A glikogén egy α-glükóz makromolekulája (körülbelül 400 millió dalton molekulatömeg), amelyben az α-1, 6 glikozid kötéseknek köszönhetően főként α-1, 4 glikozid kötések és ágak vannak 1:10 arányban.
A glikogén tartalékanyagot képez, és folyamatosan lebomlik és feloldódik; az összes testsejtben körülbelül 100 g glikogén van: nagy része a májban van, ahol mozgó, és ezért a többi szerv tartalékaként is használható (az izmokban lévő glikogén nem mozgatható).
A glikogén lebomlását és szintézisét katalizáló enzimek mind a citoplazmában vannak, ezért szabályozási rendszerre van szükség, amely az egyik útvonalat inaktívvá teszi, amikor a másik aktív: ha a glükóz rendelkezésre áll, az utóbbi glikogénré alakul (anabolizmus), amely tartalék, ellenkezőleg, ha glükózra van szükség, akkor a glikogén lebomlik (katabolizmus).
A glikogén lebomlásában főleg az enzim glikogén-foszforiláz ; ez az enzim képes az a-1, 4-glikozidkötést hasítószerként egy szervetlen ortofoszfát alkalmazásával hasítani: a hasítás foszforolitikus és glükóz-1-foszfáton keresztül történik.
Az elágazási ponttól öt vagy hat egységben a glikogén-foszforiláz enzim már nem képes fellépni, ezért leválik a glikogénből, és helyettesíti az elágazó enzimet, amely transzferáz : az enzim katalitikus helyén van „hisztidin, amely lehetővé teszi három szacharidegység átadását a legközelebbi glikozid-láncba (hisztidin támadja meg a glükóz molekula első szénatomját). A fent említett enzim glikozil-transzferáz ; ezen enzim hatásának végén csak egy glükózegység marad az oldalláncon, az első szén a glükóz hatodik szénéhez kötődik a fő láncban. Az oldallánc utolsó glükózegységét az α-1, 6 glikozidáz enzim hatására szabadítja fel (ez az enzim az elágazó enzim második része); mivel a glikogénben lévő ágak 1:10 arányban vannak jelen a makromolekula teljes lebomlásától, körülbelül 90% glükóz-1-foszfátot és körülbelül 10% glükózt kapunk.
A fent említett enzimek hatása lehetővé teszi a glikogénmolekulából származó oldallánc eltávolítását; ezen enzimek aktivitása megismételhető mindaddig, amíg a lánc teljesen lebomlik.
Tekintsünk egy hepatocitát; a glükóz (az étrenden keresztül asszimilálódik), amikor belép a sejtbe, akkor glükóz-6-foszfáttá alakul át, és így aktiválódik. A 6-foszfát-glükóz foszfo-glukomutáz hatására glükóz-1-foszfáttá alakul: az utóbbi a bioszintézis nem közvetlen előfutára; a bioszintézis során a cukrok aktivált formáját alkalmazzuk, amelyet egy difoszfáthoz kötött cukor képvisel: általában uridil-difoszfát (UDP). A glükóz-1-foszfátot ezután UDP-glükózvá alakítjuk; ez a metabolit glikogén szintáz hatására van, amely képes a növekvő glikogén nem redukáló végéhez kötni az UDP-glükózt: a hosszúkás glikogén egy glükozid egységből és UDP-ből származik. Az UDP-t az enzim nukleozidifoszfokináz átalakítja UTP-re, amely visszatér a keringésbe.
A glikogén lebomlása glikogén-foszforiláz hatására következik be, amely egy glükózmolekulát szabadít fel, és glükóz-1-foszfáttá alakítja. Ezt követően a foszfo-glukomutáz a glükóz-1-foszfátot glükóz-6-foszfáttá alakítja.
A glikogént elsősorban a májban és az izmokban szintetizálják: a szervezetben 1-1, 2 gramm glikogén oszlik meg az izomtömegben.
A miocita glikogénje csak az adott sejt számára energiátartalékot jelent, míg a májban található glikogén a többi szövet számára is tartalék, azaz glükózként más sejtekre is elküldhető.
Ezután az izomzatban a glikogén lebomlásából nyert glükóz-6-foszfátot energiaigény esetén a glikolízishez küldik; a májban a 6-foszfát glükóz glükóz-6-foszfát-foszfatáz (a hepatocitákra jellemző enzim) hatására alakul át, és a véráramba kerül.
A glikogén szintáz és a glikogén foszforiláz egyaránt működik a glikogén nem redukáló egységein, ezért olyan hormonális jelnek kell lennie, amely az egyik útvonal aktiválását és a másik blokkolását irányítja (vagy fordítva).
A laboratóriumban a glikogénlánc meghosszabbítása, a glikogén-foszforiláz kihasználása és a glükóz-1-foszfát nagyon magas koncentrációban történő felhasználása volt lehetséges.
A sejtekben a glikogén-foszforiláz csak a bomlási reakciót katalizálja, mivel a metabolitok koncentrációja olyan, hogy a következő reakció egyensúlyát jobbra tolja (azaz a glikogén lebomlása felé):
Nézzük meg a glikogén-foszforiláz hatásmechanizmusát: az acetál-oxigén (amely a glükózegységek közötti hídként működik) a foszforil-hidrogénhez kötődik. végtag), amelyhez a foszforil (Pi) nagyon gyorsan kötődik.
A glikogén-foszforiláz olyan kofaktorot igényel, amely piridoxál-foszfát (ez a molekula a transzaminázok kofaktorja is): csak részben van foszforilje (a piridoxál-foszfátot egy olyan hidrofób környezet veszi körül, amely indokolja a hozzá kapcsolódó protonok jelenlétét) . A foszforil (Pi) a glikogénhez protont hozhat létre, mivel az ilyen foszforil visszanyeri a protont a piridoxál-foszfát részlegesen protonált foszforiljéből. Nagyon alacsony az a valószínűség, hogy a foszforil fiziológiás pH-nál elveszíti a protont, és teljesen deprotonálódik.
Most nézzük meg, hogyan működik a foszfoglukomutáz. Ez az enzim foszforilált szerin maradékot tartalmaz a katalitikus helyen; a szerin foszforilt kap a glükóz 1-foszfáttal (a 6. pozícióban): rövid időre 1, 6-biszfoszfát képződik, majd a szerin a foszforil pozícióban lévő foszforilezéssel újrakezdik. A foszfo-glukusz-mutáz mindkét irányban működhet, azaz a glükóz-1-foszfátot glükóz-6-foszfáttá alakíthatja, vagy fordítva; ha a glükóz-6-foszfát keletkezik, közvetlenül a glikolízishez, az izmokba vagy a máj glükózzá alakítható.
Az uridil-foszfoglükusz-transzferáz enzim (vagy UDP-glükóz-pirofoszforiláz) katalizálja a glükóz-1-foszfát UTP-re történő transzfer reakcióját foszforil-támadással.
A most leírt enzim egy pirofoszforiláz: ez a név annak a ténynek köszönhető, hogy az éppen leírtakkal ellentétes reakció egy pirofoszforiláció.
A leírt módon kapott UDP glükóz képes meghosszabbítani egy monoszacharid egység glikogénláncát.
Lehetséges az UDP glükóz képződése felé történő reakció kialakulása olyan termék eltávolításával, amely pirofoszfát; a pirofoszfatáz enzim a pirofoszfátot két ortofoszfátmolekulává alakítja (anhidrid hidrolízise), és így a pirofoszfát koncentrációját olyan alacsony szinten tartja, hogy az UDP glükózképző folyamat termodinamikailag előnyös.
Mint már említettük, az UDP glükóz a glikogén szintáz hatásának köszönhetően képes meghosszabbítani a glikogénláncot.
A következmények (1:10 arányban) annak a ténynek köszönhetőek, hogy ha egy glikogénlánc 20-25 egységből áll, akkor egy elágazó enzim (amelynek katalitikus helyén hisztidin van), amely képes egy 7-es sorozat átadására. -8 glikozidegységek az 5-6 egységtől lefelé: új elágazás keletkezik.
Ideges eredetű okokból, vagy ha fizikai erőfeszítés miatt energia szükséges, az adrenalin kiválasztódik a mellékvesékből.
Az adrenalin (és a norepinefrin) célsejtjei a máj, az izmok és a zsírszövet (az utóbbiban a trigliceridek lebomlása és a zsírsavak keringése: a mitokondriumokban ezáltal a 6-os glükózt termeljük). -foszfát, amelyet a glikolízishez kell küldeni, míg az adipocitákban a glükóz 6-foszfát a glükóz 6-foszfát-foszfatáz enzim hatására és szövetekbe exportálódik.
Lássuk most az adrenalin hatásmódját. Az adrenalin a sejtmembránra (miociták és hepatociták) elhelyezett receptorhoz kötődik, és ez határozza meg a jel transzlációját kívülről a sejt belsejébe. A protein-kináz aktiválódik, amely egyidejűleg hat a glikogén szintézisét és lebomlását szabályozó rendszerekre:
A glikogén szintáz két formában létezik: egy defoszforilált forma (aktív) és egy foszforilált forma (inaktív); a protein kináz foszforilálja a glikogén szintázt és blokkolja annak hatását.
A glikogén-foszforiláz két formában létezhet: egy aktív formában, amelyben egy foszforilált szerin van jelen, és egy inaktív forma, amelyben a szerin defoszforilálódik. A glikogén-foszforilázt a glikogén-foszforiláz-kináz enzim aktiválhatja. Glikogén-foszforiláz-kináz aktív, ha foszforilált és inaktív, ha defoszforilálódik; a protein-kináz szubsztrátjaként a glikogén-foszforiláz-kináz, amely képes foszforilálni (és így aktiválni) azt, amely viszont aktiválja a glikogén-foszforilázt.
Amint az adrenalin jele véget ér, a sejten belüli hatásnak is véget kell érnie: a foszfatáz enzimek akkor lépnek fel a fehérjefajokra.
