16.10. Циклический AMP занимает центральное положение в координированном контроле синтеза и распада гликогена

Существование раздельных путей для синтеза и распада гликогена означает, что эти процессы должны подчиняться строгой регуляции. Полное проявление активности обеих групп реакций в одно и то же время привело бы к «непроизводительному» гидролизу АТР. В действительности синтез и расщепление гликогена координированно регулируются таким образом, что гликоген-синтаза оказывается почти неактивной при полной активности фосфорилазы и наоборот. На обмен гликогена большое влияние оказывают специфические гормоны. Полипептидный гормон инсулин (разд, 2,6) повышает способность печени синтезировать гликоген. Механизм действия инсулина пока не раскрыт. Высокое содержание инсулина в крови говорит о состоянии сытости, тогда как его низкое содержание является сигналом голода (разд, 23,6), Значительно лучше изучен механизм действия адреналина и глюкагона, эффект которых противоположен эффекту инсулина. Мышечная активность или подготовка к ней приводит к высвобождению адреналина мозговым веществом надпочечников.

Адреналин выраженно стимулирует распад гликогена в мышцах и в меньшей степени - в печени. Печень более чувствительна к глюкагону, полипептидному гормону, секретируемому -клетками поджелудочной железы при низком содержании сахара в крови. Глюкагон повышает содержание сахара в крови, стимулируя распад гликогена в печени.

Эрл Сазерланд (Earl Sutherland) установил, что действие адреналина и глюкагона на метаболизм опосредуется циклическим AMP. Это открытие привело к представлению об универсальном присутствии циклического AMP во всех формах жизни и о его ключевой роли в регуляции биологических процессов Синтез этой регуляторной молекулы из АТР катализируется аденилатциклазой, ферментом, связанным плазматическими мембранами. Процесс ускоряется последующим гидролизом пирофосфата.

Адреналин и глюкагон не проникают в свои клетки-мишени. Они связываются с плазматическими мембранами и стимулируют аденилатциклазу (разд. 35.3). Повышенное внутриклеточное содержание циклического AMP запускает ряд реакций, приводящих к активации фосфорилазы и ингибированию гликоген-синтазы. Мы рассмотрим теперь структурную основу регуляции активности указанных ключевых ферментов обмена гликогена и затем перейдем к каскаду реакций, устанавливающих связь между этими ферментами и циклическим AMP.