Олиго- и полисахариды в свободном виде обычно не встречаются. Единственное значимое исключение у позвоночных - линейный полимер глюкуроновой кислоты, именуемый гиалуронаном. Все остальные входят либо в состав протеогликанов межклеточного вещества, либо (олигосахариды) в мембранные и другие гликопротеины (а также в гликолипиды и гликолипопротеины). Несмотря на многообразие гликополимеров, биосинтез их осуществляется по единой стратегии.
Во-первых, непосредственным источником мономерных звеньев служат их активированные формы - нуклеозиддифосфат-сахара (чаще всего - уридиндифосфатные).
Во-вторых, элементарным актом синтеза является перенос моносахаридного фрагмента с его активированной формы на наращиваемую цепь полимера Осуществляют такие переносы специализированные гликозилтрансферазы (их более 200).
В-третьих, все гликозилтрансферазные реакции однотипны в том, что новый фрагмент они присоединяют гликозидной связью к нередуцирующему звену растущей цепи (из-за чего он становится новым коицевым звеном, тоже нередуцирующим). Эта закономерность распространяется и на точки разветвления углеводных полимеров (см. рис. 6-5).
В большинстве своем гликозилтрансферазы сосредоточены в мембране ЭР, где обеспечивают построение олиго- или полисахаридных цепей на молекуле того или иного белка в процессе его постсинтетической модификации. Одни из этих ферментов распознают белок и тот локус(ы) в нем, где надлежит пристроить первое углеводное звено. Другие достраивают гликополимерную цепь, придавая ей черты структурного своеобразия. Подробнее эти процессы будут изложены в главе «Соединительная ткань» (см. раздел 3.4).
СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА
Гликоген обнаруживается далеко не во всех типах клеток. Наиболее интенсивно его метаболизм протекает в гепатоцитах, мышечных клетках и лейкоцитах, — т.е., там, где особенно важно иметь запас легко мобилизуемого энергетического материала.
БИОГЕНЕЗ ГЛИКОГЕНА
Главным ресурсом для выработки гликогена служит глюкоза пищевого происхождения. Начальные стадии процесса идентичны уже упоминавшимся реакциям других путей. Это, во-первых, гексокиназная реакция (см. рис. 6-6, А), затем изомеризация ГлбФ в глюкозо-1-фосфат (см. рис. 6-7) и, наконец, образование УДФ-глюкозы (см. рис. 6-8).
И только следующая стадия оказывается специфичной для биогенеза гликогена. Ее катализирует гликогенсинтетаза. По существу, это глюкозилтрансфераза, так как производит перенос глюкозного звена с УДФ-глюкозы на молекулу уже имеющегося гликогена (его называют «затравочным»). Переносимая глюкоза фиксируется а-( 1 -~»4)-глюкозидной связью на иередуцирующем конце любой из веточек полимера. Каждое такое событие увеличивает молекулу гликогена на один остаток глюкозы (рис. 6-13).
Освобождаемый при этом УДФ может за счет АТФ опять превратиться в УТФ, который,
прореагировав с глюкозо-1-фосфатом (см. рис.
8), образует новую молекулу УДФ-глюкозы (пригодную для переноса на гликоген очередного мономера).
Таким образом, на внедрение каждой молекулы глюкозы в гликоген расходуются 2 молекулы АТФ: одна в гексокиназной реакции, другая - при регенерации УТФ.
Гликогеисинтетаза способна лишь удлинять концевые веточки гликогена в виде линейной цепочки мономеров, соединенных а- (1—>4)-глюкозидными связями. Этот ее «недостаток» преодолевается благодаря наличию особой гликозилтрансферазы, именуемой разветвляющим ферментом. Когда длина линейной цепочки начинает превышать 10-15 глюкозных остатков, этот фермент отщепляет с ее конца небольшой фрагмент (6-7 звеньев) и переносит его поближе к началу этой же (или близкой) ветви, формируя здесь новую глюкозидную связь, но уже а-(1—>6). В итоге возникает точка ветвления (как она показана на рис. 6-5). После этого гликогеисинтетаза получает возможность снова наращивать и укоротившуюся цепь, и появившееся боковое ответвление. Так продолжается до тех пор, пока обе они не достигнут длины, достаточной для очередного «вмешательства» ветвящего фермента.
Долгое время считалось, что гликоген является чисто полисахаридной молекулой. И лишь совсем недавно (1992 г.) удалось установить, что этот полимер иа самом деле является протеогликаном (но не структурным, а «накопителем глюкозы»). Белок, на котором строится молекула гликогена, назвали гликоге- нином. Удивительным оказалось, что это не просто белок-носитель, но еще и фермент. Более того: катализирует он реакцию самоглико- зилирования! Отсюда другое его название: гли- когенин-глюкозжтрансфераза. Она чувствительна к активирующему действию двухвалентных катионов, особенно Мп2+.
Гликогенин состоит из двух одинаковых субъединиц (по 40 или 55 кДа каждая, в зависимости от ткани). Активный центр каждой субъединицы содержит радикал лизина, участвующий в передаче гексозного фрагмента с УДФ-глюкозы на смежную субъединицу. Точнее, иа определенный радикал тирозина в средней части полипептидной цепи. На его группе -
ОН передаваемый мономер фиксируется а-глю- козидной связью. Далее фермент строит на нем линейную цепочку из гекеозных остатков, один за другим переносимых с молекул УДФ-глюкозы и присоединяемых каждый раз а-( 1 —>4)-глюкозидной связью. Иными словами, гликогенин катализирует ту же реакцию, которая показана на рис. 6-13, но в качестве субстрата использует собственную белковую молекулу, наращивая на тирозиновом звене каждой субъединицы линейную цепь полисахарида. Когда длина цепи достигает примерно 10 мономерных звеньев, гликогенин становится «затравочным» гликогеном. Это означает, что дальнейшее наращивание гликополимера производят глико- генсинтетаза и ветвящий фермент (как это описано выше).
Таким образом, гликогенин, будучи и апо- протеином, и ферментом, осуществляет инициацию биосинтеза гликогена путем превращения самого себя в праймер («затравку») для построения огромной и сильно разветвленной полисахаридной конструкции гликогена.
