Glikogen je makromolekula (molekulska masa približno 400 milijonov daltonov) α-glukoze, v kateri so predvsem α-1, 4 glikozidne vezi in veje v razmerju 1:10 zaradi α-1, 6 glikozidnih vezi.
Glikogen predstavlja rezervno snov in se stalno razgrajuje in rekonstituira; v celični masi telesa imamo 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 mobilen).
Encimi, ki katalizirajo razgradnjo in sintezo glikogena, so vsi v citoplazmi, zato je potreben regulacijski sistem, ki naredi eno pot neaktivno, ko je druga aktivna: če je glukoza na voljo, se slednja pretvori v glikogen (anabolizem), ki je rezerva, nasprotno, če je potrebna glukoza, se glikogen razgradi (katabolizem).
Encim, ki je v glavnem vključen v razgradnjo glikogena, je glikogen fosforilaza ; ta encim je sposoben razcepiti a-1, 4 glikozidno vez z uporabo, kot litično sredstvo, anorganskega ortofosfata: cepitev poteka preko fosforolitične in dobljene glukoze 1-fosfata.
Pri petih ali šestih enotah iz točke razvejenosti encim glikogen fosforilaza ne more več delovati, zato se loči od glikogena in se nadomesti z encimom za razcepljanje, ki je transferaza : v katalitskem mestu tega encima obstaja "histidin, ki omogoča prenos treh saharidnih enot v najbližjo glikozidno verigo (histidin napade prvi ogljik molekule glukoze). Pravkar omenjeni encim je glikoziltransferaza ; na koncu delovanja tega encima ostane samo ena enota glukoze na stranski verigi, pri čemer je prvi ogljik vezan na šesti ogljik glukoze v glavni verigi. Zadnja glukozna enota stranske verige se sprosti z delovanjem encima a-1, 6-glikozidaze (ta encim je drugi del encima debranching); glede na to, da so veje v glikogenu v razmerju 1:10, od popolne razgradnje makromolekule dobimo približno 90% glukoze 1-fosfata in približno 10% glukoze.
Delovanje zgoraj omenjenih encimov omogoča izločanje stranske verige iz molekule glikogena; aktivnost teh encimov se lahko ponovi, dokler ni celotna razgradnja verige.
Poglejmo hepatocit; glukoze (izenačene s prehrano), ko vstopi v celico, se pretvori v glukozo 6-fosfat in se tako aktivira. Glukoza 6-fosfat se z delovanjem fosfoglukomutaze pretvori v glukozni 1-fosfat: slednji je neposreden predhodnik biosinteze; pri biosintezi se uporablja aktivirana oblika sladkorjev, ki jo predstavlja sladkor, vezan na difosfat: ponavadi uridildifosfat (UDP). Glukoza 1-fosfat se nato pretvori v UDP-glukozo; ta metabolit je pod vplivom glikogen sintaze, ki lahko veže UDP-glukozo na nereducirajoč konec rastočega glikogena: podaljšani glikogen se dobi iz glukozidne enote in UDP. UDP se encim nukleozidedifosfokinaz pretvori v UTP, ki se vrne v obtok.
Razgradnja glikogena se pojavi zaradi delovanja glikogen fosforilaze, ki sprosti molekulo glukoze in jo pretvori 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 g glikogena, porazdeljenega po mišični masi.
Glikogen miocita predstavlja rezervo energije samo za to celico, medtem ko je glikogen v jetrih tudi rezerva za druga tkiva, kar pomeni, da se lahko pošlje kot glukoza v druge celice.
Nato se glukoza-6-fosfat, pridobljen v mišicah iz razgradnje glikogena, v primeru energetskih zahtev pošlje glikolizi; V jetrih se glukoza 6-fosfat pretvori v glukozo z delovanjem glukoze 6-fosfat fosfataze (encima, značilnega za hepatocite) in se prenese v cirkulacijski tok.
Oba glikogen sintaza in glikogen fosforilaza delujeta na nereducirajočih enotah glikogena, zato mora obstajati hormonski signal, ki ukaže aktivacijo ene poti in blokiranje drugega (ali obratno).
V laboratoriju je bilo mogoče podaljšati glikogensko verigo, izkoristiti glikogen fosforilazo in uporabiti glukozo 1-fosfat v zelo visoki koncentraciji.
V celicah glikogen fosforilaza katalizira samo reakcijo razgradnje, ker so koncentracije metabolitov takšne, da premaknejo ravnovesje naslednje reakcije v desno (tj. Proti razgradnji glikogena):
Poglejmo mehanizem delovanja glikogen fosforilaze: acetalen kisik (ki deluje kot most med glukoznimi enotami) se veže na fosforil vodik: reakcijski intermediat nastane s karbokationom (na glukozi, ki je na katero se fosforil (Pi) zelo hitro veže.
Glikogen fosforilaza zahteva kofaktor, ki je piridoksal fosfat (ta molekula je tudi kofaktor za transaminaze): ima fosforil, protoniran samo delno (piridoksal fosfat je obdan z hidrofobnim okoljem, ki opravičuje prisotnost protonov, ki so vezani nanj) . Fosforil (Pi) je sposoben dati proton glikogenu, ker se takrat fosforil ponovno pridobi, proton iz delno protoniranega fosforila piridoksal fosfata. Verjetnost, da fosforil pri fiziološkem pH izgubi proton in ostane popolnoma deprotoniran, je zelo nizka.
Zdaj pa poglejmo, kako deluje fosfoglukomutaza. Ta encim ima fosforiliran serinski ostanek v katalitskem mestu; serin prinaša fosforil v glukozo 1-fosfat (v položaju šest): glukoza 1, 6-bisfosfat nastane za kratek čas, nato pa se serin refosforira z jemanjem fosforila v položaj 1. Fosfoglukusna mutaza lahko deluje v obeh smereh, t.j. pretvori glukozo 1-fosfat v glukozo 6-fosfat ali obratno; če nastane glukoza 6-fosfat, se lahko neposredno pošlje glikolizi, mišicam ali pretvori v glukozo v jetrih.
Encim uridyl phosphoglucus transferaza (ali UDP glukoza pirofosforilaza) katalizira prenosno reakcijo glukoze 1-fosfata na UTP s fosforilnim napadom a.
Opisani encim je pirofosforilaza: to ime je posledica dejstva, da je nasprotna reakcija na tisto, kar smo pravkar opisali, pirofosforilacija.
UDP glukoza, dobljena, kot je opisano, lahko podaljša glikogensko verigo monosaharidne enote.
Reakcijo je mogoče razviti proti tvorbi UDP glukoze z odstranitvijo produkta, ki je pirofosfat; encim pirofosfataza pretvarja pirofosfat v dve ortofosfatni molekuli (hidroliza anhidrida) in s tem ohranja koncentracijo pirofosfata tako nizko, da je proces tvorbe UDP glukoze ugodnejši termodinamično.
Kot že omenjeno, UDP glukoza, zahvaljujoč delovanju glikogen sintaze, lahko podaljša glikogensko verigo.
Posledice (v razmerju 1:10) so posledica dejstva, da kadar je glikogenska veriga sestavljena iz 20-25 enot, se vmeša razvejani encim (ki ima na svojem katalitskem mestu histidin), ki lahko prenese vrsto 7 -8 glikozidnih enot, ki se nadaljujejo v smeri toka od 5-6 enot: tako se ustvari nova veja.
Zaradi živčnega izvora ali če je zaradi fizičnega napora potrebna energija, se adrenalin izloča iz nadledvičnih žlez.
Ciljne celice adrenalina (in norepinefrina) so jetra, mišice in maščobno tkivo (v slednjem pride do razgradnje trigliceridov in kroženja maščobnih kislin: v mitohondrijih se zato proizvaja glukoza 6). fosfat, ki ga je treba poslati na glikolizo, medtem ko se v adipocitih glukoza 6-fosfat pretvori v glukozo z delovanjem encima glukoza 6-fosfat fosfataze in izvozi v tkiva).
Poglejmo zdaj, način delovanja adrenalina. Adrenalin se veže na receptor, ki je nameščen na celični membrani (miocitov in hepatocitov), kar določa prevajanje signala od zunaj v celico. Aktivira se protein-kinaza, ki deluje hkrati na sisteme, ki uravnavajo sintezo in razgradnjo glikogena:
Glikogen sintaza obstaja v dveh oblikah: defosforilirani obliki (aktivni) in fosforilirani obliki (neaktivni); 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 . Kinaza glikogen fosforilaze je aktivna, če je fosforilirana in neaktivna, če je fosforilirana; protein-kinaza ima kot substrat kinazo glikogen fosforilaze, t.j. lahko fosforilira (in zato aktivira) slednjo, ki pa aktivira glikogen fosforilazo.
Ko je adrenalinski signal končan, se mora tudi končni učinek, ki ga ima v celici: fosfatazni encimi intervenirajo na vrsti beljakovin.
