Glykogen er en makromolekyl (molekylvekt på ca. 400 millioner dalton) av a-glukose, hvor det hovedsakelig er a-1, 4 glykosidbindinger og grener i et forhold på 1:10 på grunn av a-1, 6 glykosidbindinger.
Glykogenet utgjør reservemateriale og nedbrytes kontinuerlig og rekonstitueres; i hele kroppscellemassen har vi ca 100 g glykogen: det meste er i leveren hvor det er mobil og kan derfor brukes som reserve for de andre organene (glykogen i musklene er ikke mobil).
De enzymer som katalyserer nedbrytning og syntese av glykogen, er alle i cytoplasma, derfor er det nødvendig med et reguleringssystem som gjør en rute inaktiv når den andre er aktiv: hvis glukose er tilgjengelig, blir sistnevnte omdannet til glykogen (anabolisme) som er en reserve, omvendt, hvis glukose er nødvendig, blir glykogen nedbrytet (katabolisme).
Enzymet som hovedsakelig er involvert i nedbrytningen av glykogen er glykogenfosforylase ; dette enzymet er i stand til å spalte et a-1, 4 glykosidbinding ved å bruke som et lytisk middel et uorganisk ortofosfat: spaltningen foregår via fosforolytisk og glukose 1-fosfat oppnås.
Ved fem eller seks enheter fra et forgreningssted er enzymet glykogen fosforylase ikke lenger i stand til å virke, derfor løsner det seg fra glykogen og erstattes av et debrancheringsenzym som er en transferase : i det enzymets katalytiske område er det en 'histidin som tillater overføring av tre sakkaridiske enheter til nærmeste glykosidiske kjede (histidin angriper det første karbon i et glukosemolekyl). Det enzym som nettopp nevnt er glykosyltransferase ; ved slutten av virkningen av dette enzymet, forblir bare en glukoseenhet på sidekjeden med det første karbon bundet til det sjette karbon av en glukose i hovedkjeden. Den siste glukoseenheten til sidekjeden frigjøres ved virkningen av a-1, 6 glykosidase enzymet (dette enzymet er den andre delen av debranching enzymet); gitt at grenen i glykogen er i et forhold på 1:10, fra den fullstendige nedbrytningen av makromolekylen oppnår vi ca. 90% glukose 1-fosfat og ca. 10% glukose.
Virkningen av de nevnte enzymene tillater eliminering av en sidekjede fra glykogenmolekylet; aktiviteten til disse enzymene kan gjentas til det er fullstendig nedbryting av kjeden.
La oss vurdere en hepatocyt; glukose (assimileres gjennom dietten), når den kommer inn i cellen, blir den omdannet til glukose 6-fosfat og aktiveres dermed. Glukose 6-fosfat, ved virkningen av fosfoglukomutase, transformeres til glukose 1-fosfat: sistnevnte er en ikke-umiddelbar forløper for biosyntese; I biosyntese brukes en aktivert form av sukker som er representert av sukker bundet til et difosfat: vanligvis uridyldiposfat (UDP). Glukose 1-fosfat omdannes deretter til UDP-glukose; denne metabolitten er under virkningen av glykogen syntase som er i stand til å binde UDP-glukose til en ikke-reduserende ende av det voksende glykogenet: langstrakt glykogen er oppnådd fra en glukosidisk enhet og UDP. UDP omdannes av enzymet nukleosidifosfokinase til UTP som vender tilbake til sirkulasjonen.
Nedbrytning av glykogen skjer ved virkningen av glykogenfosforylase som frigjør et glukosemolekyl og transformerer det til glukose 1-fosfat. Deretter konverterer fosfoglukomutase glukose 1-fosfat til glukose 6-fosfat.
Glykogen syntetiseres, fremfor alt, i leveren og i musklene: I kroppen er det 1-1, 2 gram glykogen fordelt gjennom muskelmassen.
Glykogenet til en myocyt representerer bare en reserve av energi for den cellen, mens glykogenet som finnes i leveren, også er en reserve for de andre vevene, det vil si at den kan sendes som glukose til andre celler.
Glukosen 6-fosfat oppnådd i musklene fra nedbrytning av glykogen sendes deretter, når det gjelder energibehov, til glykolyse; I leveren omdannes glukose 6-fosfat til glukose ved virkning av glukose 6-fosfatfosfatase (et enzym karakteristisk for hepatocytter) og transporteres inn i sirkulasjonsstrømmen.
Både glykogensyntase og glykogenfosforylase virker på de ikke-reduserende enhetene av glykogen, så det må være et hormonalt signal som befaler aktiveringen av en bane og blokkering av den andre (eller omvendt).
I laboratoriet var det mulig å forlenge glykogenkjeden, utnytte glykogenfosforylase og bruk av glukose 1-fosfat i meget høy konsentrasjon.
I celler katalyserer glykogen fosforylase bare nedbrytningsreaksjonen fordi konsentrasjonene av metabolittene er slik at balansen mellom følgende reaksjon, til høyre (dvs. mot nedbrytning av glykogen), skiftes:
La oss se på virkningsmekanismen for glykogenfosforylase: Acetal-oksygen (som virker som en bro mellom glukoseenheter) binder til fosforylhydrogen: et reaksjonsmellemprodukt dannes ved en karbonoksid (på glukose som er ekstremitet) som fosforylen (Pi) binder veldig raskt til.
Glykogenfosforylase krever en kofaktor som er pyridoksalfosfat (dette molekylet er også en kofaktor for transaminaser): den har bare en del fosforylprotein (pyridoxalfosfat er omgitt av et hydrofobt miljø som begrunner tilstedeværelsen av protoner bundet til det) . Fosforyl (Pi) er i stand til å gi en proton til glykogen fordi slik fosforyl gjenvinner deretter protonen fra den delvis protonerte fosforylen av pyridoksalfosfatet. Sannsynligheten for at fosforylen, ved fysiologisk pH, mister protonen og er helt deprotonert, er svært lav.
La oss nå se hvordan fosfoglukomutase virker. Dette enzymet har en fosforylert serinrest i det katalytiske området; serin gir fosforyl til glukose 1-fosfat (i posisjon seks): glukose 1, 6-bisfosfat dannes i kort tid, deretter serin refosforyleres ved å ta fosforyl i posisjon ett. Fosforlukusmutase kan virke i begge retninger, dvs. omdanne glukose 1-fosfat til glukose 6-fosfat eller vice versa; Hvis det produseres glukose 6-fosfat, kan det sendes direkte til glykolyse, inn i musklene, eller transformeres til glukose i leveren.
Enzymet uridylfosfoglucustransferase (eller UDP-glukosepyrofosforylase) katalyserer overføringsreaksjonen av glukose 1-fosfat til UTP ved fosforylangrep a.
Enzymet som nettopp er beskrevet, er en pyrofosforylase: dette navnet skyldes det faktum at den motsatte reaksjonen til det nettopp beskrevne er en pyrofosforylering.
UDP-glukose, oppnådd som beskrevet, er i stand til å forlenge glykogenkjeden av en monosakkarid-enhet.
Det er mulig å utvikle reaksjonen mot dannelsen av UDP-glukose ved å eliminere et produkt som er pyrofosfat; enzymet pyrofosfatase omdanner pyrofosfat til to ortofosfatmolekyler (hydrolyse av et anhydrid) og gjør dermed konsentrasjonen av pyrofosfat så lav at UDP-glukoseformasjonsprosessen favoriseres termodynamisk.
Som nevnt, er UDP-glukose, takket være virkningen av glykogensyntase, i stand til å forlenge glykogenkjeden.
Forgreningene (i et forhold på 1:10) skyldes det faktum at når en glykogenkjede består av 20-25 enheter, går et forgreningsenzym (som har en histidin på sitt katalytiske sted) i stand til å overføre en serie på 7 -8 glykosidiske enheter lenger nedstrøms 5-6 enheter: en ny forgrening blir dermed generert.
Av grunner for nervøs opprinnelse eller hvis energi trengs på grunn av fysisk innsats, blir adrenalin utskilt fra binyrene.
Målcellene til adrenalin (og norepinefrin) er de i leveren, muskler og fettvev (i sistnevnte er det nedbrytning av triglyserider og sirkulasjon av fettsyrer: i mitokondrier produseres det derfor glukose 6 fosfat, som skal sendes til glykolyse, mens i adipocytter blir glukose 6-fosfat omdannet til glukose ved virkningen av enzymet glukose 6-fosfatfosfatase og eksporteres til vev).
La oss se, nå, virkemåten av adrenalin. Adrenalin går for å binde til en reseptor plassert på cellemembranen (av myocytter og hepatocytter) og dette bestemmer oversettelsen av signalet fra utsiden til innsiden av cellen. Proteinkinasene aktiveres som virker samtidig på systemene som regulerer syntese og nedbrytning av glykogen:
Glykogensyntase finnes i to former: en deforosforylert form (aktiv) og en fosforylert form (inaktiv); proteinkinasen fosforylerer glykogensyntase og blokkerer dens virkning.
Glykogenfosforylase kan eksistere i to former: En aktiv form hvori en fosforylert serin er tilstede og en inaktiv form hvori serinet er fosforylert. Glykogen fosforylase kan aktiveres av enzymet glykogen fosforylase kinase . Glykogen fosforylase kinase er aktiv hvis den er fosforylert og inaktiv hvis den er dephosphorylert; proteinkinasen har som substrat glykogenfosforylasekinasen, dvs. det er i stand til å fosforylere (og dermed aktivere) det sistnevnte som igjen aktiverer glykogenfosforylase.
Når adrenalinsignalet er over, må effekten det har i cellen også ende: fosfatase enzymer griper inn på proteinartene.
