Гликоген – главный резервный гомолисахарид человека, мономером которого является глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках a-1,4-гликозидными связями, в местах разветвления - a-1,6-гликозидными связями. Разветвленная структура гликогена создает много концевых мономеров, способствующих работе ферментов при его распаде или синтезе. Гликоген депонируется в печени и скелетных мышцах и хранится в цитозоле в форме гранул. Метаболические пути синтеза и распада гликогена различны.
Синтез гликогена (гликогенез) происходит в течение 1-2 часа после приема углеводной пищи и требует затрат АТФ.
1). Фосфорилирование глюкозы при участии гексокиназы (в печени – глюкокиназы) с образованием глюкозо-6-фосфата, который переходит в глюкозо-1-фосфат (фермент – фосфоглюкомутаза):
2). При участии глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы глюкозо-1-фосфат с УТФ образует УДФ-глюкозу и пирофосфат:
глюкозо-1-фосфат + УТФ « УДФ-глюкоза + РРi.
3). Перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество), фермент - гликогенсинтаза:
Гликогенсинтаза катализирует образование a-1,4-гликозидной связи.
Образование a-1,6-гликозидной связи обеспечивает гликогенветвящий фермент, который переносит олигосахаридный фрагмент (6-7 остатков глюкозы) на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена.
Распад гликогена (гликогенолиз)– процесс перехода гликогена из запасной формы в метаболическую (глюкоза).
В присутствии фосфорилаз гликоген распадается на глюкозо-1-фосфат без предварительного расщепления на более крупные остатки.
Фосфорилаза существует в двух формах – фосфорилаза а (активна) и фосфорилаза b (неактивна). Обе формы могут диссоциировать на субъединицы. Фосфорилаза b состоит из 2 субъединиц, фосфорилаза а – из 4. Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b осуществляется фосфорилированием белка при участии киназы фосфорилазы:
2 фосфорилаза в + 4 АТФ → фосфорилаза а + 4 АДФ.
Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную под влиянием фермента цАМФ-зависимой протеинкиназы. цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы, активируемой адреналином и глюкагоном. В результате гликоген распадается и образуется глюкозо-1-фосфат.
Глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат. В печени из глюкозо-6-фосфата образуется глюкоза путем гидролитического отщепления фосфата (фермент – глюкозо-6-фосфатаза).