Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.
description
Transcript of Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.
![Page 1: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/1.jpg)
Гликогенолиз.
Ферменты гликолиза.
Хусаинов ИскандерКазань, КГУ, 2010
![Page 2: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/3.jpg)
Гликогенфосфорилиза
Глюкозидаза
Гликогенолиз – Процесс расщеплениягликогена до глюкозы,направленный на поддержаниепостоянной концентрацииглюкозы в крови
![Page 4: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/4.jpg)
• 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
![Page 5: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/5.jpg)
Ленинджер, Основы биохимии, «МИР» 1985ΔG0’ = +0.73 ккал/моль
![Page 6: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/7.jpg)
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
Joyce J. Diwan 1999-2007
![Page 8: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/8.jpg)
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+
![Page 9: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/14.jpg)
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
Joyce J. Diwan 1999-2007
![Page 15: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/15.jpg)
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
2-фосфоглицерат
Joyce J. Diwan 1999-2007
![Page 16: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/16.jpg)
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 +
Гексокиназа
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 +
Гексокиназа
Глюкоза Глюкоза-6-фосфат
АТФАДФ
www.pdb.org
![Page 17: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/17.jpg)
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
Гексокиназа
www.pdb.org
![Page 18: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/23.jpg)
• 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
![Page 24: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/24.jpg)
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
Joyce J. Diwan 1999-2007
![Page 25: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/27.jpg)
• 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
![Page 28: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/28.jpg)
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
![Page 29: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/29.jpg)
Гексокиназа
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
Joyce J. Diwan 1999-2007
![Page 30: Гликогенолиз. Ферменты гликолиза.](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081421/568143b3550346895db03cf5/html5/thumbnails/30.jpg)
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
2-фосфоглицерат
Joyce J. Diwan 1999-2007