Glikogen to makrocząsteczka (masa cząsteczkowa około 400 milionów daltonów) α-glukozy, w której występują głównie wiązania α-1,4 glikozydowe i rozgałęzienia w stosunku 1:10, dzięki wiązaniom α-1,6 glikozydowym.
Glikogen stanowi materiał zapasowy i jest stale degradowany i odtwarzany; w całej masie komórek ciała znajduje się około 100 g glikogenu: większość znajduje się w wątrobie, gdzie jest ruchliwy i dlatego może być wykorzystany jako rezerwa dla innych narządów (glikogen w mięśniach nie jest ruchliwy).
Enzymy, które katalizują degradację i syntezę glikogenu znajdują się w cytoplazmie, dlatego potrzebny jest system regulacji, który sprawia, że jedna ścieżka jest nieaktywna, gdy druga jest aktywna: jeśli dostępna jest glukoza, ta druga jest przekształcana w glikogen (anabolizm), który jest rezerwa i odwrotnie, jeśli c ”jest wymagane dla glukozy, to glikogen ulega degradacji (katabolizm).
Enzymem zaangażowanym głównie w rozkład glikogenu jest fosforylaza glikogenowa; Enzym ten jest zdolny do rozszczepienia glikozydowego wiązania α-1,4 przy użyciu nieorganicznego ortofosforanu jako środka litycznego: rozszczepienie następuje na drodze fosforolitycznej i otrzymuje się glukozo-1-fosforan.
W odległości pięciu lub sześciu jednostek od punktu rozgałęzienia enzym fosforylazy glikogenowej nie jest już w stanie działać, dlatego odłącza się od glikogenu i zostaje zastąpiony przez enzym deramifikujący, który jest transferaza: w miejscu katalitycznym tego enzymu c „jest” histydyną, która umożliwia przeniesienie trzech jednostek sacharydowych do najbliższego łańcucha glikozydowego (histydyna atakuje pierwszy węgiel cząsteczki glukozy). glikozylotransferaza; pod koniec działania tego enzymu w łańcuchu bocznym pozostaje tylko jedna jednostka glukozy, przy czym pierwszy węgiel jest związany z szóstym węglem glukozy w łańcuchu głównym Ostatnia jednostka glukozy w łańcuchu bocznym jest uwalniana w wyniku działania "enzym α-1,6 glikozydaza (enzym ten stanowi drugą część enzymu deramifikującego) przy założeniu, że rozgałęzienia w glikogenie są w stosunku 1:10, z całkowitej degradacji makrocząsteczki otrzymujemy ok. 90% glukozo-1-fosforanu i ok. 10% glukoza.
Działanie wspomnianych enzymów pozwala na eliminację łańcucha bocznego z cząsteczki glikogenu, aktywność tych enzymów można powtarzać aż do całkowitej degradacji łańcucha.
Rozważmy hepatocyt; glukoza (przyswajana przez dietę) po wejściu do komórki jest przekształcana w glukozo-6-fosforan i w ten sposób jest aktywowana. 6-fosforan glukozy, przez działanie fosfoglukomutaza, przekształca się w glukozo-1-fosforan: ten ostatni jest niebezpośrednim prekursorem biosyntezy; w biosyntezie stosuje się aktywowaną formę cukrów, która jest reprezentowana przez cukier związany z difosforanem: zwykle urydylodifosforan (UDP). następnie przekształcany w UDP-glukozę, ten metabolit pod wpływem syntaza glikogenu który jest zdolny do wiązania UDP-glukozy z nieredukującym końcem rosnącego glikogenu: otrzymuje się wydłużony glikogen z jednostki glukozydowej i UDP.UDP jest przekształcany przez nukleozydowy enzym difosfokinazy w UTP, który powraca do krążenia.
Degradacja glikogenu następuje w wyniku działania fosforylaza glikogenowa który uwalnia cząsteczkę glukozy i przekształca ją w glukozo-1-fosforan. Następnie fosfoglukomutaza przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan.
Glikogen jest syntetyzowany przede wszystkim w wątrobie i mięśniach: w organizmie znajduje się 1-1,2 hektograma glikogenu rozłożonego w masie mięśniowej.
Glikogen miocytu stanowi rezerwę energetyczną tylko dla tej komórki, podczas gdy glikogen zawarty w wątrobie jest także rezerwą dla innych tkanek, to znaczy może być przesyłany jako glukoza do innych komórek.
Glukozo-6-fosforan uzyskany w mięśniach z rozkładu glikogenu jest następnie, w przypadku zapotrzebowania energetycznego, kierowany do glikolizy; w wątrobie glukozo-6-fosforan jest przekształcany w glukozę w wyniku działania fosfataza glukozo-6-fosforanowa (enzym charakterystyczny dla hepatocytów) i jest przenoszony do krwiobiegu.
Syntaza glikogenu i fosforylaza glikogenu działają na nieredukujące jednostki glikogenu, więc musi istnieć sygnał hormonalny, który steruje aktywacją jednego szlaku i blokowaniem drugiego (lub odwrotnie).
W laboratorium udało się wydłużyć łańcuch glikogenu dzięki wykorzystaniu fosforylazy glikogenu i zastosowaniu glukozo-1-fosforanu w bardzo wysokim stężeniu.
W komórkach fosforylaza glikogenowa jedynie katalizuje reakcję degradacji, ponieważ stężenia metabolitów są takie, że przesuwają równowagę następującej reakcji w prawo (tj. w kierunku degradacji glikogenu):
Przyjrzyjmy się mechanizmowi działania fosforylazy glikogenowej: tlen acetalowy (który działa jako mostek między jednostkami glukozy) wiąże się z wodorem fosforylu: powstaje związek pośredni reakcji podany przez karbokation (na glukozie, która jest wszystkim " kończyny), z którymi bardzo szybko wiąże się fosforyl (Pi).
Fosforylaza glikogenowa wymaga kofaktora, którym jest fosforan pirydoksalu (cząsteczka ta jest również kofaktorem dla transaminaz): posiada częściowo protonowany fosforyl (fosforan pirydoksalu otoczony jest hydrofobowym środowiskiem, co uzasadnia obecność związanych z nim protonów). Fosforyl (Pi) jest zdolny do przeniesienia protonu do glikogenu, ponieważ ten fosforyl następnie ponownie przejmuje proton z częściowo protonowanego fosforylu fosforanu pirydoksalu. Prawdopodobieństwo, że w fizjologicznym pH fosforyl straci swój proton i pozostanie całkowicie zdeprotonowany, jest bardzo niskie.
Zobaczmy teraz, jak działa fosfoglukomutaza. Enzym ten zawiera w miejscu katalitycznym resztę fosforylowanej seryny; seryna daje fosforyl do glukozy 1-fosforanu (w pozycji szóstej): 1,6-bisfosforan glukozy powstaje na krótki czas, a następnie seryna jest refosforylowana, przyjmując fosforyl w pozycji pierwszej. Fosfoglukomutaza może działać w obu kierunkach, tj. przekształcać glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan lub odwrotnie; jeśli wytwarzany jest glukozo-6-fosforan, może zostać wysłany bezpośrednio do glikolizy w mięśniach lub przekształcony w glukozę w wątrobie.
Enzym fosfoglukotransferaza urydylowa (lub pirofosforylaza glukozowa UDP) katalizuje reakcję przeniesienia glukozo-1-fosforanu do UTP przez przyłączenie do fosforylu a.
Opisany właśnie enzym to pirofosforylaza: nazwa ta wynika z faktu, że reakcja przeciwna do opisanej to pirofosforylacja.
Glukoza UDP, otrzymana jak opisano, jest zdolna do wydłużenia łańcucha glikogenu o jednostkę monosacharydową.
Możliwe jest, aby reakcja ewoluowała w kierunku tworzenia glukozy UDP poprzez eliminację produktu, którym jest pirofosforan; enzym pirofosfataza przekształca pirofosforan w dwie cząsteczki ortofosforanu (hydroliza bezwodnika) i w ten sposób utrzymuje stężenie pirofosforanu na tak niskim poziomie, że termodynamicznie faworyzowany jest proces tworzenia UDP-glukozy.
Jak wspomniano, glukoza UDP, dzięki działaniu syntazy glikogenu, jest w stanie wydłużyć łańcuch glikogenu.
Konsekwencje (w stosunku 1:10) wynikają z faktu, że gdy łańcuch glikogenu składa się z 20-25 jednostek, interweniuje enzym rozgałęziający (z histydyną w miejscu katalitycznym), zdolny do przenoszenia szeregu 7-8 jednostek glikozydowych dalej za 5-6 jednostkami: w ten sposób powstaje nowe rozgałęzienie.
Adrenalina jest wydzielana z nadnerczy z powodów nerwowych lub gdy potrzebna jest energia z powodu wysiłku fizycznego.
Docelowymi komórkami adrenaliny (i noradrenaliny) są komórki wątroby, mięśni i tkanki tłuszczowej (w tej ostatniej następuje rozkład trójglicerydów i krążenie kwasów tłuszczowych: w konsekwencji w mitochondriach wytwarzana jest glukoza 6-fosforanowa, która ma być do glikolizy, podczas gdy w adipocytach glukozo-6-fosforan jest przekształcany w glukozę pod wpływem enzymu glukozo-6-fosfataza fosforanowa i eksportowany do tkanek).
Zobaczmy, teraz sposoby działania adrenaliny. Adrenalina wiąże się z receptorem umieszczonym na błonie komórkowej (miocytów i hepatocytów), co warunkuje translację sygnału z zewnątrz do wnętrza komórki.Aktywowana jest kinaza białkowa działająca jednocześnie na układy regulujące syntezę i degradację glikogenu:
Syntaza glikogenu występuje w dwóch formach: formie defosforylowanej (aktywnej) i formie fosforylowanej (nieaktywnej); kinaza białkowa fosforyluje syntazę glikogenu i blokuje jej działanie.
Fosforylaza glikogenowa może występować w dwóch postaciach: aktywnej, w której występuje ufosforylowana seryna oraz nieaktywnej, w której seryna jest defosforylowana. Fosforylaza glikogenowa może być aktywowana przez enzym kinaza fosforylazy glikogenowej. Kinaza fosforylazy glikogenowej jest aktywna, jeśli jest ufosforylowana i nieaktywna, jeśli jest defosforylowana; kinaza białkowa ma jako substrat kinazę fosforylazy glikogenu, to znaczy jest zdolna do fosforylacji (a zatem aktywowania) tej ostatniej, co z kolei aktywuje fosforylazę glikogenu.
Gdy sygnał adrenaliny się skończy, jego wpływ na komórkę również musi się zakończyć: enzymy fosfatazy interweniują wówczas w gatunkach białka.
