Metabolizm glikogenu
Przemiany metaboliczne
1. Du\
e czÄ…steczki po\
ywienia sÄ… rozbijane na mniejsze, nie powstaje u\
yteczna energia
2. Związki są rozkładane do prostych jednostek odgrywających rolę w metaboliz
mie 
acetylo-CoA
3. Cykl kwasu cytrynowego i fosforylacja oksydatywna dajÄ… 90% ATP wytwarzanego przez
utlenianie składników po\
ywienia.
Szlaki metaboliczne dzielimy na:
1.Anaboliczne  synteza związków budujących strukturę ciała i wchodzących w inne szlaki
metaboliczne  glukoneogeneza.
2.Kataboliczne  procesy oksydacyjne, które uwalniają energię w postaci
bogatoenergetycznego fosforanu i równowa\
ników redukujących  glikoliza.
3.Amfiboliczne  na skrzy\
owaniu dróg metabolicznych, łączniki pomiędzy szlakami kata- i
anabolicznymi  cykl kwasy cytrynowego.
Przemiany glukozy
Głównym metabolitem glukozy, który wchodzi w ró\
ne szlaki metaboliczne jest glukozo-6-
fosforan (G-6-P).
Glukoza  z
ródło energii, mózg potrzebuje 5 mg glukozy na 100g tkanki na 1 min, sam
magazynuje 2 g glukozy w postaci glikogenu i w razie niedoboru glukozy ten zapas wystarcza
na 90 min. pracy.
Polisacharydy
Sposób magazynowania energii  glukozy, w postaci: skrobi i glikogenu. Oba są to:
" Homopolimery glukozy
" Reszty glukozowe połączone wiązaniami ą(1-4)
" Rozró\
nienie w reakcji z jodem: skrobia daje pozytywnÄ… reakcjÄ™
 I2 wchodzÄ…c w strukturÄ™ helikalnÄ… skrobi tworzy z niÄ… niebieskawo-fioletowy
kompleks
 Gdy I2 zmieszany jest z roztworem glikogenu, brunatno-czerwony kolor jodu
siÄ™ nie zmienia
Glikogen
- a\
do 120 000 reszt glukozy
- wiązanie glikozydowe ą(1-4) (głównie)
1
- wiązanie glikozydowe ą(1-6), w miejscach rozgałęzień (co 10-11 reszt)
- struktura otwartej helisy
- koniec redukujący zawiera wolny węgiel C1
- magazyn przechowywania nadmiaru glukozy (gdy stÄ™\
enie glukozy we krwi Ä™!)
- z
ródło szybkiego uwalniania glukozy
- kompletna czÄ…steczka ma 12 warstw,
- wszystkie łańcuchy mają tę samą długość,
- w centrum struktury znajduje siÄ™ czÄ…steczka GLIKOGENINY
- rozgałęzienia dostarczają wolnych końców, na których zachodzi jednoczesne
odszczepianie reszt glukozowych
MAGAZYNOWANIE
Mięśnie (1%)>wątoba(10%)>nerki i jelita
Ziarna glikogenu
- średnica: 10  40 nm
- zawierają białka regulatorowe oraz enzymy katalizujące syntezę i degradację
glikogenu
Glikogen wątroby jest głównym z
ródłem glukozy występującej we krwi, a w mięśniach jest
z
ródłem energii głównie dla tej tkanki.
Synteza glikogenu (glikogenogeneza)
1. Konwersja do glukozo-6-fosforanu
Substratem wyjściowym do produkcji glikogenu jest glukozo-6-fosforan, który powstaje z
glukozy w mięśniach i wątrobie przy udziale odpowiednio heksokinazy i glukokinazy.
Obecna w komórkach fosfoglukomutaza przeprowadza go w glukozo-1-fosforan, poprzez
pośredni 1,6-bisfosforan.
Fosfoglukomutaza
- katalizuje reakcjÄ™ odwracalnÄ…
- grupa OH seryny w miejscu aktywnym pełni rolę donora i akceptora Pi.
- bisfosforan nie jest uwalniany.
2. Kolejnym etapem jest aktywacja glukozo-1-fosforanu zachodzÄ…ca w jego rekcji z
urydynotrifosforanem  UTP, w efekcie, czego powstaje urydynodifosfoglukoza 
UPDGlc. ReakcjÄ™ tÄ™ katalizuje pirofosforylaza UDPGlc. ZachodzÄ…ce w tej przemianie
2
rozerwanie PPi jest jedynym energetycznym kosztem syntezy (1 ~P wiÄ…zanie na resztÄ™
glukozy).
Glikogenina  białko o aktywności enzymu
"  primer w syntezie glikogenu.
" Masa czÄ…steczki 37 kDa.
" Dimer  czÄ…steczki glikozylujÄ… siÄ™ wzajemnie. Do reszty Tyr dodawana jest pierwsza
reszta glukozy.
" W mięśniowym glikogenie związana na stałe z centrum jego cząsteczki a w wątrobie
mo\
e być uwalniana.
3. Przyłączanie pierwszej reszty glukozy do glikogeniny.
Pomiędzy anomerycznym węglem C1 reszty glukozy a tlenem grupy -OH tyrozyny w
glikogeninie tworzy siÄ™ wiÄ…zanie glikozydowe.
4. Glukozylacja.
Wolna pozostaje gr.  OH węgla C4 w reszcie glukozy, do której są przyłączane kolejne
reszty glukozy. Zachodzi wówczas proces zwany glukozylacją  glikogenina katalizuje
dodawanie kolejnych reszt glukozy do momentu powstania, połączonego wiązaniami ą(1-4) z
cząsteczką glikogeniny, krótkiego liniowego polimeru glukozy.
glikogen(n reszt) + UDP-glukoza glikogen(n +1 reszt) + UDP
5. Synteza liniowej czÄ…steczki glikogenu.
Syntaza glikogenowa  najwa\
niejszy enzym prowadzący dalsza syntezę łańcucha
glikogenu.
6.Synteza rozgałęzień
Rozgałęzienia powstają, co 11 reszt z udziałem enzymu rozgałęziającego (amylo-[1-4]-
[1-6]-transglukozydaza).
Rozkład glikogenu (glikogenoliza)
Glikogenoliza nie jest odwróceniem glikogenogenezy
Powoduje uwolnienie glukozo-1-fosforanu, który ulega konwersji do glukozo-6-fosforanu
(G6P), a te mo\
e być:
" rozło\
ony w procesie glikolizy,
" ulec konwersji do glukozy w procesie glukoneogenezy
" utlenić się w szlaku pentozofosforanowym.
3
Najwa\
niejszym enzymem rozkładu glikogenu jest fosforylaza glikogenu katalizująca
fosforolityczne rozszczepienie wiązań ą glikozydowych w glikogenie z łańcuchów na
Ä…(1-4)
Ä…
Ä…
powierzchni ziaren glikogenu, uwalniany jest w ten sposób glukozo-1-fosforan.
Fosforylaza glikogenu jest homodimerem, którego ka\
da z domena posiada:
ð miejsce katalityczne
ð miejsce wiÄ…\
Ä…ce czÄ…steczkÄ™ glikogenu
ð miejsce dla fosforanu pirydoksalu
ð miejsce dla AMP
Fosforan pirydoksalu (PLP) jest to pochodna witaminy B6, stanowi grupÄ™ prostetycznÄ…
fosforylazy glikogenu, wiÄ…\
e siÄ™ z miejscem aktywnym enzymu tworzÄ…c zasadÄ™ Schiffa
(reakcja grupy aldehydowej PLP z grupÄ… e-aminowÄ… reszty lizyny).
FosforolizÄ™ mo\
na porównać do hydrolizy
" Fosforoliza  rozszczepienie wiązania wywołane przez ortofosforan
R-O-R' + HO-PO32- = R-OH + R'-O-PO32-c
" Hydroliza  rozszczepienie wiązania wywołane przez cząsteczkę wody
R-O-R' + HOH = R-OH + R'-OH
Fosforylaza glikogenowa usuwa reszt glukozy z nieredukujacego końca cząsteczki
glikogenu, a ortofosforan pochodzÄ…cy od grupy prostetycznej, jakÄ… jest fosforan pirydoksalu
rozrywa wiązanie pomiędzy węglem C1 końcowej reszty a atomem tlenu wią\
Ä…cym siÄ™ z
węglem C4 następnej reszty glukozylowej.
Poniewa\
wiązania ą(1-6) nie są podatne na działanie fosforylazy glikogenowej fosforoliza
Ä…
Ä…
Ä…
zatrzymuje się na 4 reszcie glukozy od rozgałęzienia, które posiada właśnie wiązanie ą
Ä…(1-6).
Ä…
Ä…
Zaczyna wtedy działać inny enzym:
Enzym bifunkcyjny usuwający rozgałęzienia
(160 kDa) ma dwa niezale\
ne miejsca aktywne, rozmieszczone w ró\
nych obszarach
pojedynczego łańcucha polipeptydowego: miejsce transferazowe - ą-[1-4]- ą-[1-4]-
Ä… Ä…
Ä… Ä…
Ä… Ä…
transferazy glukanowej i miejsce Ä…
Ä…(1-6)glukozydazowe  amylo-[1-6]-glukozydazy.
Ä…
Ä…
Inne enzymy biorące udział w rozkładzie glikogenu:
- Fosfoglukomutaza
- Glukozo-6-fosfataza (wÄ…troba)
4
Regulacja metabolizmu glikogenu
Synteza i rozkład glikogenu zachodzą spontanicznie ale nie równocześnie. Inaczej
mielibyśmy do czynienie z  bezskutecznym cyklem , a do tego dochodziłoby jeszcze do
utraty jednego wiÄ…zania fosforanowego na ka\
dy cykl.
Dlatego syntaza glikogenu i fosforylaza glikogenu sÄ… odwrotnie regulowane przez efektory
allosteryczne i fosforylacjÄ™.
Efektory allosteryczne, to takie związki, które sygnalizują stan energetyczny komórki.
Odwracalna fosforylacja powstaje w odpowiedzi na hormony: insulinÄ™, adrenalinÄ™ i
glukagon.
Regulacja - Kontrola allosteryczna
Izoenzym fosforylazy wątrobowej jest mniej czuły na kontrolę allosteryczna. W efekcie
regulacji allosterycznej fosforylaza glikogenu występuje w dwóch konformacjach:
 R (aktywna)  T (inhibowana).
- AMP (AMP wysoki poziom, ATP niski poziom) aktywuje fosforylazÄ™, promujÄ…c
konformacjÄ™ rozluz
nionÄ… R.
- ATP i glukozo-6-fosforan, których miejsca wiązania pokrywają się z miejscem
wiązania AMP, inhibują fosforylazę, promując konformację napięta.
Zatem rozkład glikogenu jest inhibowany w obecności wysokiego poziomu ATP i glukozo-6-
fosforanu.
N-acetylglukozamina (GlcNAc) analog glukozy  wiÄ…\
e siÄ™ z miejscem aktywnym
fosforylazy glikogenu, w sąsiedztwie fosforanu pirydoksalu. Działa ona, jako inhibitor
allosteryczny. Inhibitory takie jak GlcNAc wiÄ…\
ą się w obszarze między dimerami,
stabilizujÄ…c konformacjÄ™ nieaktywna.
Syntaza glikogenu jest regulowana allosterycznie w momencie wysokiego stÄ™\
enia cukru we
krwi przez glukozo-6-fosforan, który ją wówczas aktywuje.
Regulacja - Modyfikacja kowalencyjna
Glukagon i adrenalina działają w odpowiedzi na niskie stę\
enie cukru we krwi.
Glukagon syntetyzowany przez ą-komórki trzustki, aktywuje tworzenie cAMP w wątrobie.
Adrenalina aktywuje tworzenie cAMP w mięśniach.
5
Oba aktywują białko G związane z receptorem i powodują wyzwolenie kaskady cAMP, a w
konsekwencji ufosforylowanie enzymów metabolicznych
Dla fosforylazy glikogenu
Kaskada sygnałowa cAMP przeprowadza formę "b" enzymu - zale\
na od kontroli
allosterycznej (zdefosforylowana fosforylaza glikogenu) w formÄ™ "a" aktywnÄ…, niezale\
nÄ…
od regulatorów allosterycznych (w przypadku fosforylazy glikogenu, stan ufosforylowania).
Kaskada cAMP wywołuje fosforylację grup hydroksylowych seryny w miejscu aktywnym
fosforylazy glikogenu i przechodzi ona w stan aktywny (R).
Ufosforylowany enzym jest mniej czuły na działanie inhibitorów allosterycznych. Tak
więc przy wysokim poziome ATP i G6P  ufosforylowana fosforylaza jest nadal aktywna.
Dla syntazy glikogenu
Kaskada cAMP wywiera przeciwny efekt na syntazÄ™ glikogenu. Fosforylacja promuje
konformacjÄ™ "b" (mniej aktywnÄ…). Syntaza glikogenu jest fosforylowana przez: kinazÄ™ A
białek oraz kinazę fosforylazową
Kaskada cAMP inhibuje syntazÄ™ glikogenu. Niskie stÄ™\
enia glukozy we krwi będą hamować
aktywność syntazy glikogenu.
Insulina (5.8 kDa)  produkowana jest w odpowiedzi na wysokie stÄ™\
enie glukozy we krwi
przez komórki ² trzustki. Rozpoczyna kaskadÄ™ sygnaÅ‚owa prowadzÄ…cÄ… do aktywacji
fosfatazy-1 białek. Fosfataza-1 białek -usuwa regulatorowe reszty fosforanowe z:
" Fosforylazy glikogenu  inaktywujÄ…c jÄ…
" Kinazy fosforylazowej (enzym bezpośrednio fosforylujący fosforylazę glikogenu w
kaskadzie cAMP) - inaktywujÄ…c jÄ…
" Syntazy glikogenu  aktywujÄ…c jÄ…
Insulina ma wpływ antagonistyczny na kaskadę cAMP indukowaną przez glukagon i
adrenalinÄ™.
2+
J
ony Ca
regulują rozkład glikogenu w mięśniach
aktywujÄ… częściowo kinazÄ™ fosforylazy, posiadajÄ…cÄ… w swej podjednostce domenÄ™ ´
identycznÄ… z kalmodulinÄ…. Fosforylacja enzymu, na drodze kaskady cAMP indukowanej
przez adrenalinÄ™, powoduje jego dalszÄ… aktywacjÄ™, tak \
e rozpoczyna on fosforylowanie
fosforylazy glikogenu i aktywuje się szlak rozkładu glikogenu.
6
Zaburzenia magazynowania glikogenu
Wywołane są głównie przez dziedziczne braki, któregoś z enzymów szlaku metabolizmu
glikogenu, co w efekcie powoduje nadmierne nagromadzenie glikogenu wewnÄ…trz
komórek.
Choroby
Opisano 14 ró\
nych chorób (GSD) związanych z zaburzeniami metabolizmu glikogenu.
Wszystkie objawiajÄ… siÄ™ nadmiernym magazynowaniem glikogenu, a poza tym zaburzeniami
pracy wÄ…troby a tak\
e osłabieniem mięśni. Wyró\
nia siÄ™ m.in.:
4 powodujące osłabienie mięśni:
Pompego (GSD II)  brak kwaśniej maltazy
Cori ego (GDS III)  brak enzymu usuwającego rozgałęzienia
McArdle a (GSD V)  brak miofosforylazy
Tarui ego (GSD VII)  brak fosfofruktokinazy
A tak\
e nie tak ściśle związane z zaburzeniami mięśni:
von Gierke go (GSD Ia)  brak glukozo-6-fosfatazy
Andersa (GSD IV)  brak transglukozydazy
Hersa (GSD VI)  brak fosforylazy.
7