Glycogeen is een macromolecuul (moleculaire massa van ongeveer 400 miljoen dalton) van a-glucose waarin er voornamelijk α-1, 4 glycosidebindingen en -vertakkingen zijn in een verhouding van 1:10, vanwege a-1, 6 glycosidebindingen.
Het glycogeen vormt reservemateriaal en wordt continu afgebroken en gereconstitueerd; in alle lichaamscelmassa hebben we ongeveer 100 g glycogeen: het meeste is in de lever waar het mobiel is en kan daarom worden gebruikt als een reserve voor de andere organen (glycogeen in de spieren is niet mobiel).
De enzymen die de afbraak en synthese van glycogeen katalyseren, zitten allemaal in het cytoplasma, daarom is een regulatiesysteem nodig dat de ene route inactief maakt als de andere actief is: als glucose beschikbaar is, wordt de laatste omgezet in glycogeen (anabolisme) dat een reserve is, en omgekeerd, als glucose nodig is, dan wordt glycogeen afgebroken (katabolisme).
Het enzym dat voornamelijk betrokken is bij de afbraak van glycogeen is glycogeenfosforylase ; dit enzym is in staat om een α-1, 4 glycosidische binding te splitsen met behulp van, als een lytisch agens, een anorganisch orthofosfaat: de splitsing vindt plaats via fosforolytisch en glucose 1-fosfaat wordt verkregen.
Bij vijf of zes eenheden vanaf een vertakkingspunt is het enzym glycogeen-fosforylase niet meer in staat om te werken, daarom wordt het losgemaakt van glycogeen en vervangen door een debranching-enzym dat een transferase is : op de katalytische plaats van dit enzym bevindt zich een 'histidine dat de overdracht van drie saccharide-eenheden naar de dichtstbijzijnde glycosidische keten mogelijk maakt (histidine valt de eerste koolstof van een glucosemolecuul aan). Het zojuist genoemde enzym is glycosyltransferase ; aan het einde van de werking van dit enzym blijft slechts één glucose-eenheid op de zijketen achter, waarbij de eerste koolstof is gebonden aan de zesde koolstof van een glucose in de hoofdketen. De laatste glucose-eenheid van de zijketen wordt afgegeven door de werking van het a-1, 6-glycosidase- enzym (dit enzym is het tweede deel van het debranching-enzym); gegeven dat de vertakkingen in glycogeen in een verhouding van 1:10 zijn, van de volledige afbraak van het macromolecuul verkrijgen we ongeveer 90% glucose 1-fosfaat en ongeveer 10% glucose.
De werking van de hiervoor genoemde enzymen maakt de eliminatie van een zijketen van het glycogeenmolecuul mogelijk; de activiteit van deze enzymen kan worden herhaald totdat de keten volledig is afgebroken.
Laten we een hepatocyt overwegen; glucose (geassimileerd door het dieet), wanneer het de cel binnenkomt, wordt het omgezet in glucose 6-fosfaat en wordt het aldus geactiveerd. Glucose 6-fosfaat, door de werking van fosfoglucomutase, wordt omgezet in glucose 1-fosfaat: de laatste is een niet-onmiddellijke voorloper van de biosynthese; in de biosynthese wordt een geactiveerde vorm van suikers gebruikt, die wordt weergegeven door suiker gebonden aan een difosfaat: meestal uridyldifosfaat (UDP). Het glucose 1-fosfaat wordt vervolgens omgezet in UDP-glucose; deze metaboliet bevindt zich onder de werking van glycogeensynthase die in staat is om UDP-glucose te binden aan een niet-reducerend uiteinde van het groeiende glycogeen: langwerpig glycogeen wordt verkregen uit een glucosidische eenheid en UDP. UDP wordt door het enzym nucleosidedifosphokinase omgezet in UTP dat terugkeert in de bloedsomloop.
Degradatie van glycogeen vindt plaats door de werking van glycogeenfosforylase, die een glucosemolecuul afgeeft en deze omzet in glucose 1-fosfaat. Vervolgens zet fosfoglucomutase glucose 1-fosfaat om in glucose-6-fosfaat.
Glycogeen wordt vooral gesynthetiseerd in de lever en in de spieren: in het lichaam zijn er 1-1, 2 gram glycogeen verdeeld door de spiermassa.
Het glycogeen van een myocyt vertegenwoordigt alleen een reserve aan energie voor die cel, terwijl het glycogeen in de lever ook een reserve is voor de andere weefsels, dat wil zeggen dat het als glucose naar andere cellen kan worden verzonden.
Het glucose-6-fosfaat verkregen in de spieren uit de afbraak van glycogeen wordt dan, in het geval van energie-eisen, naar glycolyse gezonden; in de lever wordt glucose-6-fosfaat omgezet in glucose door de werking van glucose-6-fosfaatfosfatase (een enzym dat kenmerkend is voor hepatocyten) en wordt het in de circulatiestroom getransporteerd.
Zowel glycogeen synthase als glycogeen fosforylase werken op de niet-reducerende eenheden van glycogeen, dus er moet een hormonaal signaal zijn dat de activering van de ene route en de blokkering van de andere aanstuurt (of vice versa).
In het laboratorium was het mogelijk om de glycogeenketen te verlengen, glycogeenfosforylase te benutten en glucose-1-fosfaat in zeer hoge concentraties te gebruiken.
In cellen katalyseert glycogeen-fosforylase alleen de afbraakreactie omdat de concentraties van de metabolieten zodanig zijn dat de balans van de volgende reactie naar rechts verschuift (dwz naar de afbraak van glycogeen):
Laten we eens kijken naar het werkingsmechanisme van glycogeenfosforylase: acetaalzuurstof (dat fungeert als een brug tussen glucose-eenheden) bindt aan fosforylwaterstof: een reactietussenproduct wordt gevormd door een carbocyt (op glucose dat extremiteit) waaraan de fosforyl (Pi) zeer snel bindt.
Glycogeenfosforylase vereist een cofactor die pyridoxaalfosfaat is (dit molecuul is ook een cofactor voor transaminasen): het heeft een gedeeltelijk geprotoneerd fosforyl (pyridoxaalfosfaat is omgeven door een hydrofobe omgeving die de aanwezigheid van protonen die eraan zijn gebonden rechtvaardigt) . Fosforyl (Pi) is in staat een proton tegen glycogeen op te leveren omdat een dergelijk fosforyl dan het proton van het gedeeltelijk geprotoneerde fosforyl van het pyridoxaalfosfaat herwint. De waarschijnlijkheid dat bij fysiologische pH de fosforyl het proton verliest en volledig gedeprotoneerd blijft, is zeer laag.
Laten we nu kijken hoe fosfoglucomutase werkt. Dit enzym heeft een gefosforyleerd serineresidu op de katalytische plaats; serine levert fosforyl tot glucose 1-fosfaat (in positie zes): glucose 1, 6-bisfosfaat wordt gedurende een korte tijd gevormd, vervolgens wordt serine opnieuw gefosforyleerd door fosforyl in positie één te nemen. Fosfoglucus-mutase kan in beide richtingen werken, d.w.z. zet glucose-1-fosfaat om in glucose-6-fosfaat of omgekeerd; als glucose 6-fosfaat wordt geproduceerd, kan het rechtstreeks worden verzonden naar glycolyse, in de spieren of worden omgezet in glucose in de lever.
Het enzym uridyl-fosfoglucus-transferase (of UDP-glucosepyrofosforylase) katalyseert de overdrachtsreactie van glucose 1-fosfaat op UTP door fosforyl-aanval a.
Het zojuist beschreven enzym is een pyrofosforylase: deze naam is te wijten aan het feit dat de tegenovergestelde reactie op die zojuist beschreven een pyrofosforylatie is.
UDP-glucose, verkregen zoals beschreven, is in staat om de glycogeenketen van een monosaccharide-eenheid te verlengen.
Het is mogelijk om de reactie te evolueren naar de vorming van UDP-glucose door het elimineren van een product dat pyrofosfaat is; het enzym pyrofosfatase zet pyrofosfaat om in twee orthofosfaatmoleculen (hydrolyse van een anhydride) en houdt zo de concentratie van pyrofosfaat zo laag dat het UDP-glucose-vormingsproces thermodynamisch wordt bevoordeeld.
Zoals vermeld, is UDP-glucose, dankzij de werking van glycogeensynthase, in staat om de glycogeenketen te verlengen.
De vertakkingen (in een verhouding van 1:10) zijn het gevolg van het feit dat, wanneer een glycogeenketen uit 20-25 eenheden bestaat, een vertakkingsenzym (met een histidine op zijn katalytische plaats) tussenbeide komt, in staat om een reeks van 7 over te brengen -8 glycosidische eenheden verder stroomafwaarts van 5-6 eenheden: een nieuwe vertakking wordt aldus gegenereerd.
Om redenen van nerveuze oorsprong of als energie nodig is vanwege fysieke inspanning, wordt adrenaline uitgescheiden door de bijnieren.
De doelwitcellen van adrenaline (en norepinephrine) zijn die van de lever, spieren en vetweefsel (in het laatste geval is er de afbraak van triglyceriden en de circulatie van vetzuren: in de mitochondria wordt daarom glucose 6 geproduceerd. -fosfaat, dat naar glycolyse wordt gestuurd, terwijl in adipocyten glucose-6-fosfaat wordt omgezet in glucose door de werking van het enzym glucose-6-fosfaatfosfatase en wordt geëxporteerd naar weefsels).
Laten we nu kijken naar de werkingswijze van adrenaline. De adrenaline gaat binden aan een receptor geplaatst op het celmembraan (van myocyten en hepatocyten) en dit bepaalt de vertaling van het signaal van buiten naar binnen in de cel. De proteïnekinase wordt geactiveerd die gelijktijdig werkt op de systemen die de synthese en afbraak van glycogeen regelen:
Glycogeen synthase bestaat in twee vormen: een gedefosforyleerde vorm (actief) en een gefosforyleerde vorm (inactief); het eiwitkinase fosforyleert glycogeensynthase en blokkeert de werking ervan.
Glycogeenfosforylase kan in twee vormen bestaan: een actieve vorm waarin een gefosforyleerd serine aanwezig is en een inactieve vorm waarin het serine gedefosforyleerd is. Glycogeenfosforylase kan worden geactiveerd door het enzym glycogeenfosforylase-kinase . Glycogeen fosforylase kinase is actief als het gefosforyleerd en inactief is als het gedefosforyleerd is; het proteïnekinase heeft als substraat het glycogeenfosforylase-kinase, d.w.z. het is in staat dit te fosforyleren (en daarom te activeren) hetgeen op zijn beurt glycogeenfosforylase activeert.
Zodra het adrenalinesignaal voorbij is, moet ook het effect dat het heeft in de cel eindigen: fosfatase-enzymen grijpen dan in op de eiwitsoort.
