ланцюгів глікогену.

При синтезі а-1, 4-глікозидних (амілозних) ланцюгів глікогену в ролі акцепторів активованих залишків глюкози є нерозгалужені полісахаридні ланцюги вже наявних у клітині молекул глікогену (“затравочний” глікоген). УДФ-глікогентрансфераза (глікогенсинтаза) переносить молекули моноса­хариду від УДФ-1-глюкози на С-4-гідроксильні групи термінальних (n-их) залишків глюкози:

УДФ-1-глюкоза + (С6Н10О5)n→ УДФ + (С6Н10О5)n+1.

Розгалуження в молекулі глікогену виникають за рахунок внутрішньомолекулярного переносу олігосахаридного фрагмента з 6-7 мономерів із кінця лінійної ділянки на С-6-гідроксильну групу глюкози, що відстоїть від кн. молекули на кілька моносахаридних залишків. Р-ція каталізується аміло(1, 4-1, 6)транс-глікозилазою (розгалужує ланцюг).

За механізмом, що розглянутий, синтезуються макромолекули глікогену (м.м. 1⋅ 106-2⋅ 108), що містять від кількох тисяч до мільйона монозних залишків і формують гранули розміром 40-200 нм.

Ферментативні реакції розщеплення глікогену (глікогенолізу).

1. Процес глікогенолізу реалізується за механізмом фосфоролітичного роз-щеплення, яке полягає у фосфоролізі 1, 4-глікозидного зв’язку на нередукуючому кінці молекули глікогену (такому, що містить вільну (С-4)-ОН-групу). В реакції вивільнюється глюкозо-1-фосфат, а нерозгалужений фрагмент молекули глікогену скорочується на один моносахаридний залишок: (С6Н10О5)n+H3PO4→ глюкозо-1-фосфат++ (С6Н10О5)n-1

Фермент, що каталізує реакцію, — глікогенфосфорилаза.

2. Фосфорилаза відрізає моносахаридні залишки у вигляді глюкозо-1-фосфату від нерозгалужених амілозних ланцюгів глікогену. Розщеплення розгалужених фраг­ментів відбувається під дією аміло-1, 6-глікозидази (дерозгалужуючий фермент).

Фермент каталізує глікозилтрансферазну та аміло-1, 6-глюкозидазну реакції, а саме:

+переносить олігосахаридні залишки, що складаються із 3 моноцукрів, в кн. нерозгалужених ланцюгів, що експонує залишки глюкози, сполучені з основним ланцюгом α (1→ 6)-глікозидними зв’язками; +розриває (1→ 6)-глікозидні зв’язки гідролітичним шляхом, вивільняючи молекули глюкози.

3. Глюкозо-1-Ф, що утв. при фосфоролізі глікогену, під дією фосфоглюкомутази перетв. в глюкозо-6-Ф.

4. Подальші метаболічні шляхи обміну глюкозо-6-фосфату відмінні в клітинах печінки і м’язів:

– в печінці глюкозо-6-фосфат при дії глюкозо-6-фосфатази перетворюється у вільну глюкозу, яка надходить у кров і використовується в інших органах і тканинах;

– у м’язах, які не містять глюкозо-6-фосфатази, глюкозо-6-фосфат використовується для власних енергетичних потреб, окислюючись аеробним або анаеробним шляхом.

85. Біосинтез жирних кислот (ЖК)

Біосинтез вищих ЖК із подальшим їх включенням до складу триацилгліцеролів жирової та інших тканин — ліпогенез — є метаболічним шляхом, що дозволяє акумулювати в організмі енергетичні резерви метаболічного палива. Фізіологічне значення пояснюється тією обставиною, що здатність тваринних клітин до створення запасів полісахаридів у вигляді глікогену є досить обмеженою, і тому глюкоза, що надходить із їжею в кількостях, які перевищують безпосередні енергетичні потреби організму, перетворюється на жирні кислоти. Найбільш активно синтез ЖК відбувається в адипоцитах, гепатоцитах, епітеліоцитах молочної залози під час лактації.

Біосинтез ЖК каталізується синтазою ЖК. Ця ферментна система локалізована в цитоплазмі та потребує в якості затравки ацетил-КоА. В цикличній реакції одна молекула подовжується семикратно на двовуглецеві фрагменти. В якості кінцевого продукту реакції утворюється аніон С16-кислоти, пальмітат. Фактичний субстрат реакції подовження ланцюга малоніл-КоА на кожній стадії конденсації відщеплює карбоксильну групу у вигляді СО₂. Відновником в синтезі жирних кислот виступає НАДФН + Н⁺. В результаті на синтез однієї молекули пальмітата йде одна молекула ацетил-КоА, 7 молекул малоніл-КоА та 14 молекул НАДФН + Н+; при цьому утворюються 7 молекул СО₂, 6 H2O, 8 КоА и 14 НАДФ⁺.

А. Синтаза ЖК складається з двох ідентичних пептидних ланцюигів, тобто являє собою гомодимер. Кожний з двох пептидних ланцюигів, може каталізувати сім різних реакцій, з яких складається синтез пальмітату. Просторове поєднання кількох послідовних реакцій в такому мультиензиматичному комплексі має ряд принципових переваг по відношенню до окремих ферментів: не допускуються конкурентні реакції, послідовні реакції узгоджені як на конвеєрі, реакції протікають особливо ефективно завдяки високій концентрації субстрата через незначні втрати за рахунок дифузії.

Кожна половинка синтази жк може зв'язувати субстрат тіоло-складноефірним зв'язком (ацильний або ацетильний залишок) по двом SH-групам: цистеїнового залишка (Cys-SH) і 4'-фосфопантотеїнової групи (Pan-SH). Pan-SH, дуже схожий на кофермент А, пов'язаний з доменом синтази, який наз-ся ацилпереносним білком АПБ. Ця частина фермента функціонує як " довга рука", яка фіксуеє субстрат і передає його від одного реакційного центра до іншого. Реакція при цьому залежить від узгодженості дій обох половинок синтази. Ензим функціонально активен лише у вигляді димера.

Активність мультиензиматичного комплекса просторово розподілена по трьом різним доменам. Домен 1 каталізує перенос субстратів ацетил-КоА і малоніл-КоА [АПБ]-S-ацетилтрансфераза [1] та [АПБ]-S-малонілтрансфераза [2] і наступну конденсацію обох партнерів 3-оксоацил-[АПБ]-синтазою [3], домен 2 відновлює ростучий ланцюг жирної кислоти за допомогою 3-оксоацил-[АПБ]-редуктази [4], 3-гідроксиацил-[АПБ]-дегідратази [5] та еноїл-[АПБ]-редуктази [6]. Нарешті, домен 3 після семи циклів подовження ланцюга каталізує вивільення готового продукта за допомогою ацил-[АПБ]-гідролази [7].

Б. Реакції синтази жирних кислот. Біосинтез пальмітата починається з переносу ацетильної групи на вже згаданий залишок цистеїну (Cys-SH) [1] та малонільної групи на 4-фосфопантетеїн (Pan-SH) в АПБ [2]. Подовження ланцюга відбувається внаслідок переносу ацетильної групи на атом вуглецю С-2 малонільного залишку (блакитна стрілка), причому вільна карбоксильна група відщеплюється у вигляді СО₂ [3]. Наступні 3 стадії (відновлення 3-оксогрупи [4], відщеплення води [5] та нове відновлення [6]) призводят до ЖК з 4 вуглецевими атомами. Ацилтрансфераза [1] переносить цей проміжний продукт на цистеїновий залишок, звільняючи Pan-SH для приєднання наступного малонільного залишку. Після семи циклів ацил-[АПБ]-гідролаза [7] «розпізнає» та звільняє кінцевий продцкт — молекулу пальмітинової кислоти.