Glykogen je makromolekula (molekulová hmotnost asi 400 milionů daltonů) α-glukózy, ve které se vyskytují převážně a-1, 4 glykosidické vazby a větve v poměru 1:10, v důsledku glykosidických vazeb α-1, 6.
Glykogen představuje rezervní materiál a je kontinuálně degradován a rekonstituován; ve všech tělesných buňkách, máme asi 100 g glykogenu: většina z nich je v játrech, kde je mobilní, a proto může být použita jako rezerva pro ostatní orgány (glykogen ve svalech není mobilní).
Enzymy, které katalyzují degradaci a syntézu glykogenu, jsou všechny v cytoplazmě, proto je nutný regulační systém, který způsobí, že jedna cesta je neaktivní, když je aktivní druhá: pokud je k dispozici glukóza, tato je přeměněna na glykogen (anabolismus), který je rezervou, naopak, pokud je požadována glukóza, pak je glykogen degradován (katabolismus).
Enzym, který se podílí především na degradaci glykogenu, je glykogen fosforyláza ; tento enzym je schopen štěpit a-1, 4 glykosidickou vazbu za použití anorganického ortofosforečnanu jako lytického činidla: štěpení probíhá fosforolytickým a glukózovým 1-fosfátem.
U pěti nebo šesti jednotek z místa rozvětvení enzym glykogen fosforyláza již není schopen působit, proto se odděluje od glykogenu a je nahrazen enzymem, který je transferázou : v katalytickém místě tohoto enzymu existuje 'histidin, který umožňuje přenos tří sacharidových jednotek na nejbližší glykosidický řetězec (histidin napadá první uhlík molekuly glukózy). Právě zmíněný enzym je glykosyltransferáza ; na konci působení tohoto enzymu zůstává na postranním řetězci pouze jedna glukózová jednotka s prvním uhlíkem navázaným na šestý uhlík glukózy v hlavním řetězci. Poslední glukózová jednotka postranního řetězce je uvolněna působením enzymu a-1, 6 glykosidázy (tento enzym je druhou částí enzymu s odštěpením); vzhledem k tomu, že větve v glykogenu jsou v poměru 1:10, od úplné degradace makromolekuly získáme asi 90% glukóza-1-fosfátu a asi 10% glukózy.
Působení výše uvedených enzymů umožňuje eliminaci postranního řetězce z molekuly glykogenu; aktivita těchto enzymů může být opakována, dokud nedojde k úplné degradaci řetězce.
Uvažujme o hepatocytu; glukóza (asimilovaná dietou), když vstupuje do buňky, je přeměněna na glukózový 6-fosfát a je tedy aktivována. 6-fosfát glukózy, působením fosfoglukomutázy, se transformuje na glukózový 1-fosfát: tento je ne-bezprostředním prekurzorem biosyntézy; v biosyntéze se používá aktivovaná forma cukrů, kterou představuje cukr vázaný na difosfát: obvykle uridyldiposfát (UDP). Glukóza-1-fosfát se pak převede na UDP-glukózu; tento metabolit je pod účinkem glykogen syntázy, která je schopná vázat UDP-glukózu na neredukující konec rostoucího glykogenu: prodloužený glykogen je získán z glukosidické jednotky a UDP. UDP je přeměněn enzymem nukleosidedifosphokinase na UTP, který se vrací do oběhu.
K degradaci glykogenu dochází působením glykogen fosforylázy, která uvolňuje molekulu glukózy a transformuje ji na glukózový 1-fosfát. Následně fosfoglukomutáza převádí glukózový 1-fosfát na glukózový 6-fosfát.
Glykogen je syntetizován především v játrech a ve svalech: v těle se nachází 1-1, 2 g glykogenu distribuovaného ve svalové hmotě.
Glykogen myocytu představuje rezervu energie pouze pro tuto buňku, zatímco glykogen obsažený v játrech je také rezervou pro ostatní tkáně, to znamená, že může být poslán jako glukóza do jiných buněk.
Glukózový 6-fosfát získaný ve svalech z degradace glykogenu je pak poslán v případě energetických požadavků do glykolýzy; v játrech se glukóza-6-fosfát přemění na glukózu působením glukózové 6-fosfátové fosfatázy (enzymová charakteristika hepatocytů) a dopravuje se do oběhového proudu.
Jak glykogen syntáza, tak glykogen fosforyláza fungují na neredukujících jednotkách glykogenu, takže musí existovat hormonální signál, který řídí aktivaci jedné cesty a blokování druhého (nebo naopak).
V laboratoři bylo možné prodloužit glykogenový řetězec, využít glykogen fosforylázu a použít glukózový 1-fosfát ve velmi vysoké koncentraci.
V buňkách, glykogen fosforyláza pouze katalyzuje degradační reakci, protože koncentrace metabolitů jsou takové, že posunují rovnováhu následující reakce doprava (tj. Směrem k degradaci glykogenu):
Podívejme se na mechanismus působení glykogen fosforylázy: kyslík acetylový (který působí jako můstek mezi jednotkami glukózy) se váže na fosforyl vodíku: reakční meziprodukt je tvořen karbokací (na glukóze, která je končetiny), ke kterému se fosforyl (Pi) váže velmi rychle.
Glykogen fosforyláza vyžaduje kofaktor, který je pyridoxal fosfát (tato molekula je také kofaktorem pro transaminázy): má fosforyl protonovaný pouze částečně (pyridoxal fosfát je obklopen hydrofobním prostředím, které odůvodňuje přítomnost protonů vázaných na něj), Fosforyl (Pi) je schopen poskytnout proton glykogenu, protože tyto fosforyly pak získávají proton z částečně protonovaného fosforu pyridoxal fosfátu. Pravděpodobnost, že při fyziologickém pH fosfory ztrácí proton a zůstává zcela deprotonovaná, je velmi nízká.
Nyní se podívejme, jak funguje fosfoglukomutáza. Tento enzym má fosforylovaný serinový zbytek v katalytickém místě; serin poskytuje fosforyl na 1-fosfát glukózy (v poloze šest): glukóza 1, 6-bisfosfát je tvořen na krátkou dobu, pak je serin fosforylován tím, že se fosforyl v poloze jedna. Fosfoglucus mutáza může pracovat v obou směrech, tj. Převést glukózový 1-fosfát na glukózový 6-fosfát nebo naopak; jestliže je produkován glukózový 6-fosfát, může být přímo odeslán na glykolýzu, do svalů nebo transformován na glukózu v játrech.
Enzym uridylfosfoglukus transferáza (nebo UDP glukóza pyrofosforyláza) katalyzuje přenos reakce glukózového 1-fosfátu na UTP fosforylovým útokem a.
Právě popsaný enzym je pyrofosforyláza: tento název je způsoben skutečností, že opačná reakce, která byla právě popsána, je pyrofosforylace.
UDP glukóza, získaná jak je popsáno, je schopna prodloužit glykogenový řetězec monosacharidové jednotky.
Je možné vyvíjet reakci směrem k tvorbě UDP glukózy eliminací produktu, který je pyrofosfátem; enzym pyrofosfatáza přeměňuje pyrofosfát na dvě molekuly ortofosfátu (hydrolýza anhydridu) a udržuje tak koncentraci pyrofosfátu tak nízkou, že proces tvorby glukózy UDP je termodynamicky zvýhodněn.
Jak bylo zmíněno, UDP glukóza je díky působení glykogen syntázy schopna prodloužit glykogenový řetězec.
Důsledky (v poměru 1:10) jsou dány skutečností, že když glykogenový řetězec sestává z 20-25 jednotek, zasahuje větvící enzym (mající histidin na svém katalytickém místě), schopný přenosu řady 7 -8 glykosidických jednotek dále za 5-6 jednotkami: vzniká tak nové větvení.
Z důvodů nervového původu nebo v případě potřeby energie v důsledku fyzického úsilí je adrenalin vylučován z nadledvinek.
Cílové buňky adrenalinu (a norepinefrinu) jsou buňky jater, svalů a tukové tkáně (v posledně uvedené je degradace triglyceridů a cirkulace mastných kyselin: v mitochondriích je tedy produkována glukóza 6). -fosfát, který má být odeslán na glykolýzu, zatímco v adipocytech je glukóza 6-fosfát přeměněn na glukózu působením enzymu glukóza-6-fosfát fosfatázy a exportován do tkání).
Podívejme se nyní na způsob působení adrenalinu. Adrenalin se váže na receptor umístěný na buněčné membráně (myocytů a hepatocytů), což určuje translaci signálu z vnějšku dovnitř buňky. Aktivuje se protein kináza, která působí současně na systémech, které regulují syntézu a degradaci glykogenu:
Glykogen syntáza existuje ve dvou formách: defosforylovaná forma (aktivní) a fosforylovaná forma (neaktivní); protein kináza fosforyluje glykogen syntázu a blokuje její působení.
Glykogen fosforyláza může existovat ve dvou formách: v aktivní formě, ve které je přítomen fosforylovaný serin, a ve formě neaktivní formy, ve které je serin defosforylován. Glykogen fosforyláza může být aktivována enzymem glykogen fosforylázovou kinázou . Glykogenfosforylázová kináza je aktivní, pokud je fosforylována a neaktivní, pokud je defosforylovaná; protein kináza má jako substrát kinázu glykogen fosforylázy, tj. je schopna fosforylovat (a tedy aktivovat) posledně uvedenou, která zase aktivuje glykogen fosforylázu.
Jakmile je adrenalinový signál ukončen, účinek, který má v buňce, musí také skončit: fosfatázové enzymy zasáhnou, pak na proteinové druhy.
