Гликоген је макромолекула (молекулска маса од око 400 милиона далтона) α-глукозе у којој су углавном α-1, 4 гликозидне везе и гране у односу 1:10, због а-1, 6 гликозидних веза.
Гликоген представља резервни материјал и континуирано се разграђује и реконституише; у целој маси ћелија у телу имамо око 100 г гликогена: већина је у јетри где је покретна и може се користити као резерва за друге органе (гликоген у мишићима није покретан).
Ензими који катализирају разградњу и синтезу гликогена, сви су у цитоплазми, стога је потребан систем регулације који чини један пут неактивним када је други активан: ако је глукоза доступна, она се претвара у гликоген (анаболизам) који је резерва, и обрнуто, ако је потребна глукоза, гликоген се деградира (катаболизам).
Ензим који је углавном укључен у деградацију гликогена је гликоген фосфорилаза ; овај ензим је способан да цијепа а-1, 4 гликозидну везу користећи, као литички агенс, неоргански ортофосфат: цијепање се одвија преко фосфоролитичке и добије се глукоза 1-фосфат.
Код пет или шест јединица од тачке гранања, ензим гликоген фосфорилаза више није у стању да делује, зато се одваја од гликогена и замењује га ензим за исецање који је трансфераза : у каталитичком месту овог ензима постоји хистидин који омогућава трансфер три сахаридне јединице у најближи гликозидни ланац (хистидин напада први угљеник молекула глукозе). Управо поменути ензим је гликозилтрансфераза ; на крају дејства овог ензима, само једна јединица глукозе остаје на бочном ланцу са првим угљеником везаним за шести угљеник глукозе у главном ланцу. Последња јединица глукозе бочног ланца се ослобађа дејством ензима а-1, 6 гликозидазе (овај ензим је други део ензима дебранцхинга); с обзиром да су гране у гликогену у омјеру 1:10, од потпуне деградације макромолекула добијамо око 90% глукозе 1-фосфата и око 10% глукозе.
Деловање горе поменутих ензима омогућава елиминацију бочног ланца из молекула гликогена; активност ових ензима може се поновити све док не дође до потпуне деградације ланца.
Размотримо хепатоците; глукоза (асимилована кроз дијету), када уђе у ћелију, претвара се у глукозу 6-фосфат и на тај начин се активира. Глукоза 6-фосфат, дејством фосфоглукомутазе, трансформише се у глукозу 1-фосфат: овај последњи је непосредни прекурсор биосинтезе; у биосинтези се користи активирани облик шећера, који је представљен шећером везаним за дифосфат: обично уридилдисфосфат (УДП). Глукоза 1-фосфат се затим конвертује у УДП-глукозу; овај метаболит је под дејством гликогенске синтазе која је у стању да веже УДП-глукозу на не-редуцирајући крај растућег гликогена: издужени гликоген се добија из глукозидне јединице и УДП-а. УДП се конвертује помоћу ензима нуклеозидедифосфокиназе у УТП који се враћа у циркулацију.
Деградација гликогена настаје дјеловањем гликоген фосфорилазе која ослобађа молекул глукозе и претвара га у глукозу 1-фосфат. Након тога, фосфоглукомутаза претвара глукозу 1-фосфат у глукозу 6-фосфат.
Гликоген се синтетизује, пре свега, у јетри и мишићима: у телу се налази 1-1, 2 грама гликогена распоређеног кроз мишићну масу.
Гликоген миоцита представља резерву енергије само за ту ћелију, док је гликоген који се налази у јетри такође резерва за друга ткива, то јест, може се послати као глукоза у друге ћелије.
Глукоза 6-фосфат који се добија у мишићима од деградације гликогена се затим шаље, у случају потреба за енергијом, гликолизи; у јетри, глукоза 6-фосфат се претвара у глукозу дејством глукозе 6-фосфат фосфатазе (ензим карактеристичан за хепатоците) и преноси се у циркулаторни ток.
И гликоген синтаза и гликоген фосфорилаза раде на нередуцирајућим јединицама гликогена, тако да мора постојати хормонски сигнал који покреће активацију једног пута и блокирање другог (или обрнуто).
У лабораторији је било могуће продужити ланац гликогена, искориштавајући гликоген фосфорилазу и користећи глукозу 1-фосфат у врло високој концентрацији.
У ћелијама, гликоген фосфорилаза катализује реакцију деградације само зато што су концентрације метаболита такве да померају равнотежу следеће реакције у десно (тј. Према деградацији гликогена):
Погледајмо механизам дејства гликоген фосфорилазе: ацеталични кисеоник (који делује као мост између јединица глукозе) везује се за фосфорил водоник: реакциони интермедијер се формира карбокатионом (на глукози која је екстремитет) коме се фосфорил (Пи) веома брзо веже.
Гликоген фосфорилаза захтева кофактор који је пиридоксал фосфат (овај молекул је такође кофактор за трансаминазе): има фосфорил протониран само делимично (пиридоксал фосфат је окружен хидрофобним окружењем које оправдава присуство протона везаних за њега) . Фосфорил (Пи) може дати протон гликогену, јер се тада фосфорил враћа, протон из делимично протонираног фосфорила пиридоксал фосфата. Вероватноћа да ће, при физиолошком пХ, фосфорил изгубити протон и остати потпуно депротониран, веома је мала.
Сада да видимо како ради фосфоглукомутаза. Овај ензим има фосфориловани остатак серина у каталитичком месту; серин даје фосфорил до глукозе 1-фосфата (на позицији шест): глукоза 1, 6-бисфосфат се формира кратко време, затим серин се рефосфорилише узимањем фосфорила у позицију један. Мутаза фосфоглука може радити у оба смјера, тј. Претворити глукозу 1-фосфат у глукозу 6-фосфат или обрнуто; Ако се производи глукоза 6-фосфат, може се директно послати на гликолизу, у мишиће или трансформисати у глукозу у јетри.
Ензим уридил фосфоглукус трансфераза (или УДП глукоза пирофосфорилаза) катализује реакцију трансфера глукозе 1-фосфата у УТП фосфорилним нападом а.
Управо описани ензим је пирофосфорилаза: ово име је због чињенице да је супротна реакција на управо описану пирофосфорилацију.
УДП глукоза, добијена како је описано, је у стању да продужи ланац гликогена моносахаридне јединице.
Могуће је развити реакцију према формирању УДП глукозе елиминацијом производа који је пирофосфат; ензим пирофосфатаза претвара пирофосфат у два молекула ортофосфата (хидролиза анхидрида) и на тај начин одржава концентрацију пирофосфата тако ниском да се процес формирања УДП глукозе фаворизује термодинамички.
Као што је поменуто, УДП глукоза, захваљујући дејству гликоген синтазе, може да продужи ланац гликогена.
Посљедице (у омјеру 1:10) су посљедица чињенице да, када се гликогенски ланац састоји од 20-25 јединица, интервенира грански ензим (који има хистидин на свом каталитичком мјесту), способан за пријенос низа 7 -8 гликозидне јединице даље низводно од 5-6 јединица: тако се ствара нова гранања.
Из разлога нервног поријекла или ако је енергија потребна због физичког напора, адреналин се лучи из надбубрежних жлезда.
Циљне ћелије адреналина (и норепинефрина) су ћелије јетре, мишића и масног ткива (у потоњем је деградација триглицерида и циркулација масних киселина: у митохондријима се, дакле, производи глукоза 6 фосфат, који се шаље на гликолизу, док се у адипоцитима глукоза 6-фосфат трансформише у глукозу дејством ензима глукоза 6-фосфат фосфатазе и извози у ткива).
Погледајмо сада, начин дјеловања адреналина. Адреналин се везује за рецептор који се налази на ћелијској мембрани (миоцита и хепатоцита) и то одређује транслацију сигнала извана у ћелију. Активира се протеин киназа која делује истовремено на системе који регулишу синтезу и деградацију гликогена:
Гликогенска синтаза постоји у два облика: дефосфорилисаном облику (активном) и фосфорилисаном облику (неактивном); протеин киназа фосфорилише гликоген синтазу и блокира њено деловање.
Гликоген фосфорилаза може постојати у два облика: активни облик у коме је присутан фосфориловани серин и неактивни облик у коме је серин дефосфорилисан. Гликоген фосфорилаза може да се активира киназом ензима гликоген фосфорилазе . Киназа гликоген фосфорилазе је активна ако је фосфорилована и неактивна ако је дефосфорилована; протеин киназа има као супстрат киназу гликоген фосфорилазе, тј. она је у стању да фосфорилише (и, према томе, активира) ово друго што, заузврат, активира гликоген фосфорилазу.
Када се сигнал адреналина заврши, ефекат који има у ћелији мора такође да се заврши: ензими фосфатазе интервенишу, дакле, на протеинским врстама.
