Как регулируется фермент гликогенсинтаза в отношении синтеза гликогена? Думаю, я понимаю, что фосфорилирование снижает его активность (через киназу гликогенсинтазы?), но какую роль играют такие молекулы, как инсулин, глюкагон (или адреналин), протеинкиназа А и протеинфосфатаза 1 (PP1)? Активируют ли они или ингибируют синтез гликогена и каким образом?
Ответ на этот вопрос можно легко найти в стандартных учебниках по биохимии, например, в доступном онлайн (хотя и в старом издании): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22444/ . Вероятно, именно поэтому на этот вопрос ранее не было ответа. Однако я думаю, что стоит дать краткий ответ, чтобы подчеркнуть то, что, как мне кажется, не получает достаточного внимания в текстах и игнорируется в вопросе.
Это связано с тем, что регуляция метаболизма гликогена (и других аспектов метаболизма углеводов) различается в разных тканях из-за различных ситуаций, в которых его синтез и расщепление соответствуют интегрированному метаболизму организма. Если мы просто рассмотрим скелетные мышцы и печень, мышцы запасают гликоген, чтобы использовать себя , когда ей нужно генерировать АТФ для обеспечения сокращения, тогда как печень хранит гликоген, чтобы он мог снабжать другие ткани глюкозой, когда они нуждаются в ней для работы (например, скелетных мышц) или при голодании (например, эритроциты и головной мозг).
Соответствующая интеграция обеспечивается в первую очередь упомянутыми гормонами (так называемыми первыми мессенджерами) и наличием или отсутствием рецепторов в тканях, чтобы они реагировали на эти гормоны или были невосприимчивы к ним, в зависимости от обстоятельств.
И в печени, и в скелетных мышцах есть рецепторы эпинефрина (адреналина), который выделяется в ответ на стресс. Это приводит к расщеплению гликогена, который используется внутри скелетными мышцами и высвобождается в виде глюкозы печенью, как уже упоминалось.
Печень также имеет рецепторы для глюкагона, гормона, который выделяется при голодании или голодании, а также вызывает расщепление гликогена. Скелетные мышцы не имеют рецепторов глюкагона, потому что состояние питания не имеет отношения к их энергетическим потребностям.
И печень, и скелетные мышцы имеют рецепторы инсулина, гормона сытого состояния, и реагируют на это увеличением синтеза гликогена для создания запасов, которые будут доступны, когда это необходимо.
Как работают эти гормоны?
Глюкагон и эпинефрин (адреналин) работают, активируя аденилциклазу (так называемый вторичный мессенджер) в сочетании с G-белком, чтобы генерировать циклический АМФ. Это действует посредством каскада фосфорилирования, чтобы активировать гликогенфосфорилазу и ингибировать гликогенсинтазу, как описано в любом стандартном тексте. (Также задействована протеинфосфатаза 1.) При этом усиливается расщепление гликогена.
Инсулин действует иначе. Связывание с его рецептором активирует присущую белку тирозинкиназу, и существует цепь последующих самофосфорилирований белка, завершающихся фосфорилированием протеинфосфатазы 1. Это заставляет его дефосфорилировать как гликогенсинтазу, так и гликогенфосфорилазу, что приводит к активации первой и инактивация последнего. Таким образом усиливается синтез гликогена.
Важно понимать молекулярные механизмы метаболического контроля, но также важно рассматривать их в контексте интегрированного тканевого метаболизма. Поэтому закончу вопросом к читателю. Мозг (который полностью зависит от глюкозы в части своего метаболизма) хранит небольшое количество гликогена. Как вы ожидаете, что мозг отреагирует на три упомянутых гормона, и какова будет судьба продукта распада гликогена? Если вы поняли изложенные выше принципы для печени и мышц, вы должны быть в состоянии делать рациональные прогнозы для мозга (даже если факты окажутся более сложными).