Гликогенолиз. Ферменты гликолиза

Гликогенолиз.

Ферменты гликолиза.

Хусаинов ИскандерКазань, КГУ, 2010

Гликоген – полимер из остатков глюкозы, соединенных

(14) гликозидной связью в линейных областях (16) гликозидной связью в областях ветвления

Глюкоза запасается в виде гликогена преимущественно в клетках печени и мышц.

H O

OH

H

OHH

O H

CH2OH

HO H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

HH H O

OH

O HH

OH

CH2

HH H O

H

OHH

OH

CH 2OH

H

OH

HH O

OH

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

O

1 4

6

H O

H

O HH

OH

CH2OH

HH H O

H

OHH

OH

CH2OH

HH

O1

OH

3

4

5

2

Гликоген

www.wikipedia.ru

Гликогенфосфорилиза

Глюкозидаза

Гликогенолиз – Процесс расщеплениягликогена до глюкозы,направленный на поддержаниепостоянной концентрацииглюкозы в крови

• Расщепление α(14) гликозидных связей

• Расщепление последних трех α(14) и одной α(16) гликозидной связи

• Превращение глокозо-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат

• Гликоген фосфорилаза

• Глюкозидаза

• Фосфоглюкомутаза

Ленинджер, Основы биохимии, «МИР» 1985ΔG0’ = +0.73 ккал/моль

Гликоген фосфорилаза (EC 2.4.1.1) –гомодимерный фермент, переход между активной и неактивной формами которого регулируется аллостерическим путем.

ПРФ

ПРФGlcNAc

GlcNAc

ХлороиндолкарбоксамидКоферменты:

• Пиродоксаль фосфат

Активаторы:• Адреналин

Ингибиторы:• Хлороиндол-карбоксамид (аллостерический)• N-ацетилглюкозамином (конкурентный)

Joyce J. Diwan 1999-2007

ПРФ удерживается в активном центре связями, образованными реакцией между альдегидом ПРФ и e-амино группой лизина

H3N+ C COO

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3

H

лизин

NH

C O

CH3

H C

OP

O O

O

H2

N

( CH2)4

E n z

H

+

Связи, удерживающиеПРФ в молекуле фермента

Фн встраивается между фосфатной группой пиридоксаль фосфата и кислородом, формирующим гликозидную связь терминального остатка

глюкозы.

OP

O O

O


Неорганический фосфор отдает протон в процессе расщепления терминальной α(14) гликозидной связи.

Зетем получает протон от фосфатной группировки ПРФ.

ПРФ возвращает себе протон после присоединения фосфатной группы к С1 атому глюкозы.

Фн

ПРФ

Гликоген(n) Гликоген(n-1)

Н+

(~Ф)

Г-1-Ф

Н+

Глюкоза

Н+

Фосфоглюкомутаза (ФГМ) катализирует обратимую реакцию превращения глюкозо-1-фосфата в глюкозо-6-фосфат.

ОН-группа серина в активном центре фермента отдает и принимает фосфатную группу

Кофермент: Глюкозо-1,6-дифосфат

ФГМ способен к взаимопревращению активной и неактивной форм

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

OPO32

H H O

OH

H

OHH

OH

CH2OPO32

H

OH

HH O

OH

H

OHH

OH

CH2OPO32

H

OPO32

H

Enzyme-Ser-OPO32 Enzyme-Ser-OPO3

2 Enzyme-Ser-OH

Глюкозо-6-фосфатГлюкозо-1-фосфат Глюкозо-1,6-дифосфат

ΔG0’ = –1.74 ккал/мольJoyce J. Diwan 1999-2007

Мышечный гликоген – регулируется с помощью АМФ, АТФ и глюкозо-6-фосфата. АМФ активирует фосфорилазу, способствуя

формированию активной конформации

АТФ и глюкоза-6-фосфат, ингибируют фосфорилазу, способствуя формированию неактивной конформации

Гормоны глюкагон и эпинефрин активируют G-белок-ассоциированные рецепторы и запускают цАМФ каскад

Оба гормона секретируются в ответ на низкое содержание глюкозы в крови

Глюкагон, который синтезируется a-клетками поджелудочной железы, активирует образование цАМФ в печени

Эпинефрин активирует образование цАМФ в мышцах

Сигнальный каскад реакций активации гликоген фосфорилазы

Гормон (эпинефрин или глюкагон)

G-белок (Gα-ГТФ)

Аденилат циклаза Аденилат циклаза (неактивный) (активная)

катализ

АТФ цАМФ + ФФн

Активация Фосфодиэстераза

АМФ

Протеин киназа А Протеин киназа A (неактивная) (активная) АТФ

АДФ

Киназа фосфорилазы Киназа фосфорилазы (Ф) (b-неактивная) (а-активная)

Phosphatase АТФ

Фн АДФ Фосфорилаза Фосфорилаза ( P) (b-аллостерич.) (a-активная)

Фосфатаза

ФнJoyce J. Diwan 1999-2007

H3PO4

(C6H10O6)n-1 Глюкозо-1-фосфат

Глюкозо-6-фосфат

Глюкоза

Гликоген(C6H10O6)n

(16)Глюкозидаза(14)Гликоген фосфорилаза

Фосфоглюкомутаза

Глюкозо-6-фосфатазаГексокиназа

КровьПечен

ь

Гликолиз

ГФ a(актив.)

ГФ b(неактив.)

Фосфотаза фосфорилазы

Киназа фосфорилазыАМФ

АТФ

адреналин

Кофермент: пиридоксаль фосфат

Активная Неактивная Кофермент: глюкозо-1,6-дифосфат

Гликолиз

Гексокиназа

Фосфофруктокиназа

Глюкоза

АТФ

АДФ Глюкозо-6-фосфат

Фосфоглюкоизомераза

Фруктозо-6-фосфат

АТФ

АДФ Фруктозо-1,6-дифосфат

Альдолаза

Глицеральдегид-3-фосфат + Дигидроксиацетон-3-фосфат

Триозофосфат изомераза


Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа

Фосфоглицерат киназа

Енолаза

Пируват киназа

Глицеральдегид-3-фосфат+ + Фн

NADH + H+

1,3-дифосфоглицерат

АДФ

АТФ

3-фосфоглицерат

Фосфоглицерат мутаза

H2O фосфоенолпируват

АДФ

АТФ Пируват

NAD



Функция: обеспечение захвата глюкозы (даже при низких

концентрациях ее в крови) поддержание градиента концентрации глюкозы

между кровью и внутриклеточной средой

Субстраты: Гексозы (но высокая специфичность специфична к

глюкозе)

Ингибитор: Глюкозо-6-фосфат

Донор фосфата: ATP в виде комплекса Mg-ATP

H O

OH

H

OHH

OH

C H2OH

H

OH

H H O

OH

H

OHH

OH

C H2OPO32

H

OH

H

23

4

5

6

1 1

6

5

4

3 2

Mg2 +


Глюкоза Глюкоза-6-фосфат

АТФАДФH O

OH

H

OHH

OH

C H2OH

H

OH

H H O

OH

H

OHH

OH

C H2OPO32

H

OH

H

23

4

5

6

1 1

6

5

4

3 2

Mg2 +


Глюкоза Глюкоза-6-фосфат

АТФАДФ

www.pdb.org

Индуцированное соответствие

Присоединие глюкозы к гексокиназе стабилизирует конформацию, в которой:

С6 гидроксил глюкозы расположен близко к концевой фосфатной группе АТФ, что способствует катализу.

Вода вытеснена из активного центра, что предотвращает гидролиз АТФ

глюкоза


www.pdb.org

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OPO32

H

OH

H

1

6

5

4

3 2

CH2OPO32

OH

CH2OH

H

OH H

H HO

O6

5

4 3

2

1

glucose-6-phosphate fructose-6-phosphate Phosphoglucose Isomerase

• Механизм действия фермента основан на кислотно-основном катализе в котором последовательно происходит открытия кольца, изомеризации через интермедиат, и закрытия кольца.

www.pdb.org

Это тетрамерный фермент, существующий поочерёдно в двух конформационных состояниях (R – relax, активная и T – tense, неактивная)

Субстраты: АТФ (связывается в T-конформации). Для связывания с

АТФ фермент имеет по 2 центра связывания в каждой субъединице: субстратный сайт и сайт ингибирования

Фруктозо-6-фосфат (связывается в

R-конформации)

CH2OPO32

OH

CH2OH

H

OH H

H HO

O6

5

4 3

2

1 CH2OPO32

OH

CH2OPO32

H

OH H

H HO

O6

5

4 3

2

1

ATP ADP

Mg2+

fructose-6-phosphate fructose-1,6-bisphosphate

Phosphofructokinase

www.pdb.org

Функции: играет главную роль в

регуляции скорости гликолизаОтрицательный модулятор:

АТФПоложительные модуляторы:

АМФ, Глюкозо-2,6-дифосфат

ФФК-2/Ф-2,6-дФ (фосфофруктокиназа-2или фруктозо-2,6-дифосфатаза):

Регулирует активность ФФК Помимо гликолиза, регулирует процессыгликонеогенеза и глюкогенолиза

www.pdb.org

Остаток лизина в активном

центре фермента

взаимодействует с кето-

группой фруктозо-1,6

дифосфата.

Через стадию образования

интермедиата происходит

разрыв связи между С3 и

С4 атомами Ф-1,6-дФ

6

5

4

3

2

1CH2OPO32

C

C

C

C

CH2OPO32

O

HO H

H OH

H OH

3

2

1

CH2OPO32

C

CH2OH

O

C

C

CH2OPO32

H O

H OH+

1

2

3

fructose-1,6- bisphosphate

Aldolase

dihydroxyacetone glyceraldehyde-3- phosphate phosphate

Triosephosphate Isomerase

H3N+ C COO

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3

H

lysine

www.pdb.org

Функция: Изомеризация триозофосфатных соединений Особенности структуры: αβ полость, 8 параллельных β-структур внутри и 8

α-спиралей снаружи.Сустраты:

Фосфорилированные триозыИнгибитор:

2-фосфогликолат

6

5

4

3

2

1CH2OPO32

C

C

C

C

CH2OPO32

O

HO H

H OH

H OH

3

2

1

CH2OPO32

C

CH2OH

O

C

C

CH2OPO32

H O

H OH+

1

2

3

fructose-1,6- bisphosphate

Aldolase

dihydroxyacetone glyceraldehyde-3- phosphate phosphate

Triosephosphate Isomerase www.pdb.org

• Фермент состоит из четырех идентичных полипептидов, образующих тетрамер. Каждый полипептид содержит по четыре - SH-группы, принадлежащие остаткам цистеина

C

C

CH2OPO32

H O

H OH

C

C

CH2OPO32

O OPO32

H OH+ Pi

+ H+

NAD+ NADH 1

2

3

2

3

1

glyceraldehyde- 1,3-bisphospho- 3-phosphate glycerate

Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase

H3N+ C COO

CH2

SH

H

cysteine

Цистеин тиол в активном центре фермента реагирует с альдегидной группой глицеральдегид-3-фосфата с образованием интермедиата хемиацеталя

www.pdb.org

CH CH2OPO32

OHEnz-Cys SH

Enz-Cys S CH CH CH2OPO32

OHOH

Enz-Cys S C CH CH2OPO32

OHO

HC

NAD +

NADH

Enz-Cys SH

Pi

C CH CH2OPO32

OHO

O3PO2

O

glyceraldehyde-3-phosphate

1,3-bisphosphoglycerate

thiohemiacetal intermediate

acyl-thioester intermediate

Окисление докарбоновойкислоты вызывает восстановлениеNAD+ до NADH


Фосфоглицераткиназа EC 2.7.2.3

• Работает по механизму индуцированного соответствия, подобно гексокиназе

C

C

CH2OPO32

O OPO32

H OH

C

C

CH2OPO32

O O

H OH

ADP ATP

1

22

3 3

1

Mg2+

1,3-bisphospho- 3-phosphoglycerate glycerate

Phosphoglycerate Kinase

www.pdb.org

H3N+ C COO

CH2

CHN

HC NH

CH

H

histidine

C

C

CH2OH

O O

H OPO32

2

3

1C

C

CH2OPO32

O O

H OH2

3

1

3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate

Phosphoglycerate Mutase

Гистидиновые остатки в активномцентре фермента участвуют в транспорте неорганического фосфата

путем отдачи и присоединения фосфата.Интермедиатом данногопроцесса является 2,3-дифосфат.

C

C

CH2OPO32

O O

H OPO32

2

3

1

2,3-bisphosphoglycerate

www.pdb.org

• Енолаза ингибируется ионами фторида• Нуждается в ионах Mg2+ или Mn2+. Ионы магния способствуют

стабилизации енолат-аниона интермедиата реакции

C

C

CH2OH

O O

H OPO32

C

C

CH2OH

O O

OPO32

C

C

CH2

O O

OPO32

OH

2

3

1

2

3

1

H

2-phosphoglycerate enolate intermediate phosphoenolpyruvate

Enolase

www.pdb.org

C

C

CH3

O O

O2

3

1ADP ATPC

C

CH2

O O

OPO32

2

3

1

phosphoenolpyruvate pyruvate

Pyruvate Kinase

• Печёночная пируваткиназа– Регуляция:

• 1. изменение экспрессии генов• 2. фосфорилирование /

дефосфорилирование• 3. аллостерические регуляторы:

Ингибиторы: АТФ, Ацетил-КоА Активатор: фруктозо-1,6-дифосфат

• М-тип пируваткиназы • Мышечная пируваткиназа

www.pdb.org


Фосфофруктокиназа

Глюкоза Гликолиз

АТФ

АДФ Глюкозо-6-фосфат

Фосфоглюкоизомераза

Фруктозо-6-фосфат

АТФ

АДФ Фруктозо-1,6-дифосфат

Альдолаза

Глицеральдегид-3-фосфат + Дигидроксиацетон-3-фосфат

Триозофосфат изомераза


Глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа

Фосфоглицерат киназа

Енолаза

Пируват киназа

Глицеральдегид-3-фосфат+ + Фн

NADH + H+

1,3-дифосфоглицерат

АДФ

АТФ


Фосфоглицерат мутаза

H2O фосфоенолпируват

АДФ

АТФ Пируват

NAD



Гликогенолиз. Ферменты гликолиза

Documents