Το γλυκογόνο είναι ένα μακρομόριο (μοριακή μάζα περίπου 400 εκατομμυρίων daltons) α-γλυκόζης στο οποίο υπάρχουν κυρίως α-1,4 γλυκοσιδικοί δεσμοί και προεκτάσεις σε αναλογία 1:10, λόγω α-1,6 γλυκοσιδικών δεσμών.
Το γλυκογόνο αποτελεί αποθεματικό υλικό και συνεχώς αποικοδομείται και ανασυντίθεται. σε ολόκληρη την κυτταρική μάζα του σώματος, υπάρχουν περίπου 100 g γλυκογόνου: το μεγαλύτερο μέρος του βρίσκεται στο ήπαρ όπου είναι κινητό και, ως εκ τούτου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως απόθεμα για άλλα όργανα (το γλυκογόνο στους μύες δεν είναι κινητό).
Τα ένζυμα που καταλύουν την αποικοδόμηση και τη σύνθεση του γλυκογόνου είναι όλα στο κυτταρόπλασμα, επομένως απαιτείται ένα σύστημα ρύθμισης που καθιστά τη μία οδό ανενεργή όταν η άλλη είναι ενεργή: εάν υπάρχει διαθέσιμη γλυκόζη, αυτή μετατρέπεται σε γλυκογόνο (αναβολισμός) που είναι ένα απόθεμα, αντίστροφα, εάν απαιτείται c "για τη γλυκόζη, τότε το γλυκογόνο υποβαθμίζεται (καταβολισμός).
Το ένζυμο που εμπλέκεται κυρίως στη διάσπαση του γλυκογόνου είναι το γλυκογόνο φωσφορυλάση? Αυτό το ένζυμο είναι σε θέση να διασπάσει έναν γλυκοσιδικό δεσμό α-1,4 χρησιμοποιώντας ένα ανόργανο ορθοφωσφορικό ως λυτικό παράγοντα: η διάσπαση συμβαίνει με φωσφορολυτικό τρόπο και λαμβάνεται 1-φωσφορική γλυκόζη.
Σε πέντε ή έξι μονάδες από ένα σημείο διακλάδωσης, το ένζυμο γλυκογόνο φωσφορυλάση δεν είναι πλέον σε θέση να δράσει, επομένως αποσπάται από το γλυκογόνο και αντικαθίσταται από ένα ένζυμο αποπαραμόρφωσης που είναι τρανσφεράση: στην καταλυτική θέση αυτού του ενζύμου c "είναι μια" ιστιδίνη που επιτρέπει τη μεταφορά τριών μονάδων σακχαρίτη στην πλησιέστερη γλυκοσιδική αλυσίδα (η ιστιδίνη επιτίθεται στον πρώτο άνθρακα ενός μορίου γλυκόζης). Το ένζυμο που μόλις αναφέρθηκε είναι το γλυκοσυλτρανσφεράση? στο τέλος της δράσης αυτού του ενζύμου, μόνο μία μονάδα γλυκόζης παραμένει στην πλευρική αλυσίδα με τον πρώτο άνθρακα συνδεδεμένο με τον έκτο άνθρακα μιας γλυκόζης στην κύρια αλυσίδα. Η τελευταία μονάδα γλυκόζης στην πλευρική αλυσίδα απελευθερώνεται με τη δράση του "ένζυμο α-1,6 γλυκοσιδάση (αυτό το ένζυμο αποτελεί το δεύτερο μέρος του ενζύμου αποπαρασίτωσης) · δεδομένου ότι οι κλάδοι στο γλυκογόνο είναι σε αναλογία 1:10, από την πλήρη αποδόμηση του μακρομορίου λαμβάνουμε περίπου 90% 1-φωσφορικής γλυκόζης και περίπου 10% γλυκόζη.
Η δράση των προαναφερθέντων ενζύμων επιτρέπει την εξάλειψη μιας πλευρικής αλυσίδας από το μόριο γλυκογόνου · η δραστηριότητα αυτών των ενζύμων μπορεί να επαναληφθεί μέχρι να συμβεί η πλήρης αποδόμηση της αλυσίδας.
Ας εξετάσουμε ένα ηπατοκύτταρο. γλυκόζη (αφομοιωμένη μέσω της δίαιτας), όταν εισέλθει στο κύτταρο μετατρέπεται σε 6-φωσφορική γλυκόζη και έτσι ενεργοποιείται. 6-φωσφορική γλυκόζη, με τη δράση του φωσφογλυκομουτάση, μετατρέπεται σε 1-φωσφορική γλυκόζη: το τελευταίο είναι ένας μη άμεσος πρόδρομος της βιοσύνθεσης · στη βιοσύνθεση χρησιμοποιείται μια ενεργοποιημένη μορφή σακχάρων η οποία αντιπροσωπεύεται από τη ζάχαρη που συνδέεται με ένα διφωσφορικό: συνήθως ουριδυλοδιφωσφορικό (UDP). Η γλυκόζη 1- φωσφορική είναι στη συνέχεια μετατρέπεται σε UDP-γλυκόζη, αυτός ο μεταβολίτης υπό τη δράση του συνθετάση γλυκογόνου το οποίο είναι ικανό να δεσμεύει την UDP-γλυκόζη σε ένα μη αναγωγικό άκρο του αναπτυσσόμενου γλυκογόνου: επιτυγχάνεται επιμηκυμένο γλυκογόνο μιας γλυκοσιδικής μονάδας και UDP.
Η αποικοδόμηση του γλυκογόνου συμβαίνει με τη δράση του γλυκογόνο φωσφορυλάση που απελευθερώνει ένα μόριο γλυκόζης και το μετατρέπει σε 1-φωσφορική γλυκόζη. Στη συνέχεια, η φωσφογλυκομουτάση μετατρέπει τη 1-φωσφορική γλυκόζη σε 6-φωσφορική γλυκόζη.
Το γλυκογόνο συντίθεται, κυρίως, στο ήπαρ και στους μύες: στον οργανισμό υπάρχει 1-1,2 εκατόγραμμα γλυκογόνου κατανεμημένο σε όλη τη μυϊκή μάζα.
Το γλυκογόνο ενός μυοκυττάρου αντιπροσωπεύει ένα ενεργειακό απόθεμα μόνο για αυτό το κύτταρο, ενώ το γλυκογόνο που περιέχεται στο ήπαρ είναι επίσης ένα απόθεμα για άλλους ιστούς, δηλαδή μπορεί να σταλεί, ως γλυκόζη, σε άλλα κύτταρα.
Η 6-φωσφορική γλυκόζη που λαμβάνεται στους μυς από την αποικοδόμηση του γλυκογόνου αποστέλλεται στη συνέχεια, σε περίπτωση ενεργειακής απαίτησης, σε γλυκόλυση. στο ήπαρ, η 6-φωσφορική γλυκόζη μετατρέπεται σε γλυκόζη με τη δράση του γλυκόζη 6-φωσφορική φωσφατάση (χαρακτηριστικό ένζυμο των ηπατοκυττάρων) και μεταφέρεται στην κυκλοφορία του αίματος.
Η συνθετάση γλυκογόνου και η φωσφορυλάση γλυκογόνου λειτουργούν και οι δύο στις μη αναγωγικές μονάδες γλυκογόνου, οπότε πρέπει να υπάρχει ένα ορμονικό σήμα που να δίνει εντολή ενεργοποίησης της μιας οδού και αποκλεισμού της άλλης (ή αντίστροφα).
Στο εργαστήριο ήταν δυνατό να επιμηκυνθεί η αλυσίδα γλυκογόνου με εκμετάλλευση φωσφορυλάσης γλυκογόνου και χρησιμοποιώντας 1-φωσφορική γλυκόζη σε πολύ υψηλή συγκέντρωση.
Στα κύτταρα, η φωσφορυλάση γλυκογόνου καταλύει μόνο την αντίδραση αποικοδόμησης επειδή οι συγκεντρώσεις των μεταβολιτών είναι τέτοιες που μετατοπίζουν την ισορροπία της ακόλουθης αντίδρασης προς τα δεξιά (δηλαδή προς την υποβάθμιση του γλυκογόνου):
Ας δούμε τον μηχανισμό δράσης της φωσφορυλάσης του γλυκογόνου: το οξικό οξυγόνο (το οποίο λειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ των μονάδων γλυκόζης) συνδέεται με το υδρογόνο του φωσφορυλίου: σχηματίζεται ένα ενδιάμεσο της αντίδρασης που δίνεται από μια καρβοκοκκίαση (στη γλυκόζη που είναι όλα " άκρα) στα οποία δεσμεύεται πολύ γρήγορα το φωσφορύλιο (Pi).
Η φωσφορυλάση γλυκογόνου απαιτεί έναν συμπαράγοντα που είναι φωσφορικό πυριδοξάλιο (αυτό το μόριο είναι επίσης ένας συμπαράγοντας για τρανσαμινάσες): έχει ένα μερικώς πρωτονιωμένο φωσφορυλ (το φωσφορικό πυριδοξάλιο περιβάλλεται από ένα υδρόφοβο περιβάλλον που δικαιολογεί την παρουσία πρωτονίων που συνδέονται με αυτό). Το φωσφορύλιο (Pi) είναι σε θέση να μεταφέρει ένα πρωτόνιο στο γλυκογόνο επειδή αυτό το φωσφορύλιο επανακτά το πρωτόνιο από το μερικώς πρωτονιωμένο φωσφορύλιο του φωσφορικού πυριδοξαλίου. Η πιθανότητα ότι, σε φυσιολογικό pH, το φωσφορύλιο χάνει το πρωτόνιο του και παραμένει εντελώς αποπρωτονιωμένο, είναι πολύ χαμηλή.
Ας δούμε τώρα πώς λειτουργεί η φωσφογλυκομουτάση.Αυτό το ένζυμο παρουσιάζει, στην καταλυτική θέση, ένα υπόλειμμα φωσφορυλιωμένης σερίνης. η σερίνη αποδίδει φωσφορύλιο σε 1-φωσφορική γλυκόζη (στη θέση έξι): σχηματίζεται 1,6-διφωσφορική γλυκόζη για μικρό χρονικό διάστημα, στη συνέχεια επαναφωσφορυλιώνεται η σερίνη παίρνοντας το φωσφορύλιο στη θέση 1. Η μεταφάση φωσφογλυκό μπορεί να λειτουργήσει και προς τις δύο κατευθύνσεις, δηλαδή να μετατρέψει τη 1-φωσφορική γλυκόζη σε 6-φωσφορική γλυκόζη ή αντίστροφα. εάν παράγεται 6-φωσφορική γλυκόζη, μπορεί να σταλεί απευθείας στη γλυκόλυση, στους μυς ή να μετατραπεί σε γλυκόζη στο ήπαρ.
Το ένζυμο ουριδυλ φωσφογλυκο τρανσφεράση (ή UDP πυροφωσφορυλάση γλυκόζης) καταλύει την αντίδραση μεταφοράς γλυκόζης 1-φωσφορικής σε UTP με σύνδεση με φωσφορυλ α.
Το ένζυμο που μόλις περιγράφηκε είναι πυροφωσφορυλάση: αυτό το όνομα οφείλεται στο γεγονός ότι η αντίθετη αντίδραση με αυτήν που μόλις περιγράφηκε είναι πυροφωσφορυλίωση.
Η γλυκόζη UDP, που λαμβάνεται όπως περιγράφεται, είναι σε θέση να επιμηκύνει την αλυσίδα γλυκογόνου, από μια μονάδα μονοσακχαρίτη.
Είναι δυνατή η εξέλιξη της αντίδρασης προς το σχηματισμό UDP γλυκόζης με την εξάλειψη ενός προϊόντος που είναι πυροφωσφορικό. το ένζυμο πυροφωσφατάση μετατρέπει το πυροφωσφορικό σε δύο μόρια ορθοφωσφορικού (υδρόλυση ανυδρίτη) και με αυτόν τον τρόπο, διατηρεί τη συγκέντρωση πυροφωσφορικού τόσο χαμηλή ώστε να κάνει τη διαδικασία σχηματισμού της γλυκόζης UDP θερμοδυναμικά ευνοημένη.
Όπως αναφέρθηκε, η γλυκόζη UDP, χάρη στη δράση της συνθάσης γλυκογόνου, είναι σε θέση να επιμηκύνει την αλυσίδα γλυκογόνου.
Οι επιπτώσεις (σε αναλογία 1:10) οφείλονται στο γεγονός ότι, όταν μια αλυσίδα γλυκογόνου αποτελείται από 20-25 μονάδες, παρεμβαίνει ένα διακλαδιστικό ένζυμο (που έχει «ιστιδίνη στην καταλυτική του θέση»), ικανό να μεταφέρει μια σειρά 7 -8 γλυκοσιδικές μονάδες πιο κάτω από 5-6 μονάδες: έτσι δημιουργείται μια νέα διακλάδωση.
Για λόγους νευρικής προέλευσης ή εάν απαιτείται ενέργεια λόγω σωματικής άσκησης, η αδρεναλίνη εκκρίνεται από τα επινεφρίδια.
Τα κύτταρα -στόχοι της αδρεναλίνης (και της νοραδρεναλίνης) είναι αυτά του ήπατος, των μυών και του λιπώδους ιστού (στο τελευταίο υπάρχει η αποδόμηση των τριγλυκεριδίων και η κυκλοφορία των λιπαρών οξέων: κατά συνέπεια, η γλυκόζη παράγεται στα 6 -φωσφορικά μιτοχόνδρια, αποστέλλεται σε γλυκόλυση, ενώ στα λιποκύτταρα, η 6-φωσφορική γλυκόζη μετατρέπεται σε γλυκόζη με τη δράση του ενζύμου 6-φωσφορική φωσφατάση γλυκόζης και εξάγεται στους ιστούς).
Ας δούμε, τώρα τις λεπτομέρειες δράσης της αδρεναλίνης. Η αδρεναλίνη συνδέεται με έναν υποδοχέα τοποθετημένο στην κυτταρική μεμβράνη (μυοκυττάρων και ηπατοκυττάρων) και αυτό καθορίζει τη μετάφραση του σήματος από έξω προς τα μέσα στο κύτταρο. Η πρωτεϊνική κινάση ενεργοποιείται η οποία δρα ταυτόχρονα στα συστήματα που ρυθμίζουν τη σύνθεση και την αποδόμηση του γλυκογόνου:
Η συνθετάση γλυκογόνου υπάρχει σε δύο μορφές: μια αποφωσφορυλιωμένη (ενεργή) μορφή και μια φωσφορυλιωμένη (ανενεργή) μορφή. η πρωτεϊνική κινάση φωσφορυλιώνει τη συνθάση γλυκογόνου και εμποδίζει τη δράση της.
Η γλυκογόνο φωσφορυλάση μπορεί να υπάρχει σε δύο μορφές: μια ενεργή μορφή στην οποία υπάρχει μια φωσφορυλιωμένη σερίνη και μια ανενεργή μορφή στην οποία η αποφωσφορυλιωμένη σερίνη. Η φωσφορυλάση γλυκογόνου μπορεί να ενεργοποιηθεί από το ένζυμο κινάση φωσφορυλάσης γλυκογόνουΤο Το γλυκογόνο φωσφορυλάση κινάση είναι ενεργό εάν είναι φωσφορυλιωμένο και ανενεργό εάν είναι αποφωσφορυλιωμένο. η πρωτεϊνική κινάση έχει ως υπόστρωμα τη γλυκογόνο φωσφορυλάση κινάση, είναι δηλαδή ικανή να φωσφορυλιώσει (και, ως εκ τούτου, να ενεργοποιήσει) την τελευταία η οποία, με τη σειρά της, ενεργοποιεί τη φωσφορυλάση γλυκογόνου.
Μόλις τελειώσει το σήμα αδρεναλίνης, η επίδραση που έχει στο κύτταρο πρέπει επίσης να τελειώσει: τα ένζυμα φωσφατάσης επεμβαίνουν στη συνέχεια στα είδη πρωτεΐνης.
