Glykogen är en makromolekyl (molekylvikt på ca 400 miljoner dalton) av a-glukos, där det i huvudsak finns a-1, 4 glykosidbindningar och grenar i ett förhållande av 1:10 på grund av a-1, 6 glykosidbindningar.
Glykogen utgör reservmaterial och nedbryts kontinuerligt och rekonstitueras; I all kroppscellmassa har vi ca 100 g glykogen: det mesta är i levern där det är mobilt och kan därför användas som en reserv för de andra organen (glykogen i musklerna är inte mobil).
De enzymer som katalyserar nedbrytningen och syntesen av glykogen är alla i cytoplasman, därför behövs ett regleringssystem som gör en rutt inaktiv när den andra är aktiv: om glukos är tillgänglig omvandlas den senare till glykogen (anabolism) som är en reserv, omvänd, om glukos krävs, då glykogen försämras (katabolism).
Det enzym som huvudsakligen är involverat i nedbrytningen av glykogen är glykogenfosforylas ; detta enzym kan klyva en a-1, 4 glykosidbindning med användning av som ett lytiskt medel ett oorganiskt ortofosfat: klyvningen sker via fosforolytisk och glukos-1-fosfat erhålles.
Vid fem eller sex enheter från en förgreningspunkt kan enzymet glykogenfosforylas inte längre kunna agera, därför kommer det att lossna från glykogen och ersätts av ett förgreningsenzym som är ett transferas : i det enzymets katalytiska säte finns en "histidin som tillåter överföring av tre sackaridiska enheter till närmaste glykosidkedja (histidin attackerar det första kolet i en glukosmolekyl). Det enzym som just nämnts är glykosyltransferas ; vid slutet av verkan av detta enzym kvarstår endast en glukosenhet på sidokedjan med det första kolet bunden till det sjätte kolet av en glukos i huvudkedjan. Sidokedjans sista glukosenhet frigörs genom verkan av a-1, 6 glykosidasenzymet (detta enzym är den andra delen av avbrancheringsenzymet); med tanke på att grenarna i glykogen ligger i ett förhållande av 1:10, från den fullständiga nedbrytningen av makromolekylen erhåller vi ca 90% glukos 1-fosfat och ca 10% glukos.
Verkan av de ovannämnda enzymerna möjliggör eliminering av en sidokedja från glykogenmolekylen; aktiviteten av dessa enzymer kan upprepas tills det finns fullständig nedbrytning av kedjan.
Låt oss överväga en hepatocyt; glukos (assimileras genom kosten), när den kommer in i cellen omvandlas den till glukos 6-fosfat och aktiveras sålunda. Glukos 6-fosfat, genom verkan av fosfoglukomutas, transformeras till glukos-1-fosfat: den senare är en icke-omedelbar föregångare av biosyntes; I biosyntes används en aktiverad form av sockerarter, som representeras av socker bundet till ett difosfat: vanligtvis uridyldiposfat (UDP). Glukos-1-fosfat omvandlas sedan till UDP-glukos; denna metabolit är under verkan av glykogensyntas som kan binda UDP-glukos till en icke-reducerande ände av den växande glykogenen: långsträckt glykogen erhålls från en glukosidisk enhet och UDP. UDP omvandlas av enzymet nukleosid-fosfokinas till UTP som återgår till cirkulationen.
Nedbrytning av glykogen sker genom verkan av glykogenfosforylas som frisätter en glukosmolekyl och omvandlar den till glukos 1-fosfat. Därefter omvandlar fosfoglukomutas glukos 1-fosfat till glukos 6-fosfat.
Glykogen syntetiseras framförallt i levern och i musklerna: I kroppen finns 1-1, 2 gram glykogen fördelat över hela muskelmassan.
Glycogen i en myocyt representerar en energibesparing endast för den cellen medan glykogen som finns i levern också är en reserv för de andra vävnaderna, det vill säga att den kan skickas som glukos till andra celler.
Glukos-6-fosfatet som erhållits i musklerna från nedbrytningen av glykogen skickas sedan i fallet med energibehov till glykolys; I levern omvandlas glukos 6-fosfat till glukos genom inverkan av glukos 6-fosfatfosfatas (ett enzym karakteristiskt för hepatocyter) och transporteras in i cirkulationsströmmen.
Både glykogensyntas och glykogenfosforylas arbetar på de icke-reducerande enheterna av glykogen, så det måste finnas en hormonell signal som kommandon aktiveringen av en väg och blockeringen av den andra (eller vice versa).
I laboratoriet var det möjligt att förlänga glykogenkedjan, utnyttja glykogenfosforylas och använda glukos 1-fosfat i mycket hög koncentration.
I celler katalyserar glykogenfosforylas endast nedbrytningsreaktionen, eftersom koncentrationerna av metaboliterna är sådana att man flyttar balansen i följande reaktion till höger (dvs mot nedbrytning av glykogen):
Låt oss se på verkningsmekanismen för glykogenfosforylas: acetalsyra (som fungerar som en bro mellan glukosenheter) binder till fosforylväte: en reaktionsmellan bildas av en karbokokation (på glukos som är extremitet) till vilken fosforylen (Pi) binder mycket snabbt.
Glykogenfosforylas kräver en kofaktor som är pyridoxalfosfat (denna molekyl är också en kofaktor för transaminaser): den har endast en del fosforylprotein (pyridoxalfosfat omges av en hydrofob miljö som motiverar närvaron av protoner bundna till det) . Fosforyl (Pi) kan ge en proton till glykogen eftersom sådan fosforyl återvinner sedan protonen från den partiellt protonerade fosforylen av pyridoxalfosfatet. Sannolikheten att vid fysiologiskt pH, fosforylen förlorar protonen och rester är helt deprotonerade är mycket låg.
Låt oss nu se hur fosfoglukomutas fungerar. Detta enzym har en fosforylerad serinrest i katalytisk plats; serin ger fosforyl till glukos 1-fosfat (i position sex): glukos 1, 6-bisfosfat bildas under en kort tid, sedan serin refosforyleras genom att ta fosforyl i position ett. Fosfoglukusmutas kan fungera i båda riktningarna, dvs omvandla glukos 1-fosfat till glukos 6-fosfat eller vice versa; om glukos 6-fosfat produceras kan det direkt sändas till glykolys, in i musklerna eller omvandlas till glukos i levern.
Enzymuridylfosfoglucustransferaset (eller UDP-glukospyrofosforylas) katalyserar överföringsreaktionen av glukos 1-fosfat till UTP genom fosforylattack a.
Det enzym som just beskrivits är ett pyrofosforylas: detta namn beror på det faktum att den motsatta reaktionen mot det just beskrivna är en pyrofosforylering.
UDP-glukos, erhållen som beskrivet, kan förlänga glykogenkedjan hos en monosackaridenhet.
Det är möjligt att utveckla reaktionen mot bildandet av UDP-glukos genom att eliminera en produkt som är pyrofosfat; enzymet pyrofosfatas omvandlar pyrofosfat till två ortofosfatmolekyler (hydrolys av en anhydrid) och därigenom håller koncentrationen av pyrofosfat så lågt att UDP-glukosbildningsförfarandet gynnas termodynamiskt.
Som nämnts kan UDP-glukos, tack vare verkan av glykogensyntas, förlänga glykogenkedjan.
Förgreningarna (i ett förhållande av 1:10) beror på det faktum att när en glykogenkedja består av 20-25 enheter ingriper ett förgreningsenzym (med en histidin på dess katalytiska plats) i stånd att överföra en serie av 7 -8 glykosidiska enheter längre nedströms 5-6 enheter: en ny förgrening alstras sålunda.
Av anledningen till nervärt ursprung eller om energi behövs på grund av fysisk ansträngning utsöndras adrenalin från binjurarna.
Adrenalinens målceller (och norepinefrin) är de i levern, muskler och fettvävnad (i det senare fallet är nedbrytningen av triglycerider och cirkulationen av fettsyror: i mitokondrier produceras därför glukos 6 fosfat, som skall sändas till glykolys, medan i adipocyter, glukos 6-fosfat transformeras till glukos genom inverkan av enzymet glukos 6-fosfatfosfatas och exporteras till vävnader).
Låt oss se nu verkningsmekanismen för adrenalin. Adrenalin går att binda till en receptor placerad på cellmembranet (av myocyter och hepatocyter) och detta bestämmer översättningen av signalen från utsidan till inuti cellen. Proteinkinaset aktiveras vilket verkar samtidigt på systemen som reglerar syntesen och nedbrytningen av glykogen:
Glykogensyntas finns i två former: en defosforylerad form (aktiv) och en fosforylerad form (inaktiv); proteinkinas fosforylerar glykogensyntas och blockerar dess verkan.
Glykogenfosforylas kan existera i två former: en aktiv form i vilken en fosforylerad serin är närvarande och en inaktiv form i vilken serinen är fosforylerad. Glykogen fosforylas kan aktiveras av enzymet glykogen fosforylas kinas . Glykogenfosforylaskinas är aktiv om den fosforyleras och inaktiv om den är fosforylerad; proteinkinaset har som substrat glykogenfosforylaskinaset, dvs det kan fosforylera (och därför aktivera) det senare som i sin tur aktiverar glykogenfosforylas.
När adrenalinsignalen är över, måste effekten i cellen också sluta: fosfatas enzymer ingriper då på proteinarten.
