Головні ферменти, що контролюють метаболізм глікогену, - глікогенфосфорилази і глікогенсінтази - регулюються аллостеріческого і ковалентного модифікацією шляхомфосфорилювання і дефосфорилирования ферменту.
1. У печінки фосфорилаза знаходиться в активній і неактивній формі. Активна фосфорилаза (фосфорилаза а) - фосфорілірованний тетрамер. Під дією специфічної фосфатази фосфорилаза а переходить в неактивну фосфорилазу b (димер) в результаті гідролітичного відщеплення фосфату від залишку серину. Перехід неактивній фосфорілази b в фосфорилазу а відбувається шляхом фосфорилювання під дією кінази фосфорілази.
Співвідношення між неактивним Т-станом фосфорілази b і активним R-станом фосфорілази а визначається енергетичним зарядом м'язової клітини. Глюкозо-6-фосфат і АТФ стабілізують неактивне Т-стан ферменту (фосфорилаза b). Фосфорілаза а завжди активна, незалежно від концентрацій АМФ, АТФ і глюкозо-6-фосфату. У спокої переважає фосфорилаза b. а при роботі АМФ переводить фермент в активну форму а.
2. кінази фосфорілази існує в 2-х формах - активною - фосфорильованій і неактивній - дефосфорілірованном. Перехід активної форми в неактивну здійснюється при відщепленні фосфорної кислоти. Активація кінази фосфорілази відбувається за участю ферменту протеїнкінази.
3. глікогенсінтази може перебувати в фосфорильованому і нефосфорілірованном стані. Активна дефосфорілірованном форма ферменту - глікогенсінтази а, яка переходить в неактивну глікогенсінтази b (залежна від концентрації глюкозо-6-фосфату) шляхомфосфорилювання гідроксильних груп залишків серину під дією протеїнкінази. Перетворення глікогенсінтази b в активну форму а відбувається під дією протєїнфосфатаза шляхом відщеплення фосфатних груп від залишків серину.
4. Протеїнкіназа складається з 4-х субодиниць (тетрамер) - 2-х регуляторних (R) і 2-х каталітичних (С). У комплексі R2 C2 фермент неактивний і активується під дією циклічного АМФ (цАМФ). 2 молекули цАМФ приєднуються до кожної регуляторної субодиниці протеїнкінази, що викликає його дисоціацію з вивільненням каталітичних субодиниць.
R2 C2 + 4цАМФ → 2 З + 2 (R2 цАМФ)
Активна протеинкиназа переносить залишок фосфорної кислоти від АТФ на специфічні білки (ферменти), що призводить до зміни їх активності.
5. Освіта цАМФ (3'5'-АМФ) відбувається з АТФ під дією ферменту аденілатциклази. який знаходиться на внутрішній поверхні мембрани і пов'язаний з рецептором для гормонів на зовнішній стороні мембрани.
6. Фермент фосфодіестерази руйнує цАМФ шляхом розриву кільця з утворенням АМФ.
При голодуванні або в стресових ситуаціях збільшується потреба в глюкозі.
1. У м'язі під дією адреналіну. а в печінці - глюкагону і адреналіну відбувається активація аденілатциклази, яка призводить до утворення цАМФ, який, зв'язуючись з R-субодиницею протеїнкінази, активує її. Протеїнкіназа фосфорилирует киназу фосфорилазу b і переводить її в активну форму (киназу фосфорілази а). Кіназа фосфорілази a фосфорилирует фосфорилазу b і переводить її в фосфорилазу а. що активує розпад глікогену. Інсулін пригнічує аденілатциклазу і активує фосфодіестеразу, що зменшує концентрацію цАМФ. Протеїнкіназа, киназа фосфорілази і фосфорилаза залишаються в неактивній формі, що гальмує розпад глікогену. Таким чином, відбувається каскад ферментативних реакцій, що створює високий ступінь ампліфікації. При розпаді глікогену - 3 ферментативних стадії контролю, при синтезі - 2.
2. У м'язах фосфорилаза b може активуватися аллостеріческого під дією АМФ, залишаючись при цьому дефосфорілірованном. АТФ діє як негативний аллостерічеський ефектор.
3. У м'язах відразу після м'язового скорочення глікогеноліз зростає в кілька сотень разів. Процес включає швидку активацію фосфорилази через іони кальцію. Іони Са 2+ активують киназу фосфорілази, зв'язуючись з субодиницею кінази фосфорілази b. ідентичною Са 2+ -зв'язуючим білку - кальмодулін.
4. глікогенсінтази b може активуватися аллостеріческого під дією глюкозо-6-фосфату. Інсулін стимулює синтез глікогену в м'язі, сприяючи дефосфорілірованіе і активації глікогенсінтази.
Мал. 4. Регуляція синтезу і розпаду глікогену
Регуляція розпаду глікогену носить каскадний характер.