Glikogen je makromolekula (molekulske mase oko 400 milijuna daltona) α-glukoze u kojoj su uglavnom α-1, 4 glikozidne veze i grane u omjeru 1:10, zbog a-1, 6 glikozidnih veza.
Glikogen predstavlja rezervnu tvar i kontinuirano se razgrađuje i rekonstituira; u svim masama tjelesnih stanica imamo oko 100 g glikogena: većina je u jetri gdje je pokretna i stoga se može koristiti kao rezerva za druge organe (glikogen u mišićima nije pokretan).
Enzimi koji kataliziraju razgradnju i sintezu glikogena, svi su u citoplazmi, stoga je potreban sustav regulacije koji čini jedan put neaktivnim kada je drugi aktivan: ako je glukoza dostupna, ona se pretvara u glikogen (anabolizam) koji je rezerva, obrnuto, ako je potrebna glukoza, glikogen se razgrađuje (katabolizam).
Enzim koji je uglavnom uključen u razgradnju glikogena je glikogen fosforilaza ; ovaj enzim je sposoban cijepati a-1, 4 glikozidnu vezu upotrebom, kao litičkog sredstva, anorganskog ortofosfata: cijepanje se odvija preko fosforolitičkog i dobije se glukoza 1-fosfat.
Kod pet ili šest jedinica od točke grananja, enzim glikogen fosforilaza više nije u stanju djelovati, stoga se odvaja od glikogena i zamjenjuje ga enzim za iscrpljivanje koji je transferaza : u katalitičkom mjestu ovog enzima postoji 'histidin koji omogućuje prijenos tri saharidne jedinice u najbliži glikozidni lanac (histidin napada prvi ugljik molekula glukoze). Upravo spomenuti enzim je glikoziltransferaza ; na kraju djelovanja ovog enzima, samo jedna jedinica glukoze ostaje u bočnom lancu s prvim ugljikom vezanim za šesti ugljik glukoze u glavnom lancu. Posljednja jedinica glukoze bočnog lanca oslobađa se djelovanjem enzima a-1, 6-glikozidaze (ovaj enzim je drugi dio enzima debranchinga); s obzirom da su grane u glikogenu u omjeru 1:10, od potpune razgradnje makromolekule dobivamo oko 90% glukoze 1-fosfata i oko 10% glukoze.
Djelovanje gore spomenutih enzima omogućuje eliminaciju bočnog lanca iz molekule glikogena; aktivnost tih enzima može se ponavljati sve dok ne dođe do potpune degradacije lanca.
Razmotrimo hepatocite; glukoza (asimilirana kroz prehranu), kada uđe u stanicu pretvara se u glukozu 6-fosfat i tako se aktivira. Glukoza 6-fosfat, djelovanjem fosfoglukomutaze, pretvara se u glukozni 1-fosfat: ovaj posljednji je neposredni prekursor biosinteze; u biosintezi se koristi aktivirani oblik šećera, koji je predstavljen šećerom vezanim za difosfat: obično uridildisfosfat (UDP). Glukoza 1-fosfat se zatim pretvara u UDP-glukozu; ovaj metabolit je pod djelovanjem glikogenske sintaze koja je sposobna vezati UDP-glukozu za ne-reducirajući kraj rastućeg glikogena: izduženi glikogen se dobiva iz glukozidne jedinice i UDP-a. UDP se enzimom nukleozidedifosfokinazom pretvara u UTP koji se vraća u cirkulaciju.
Degradacija glikogena nastaje djelovanjem glikogen fosforilaze koja oslobađa molekulu glukoze i pretvara je u glukozu 1-fosfat. Nakon toga, fosfoglukomutaza pretvara glukozu 1-fosfat u glukozu 6-fosfat.
Glikogen se sintetizira, prije svega, u jetri i mišićima: u tijelu se nalazi 1-1, 2 grama glikogena raspodijeljenog po mišićnoj masi.
Glikogen miocita predstavlja rezervu energije samo za tu ćeliju, dok je glikogen koji se nalazi u jetri također rezerva za druga tkiva, tj. Može se poslati kao glukoza u druge stanice.
Zatim se glukoza 6-fosfat dobiven u mišićima od razgradnje glikogena šalje, u slučaju energetskih potreba, glikolizi; u jetri, glukoza 6-fosfat se pretvara u glukozu djelovanjem glukoza 6-fosfat fosfataze (enzim karakterističan za hepatocite) i prenosi se u cirkulacijski tok.
I glikogen sintaza i glikogen fosforilaza djeluju na jedinice koje ne reduciraju glikogen, tako da mora postojati hormonski signal koji upravlja aktivacijom jednog puta i blokiranjem drugog (ili obrnuto).
U laboratoriju je moguće produljiti lanac glikogena, iskorištavajući glikogen fosforilazu i primjenjujući glukozu 1-fosfat u vrlo visokoj koncentraciji.
U stanicama, glikogen fosforilaza katalizira samo reakciju razgradnje jer su koncentracije metabolita takve da pomiču ravnotežu sljedeće reakcije u desno (tj. Prema degradaciji glikogena):
Pogledajmo mehanizam djelovanja glikogen fosforilaze: acetalni kisik (koji djeluje kao most između jedinica glukoze) veže se za fosforil vodik: reakcijski intermedijer se formira karbokationom (na glukozi koja je na koje se fosforil (Pi) vrlo brzo veže.
Glikogen fosforilaza zahtijeva kofaktor koji je piridoksal fosfat (ova molekula je također kofaktor za transaminaze): ima fosforil koji je protoniran samo djelomično (piridoksal fosfat je okružen hidrofobnim okolišem koji opravdava prisutnost protona vezanih na njega), Fosforil (Pi) može dati proton glikogenu zato što se takva fosforil vraća tada, proton iz djelomično protoniranog fosforila piridoksal fosfata. Vrlo je mala vjerojatnost da fosforil pri fiziološkom pH izgubi proton i ostane potpuno deprotoniran.
Sada ćemo vidjeti kako djeluje fosfoglukomutaza. Ovaj enzim ima fosforilirani serinski ostatak u katalitičkom mjestu; serin daje fosforil u glukozu 1-fosfat (u položaju šest): glukoza 1, 6-bisfosfat nastaje kratko vrijeme, a zatim se serin refosforira uzimanjem fosforila u položaj jedan. Mutaza fosfogluka može djelovati u oba smjera, tj. Pretvoriti glukozu 1-fosfat u glukozu 6-fosfat ili obrnuto; ako se proizvodi 6-fosfat glukoze, on se može izravno poslati na glikolizu, u mišiće, ili se transformira u glukozu u jetri.
Enzim uridyl phosphoglucus transferase (ili UDP glukoza pirofosforilaza) katalizira prijenosnu reakciju glukoze 1-fosfata na UTP fosforilnim napadom a.
Upravo opisani enzim je pirofosforilaza: ovo ime je zbog činjenice da je suprotna reakcija na upravo opisanu pirofosforilaciju.
UDP glukoza, dobivena kako je opisano, može produljiti lanac glikogena monosaharidne jedinice.
Moguće je razviti reakciju prema stvaranju UDP glukoze uklanjanjem produkta koji je pirofosfat; enzim pirofosfataza pretvara pirofosfat u dvije ortofosfatne molekule (hidroliza anhidrida) i na taj način održava koncentraciju pirofosfata tako niskom da se proces tvorbe UDP glukoze favorizira termodinamički.
Kao što je spomenuto, UDP glukoza, zahvaljujući djelovanju glikogen sintaze, može produljiti lanac glikogena.
Posljedice (u omjeru 1:10) posljedica su činjenice da, kada se glikogenski lanac sastoji od 20-25 jedinica, dolazi do grananja enzima (koji ima histidin na katalitičkom mjestu), sposoban za prijenos niza 7 -8 glikozidnih jedinica dalje nizvodno od 5-6 jedinica: tako se stvara nova grananja.
Zbog nervoznog podrijetla ili ako je potrebna energija zbog fizičkog napora, adrenalin se luči iz nadbubrežnih žlijezda.
Ciljne stanice adrenalina (i norepinefrina) su stanice jetre, mišića i masnog tkiva (u potonjem je razgradnja triglicerida i cirkulacija masnih kiselina: u mitohondrijima se stoga proizvodi glukoza 6 fosfat, koji se šalje na glikolizu, dok se u adipocitima glukoza 6-fosfat pretvara u glukozu djelovanjem enzima glukoza 6-fosfat fosfataze i izvozi u tkiva).
Pogledajmo sada, način djelovanja adrenalina. Adrenalin se veže na receptor koji se nalazi na staničnoj membrani (miocita i hepatocita) i to određuje prijevod signala izvana u stanicu. Aktivira se protein-kinaza koja djeluje istovremeno na sustave koji reguliraju sintezu i razgradnju glikogena:
Glikogenska sintaza postoji u dva oblika: defosforiliranom obliku (aktivnom) i fosforiliranom obliku (neaktivnom); protein-kinaza fosforilira sintazu glikogena i blokira njegovo djelovanje.
Glikogen fosforilaza može postojati u dva oblika: aktivni oblik u kojem je prisutan fosforilirani serin i neaktivni oblik u kojem je serin defosforiliran. Glikogen fosforilaza može se aktivirati kinazom enzima glikogen fosforilaze . Kinaza glikogen fosforilaze je aktivna ako je fosforilirana i neaktivna ako je defosforilirana; protein kinaza ima kao supstrat kinazu glikogen fosforilaze, tj. može fosforilirati (i stoga aktivirati) potonju koja, zauzvrat, aktivira glikogen fosforilazu.
Nakon što se signal adrenalina završi, učinak koji ima u stanici mora također završiti: enzimi fosfataze interveniraju, dakle, na proteinskim vrstama.
