Synteza i rozpad glikogenu

Budowa cząsteczki glikogenu

Rozgałęziony polimer

glukozy, zbudowany z

reszt glukozy, powiązanych

wiązaniami α-1,4-

glikozydowymi.

Rozgałęzienia powstają w

miejscach wiązań α-1,6-

glikozydowych,

występujących przeciętnie

co 10 reszt glukozy.

Glikogen jest magazynowany

głównie w wątrobie i

mięśniach szkieletowych.

Występuje on w cytozolu

komórek w postaci ziaren o

średnicy od 10 do 40 nm.

Synteza i rozkład glikogenu -

ogólnie

• Te dwa szlaki metaboliczne przebiegają

odmiennymi torami.

• Regulują poziom glukozy we krwi (rezerwuar

glukozy dla mięśni).

• Przemiany glikogenu są kontrolowane zarówno

przez czynniki metaboliczne, jak i hormonalne.

• Glikogen i enzymy regulujące występują w

komórce w ścisłym związku z ER.

• Rozpad glikogenu jest regulowany przez

aktywność fosforylazy glikogenowej, natomiast
jego synteza jest funkcją aktywności syntazy.

Glikogenoliza

• Kluczowym enzymem jest fosforylaza

glikogenowa, która hydrolizuje wiązania α-1,4-

glikozydowe. Enzym ten odrywa kolejne reszty

glukozy od nieredukującego końca cząsteczki,

przekształcając je w glukozo-1-fosforan.

• Fosforylaza nie działa na wiązania α-1,6-

glikozydowe, które występują w miejscach

rozgałęzień. Działa tu enzym transferaza

glukanowa, która przenosi fragment łańcucha z

jednego rozgałęzienia na inne. Odsłonięte

wiązanie 1,6-glikozydowe hydrolizowane jest

przez enzym rozgałęziający (amylo-1,6-

glikozydaza).

• Po usunięciu tego wiązania wznawia działanie

fosforylaza glikogenowa.

Fosforolityczne rozszczepienie

glikogenu jest korzystne

energetycznie gdyż:

• Uwolniony cukier jest ufosforylowany

(zawiera wiązanie wysokoenergetyczne)

• Glukozo-1-fosforan nie może „uciekać” z

komórek poprzez dyfuzję, a glukoza może.

• Ufosforylowanie glukozy kosztowałoby

ATP, a tak od razu jest glukozo-1-fosforan.

Glikogenogeneza

• W pierwszym etapie glukoza dzięki ATP przekształcana jest

w glukozo-6-fosforan, a ten dzięki fosfoglukomutazie
przechodzi w glukozo-1-fosforan. Ten z kolei reaguje w UTP i
powstaje aktywna forma glukozy (UDP-glukoza), a ta
przyłącza się do istniejącej cząsteczki glikogenu.

• Do rozpoczęcia syntezy glikogenu niezbędna jest

cząsteczka starterowa, którą jest białko, glikogenina.

• Białko to na początku syntezy glikogenu przyłącza

samorzutnie 8 reszt glikozylowych powiązanych wiązaniami
α-1,4.

• Rozbudowa glikogenu polega na dołączaniu nowych reszt

glukozy (pochodzących z formy aktywnej) do jego
nieredukujących reszt końcowych.

• Tworzą się wiązania α-1,4-glikozydowe. Tę reakcję katalizuje

kluczowy enzym syntaza glikogenowa.

• Gdy łańcuch zostanie

przedłużony o co najmniej
11 reszt glukozy, wówczas
enzym rozgałęziający
transportuje część
łańcucha o wiązaniach α-
1,4 na sąsiedni łańcuch
formując wiązanie α-1,6,
co prowadzi do
rozgałęzienia cząsteczek
glikogenu.

• Bardzo ważne jest, że

każda cząsteczka
glikogenu zawiera w swym
rdzeniu jedną cząsteczkę
glikogeniny. Taka sytuacja
warunkuje aktywność
sytazy glikogenowej i
zmniejsza wielkość i liczbę
nowotworzonych
cząsteczek glikogenu.

Różnica w przemianie glikogenu w

wątrobie i w mięśniach

Glikogen stanowi zapas węglowodanowy, podlegający łatwo

mobilizacji. Glikogen zmagazynowany w wątrobie służy jako
rezerwa glukozy przekazywanej do krwioobiegu i
wykorzystywanej prze inne tkanki. Przemiana glikogenu w
wątrobie jest też bardzo precyzyjnie regulowana. Czynnikami
o zasadniczym znaczeniu jest sam poziom glikemii oraz
czynniki hormonalne.

W mięśniu glikogen jest wykorzystywany wyłącznie jako

substrat energetyczny – zwłaszcza w stanie niedotlenienia.
Mięśnie szkieletowe w żadnych warunkach nie uwalniają
glukozy do krwioobiegu. Brak tu bowiem fosfatazy glukozo-6-
fosforanu, a niewielkie ilości wolnej glukozy, powstającej w
wyniku glikogenolizy – ze względu na niekorzystny gradient –
pozostają w obrębie komórki i ulegają raczej fosforylacji.
Metabolizm glikogenu w mięśniach jest też kontrolowany w
dużej mierze przez czynniki wewnątrzkomórkowe.

Hormonalna regulacja przemian

glikogenu

• Insulina i glukagon w bezpośredni sposób wpływają na

wykorzystanie glukozy i jej poziom we krwi. Ich działanie w

stosunku do siebie jest przeciwstawne.

• Insulina zajmuje kluczową rolę w przemianie glukozy w

energię. Wydzielana jest do krwi ,gdy poziom glukozy

rośnie. Jej działanie jest wielokierunkowe i obejmuje głównie

zwiększenie przenikania glukozy do wnętrza komórki i

uruchomienie mechanizmów enzymatycznych

umożliwiających uzyskanie z niej energii. Poza tym wpływa

na zwiększenie magazynowania glikogenu w wątrobie,

zwiększa produkcję nowych białek przez komórki i wpływa

na przemiany tłuszczów.

• Glukagon natomiast wydzielany jest wtedy, gdy poziom

glukozy we krwi obniża się. Działanie glukagonu powoduje

uwolnienie zmagazynowanych w wątrobie zapasów glukozy

(glikogenu) i uruchomienie wytwarzania glukozy z innych

substancji np. aminokwasów. Mechanizmy te powodują

wzrost i normalizację poziomu glukozy we krwi.

• Współdziałanie tych dwóch hormonów u ludzi zdrowych

pozwala na utrzymanie optymalnego stężenia glukozy we

krwi zależnie od aktualnych potrzeb.

Zależności między hormonami wpływającymi na metabolizm

glikogenu, a reakcjami fosforylacji, które warunkują

aktywność sytazy glikogenowej i fosforylazy

• Glukagon wiąże się z błoną komórek mięśni i stymuluje

cyklazę adenylanową

• Cyklaza adenylanowa katalizuje w błonie komórkowej

przemianę ATP w cAMP

• Wzrost wewnątrzkomórkowego poziomu cAMP powoduje

aktywację kinazy białkowej. W nieobecności cAMP kinaza jest
nieaktywna.

• Kinaza białkowa zależna od cAMP katalizuje fosforylację

zarówno kinazy fosforylazowej jak i syntazy glikogenowej.
Fosforylacja obu tych enzymów jest podstawą
skoordynowanej reakcji syntezy i rozkładu glikogenu.
Fosforylacja prowadzona przez kinazę zależną od cAMP
aktywuje fosforylazę (pośrednio, przez kinazę fosforylazową)
i równocześnie dezaktywuje (bezpośrednio) syntazę
glikogenową.