Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985
Биоэнергетика и метаболизм
Биосинтез углеводов в животных тканях
Путь биосинтеза гликогена отличается от пути его расщепления
Теперь, когда мы уже знаем, каким образом из простых предшественников синтезируется глюкоза, мы можем заняться рассмотрением биосинтетического пути, ведущего к превращению остатков глюкозы в гликоген. У животных гликоген синтезируется практически во всех тканях, но особенно активны в этом отношении печень и скелетные мышцы. Начинается синтез гликогена из сободной глюкозы с гексокиназной реакции, т.е. с фосфорилирования глюкозы, в результате которого образуется глюкозо-6-фосфат
На следующем этапе глюкозо-6-фосфат обратимо превращается в глюкозо-1-фосфат в реакции, катализируемой фосфоглюкомутазой (разд. 15.8).
Далее следует ключевая реакция биосинтеза гликогена, отсутствующая в процессе его расщепления. Эта реакция представляет собой образование уридинди-фосфатглюкозы (UDP-глюкозы) (рис. 20-8), катализируемое глюкозо-1-фосфат-уридилтрансферазой
Реакция вынуждена идти слева направо под действием пирофосфатазы, гидролизующей пирофосфат (РРі) до ортофосфата (Рі). Ранее мы видели, что UDP-глюкоза играет роль промежуточного продукта в процессе превращения D-гaлактозы в D-глюкозу (рис. 15-12). Она же служит и непосредственным донором глюкозильных групп при ферментативном образовании гликогена; перенос глюкозильных групп от UDP-глюкозы на нередуцирующий конец разветвленной молекулы гликогена катализируется ферментом, который носит название гликоген-синтазы (рис. 20-9). В этой реакции образуется новая а(1→4)-связь между 1-м углеродным атомом добавляемого остатка глюкозы и 4-м углеродным атомом концевого остатка глюкозы данной боковой цепи гликогена
Рис. 20-8. Уридиндифосфатглюкоза (UDP-глюкоза), играющая роль донора глюкозильных групп в гликогенсинтазной реакции.
Общее равновесие этих трех реакций сильно сдвинуто в сторону синтеза гликогена. Гликоген-синтазе требуется в качестве затравки а(1→4)-полиглюкозная цепь, или ветвь молекулы гликогена, состоящая не менее чем из четырех глюкозных остатков, к которым фермент последовательно присоединяет глюко- зильные группы с нередуцирующего конца.
Роль UTP- и UDP-глюкозы в биосинтезе гликогена и многих других углеводов выяснил аргентинский биохимик Луис Лелуар. За эти работы он был удостоен в 1970 г. Нобелевской премии. Выше мы уже познакомились с другими примерами биосинтеза углеводов и их производных, в которых промежуточными продуктами тоже служили нуклеозиддифосфатсахара (разд. 15.9).
Гликоген-синтаза неспособна катализировать образование а(1→6)-связей. находящихся в точках ветвления цепей гликогена. Существует специальный «ветвящий» фермент - гликозил-(4→6)—трансфераза. Он катализирует перенос концевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, с нередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающейне менее 11 остатков, на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена, расположенного ближе к внутренней части молекулы, в результате чего образуется новая боковая цепь (рис. 20-10). После этого гликоген-синтаза может добавлять к этой боковой цепи новые остатки глюкозы. Биологический смысл ветвления заключается в повышении растворимости гликогена и в увеличении числа нередуцирующих концов у его молекул, что делает гликоген более доступным для действия гликоген-фосфорилазы и гликоген-синтазы
Рис. 20-9. Удлинение одной из боковых цепей гликогена, катализируемое гликоген-синтазой. D-глюкозильная группа UPD-глюкозы переносится на нередуцирующий конец боковой цепи гликогена с образованием новой а(1→4)-связи..
Крахмал в растениях синтезируется таким же путем, но донором глюкозильных групп служит при этом не UDP-глюкоза, а ADP-глюкоза.