Glükogeeni metabolism

1. Glükogeeni metabolism 19.09.2005

3. Glükogeeni funktsioon • Maksas polüsahhariidne tagavara vere glükoositaseme reguleerimseks- puhversüsteem • Lihastes tagavara kiireks glükoosi allikaks. • Epinefriin ja glükagoon stimuleerivad lagundamist • Insuliin stimuleerib glükogeeni sünteesi • Glükogeeni graanulid sisaldavad glükogeeni, sünteetilisi ja degradatiivseid ensüüme ja regulatoorseid valke

4. Glükogeen- hargnemisi sisaldav väga suure Mw glükoosi polümeer 1 4 Hargnemised 1 6 umbes 8-10 jäägi järel Graanulid tsütosoolis. Eelkõige maks ja lihased.

6. Glükogeeni degradatsioon • Ei ole lihtsalt sünteesi pöördprotsess • Glükogeen G-1-P • Polümeeri ahelate lühenemine: • Glükogeeni fosforülaas (-1  4) • Eksoensüüm • Degradeerib glükoosi ahelaid mitteredutseerivast otsast kuni igale ahelale jääb enne hargnemist 4 glükoosi jääki. • Tekkiv struktuur on piirdekstriin • Seda struktuuri fosforülaas degradeerida ei saa

7. Glükogeeni degradatsioon • Hargnemiste eemaldamine: • Hargnemised kõrvaldatakse kahe ensümaatilise aktiivsusega valgu poolt • a. Glükosüüli transferaas kõrvaldab 3 neljast allesjäänud glükoosi jäägist • b. Allesjäänud 16 sidemega seotud glükoosi jääk eemaldatakse ensüümi -amülo (1:6) glükosidaasse aktiivsusepoolt, vabaneb vaba glükoos

8. Glükogeeni degradatsioon

9. a1-4 sidemed katkevad fosforolüütiliselt • DGo’ väike, ent kõrge [Pi] ja madal [G-1-P] muudavad reaktsiooni energeetiliselt soodustatuks • Võimaldab säästa ATP, mida oleks vaja glükoosi fosforüülimiseks. • Fosforüülimine soodustab glükoosi hoidmist rakus sees

10. Transferaas paigutab 3 jääki teise ahela otsa • a-1-6 glükosidaasne aktiivsus hüdrolüüsib • ATP on vajalik tekkinud glükoosi fosforüülimiseks

11. Fosfoglükomutaas rekonverteerib G-1-P ja G-6-P, vaheühendina tekib fosforüülitud ensüüm. • G-6-P tasakaaluline kontsentratsioon on 20 korda kõrgem. • Maksas on olemas G-6-fosfataas, mis eemaldab fosfaadi. Sellega on võimalik tekkinud glükoosi transport vere kaudu teistesse kudedesse

12. Fosforülaasi reaktsioonimehhanism • Ensüümiga on kovalentselt Schiffialuse kujul seotud püridoksaalfosfaat • Fosfaat annab prootoni eelviimasele glükoosi jäägile • Fosfaat saab prootoni püridoksaalfosfaadilt • Fosfaat atakseerib glükoosi C-1 süsinikku

13. Fosforülaasi regulatsioon • Glükogeeni metabolismi regulatsioon maksas ja lihastes on erinev. • Lihastes on glükolüüsi eesmärk ATP produktsioon ja seega glükolüüsi kiirus kasvab kui lihas teeb tööd. • Maks koordineerib metabolismi organismi tasemel kontrollides, et vere glükoosi sisaldus oleks konstantne, vastavalt vajadusele produtseerides ja eksportides glükoosi

14. Glükogeeni lagundamise regulatsioon • Kõige kiiremini kätte saadav energiareserv. Seetõttu on oluline kiire aktivatsioon. • Glükogeeni lagundamine on hormonaalselt kontrollitud. • Glükogeeni fosforülaasi regulatsioon: • Dimeer; eksisteerib kahes vormis. • Aktiivne fosforülaas a • Inaktiivne fosforülaas b • Aktivatsioon fosforülaasi kinaasi toimel • Inaktivatsioon  fosforülaasi fosfataas • Fosforülaasi aktivatsiooni kontroll: • Fosforülaasi kinaas on aktiveeritud c-AMP sõltuva kinaasi poolt

15. Fosforülaas lihastes • 2 vormi. • Fosforülaas a: aktiivne • Fosforülaas b: inaktiivne • Glükogeeni lagundamise kiirus sõltub hormonaalse kontrolli all olevast a/b vormide suhtest. • Fosforülaas a: Ser jäägid mõlemas subühikus positsioonis 14 fosforüülitud • Fosforülaas b: Ser14 defosforüülitud. Aktiivne siis, kui AMP konts. kõrge. Inaktiivne kui ATP ja Glc 6-P tase kõrge. Seega, on fosforülaas b aktiivne vaid siis, kui energialaeng on madal. • Puhkeolekus lihases on kogu ensüüm b vormis. • Fosforülaas a--------> fosforülaas b üleminek toimub defosforüülimise kaudu, mida katalüüsib fosfataas.

17. Fosforülaas b

18. Lihase fosforülaas

19. Glükogeeni fosforülaasi kontroll lihasrakkudes Nii fosforülaas b kui ka fosforülaas a vormil on tasakaal R ja T oleku vahel. Fosforülaas b on inaktiivne, kuivõrd oluliselt eelistatud on T olek. Fosforülaas a on aktiivne, sest tasakaal soodustab T olekut.

21. Fosforülaas a – AMP sõltumatu • Fosforülaas b is AMP sõltuv • Fosforülaas b AMP sõltuvuskaob kõrge ATP kontsentratsiooni juures. AMP seondub allosteerilisse saiti ja stabiliseerib R oleku. ATP kui negatiivne modulaator konkureerib AMPga ja eelistab T olekut. • Füüsiline koormus---------> AMP/ATP () Fosforülaas b (aktiivne) • Puhkeolek------> AMP/ATP () Fosforülaas b (inaktiivne) • Stressi korral vabaneb hormoon epinefriin, mis genereerib ensüümi fosforüülitud vormi.

23. Maksa fosforülaas • Fosforülaasid lihases ja maksas on 90% ulatuses identsed • Maksa fosforülaas a on kõige enam sõltuv T R üleminekust • Glc sidumine nihutab allosteerilist tasakaalu a vormil R olekust T olekusse deaktiveerides ensüümi • Regulatsioon: kõrge glükoosi tase lülitab ensüümi välja

24. Maksa glükogeen on reguleeritud hormoonide ja vere glükoosi poolt • Maksa glükogeen on reserviks, kust vabastatakse glükoos vajaduse korral • Glükoosi taseme langemisel (alla 4-5 mM) • Glükogeen --------> Glc-1-P---------> Glc-6-P-------------> Glc • Kui vere glükoos on madal, vabaneb glükoos vereringesse ja viiakse perifeeriasse • Glükogeeni fosforülaas on maksas hormonaalse kontrolli all (glükagoon) • Glükoos madal------------------> glükagoon vabaneb • Maksaglükogeeni fosforülaas on allosteeriliselt reguleeritud Glc aga mitte AMP poolt. • Kui veres on Glc tase kõrge, siseneb see hepatotsüütidesse, seondub regulatoorsete saitidega, põhjustades konformatsioonilise muutuse (T oleku eelistamine). Seega on fosforülaas glükoosi sensoriks. Kui Glc tase on kõrge, pidurdab ta iseenda sünteesi

27. Glükogeeni süntees • UDP-UDP-glükoosi sünteesUDP-glükoosi fosforülaasi reaktsioonis • Glükogeeni sünteesiks vajalik praimer (glükogeniin või glükogeeni fragment) • C-4 on ahela mitteredutseeriv ots, kuhu uued glükoosi jäägid alati lisatakse • Glükoosi ahelate pikendamine • Hargnemiste genereerimine • Hargnemisel 2 funktsiooni: • 1. Lahustuvuse suurendamine • 2. Glükogeeni sünteesi ja lagundamise kiiruse suurendamine

29. UDPG süntees: G-6-P G-1-P + UTP  UDPG + PPi

30. Glükogeeni sünteesiks on vajalik praimer: • Olemasolev glükogeen OK, töötab kui praimer • Ei ole- vajalik glükogeniin • Elongatsioon ehk ahela pikenemine • UDP-G – ülekanne kasvava ahela mitteredutseerivasse otsa. • Uus glükosiidside • C-1 ja C-4 osalusel • Ensüüm: glükogeeni süntaas • Juhul kui teisi ensüüme ei ole   1-4, amüloos • UDP vabaneb • UDP + ATP –  UTP + ADP

31. Glükogeneesi initsiatsioon glükogeniinil

32. Elongatsioon

34. Hargnemiste süntees

36. Glükogeeni sünteesi regulatsioon • Glükagoon ja Epinefriin stimuleerivad glükogenolüüsi ja samal ajal inhibeerivad glükogeeni sünteesi • Mõlemad efektid vahendatud cAMP ja cAMP sõltuva proteiinkinaasi poolt. • Reguleeritud ensüüm: glükogeeni süntaas • PKA jt kinaasid fosforüülivad ensüümi. • Inaktiivne- b vorm. • a vorm: aktiivne (ei ole fosforüülitud) • b vorm: inaktiivne (fosforüülitud)

37. Koordineeritud glükogeeni sünteesi ja lagundamise kontroll cAMP kaskaadide poolt