Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини

Подождите немного. Документ загружается.

293

глюкозо-1-фосфат + УТФ УДФ-глюкоза + ФФ

ÓÄÔ-ãëþêîçà

2. Âçàºìîä³ÿ ãëþêîçî-1-ôîñôàòó ç óðèäèíòðèôîñôàòîì (ÓÒÔ), ùî

êàòàë³çóºòüñÿ ãëþêîçî-1-ôîñôàòóðèäèëòðàíñôåðàçîþ (ÓÄÔ-ãëþêîçî-

ï³ðîôîñôîðèëàçîþ):

OCH

Ï³ðîôîñôàò (ÔÔ

) â³äðàçó æ ã³äðîë³çóºòüñÿ ï³ðîôîñôàòàçîþ äî

äâîõ ìîëåêóë íåîðãàí³÷íîãî ôîñôàòó, òîìó ðåàêö³ÿ éäå ó íàïðÿìêó

íåçâîðîòíîãî óòâîðåííÿ ÓÄÔ-ãëþêîçè.

Äàë³ çàëèøîê ãëþêîçè ç ÓÄÔ-ãëþêîçè ïåðåíîñèòüñÿ íà ê³íåöü

óæå ³ñíóþ÷î¿ ìîëåêóëè ãë³êîãåíó. Ðåàêö³þ êàòàë³çóº ãë³êîãåíñèíòàçà,

ÿêà â³äíîñèòüñÿ äî òðàíñôåðàç, à íå äî ñèíòåòàç. Ó ö³é ðåàêö³¿ óòâî-

ðþºòüñÿ íîâèé α-1,4-ãë³êîçèäíèé çâ'ÿçîê ì³æ ïåðøèì àòîìîì âóãëåöþ

çàëèøêó ãëþêîçè, ÿêèé ïðèºäíóºòüñÿ, ³ ã³äðîêñèëîì ó Ñ-4 ê³íöåâîãî

çàëèøêó ãëþêîçè ëàíöþãà ãë³êîãåíó:

УДФ-глюкоза + (глюкоза)

УДФ + (глюкоза)

n+1

ÓÄÔ, ÿêèé âèâ³ëüíÿºòüñÿ, ïåðåòâîðþºòüñÿ çíîâó â ÓÒÔ çà ðàõóíîê

ÀÒÔ (ÓÄÔ + ÀÒÔ → ÓÒÔ + ÀÄÔ). Ðåàêö³ÿ áàãàòîðàçîâî ïîâòîðþºòüñÿ.

Ïðè â³äñóòíîñò³ ó êë³òèíàõ ìîëåêóë ãë³êîãåíó, íàïðèêëàä, êîëè âíàñ-

ë³äîê ãîëîäóâàííÿ çàïàñè éîãî ïîâí³ñòþ âè÷åðïàí³, çàëèøîê ãëþêîçè ³ç

ÓÄÔ-ãëþêîçè ïåðåíîñèòüñÿ íà ã³äðîêñèëüíó ãðóïó ñïåöèô³÷íîãî á³ëêà

ç ïîäàëüøèì íàðîùóâàííÿì âóãëåâîäíîãî ëàíöþãà. Òîìó ìîëåêóëè ãë³êî-

ãåíó ì³ñòÿòü ñë³äè á³ëêà.

Óòâîðåííÿ α-1,6-ãë³êîçèäíèõ çâ'ÿçê³â, ÿê³ çíàõîäÿòüñÿ ó ì³ñöÿõ ðîç-

ãàëóæåííÿ ãë³êîãåíó, êàòàë³çóº ôåðìåíò ãë³êîçèë-(4→6)-òðàíñôåðàçà

(ôåðìåíò ðîçãàëóæåíü). Öå â³äáóâàºòüñÿ øëÿõîì â³äðèâó ôðàãìåíòà ³ç

5-7 çàëèøê³â ãëþêîçè ³ç ê³íöÿ

ë³í³éíîãî ëàíöþãà ³ ïåðåíåñåííÿ

éîãî íà ã³äðîêñèë 6-ãî âóãëåöþ

çàëèøêó ãëþêîçè, ðîçì³ùåíîãî

áëèæ÷å äî âíóòð³øíüî¿ ÷àñòèíè

ìîëåêóëè (ðèñ. 8.3). Ï³ñëÿ öüîãî

ãë³êîãåíñèíòàçà ïðèºäíóº äî ëàí-

öþã³â íîâ³ çàëèøêè ãëþêîçè. Òî÷-

êè ðîçãàëóæåíü óòâîðþþòüñÿ

ïðèáëèçíî ÷åðåç êîæí³ 8-12 çà-

ëèøê³â âçäîâæ α-1,4-ëàíöþãà.

-1,6-çâ’ÿçîê

Ðèñ. 8.3. Ñõåìà ä³¿ ãë³êîçèë-(4

→→

→

6)-òðàñôåðàçè.

294

Òàêà ñèëüíî ðîçãàëóæåíà ñòðóêòóðà ãë³êîãåíó ìàº âàæëèâå çíà÷åííÿ.

Ïî-ïåðøå, âîíà çàáåçïå÷óº íàÿâí³ñòü âåëèêî¿ ê³ëüêîñò³ ê³íö³â ó ìîëå-

êóë³, ùî çàáåçïå÷óº øâèäêå ïðèºäíàííÿ ÷è çâ³ëüíåííÿ ìîëåêóë ãëþ-

êîçè. Òîìó ñèëüíî ðîçãàëóæåíà ñòðóêòóðà ãë³êîãåíó âèã³äí³øà, í³æ

ìåíø ðîçãàëóæåíà ñòðóêòóðà êðîõìàëþ. ², ïî-äðóãå, öèì äîñÿãàºòüñÿ

êîìïàêòí³ñòü, ù³ëüí³ñòü óïàêîâêè ìîëåêóë, ÿê³ äåïîíóþòüñÿ ó êë³òè-

íàõ ó âèãëÿä³ ãðàíóë ä³àìåòðîì 20 ìêì. ²ç ãðàíóëàìè çâ'ÿçàí³ ôåðìåíòè

ñèíòåçó é ðîçïàäó ãë³êîãåíó. Ìîëåêóëÿðíà ìàñà ìîëåêóë çíà÷íî êîëè-

âàºòüñÿ (10

-10

Îñíîâí³ çàïàñè ãë³êîãåíó â îðãàí³çì³ ì³ñòÿòüñÿ â ñêåëåòíèõ ì'ÿçàõ ³

ïå÷³íö³. Âì³ñò ó ïå÷³íö³ ñêëàäàº 2-8 % ìàñè îðãàíà ³ çàëåæèòü â³ä ðåãóëÿð-

íîñò³ õàð÷óâàííÿ ³ ô³çè÷íîãî íàâàíòàæåííÿ. Êîíöåíòðàö³ÿ ãë³êîãåíó â

ñêåëåòíèõ ì'ÿçàõ, ùî çíàõîäÿòüñÿ ó ñòàí³ ñïîêîþ, – ò³ëüêè 0,5-1 %, àëå ³ç-

çà âåëèêî¿ ìàñè ì'ÿç³â á³ëüøà ÷àñòèíà ãë³êîãåíó ò³ëà çíàõîäèòüñÿ â íèõ. Ó

ñåðåäíüîìó ó äîðîñëî¿ ëþäèíè ï³ñëÿ ñïîæèâàííÿ ¿æ³ ì³ñòèòüñÿ â ïå÷³íö³

áëèçüêî 100 ã ãë³êîãåíó, à â ì'ÿçàõ (ñòàí ñïîêîþ) – 400 ã. Ãë³êîãåí ì'ÿç³â

ñëóæèòü äæåðåëîì åíåðã³¿ ï³ä ÷àñ ñêîðî÷åííÿ ì'ÿç³â, à ôóíêö³ÿ ãë³êîãåíó

ïå÷³íêè – ï³äòðèìóâàòè ïîñò³éí³ñòü êîíöåíòðàö³¿ ãëþêîçè â êðîâ³.

3.2. Ðîçïàä ãë³êîãåíó

Øëÿõ ðîçïàäó ãë³êîãåíó äî â³ëüíî¿ ãëþêîçè â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä ñèí-

òåçó éîãî (ðèñ. 8.4). Â³í âêëþ÷àº ðÿä ³íøèõ ôåðìåíò³â. Ãë³êîãåí-ôîñ-

ôîðèëàçà êàòàë³çóº ïåðøó ðåàêö³þ êàòàáîë³çìó ãë³êîãåíó – ðîçðèâ α-

1,4-ãë³êîçèäíîãî çâ'ÿçêó ì³æ çàëèøêàìè ãëþêîçè íà ê³íöÿõ ëàíöþã³â

øëÿõîì ôîñôîðîë³çó, òîáòî âçàºìîä³¿ ç íåîðãàí³÷íèì ôîñôàòîì. Êðàéí³

çàëèøêè ãëþêîçè â³äùåïëþþòüñÿ ó ôîðì³ ãëþêîçî-1-ôîñôàòó.

Òàêèì ÷èíîì, ñïîñ³á ðîçðèâó α-1,4-ãë³êîçèäíèõ çâ'ÿçê³â ãë³êîãåíó â

òêàíèíàõ â³äð³çíÿºòüñÿ â³ä ã³äðîë³òè÷íîãî ðîçðèâó ¿õ ï³ä ä³ºþ àì³ëàçè ó

ØÊÒ. Ôîñôîðèëàçíà ðåàêö³ÿ ïîâòîðþºòüñÿ äî òèõ ï³ð, ïîêè íå çàëèøà-

þòüñÿ 4 ãëþêîçí³ çàëèøêè äî òî÷êè ðîçãàëóæåííÿ. Òîä³ ôåðìåíò α-

(1→6)-ãë³êîçèäàçà ïåðåíîñèòü òðèãëþêîçíèé ôåðìåíò íà ê³íåöü ñóñ³ä-

íüîãî ëàíöþãà, à ÷åòâåðòèé çàëèøîê ãëþêîçè, ÿêèé çâ'ÿçàíèé α-1,6-

ãë³êîçèäíèì çâ'ÿçêîì, â³äùåïëþº ã³äðîë³òè÷íèì øëÿõîì ó âèãëÿä³ â³ëüíî¿

Ðèñ. 8.4. Øëÿõ ðîçïàäó ãë³êîãåíó.

OPO

+ H

НО

295

OPO

O H

ãëþêîçè. Äàë³ ãë³êîãåí-ôîñôîðèëàçà êàòàë³çóº â³äùåïëåííÿ ãëþêîçíèõ

çàëèøê³â äî íîâî¿ òî÷êè ðîçãàëóæåííÿ. Ìîëåêóëè ãëþêîçî-1-ôîñôàòó

ïåðåòâîðþþòüñÿ ó ãëþêîçî-6-ôîñôàò ï³ä âïëèâîì ôîñôîãëþêîìóòàçè,

ÿêà êàòàë³çóº öþ æ ðåàêö³þ ó çâîðîòíîìó íàïðÿìêó â ïðîöåñ³ á³îñèíòå-

çó ãë³êîãåíó. Ïåðåõ³ä ãëþêîçî-6-ôîñôàòó äî â³ëüíî¿ ãëþêîçè íå ìîæå

çä³éñíþâàòèñü øëÿõîì ãåêñîê³íàçíî¿ ðåàêö³¿, îñê³ëüêè âîíà íåçâîðîòíà.

Ó ïå÷³íö³ ³ íèðêàõ º ôåðìåíò ãëþêîçî-6-ôîñôàòàçà, ÿêèé êàòàë³çóº ðå-

àêö³þ ã³äðîë³çó ãëþêîçî-6-ôîñôàòó äî ãëþêîçè:

Â³ëüíà ãëþêîçà âèõîäèòü ó êðîâ ³ íàäõîäèòü â ³íø³ îðãàíè. Ó ì'ÿ-

çàõ, ìîçêó é ³íøèõ òêàíèíàõ ãëþêîçî-6-ôîñôàòàçà â³äñóòíÿ. Òàêèì

÷èíîì, ãë³êîãåí ïå÷³íêè ñëóæèòü äæåðåëîì ãëþêîçè äëÿ âñüîãî îðãàí-

³çìó, à ãë³êîãåí ì'ÿç³â, ìîçêó ðîçïàäàºòüñÿ äî ãëþêîçî-6-ôîñôàòó, ÿêèé

âèêîðèñòîâóºòüñÿ ó öèõ òêàíèíàõ.

3.3. Ñïàäêîâ³ ïîðóøåííÿ îáì³íó ãë³êîãåíó

Â³äîì³ ñïàäêîâ³ õâîðîáè, ïîâ'ÿçàí³ ç äåôåêòîì ÿêîãîñü îäíîãî ³ç

ôåðìåíò³â îáì³íó ãë³êîãåíó. ¯õ íàçèâàþòü ãë³êîãåíîçàìè, ÷è ãë³êîãåíî-

âèìè õâîðîáàìè. Â òàáë. 8.2 íàâåäåí³ òèïè ãë³êîãåíîç³â ³ ¿õ õàðàêòåðèñ-

òèêà. Ïðè íåñòà÷³ ãë³êîãåíñèíòàçè â ïå÷³íö³ çíà÷íî çíèæóºòüñÿ âì³ñò

ãë³êîãåíó, â ïðîì³æêàõ ì³æ ñïîæèâàííÿì ¿æ³ øâèäêî íàñòàº çìåíøåí-

íÿ êîíöåíòðàö³¿ ãëþêîçè â êðîâ³, à ï³ñëÿ íàäõîäæåííÿ çíà÷íî¿ ê³ëüêîñò³

âóãëåâîä³â ñïîñòåð³ãàºòüñÿ òðèâàëà ã³ïåðãë³êåì³ÿ. Íåñòà÷à ôåðìåíò³â

ðîçïàäó ãë³êîãåíó çóìîâëþº éîãî íàêîïè÷åííÿ â òêàíèíàõ. Ïðè öüîìó

ñòðóêòóðà ãë³êîãåíó ìîæå áóòè íîðìàëüíîþ àáî, ïðè â³äñóòíîñò³

Òàáëèöÿ 8.2.

Ñïàäêîâ³ ïîðóøåííÿ îáì³íó ãë³êîãåíó

Тип Назва

хвороби

Дефективний фермент Органи і тканини Вміст

глікогену

Структура

глікогену

І Гірке глюкозо-6-фосфатаза печінка, нирки,

кишечник

підвищений нормальна

ІІ Помпе

α-1,4-глюкозидаза

лізосом

всі -“- -“-

ІІІ Корі

α-(1→

6)-глюкозидаза

печінка, серце,

м'язи, лейкоцити

-“- сильно укорочені

бокові гілки

ІV Андерсена глікозил-(4

→

6)-

трансфераза

печінка, м'язи,

лейкоцити

-“- довгі, малорозга-

лужені ланцюги

V Мак-Ардля фосфорилаза скелетні м'язи -“- нормальна

VІ Герса фосфорилаза печінка -“- -“-

VІІ Таруї фосфофруктокіназа м’язи, еритроцити підвищений -“-

0 Льюіса глікогенсинтаза печінка, нирки знижений -“-

296

α-(1→6)-ãëþêîçèäàçè, àíîìàëüíîþ, ç äóæå êîðîòêèìè áîêîâèìè ã³ëêà-

ìè. Ó õâîðèõ ñïîñòåð³ãàþòüñÿ õàðàêòåðí³ äëÿ êîæíîãî òèïó êë³í³÷í³

ñèìïòîìè: çá³ëüøåííÿ ïå÷³íêè (òèï ², ²²², VI), ì'ÿçîâà ñëàá³ñòü (òèï V),

çàòðèìêà ðîçóìîâîãî ðîçâèòêó ³ êîð÷³ âíàñë³äîê âèðàæåíèõ ã³ïîãë³-

êåì³é (òèï ²). Íåñòà÷à ãë³êîçèë-(4→6)-òðàíñôåðàçè òàêîæ ïðèçâîäèòü

äî àíîìàëüíî¿ ñòðóêòóðè ãë³êîãåíó – ç äîâãèìè ìàëîðîçãàëóæåíèìè

ëàíöþãàìè. ² õî÷ ïðè öüîìó òèï³ ãë³êîãåíîçó (IV) ê³ëüê³ñòü ãë³êîãåíó

ìîæå áóòè çíèæåíîþ ÷è íîðìàëüíîþ, àëå âíàñë³äîê, â³ðîã³äíî, ðåàêö³¿

îðãàí³çìó íà ñàìå òàêó ñòðóêòóðó ìîëåêóë ãë³êîãåíó íàñòàþòü ïå÷³í-

êîâà íåäîñòàòí³ñòü ³ ñìåðòü ó ðàííüîìó â³ö³. Ðàííÿ ñìåðòü ñïîñòåð³-

ãàºòüñÿ ³ ïðè ãë³êîãåíîç³ òèïó ²² (õâîðîá³ Ïîìïå), êîëè â³äñóòí³é ôåð-

ìåíò ë³çîñîì α-ãëþêîçèäàçà. Â íîðì³ ï³ä ä³ºþ öüîãî ôåðìåíòó ðîçïà-

äàºòüñÿ ò³ëüêè 1-3 % ãë³êîãåíó êë³òèí ïå÷³íêè, ì'ÿç³â, ñåðöÿ. Ïðè

â³äñóòíîñò³ α-ãëþêîçèäàçè ãë³êîãåí íàêîïè÷óºòüñÿ ó âàêóîëÿõ öèòîï-

ëàçìè êë³òèí.

3.4. Ðåãóëÿö³ÿ ìåòàáîë³çìó ãë³êîãåíó

Ðåãóëÿòîðí³ ôåðìåíòè ñèíòåçó ³ ðîçïàäó ãë³êîãåíó – ãë³êîãåíñèíòà-

çà ³ ôîñôîðèëàçà. Àêòèâí³ñòü ¿õ ðåãóëþºòüñÿ äâîìà øëÿõàìè – êîâàëåí-

òíîþ ìîäèô³êàö³ºþ (ôîñôîðèëþâàííÿì) ìîëåêóëè ôåðìåíòó ³ ï³ä ä³ºþ

àëîñòåðè÷íèõ åôåêòîð³â. Ãë³êîãåíñèíòàçà ³ñíóº â íåàêòèâí³é ôîñôîðè-

ëüîâàí³é ôîðì³ é àêòèâí³é íåôîñôîðèëüîâàí³é ôîðì³. Íàâïàêè, íåàêòèâ-

íà ôîðìà ãë³êîãåíôîñôîðèëàçè (ôîñôîðèëàçà b) º íåôîñôîðèëüîâàíîþ,

à àêòèâíà ôîðìà, ôîñôîðèëàçà a, ôîñôîðèëüîâàíà. Ðåàêö³þ ôîñôîðè-

ëþâàííÿ ãë³êîãåíñèíòàçè êàòàë³çóº öÀÌÔ-çàëåæíà ïðîòå¿íê³íàçà, à ôîñ-

ôîðèëàçè – öÀÌÔ-çàëåæíà ê³íàçà ôîñôîðèëàçè b. Ï³ä ÷àñ ðåàêö³¿ ôîñ-

ôàòíà ãðóïà ïåðåíîñèòüñÿ ³ç ÀÒÔ íà ã³äðîêñèëüíó ãðóïó äâîõ çàëèøê³â

ñåðèíó ìîëåêóë ãë³êîãåíñèíòàçè ³ ôîñôîðèëàçè b. Ôåðìåíòè ôîñôîïðî-

òå¿íôîñôàòàçè êàòàë³çóþòü ïðîòèëåæíó ðåàêö³þ – â³äùåïëþþòü ôîñ-

ôàòí³ ãðóïè øëÿõîì ã³äðîë³çó, òîáòî ïåðåâîäÿòü ãë³êîãåíñèíòàçó ³ ôîñôî-

ðèëàçó â äåôîñôîðèëüîâàíó ôîðìó (ðèñ. 8.5). Ï³äêðåñëèìî, ùî ôîñôîðè-

ëþâàííÿ çóìîâëþº àêòèâàö³þ ôîñôîðèëàçè é ³íàêòèâàö³þ ãë³êîãåíñèíòàçè,

à äåôîñôîðèëþâàííÿ – ïðîòèëåæí³ åôåêòè. Òàêèì ÷èíîì, ÿêùî ñòèìóëþ-

ºòüñÿ ñèíòåç ãë³êîãåíó, òî îäíî÷àñíî ãàëüìóºòüñÿ éîãî ðîçïàä, ³ íàâïàêè.

Àêòèâí³ñòü ê³íàç ³ ôîñôàòàç, à çíà÷èòü, ñèíòåç ³ ðîçïàä ãë³êîãåíó,

çíàõîäÿòüñÿ ï³ä ãîðìîíàëüíèì êîíòðîëåì. Ñèíòåç ãë³êîãåíó ñòèìóëþº

³íñóë³í, à ðîçïàä – àäðåíàë³í ³ ãëþêàãîí. Ä³ÿ àäðåíàë³íó ³ ãëþêàãîíó

îïîñåðåäêîâóºòüñÿ ÷åðåç âòîðèííèé ïîñåðåäíèê – öÀÌÔ. Çâ'ÿçóâàííÿ

¿õ ç³ ñâî¿ìè ðåöåïòîðàìè, ëîêàë³çîâàíèìè ó êë³òèíí³é ìåìáðàí³, çóìîâëþº

àêòèâàö³þ àäåí³ëàòöèêëàçè, ÿêà êàòàë³çóº ñèíòåç öÀÌÔ ³ç ÀÒÔ (ðèñ.

8.6). öÀÌÔ àêòèâóº ïðîòå¿íê³íàçó. Íåàêòèâíà ïðîòå¿íê³íàçà ñêëàäàºòüñÿ

³ç äâîõ êàòàë³òè÷íèõ ³ äâîõ ðåãóëÿòîðíèõ ñóáîäèíèöü. Ïðè ï³äâèùåíí³

êîíöåíòðàö³¿ ó êë³òèí³ öÀÌÔ â³í çâ'ÿçóºòüñÿ ç ðåãóëÿòîðíèìè ñóáîäèíè-

297

Ðèñ. 8.5. Ñõåìà ìåòàáîë³çìó ãë³êîãåíó.

Ôåðìåíòè: 1 – ãåêñîê³íàçà (ãëþêîê³íàçà); 2 – ôîñôîãëþêîìóòàçà; 3 – ãëþêîçî-

1-ôîñôàòóðèäèëòðàíñôåðàçà; 4 – ãë³êîãåíñèíòàçà; 5 – ãë³êîçèë-(4

→

6)-

òðàíñôåðàçà; 6 – ãë³êîãåí-ôîñôîðèëàçà; 7 –

-(1-6)-ãëþêîçèäàçà; 8 – ãëþêîçî-6-

ôîñôàòàçà; 9 –

-1,4-ãëþêîçèäàçà ë³çîñîì.

Ðèìñüêèìè öèôðàìè âêàçàíî òèïè ãë³êîãåíîç³â.

öÿìè, ùî âèêëèêàº ðîçïàä òåòðàìåðíî¿ ôîðìè ïðîòå¿íê³íàçè. Çâ³ëüíåí³

êàòàë³òè÷í³ ñóáîäèíèö³ ïðîòå¿íê³íàçè êàòàë³çóþòü ðåàêö³þ ôîñôîðèëþ-

âàííÿ ê³íàçè ôîñôîðèëàçè, ùî ïåðåâîäèòü ¿¿ â àêòèâíó ôîðìó ³ òàêèì

÷èíîì çóìîâëþº óòâîðåííÿ ôîñôîðèëàçè a. Îäíî÷àñíî êàòàë³òè÷í³ ñóáî-

äèíèö³ ïðîòå¿íê³íàçè êàòàë³çóþòü ôîñôîðèëþâàííÿ ãë³êîãåíñèíòàçè, òèì

ñàìèì ïåðåòâîðþþ÷è ¿¿ â íåàêòèâíó ôîðìó.

Глюкоза Глюкозо-6-

фосфат

Глюкозо-1-

фосфат

УДФ-глюкоза

Глюкоза

Глюкозо-1-

фосфат

Глюкоза

ФФ

УТФ

УДФ

АДФ

АТФ

АТФ АДФ

(I)

(II)

(III)

(IV)

(V, VI)

(V, V I )

(0)

298

Ðèñ. 8.6. Ðåãóëÿö³ÿ àêòèâíîñò³ ãë³êîãåíñèíòàçè ³ ãë³êîãåí-ôîñôîðèëàçè øëÿõîì

ôåðìåíòàòèâíîãî ôîñôîðèëþâàííÿ ³ äåôîñôîðèëþâàííÿ.

2 АТФ 2 АДФ

протеїнкіназа

Глікогенсинтаза

(активна)

фосфатаза

2 Ф

2 Н

Глікогенсинтаза

(неактивна)

2 АТФ 2 АДФ

кіназа

фосфорилази

фосфатаза

2 Ф

2 Н

ОН

О–Ф

Фосфорилаза b

(неактивна)

ОН

Фосфорилаза а

(активна)

О–Ф

Áàãàòîñòàä³éí³ñòü ïåðåäà÷³ ñèãíàëó â³ä ãîðìîíó äî ôîñôîðèëàçè,

ÿêà áåçïîñåðåäíüî êàòàë³çóº ðîçïàä ãë³êîãåíó, ìàº âàæëèâå çíà÷åííÿ,

îñê³ëüêè â òàêîìó êàñêàäíîìó ïðîöåñ³ äîñÿãàºòüñÿ ñèëüíå ³ øâèäêå

ï³äñèëåííÿ ñèãíàëó. Òàê, çâ'ÿçóâàííÿ äåê³ëüêîõ ìîëåêóë àäðåíàë³íó

çóìîâëþº ñèíòåç á³ëüøî¿ ê³ëüêîñò³ ìîëåêóë öÀÌÔ, à äàë³ êîæíà ìîëå-

êóëà ôåðìåíòó àêòèâóº âåëèêó ê³ëüê³ñòü ìîëåêóë íàñòóïíîãî ôåðìåíòó

(ïðîòå¿íê³íàçà – ê³íàçà ôîñôîðèëàçè – ôîñôîðèëàçà). Àêòèâí³ñòü

ôîñôîðèëàçè äîñÿãàº ìàêñèìóìó âæå ÷åðåç äåê³ëüêà õâèëèí ï³ñëÿ çâ'ÿ-

çóâàííÿ àäðåíàë³íó êë³òèíàìè ïå÷³íêè, à ï³äñèëåííÿ ñèãíàëó ñêëàäàº

áëèçüêî 25 ìëí ðàç (äåê³ëüêà ìîëåêóë ãîðìîíó âèêëèêàþòü íàäõîäæåí-

íÿ ³ç ïå÷³íêè â êðîâ äåê³ëüêîõ ãðàì ãëþêîçè).

Ïîñë³äîâí³ñòü ðåàêö³é, ùî ïðèçâîäèòü äî ³íàêòèâàö³¿ ãë³êîãåíñèíòà-

çè, ìàº íà îäíó ñòàä³þ ìåíøå, í³æ ïîñë³äîâí³ñòü àêòèâàö³¿ ôîñôîðèëàçè

(ðèñ. 8.7). Òîìó ï³äñèëåííÿ ãîðìîíàëüíîãî ñèãíàëó á³ëüøå ó ñèñòåì³ ðîç-

ïàäó ãë³êîãåíó. Ìàêñèìàëüíà øâèäê³ñòü ñèíòåçó ãë³êîãåíó ì'ÿç³â íå ïå-

ðåâèùóº 0,3 % ìàêñèìàëüíî¿ øâèäêîñò³ ãë³êîãåíîë³çó.

Ïðè ïðèïèíåíí³ ñåêðåö³¿ àäðåíàë³íó ÷è ãëþêàãîíó àäåí³ëàòöèêëàçà

ïåðåõîäèòü â íåàêòèâíèé ñòàí. Íàÿâíèé öÀÌÔ ðîçïàäàºòüñÿ ï³ä ä³ºþ

ôîñôîä³åñòåðàçè äî ÀÌÔ, ³ â ðåçóëüòàò³ óòâîðþºòüñÿ òåòðàìåðíà íåàê-

òèâíà ôîðìà ïðîòå¿íê³íàçè. Ôîñôàòàçè êàòàë³çóþòü äåôîñôîðèëþâàííÿ

299

Ðèñ. 8.7. Ãîðìîíàëüíèé êîíòðîëü ñèíòåçó ³ ðîçïàäó ãë³êîãåíó:

– ðåöåïòîð àäðåíàë³íó; R

– ðåöåïòîð ãëþêàãîíó.

ê³íàçè ôîñôîðèëàçè, ôîñôîðèëàçè à ³ ãë³êîãåíñèíòàçè. Òàêèì ÷èíîì, âèê-

ëþ÷àºòüñÿ ðîçïàä ãë³êîãåíó ³ ñòàº ìîæëèâèì éîãî ñèíòåç.

Àäðåíàë³í ñòèìóëþº ðîçïàä ³ ãàëüìóº ñèíòåç ãë³êîãåíó â ïå÷³íö³,

ñêåëåòíèõ ì'ÿçàõ, ì³îêàðä³. Ñåêðåö³ÿ éîãî ó ñòðåñîâèõ ñèòóàö³ÿõ çó-

ìîâëþº âèâ³ëüíåííÿ ãëþêîçè ³ç ïå÷³íêè â êðîâ äëÿ ïîñòà÷àííÿ ³íøèõ

îðãàí³â, à â ì'ÿçàõ – ðîçïàä ãë³êîãåíó äî ìîëî÷íî¿ êèñëîòè ç âèä³ëåí-

íÿì åíåðã³¿, ùî çàáåçïå÷óº øâèäêå çðîñòàííÿ ì'ÿçîâî¿ àêòèâíîñò³. Ãëþ-

êàãîí ñòèìóëþº ðîçïàä ãë³êîãåíó ïå÷³íêè, àëå íå âïëèâàº íà ãë³êîãåí

ì'ÿç³â. Ñåêðåòóºòüñÿ ï³äøëóíêîâîþ çàëîçîþ ïðè çíèæåíí³ êîíöåíò-

ðàö³¿ ãëþêîçè â êðîâ³.

Ãîðìîí ï³äøëóíêîâî¿ çàëîçè ³íñóë³í ñòèìóëþº íàäõîäæåííÿ ãëþêî-

çè â êë³òèíè ³ ñèíòåç ãë³êîãåíó. Ìåõàí³çìè éîãî ä³¿ ùå äî ê³íöÿ íå ç'ÿñî-

Адреналін Глюкагон

Мембрана

Фосфодіестераза

Неактивна

протеїнкіназа

Активна

протеїнкіназа

Неактивна

кіназа

фосфорилази

Активна

кіназа

фосфорилази

Активна

глікоген-

синтаза

Неактивна

глікоген-

синтаза

Неактивна

фосфорилаза

Активна

фосфорилаза

Глікоген

(n-1 одиниць

глюкози)

Глікоген

(n одиниць

глюкози)

Глікоген

(n+1 одиниць

глюкози)

Глюкозо-1-

фосфат

УДФ-

глюкоза

УДФФ

АТФ цАМФ АМФ

Аденілат-

циклаза

300

âàí³. Îäíèì ³ç íèõ º àêòèâàö³ÿ ³íñóë³íîì ôîñôîä³åñòåðàçè öÀÌÔ, ùî

ïðèâîäèòü äî çíèæåííÿ âíóòð³øíüîêë³òèííîãî ð³âíÿ öÀÌÔ, ó ðåçóëü-

òàò³ ñòèìóëþºòüñÿ óòâîðåííÿ íåàêòèâíî¿ ôîñôîðèëàçè é àêòèâíî¿ ãë³êî-

ãåíñèíòàçè. Ó ãåïàòîöèòàõ ³íñóë³í ï³äâèùóº àêòèâí³ñòü ãëþêîê³íàçè.

²ñíóº ðÿä äîäàòêîâèõ ñïîñîá³â ðåãóëÿö³¿ àêòèâíîñò³ ôåðìåíò³â ðîç-

ïàäó ³ ñèíòåçó ãë³êîãåíó:

1. Íåàêòèâíà ôîñôîðèëàçà b ì'ÿç³â ìîæå àêòèâóâàòèñü áåç ôîñôî-

ðèëþâàííÿ, òîáòî íå ïåðåòâîðþþ÷èñü ó ôîñôîðèëàçó à. Öå çä³éñíþºòüñÿ

øëÿõîì çâ'ÿçóâàííÿ â àëîñòåðè÷íîìó öåíòð³ ôîñôîðèëàçè b ÀÌÔ. Àëî-

ñòåðè÷í³é àêòèâàö³¿ ôîñôîðèëàçè b ³ç ÀÌÔ ïåðåøêîäæàº ÀÒÔ. Ó ñòàí³

ì'ÿçîâîãî ñïîêîþ, êîëè êîíöåíòðàö³ÿ ÀÒÔ çíà÷íî á³ëüøà, í³æ ÀÌÔ,

ôîñôîðèëàçà çíàõîäèòüñÿ â íåàêòèâí³é b-ôîðì³. Ï³ä ÷àñ ðîáîòè ì'ÿç³â

êîíöåíòðàö³ÿ ÀÒÔ çíèæóºòüñÿ, à çðîñòàº êîíöåíòðàö³ÿ ÀÌÔ, ùî çó-

ìîâëþº àêòèâàö³þ ôîñôîðèëàçè b ³, â ðåçóëüòàò³, ðîçùåïëåííÿ ãë³êîãå-

íó äëÿ ñèíòåçó ÀÒÔ. Àëå øâèäêå ³ çíà÷íå çá³ëüøåííÿ øâèäêîñò³ ãë³êî-

ãåíîë³çó â ì'ÿçàõ â³äáóâàºòüñÿ ò³ëüêè ó ðåçóëüòàò³ ïåðåòâîðåííÿ ôîñôî-

ðèëàçè b ó ôîñôîðèëàçó à.

2. Ê³íàçà ôîñôîðèëàçè ì'ÿç³â òàêîæ ìîæå ïåðåõîäèòè â àêòèâíó

ôîðìó áåç ôîñôîðèëþâàííÿ. Àêòèâàòîðîì ñëóæàòü ³îíè êàëüö³þ, êîí-

öåíòðàö³ÿ ÿêèõ â ñàðêîïëàçì³ ð³çêî çðîñòàº ó â³äïîâ³äü íà íåðâîâèé

³ìïóëüñ, ÿêèé çóìîâëþº ñêîðî÷åííÿ ì'ÿç³â.

3. Íåàêòèâíà ôîñôîðèëüîâàíà ôîðìà ãë³êîãåíñèíòàçè àêòèâóºòü-

ñÿ àëîñòåðè÷íî ãëþêîçî-6-ôîñôàòîì. Ïðè íàÿâíîñò³ äîñòàòíüî âèñîêî¿

êîíöåíòðàö³¿ ãëþêîçî-6-ôîñôàòó ôîñôîðèëüîâàíèé ôåðìåíò ïðîÿâ-

ëÿº ìàéæå òàêó àêòèâí³ñòü, ÿê äåôîñôîðèëüîâàíèé.

4. Ïðîâ³äíó ðîëü ó ðåãóëÿö³¿ ìåòàáîë³çìó ãë³êîãåíó â ïå÷³íö³ â³ä³ãðàº

êîíöåíòðàö³ÿ ãëþêîçè. ¯¿ âèñîêèé âì³ñò âèêëèêàº ïåðåõ³ä ôîñôîðèëàçè

à ó ôîñôîðèëàçó b é óòâîðåííÿ àêòèâíî¿ ãë³êîãåíñèíòàçè, ùî ïðèâîäèòü

äî çóïèíêè ðîçïàäó ãë³êîãåíó ³ ñòèìóëÿö³¿ éîãî ñèíòåçó. Ïðè çíèæåíí³

êîíöåíòðàö³¿ ãëþêîçè ñèíòåç ãë³êîãåíó ïðèãí³÷óºòüñÿ ³ ïî÷èíàºòüñÿ ðîç-

ïàä éîãî.

4. ÃË²ÊÎË²Ç

Êàòàáîë³çì âóãëåâîä³â â îðãàí³çì³ ëþäèíè âêëþ÷àº äåê³ëüêà ìåòàáî-

ë³÷íèõ øëÿõ³â ³ çàáåçïå÷óº âèâ³ëüíåííÿ åíåðã³¿ ó ôîðì³ ÀÒÔ, à òàêîæ

óòâîðåííÿ ñïîëóê, íåîáõ³äíèõ äëÿ ñèíòåçó ³íøèõ á³îëîã³÷íî âàæëèâèõ

ðå÷îâèí. Öåíòðàëüíèì øëÿõîì êàòàáîë³çìó ãëþêîçè º ãë³êîë³ç, â õîä³

ÿêîãî øåñòèâóãëåöåâà ìîëåêóëà ãëþêîçè ðîçïàäàºòüñÿ äî êèñëîò

(ï³ðîâèíîãðàäíî¿ ÷è ìîëî÷íî¿), ùî ìàþòü ïî 3 àòîìè âóãëåöþ â ìîëåêóë³.

Ïðîöåñ ìîæå çä³éñíþâàòèñü â àíàåðîáíèõ ³ àåðîáíèõ óìîâàõ (ðèñ. 8.8).

Â îðãàí³çì³ ëþäèíè àíàåðîáíèé ãë³êîë³ç ç óòâîðåííÿì ìîëî÷íî¿ êèñëîòè

(ëàêòàòó) çàáåçïå÷óº åíåðã³ºþ ñêåëåòí³ ì'ÿçè ïðè ³íòåíñèâí³é ðîáîò³,

301

Ðèñ. 8.8. Ñõåìà êàòàáîë³çìó ãëþêîçè.

êîëè îáìåæåíå íàäõîäæåííÿ êèñíþ äî ì³òîõîíäð³é. Ó êë³òèíàõ, ùî íå

ìàþòü ì³òîõîíäð³é (çð³ë³ åðèòðîöèòè) ÷è ³ç çíèæåíîþ îêèñíþâàëüíîþ

çäàòí³ñòþ (ñ³òê³âêà îêà, ñ³ì'ÿíèêè, ìîçêîâà ÷àñòèíà íèðîê, çëîÿê³ñí³

ïóõëèíè), òàêîæ â³äáóâàºòüñÿ ãë³êîë³òè÷íå ðîçùåïëåííÿ ãëþêîçè äî ìî-

ëî÷íî¿ êèñëîòè. Àëå â á³ëüøîñò³ òêàíèí îðãàí³çìó ëþäèíè ìàº ì³ñöå

ïîâíå àåðîáíå ðîçùåïëåííÿ ãëþêîçè äî ÑÎ

³ Í

Î. Ãë³êîë³ç ç óòâîðåí-

íÿì ï³ðîâèíîãðàäíî¿ êèñëîòè º ïåðøèì åòàïîì öüîãî ïðîöåñó, ñïåöèô³-

÷íèì äëÿ âóãëåâîä³â, à çà íèì ³äå çàãàëüíèé øëÿõ êàòàáîë³çìó (îêèñíþ-

âàëüíå äåêàðáîêñèëþâàííÿ ï³ðîâèíîãðàäíî¿ êèñëîòè, öèêë ëèìîííî¿

êèñëîòè, ì³òîõîíäð³àëüíèé äèõàëüíèé ëàíöþã). Òêàíèíè, àäàïòîâàí³ äî

ðîáîòè â àåðîáíèõ óìîâàõ (íàïðèêëàä, íåðâîâà òêàíèíà, ñåðöåâèé ì'ÿç),

äóæå ÷óòëèâ³ äî ã³ïîêñ³¿.

Ó áàãàòüîõ ì³êðîîðãàí³çìàõ, ùî ðîñòóòü â àíàåðîáíèõ óìîâàõ, óòâî-

ðåííÿ åíåðã³¿ òàêîæ çàáåçïå÷óº ãë³êîë³òè÷íèé ðîçïàä âóãëåâîäíèõ ñóá-

ñòðàò³â. Ïðè öüîìó ê³íöåâ³ ïðîäóêòè áóâàþòü ð³çíèìè: ìîëî÷íà êèñëîòà

(ìîëî÷íîêèñë³ áàêòåð³¿), åòàíîë (ïèâí³ äð³æäæ³), ãë³öåðèí, ïðîï³îíîâà ³

ìàñëÿíà êèñëîòè òà ³í. Ïðîöåñè òàêîãî òèïó ÷àñòî íàçèâàþòü áðîä³í-

íÿì. Ìîëî÷íîêèñëå áðîä³ííÿ ³äåíòè÷íå àíàåðîáíîìó ãë³êîë³çó, ùî ìàº

ì³ñöå â ñêåëåòíèõ ì'ÿçàõ ëþäèíè ³ òâàðèí ïðè íàïðóæåí³é ðîáîò³.

Глюкоза

Ацетил-КоА

Молочна

кислота

Етиловий спирт

+ СО

Піровиноградна

кислота

Анаеробні

умови

Анаеробні

умови

Аеробні умови

СО

1/2 О

Цикл

лимонної

кислоти

2Н

Гліколіз

302

4.1. Ðåàêö³¿ ãë³êîë³çó

Ïåðåòâîðåííÿ ãëþêîçè â ìîëî÷íó êèñëîòó ñêëàäàºòüñÿ ç îäèíàäöÿòè

ïîñë³äîâíèõ ôåðìåíòàòèâíèõ ðåàêö³é ³ â³äáóâàºòüñÿ â öèòîïëàçì³ êë³òèí.

Ìàéæå äëÿ âñ³õ ôåðìåíò³â ãë³êîë³çó ïîòð³áí³ ³îíè Mg

ÿê àêòèâàòîðè.

1. Ó ïåðø³é ðåàêö³¿ ìîëåêóëà ãëþêîçè àêòèâóºòüñÿ øëÿõîì âçàº-

ìîä³¿ ç ÀÒÔ ï³ä ä³ºþ ãåêñîê³íàçè ÷è ãëþêîê³íàçè (ðèñ. 8.9). Òàêèì

÷èíîì, êàòàáîë³çì ãëþêîçè ïî÷èíàºòüñÿ ³ç âèêîðèñòàííÿ ÀÒÔ. Âëàñ-

òèâîñò³ îáîõ ôåðìåíò³â ðîçãëÿíóò³ âèùå. Ðåàêö³ÿ ôîñôîðèëþâàííÿ ãëþ-

êîçè íåçâîðîòíà òà º îäí³ºþ ç òðüîõ ðåãóëÿòîðíèõ ðåàêö³é ãë³êîë³çó.

2. Ãëþêîçî-6-ôîñôàò ³çîìåðèçóºòüñÿ ó ôðóêòîçî-6-ôîñôàò ï³ä ä³ºþ

ôîñôîãëþêî³çîìåðàçè. Ðåàêö³ÿ çâîðîòíà.

3. Ôðóêòîçî-6-ôîñôàò ïðèºäíóº ùå îäèí ôîñôàòíèé çàëèøîê â³ä

ÀÒÔ ç óòâîðåííÿì ôðóêòîçî-1,6-äèôîñôàòó â íåçâîðîòí³é ðåàêö³¿, ÿêó

êàòàë³çóº ôîñôîôðóêòîê³íàçà – íàéá³ëüø âàæëèâèé ðåãóëÿòîðíèé ôåð-

ìåíò ãë³êîë³çó. Àêòèâàòîðè ôîñôîôðóêòîê³íàçè – ÀÌÔ ³ ÀÄÔ, ³íã³á³òî-

ðè – ÀÒÔ ³ öèòðàò.

Ðèñ. 8.9. Ïîñë³äîâí³ñòü ðåàêö³é ïåðøîãî åòàïó ãë³êîë³çó.

Ôåðìåíòè ãë³êîë³çó:

1 – ãåêñîê³íàçà (àáî ãëþêîê³íàçà); 2 – ôîñôîãëþêî³çîìåðàçà;

3 – ôîñôîôðóêòîê³íàçà; 4 – àëüäîëàçà; 5 – òð³îçîôîñôàò³çîìåðàçà.

OPO

HOH

OH H

OPO

HOH

OPO

HOH

АТФ

АДФ

АТФ

АДФ

Ôðóêòîçî-1,6-äèôîñôàò

Ä³îêñ³àöåòîíôîñôàò Ãë³öåðàëüäåã³ä-3-ôîñôàò