Glikogen je makromolekula (molekulska masa približno 400 milijonov daltonov) α-glukoze, v kateri so predvsem α-1,4 glikozidne vezi in razvejanosti v razmerju 1:10 zaradi α-1,6 glikozidnih vezi.
Glikogen je rezervni material in se nenehno razgrajuje in rekonstituira; v celotni telesni celični masi je približno 100 g glikogena: večina je v jetrih, kjer je mobilna in se zato lahko uporablja kot rezerva za druge organe (glikogen v mišicah ni premičen).
Encimi, ki katalizirajo razgradnjo in sintezo glikogena, so vsi v citoplazmi, zato je potreben regulacijski sistem, ki onemogoči eno pot, ko je druga aktivna: če je na voljo glukoza, se slednja pretvori v glikogen (anabolizem), kar je rezerva, obratno, če je za glukozo potreben c ", se glikogen razgradi (katabolizem).
Encim, ki sodeluje predvsem pri razgradnji glikogena, je glikogen fosforilaza; ta encim lahko razcepi glikozidno α-1,4 vezo z uporabo anorganskega ortofosfata kot litičnega sredstva: do cepitve pride po fosforolitični poti in dobimo glukozo 1-fosfat.
Pri petih ali šestih enotah od točke razvejanja encim glikogen fosforilaza ne more več delovati, zato se loči od glikogena in ga nadomesti deramifikacijski encim, ki je transferaza: na katalitičnem mestu tega encima c "je" histidin, ki omogoča prenos treh enot saharidov v najbližjo glikozidno verigo (histidin napada prvi ogljik molekule glukoze). Pravkar omenjeni encim je glikoziltransferaza; na koncu delovanja tega encima ostane le ena enota glukoze na stranski verigi, pri čemer je prvi ogljik vezan na šesti ogljik glukoze v glavni verigi. Zadnja enota glukoze v stranski verigi se sprosti z delovanjem "encim α-1,6 glikozidaza (ta encim je drugi del deramifikacijskega encima); glede na to, da so veje v glikogenu v razmerju 1:10, iz popolne razgradnje makromolekule dobimo približno 90% glukoze 1-fosfata in približno 10% glukoza.
Delovanje zgoraj omenjenih encimov omogoča izločanje stranske verige iz molekule glikogena; aktivnost teh encimov lahko ponavljamo, dokler ne pride do popolne razgradnje verige.
Razmislimo o hepatocitih; glukoza (asimilirana s prehrano), ko vstopi v celico, se pretvori v glukozo 6-fosfat in se tako aktivira. Glukoza 6-fosfat, z delovanjem fosfoglukomutazose pretvori v glukozo-1-fosfat: slednji ni takojšen predhodnik biosinteze; pri biosintezi se uporablja aktivirana oblika sladkorjev, ki jo predstavlja sladkor, povezan z difosfatom: običajno uridildifosfat (UDP). Glukoza-1-fosfat je nato pretvori v UDP-glukozo, ta presnovek pod delovanjem glikogen sintazo ki lahko veže UDP-glukozo na nereducirajoč konec rastočega glikogena: dobimo podolgovat glikogen glukozidne enote in UDP.UDP se z nukleozidno difosfokinazno encimom pretvori v UTP, ki se vrne v obtok.
Do razgradnje glikogena pride zaradi delovanja glikogen fosforilaza ki sprosti molekulo glukoze in jo spremeni v glukozo 1-fosfat. Nato fosfoglukomutaza pretvori glukozo 1-fosfat v glukozo 6-fosfat.
Glikogen se sintetizira predvsem v jetrih in mišicah: v telesu je 1-1,2 hektogramov glikogena, razporejenih po mišični masi.
Glikogen v miocitu predstavlja rezervo energije samo za to celico, medtem ko je glikogen v jetrih tudi rezerva za druga tkiva, torej se lahko kot glukoza pošlje v druge celice.
Glukozni 6-fosfat, pridobljen v mišicah zaradi razgradnje glikogena, se nato v primeru potrebe po energiji pošlje v glikolizo; v jetrih se glukoza 6-fosfat pretvori v glukozo z delovanjem glukoza 6-fosfat fosfataza (značilen encim hepatocitov) in se prenaša v krvni obtok.
Glikogen sintaza in glikogen fosforilaza delujeta na nereducirajoče enote glikogena, zato mora obstajati hormonski signal, ki ukaže aktiviranje ene poti in blokiranje druge (ali obratno).
V laboratoriju je bilo mogoče podaljšati glikogensko verigo z izkoriščanjem glikogen fosforilaze in uporabo glukoze 1-fosfata v zelo visoki koncentraciji.
V celicah glikogen fosforilaza samo katalizira reakcijo razgradnje, ker so koncentracije presnovkov takšne, da premaknejo ravnovesje naslednje reakcije v desno (tj. Proti razgradnji glikogena):
Poglejmo mehanizem delovanja glikogen fosforilaze: acetalni kisik (ki deluje kot most med enotami glukoze) se veže na vodikov fosforil: reakcijski vmesni produkt nastane s karbokacijo (na glukozi, ki je vse " okončine), na katere se fosforil (Pi) zelo hitro veže.
Glikogen fosforilaza potrebuje kofaktor, ki je piridoksal fosfat (ta molekula je tudi kofaktor za transaminaze): ima delno protoniran fosforil (piridoksal fosfat je obdan s hidrofobnim okoljem, kar upravičuje prisotnost protonov, vezanih nanj). Fosforil (Pi) lahko prenese proton v glikogen, ker ta fosforil nato ponovno pridobi proton iz delno protoniranega fosforila piridoksal fosfata. Verjetnost, da pri fiziološkem pH fosforil izgubi proton in ostane popolnoma deprotoniran, je zelo majhna.
Zdaj pa poglejmo, kako deluje fosfoglukomutaza. Ta encim na katalitičnem mestu predstavlja ostanek fosforiliranega serina; serin daje fosforil v glukozo-1-fosfat (v položaju šest): glukoza 1,6-bisfosfat se tvori za kratek čas, nato pa se serin refosforilira, pri čemer fosforil v prvem položaju. Fosfogluko mutaza lahko deluje v obeh smereh, to je pretvorba glukoze 1-fosfata v glukozo 6-fosfat ali obratno; če nastane glukoza 6-fosfat, ga lahko pošljemo neposredno na glikolizo, v mišicah, ali pa ga pretvorimo v glukozo v jetrih.
Encim uridil fosfogluko transferaza (ali UDP glukozna pirofosforilaza) katalizira reakcijo prenosa glukoze 1-fosfata na UTP s pritrditvijo na fosforil a.
Pravkar opisani encim je pirofosforilaza: to ime je posledica dejstva, da je nasprotna reakcija na ravnokar opisano pirofosforilacija.
UDP glukoza, pridobljena, kot je opisano, lahko podaljša glikogensko verigo z enoto monosaharidov.
Možno je, da se reakcija razvije v smeri tvorbe UDP glukoze z odstranitvijo produkta, ki je pirofosfat; encim pirofosfataza pretvori pirofosfat v dve molekuli ortofosfata (hidroliza anhidrida) in pri tem vzdržuje koncentracijo pirofosfata tako nizko, da je postopek tvorbe UDP glukoze termodinamično ugoden.
Kot že omenjeno, lahko glukoza UDP zaradi delovanja glikogen sintaze podaljša glikogensko verigo.
Razvejanosti (v razmerju 1:10) so posledica dejstva, da ko glikogensko verigo sestavlja 20-25 enot, se vmeša razvejani encim (ki ima na svojem katalitičnem mestu "histidin), ki lahko prenese vrsto 7–8 glikozidnih enot dalje od 5-6 enot: tako nastane nova veja.
Zaradi živčnega izvora ali če je zaradi fizičnega napora potrebna energija, se adrenalin izloča iz nadledvičnih žlez.
Ciljne celice adrenalina (in noradrenalina) so celice jeter, mišic in maščobnega tkiva (pri slednjem pride do razgradnje trigliceridov in kroženja maščobnih kislin: posledično se glukoza proizvaja v mitohondrijskem 6 -fosfatu, ki je pošljemo na glikolizo, medtem ko se v adipocitih glukoza 6-fosfat z delovanjem encima glukoza 6-fosfat fosfataza pretvori v glukozo in izvozi v tkiva).
Poglejmo zdaj načine delovanja adrenalina. Adrenalin se veže na receptor, nameščen na celični membrani (miocitov in hepatocitov), kar določa prevod signala od zunaj navznoter v celico.Aktivira se proteinska kinaza, ki hkrati deluje na sisteme, ki uravnavajo sintezo in razgradnjo glikogena:
Glikogen sintaza obstaja v dveh oblikah: defosforilirana (aktivna) oblika in fosforilirana (neaktivna) oblika; protein kinaza fosforilira glikogen sintazo in blokira njeno delovanje.
Glikogen fosforilaza lahko obstaja v dveh oblikah: aktivna oblika, v kateri je prisoten fosforiliran serin, in neaktivna oblika, v kateri je serin defosforiliran. Glikogen fosforilazo lahko aktivira encim glikogen fosforilaza kinaza. Glikogen fosforilaza kinaza je aktivna, če je fosforilirana, in neaktivna, če je defosforilirana; proteinska kinaza ima za substrat glikogen fosforilaza kinazo, torej je sposobna fosforilirati (in zato aktivirati) slednjo, ki pa aktivira glikogen fosforilazo.
Ko je adrenalinskega signala konec, se mora končati tudi učinek, ki ga ima na celico: encimi fosfataze nato posežejo v vrsto beljakovin.
