Глікоген являє собою макромолекулу (молекулярну масу близько 400 млн. Дальтон) α-глюкози, в якій знаходяться переважно α-1, 4 глікозидні зв'язки і відгалуження у співвідношенні 1:10, обумовлені α-1, 6 глікозидними зв'язками.
Глікоген є резервним матеріалом і безперервно деградується і відновлюється; у всієї клітинної маси тіла ми маємо близько 100 г глікогену: більша частина його знаходиться в печінці, де вона рухлива, і тому може використовуватися як резерв для інших органів (глікоген в м'язах не рухливий).
Ферменти, які каталізують деградацію і синтез глікогену, знаходяться в цитоплазмі, тому необхідна система регулювання, яка робить один шлях неактивним, коли інший активний: якщо глюкоза доступна, остання перетворюється в глікоген (анаболізм), який є резервом, навпаки, якщо потрібна глюкоза, то глікоген деградує (катаболізм).
Фермент, що в основному бере участь у деградації глікогену, є глікогенфосфорилаза ; цей фермент здатний розщеплювати α-1, 4 глікозидний зв'язок, використовуючи, як літичний агент, неорганічний ортофосфат: розщеплення відбувається за допомогою фосфоролітичного і глюкозо-1-фосфату.
У п'яти-шести одиницях від точки розгалуження фермент глікогенфосфорилаза більше не здатний діяти, тому він відокремлюється від глікогену і замінюється ферментом, що розщеплює, який є трансферазою : в каталітичному місці цього ферменту є "гістидин", який дозволяє переносити три сахаридні одиниці в найближчу глікозидну ланцюг (гістидин атакує перший вуглець молекули глюкози). Вказаний фермент - це глікозилтрансфераза ; наприкінці дії цього ферменту тільки один блок глюкози залишається на бічному ланцюзі з першим вуглецем, пов'язаним з шостим вуглецем глюкози в головному ланцюзі. Останній блок глюкози бічного ланцюга вивільняється під дією ферменту α-1, 6 глікозидази (цей фермент є другою частиною ферменту розщеплення); Враховуючи, що гілки в глікогені знаходяться у співвідношенні 1:10, від повної деградації макромолекули ми отримуємо близько 90% глюкози 1-фосфату і близько 10% глюкози.
Дія вищезазначених ферментів дозволяє виключити бічний ланцюг з молекули глікогену; активність цих ферментів може бути повторена до повного розпаду ланцюга.
Розглянемо гепатоцити; глюкоза (засвоюється через дієту), коли вона надходить у клітину, вона перетворюється в глюкозу 6-фосфат і таким чином активується. Глюкозо-6-фосфат, дією фосфоглюкомутази, перетворюється на глюкозо-1-фосфат: останній є безпосереднім попередником біосинтезу; у біосинтезі використовується активована форма цукрів, яка представлена цукром, пов'язаним з дифосфатом: зазвичай уридилдифосфат (UDP). Глюкоза 1-фосфат потім перетворюється в UDP-глюкозу; цей метаболіт знаходиться під дією глікогенсинтази, здатної зв'язувати UDP-глюкозу з нередуцирующим кінцем зростаючого глікогену: витягнутий глікоген отримують з глюкозидного блоку і UDP. UDP перетворюється ферментом нуклеозидифосфокиназой в UTP, який повертається в циркуляцію.
Деградація глікогену відбувається дією глікогенфосфорилази, яка вивільняє молекулу глюкози і перетворює її в глюкозо-1-фосфат. Згодом фосфоглюкомутаза перетворює глюкозу 1-фосфат в глюкозу 6-фосфат.
Глікоген синтезується, перш за все, в печінці і в м'язах: в організмі є 1-1, 2 г глікогену, розподіленого по всій м'язовій масі.
Глікоген міоцита являє собою запас енергії тільки для цієї клітини, тоді як глікоген, що міститься в печінці, також є резервом для інших тканин, тобто він може бути відправлений, як глюкоза, до інших клітин.
Глюкоза 6-фосфат, отриманий в м'язах від деградації глікогену, потім посилають, у разі потреби в енергії, на гліколіз; в печінці глюкоза-6-фосфат перетворюється в глюкозу під дією глюкозо-6-фосфатфосфатази (фермент, характерний для гепатоцитів) і передається в кровообіг.
І глікогенсинтаза, і глікогенфосфорилаза працюють на нередукуючих одиницях глікогену, тому повинен бути гормональний сигнал, який керує активацією одного шляху і блокуванням іншого (або навпаки).
У лабораторії можна було подовжити ланцюг глікогену, використовуючи глікогенфосфорилазу і використовуючи глюкозу 1-фосфат в дуже високій концентрації.
У клітинах глікогенфосфорилаза каталізує тільки реакцію деградації, оскільки концентрації метаболітів є такими, що зсувають баланс наступної реакції вправо (тобто у бік деградації глікогену):
Давайте подивимося на механізм дії глікогенфосфорилази: ацеталевий кисень (який служить мостом між глюкозними одиницями) зв'язується з фосфорилом водню: реакційний проміжний матеріал утворюється карбокатіоном (на глюкозі, яка кінцівки), до якої фосфорил (Pi) дуже швидко зв'язується.
Глікогенфосфорилаза вимагає кофактора, який є піридоксальфосфатом (ця молекула також є кофактором для трансаміназ): вона має фосфорил, протонирован тільки частково (піридоксальфосфат оточений гідрофобним середовищем, що виправдовує присутність протонів, пов'язаних з ним), Фосфорил (Pi) здатний давати протон до глікогену, тому що таке фосфорил повертається потім, протон з частково протонированного фосфорилу піридоксальфосфату. Ймовірність того, що при фізіологічному рН фосфорил втрачає протон і залишається повністю депротонированним, є дуже низьким.
Тепер подивимося, як працює фосфоглюкомутаза. Цей фермент має залишок фосфорильованого серину в каталітичному сайті; серин дає фосфорил до 1-фосфату глюкози (у положенні шести): утворюється глюкоза 1, 6-бісфосфат на короткий час, потім серин рефосфорилюється, приймаючи фосфорил в положенні 1. Мутаза фосфоглюка може працювати в обох напрямках, тобто перетворювати глюкозу 1-фосфат в глюкозу 6-фосфат або навпаки; якщо виробляється глюкозо-6-фосфат, його можна безпосередньо направляти в гліколіз, в м'язи або перетворювати в глюкозу в печінці.
Фермент Uridyl фосфоглюкоза трансфераза (або UDP глюкоза пірофосфорилаза) каталізує реакцію перенесення глюкози 1-фосфату на UTP шляхом фосфорильної атаки a.
Тільки описаний фермент являє собою пірофосфорилазу: це ім'я пояснюється тим, що протилежна реакція на описану пірофосфорилювання.
UDP глюкоза, отримана, як описано, здатна подовжувати ланцюг глікогену моносахаридного блоку.
Можна розвивати реакцію на утворення глюкози UDP шляхом виключення продукту, який є пірофосфатом; Фермент пірофосфатаза перетворює пірофосфат в дві ортофосфатні молекули (гідроліз ангідриду) і таким чином зберігає концентрацію пірофосфату настільки низькою, що процес формування UDP глюкози сприяє термодинамічному впливу.
Як згадувалося, UDP глюкоза, завдяки дії глікогенсинтази, здатна подовжувати ланцюг глікогену.
Наслідки (у співвідношенні 1:10) пов'язані з тим, що, коли ланцюг глікогену складається з 20-25 одиниць, втручається розгалужувальний фермент (що має на його каталітичному місці гістидин), здатний переносити серію 7 -8 глікозидних одиниць, розташованих нижче за течією 5-6 одиниць: таким чином, створюється нове розгалуження.
З причин нервового походження або якщо енергія необхідна через фізичні зусилля, адреналін виділяється з надниркових залоз.
Клітини-мішені адреналіну (і норадреналіну) відносяться до печінки, м'язів і жирової тканини (в останній відбувається деградація тригліцеридів і циркуляція жирних кислот: у мітохондріях виробляється глюкоза 6). фосфат, який направляється на гліколіз, в той час як в адипоцитах, глюкоза 6-фосфат перетворюється в глюкозу під дією ферменту глюкоза 6-фосфат фосфатази і експортується в тканини).
Подивимося, тепер, спосіб дії адреналіну. Адреналін пов'язується з рецептором, що знаходиться на мембрані клітини (міоцитів і гепатоцитів), і це визначає трансляцію сигналу ззовні всередину клітини. Активована протеїнкіназа, яка діє одночасно на системи, що регулюють синтез і деградацію глікогену:
Глікоген-синтаза існує у двох формах: дефосфорильованої (активної) і фосфорильованої (неактивна); протеїнкіназа фосфорилює глікогенсинтазу і блокує її дію.
Фосфорилаза глікогену може існувати у двох формах: активної форми, в якій присутній фосфорильований серин, і неактивної форми, в якій серин дефосфорилирован. Глікогенфосфорилаза може бути активована ферментом глікогенфосфорилази кінази . Глікогенфосфорилазная кіназа активна, якщо вона фосфорильована і неактивна, якщо вона дефосфорилирована; протеїнкіназа має як субстрат кіназу глікогенфосфорилази, тобто вона здатна фосфорилировать (і, отже, активувати) останню, яка, в свою чергу, активує глікогенфосфорилазу.
Після того, як сигнал надходження адреналіну закінчиться, ефект, який він має у клітці, також повинен закінчитися: ферменти фосфатази втручаються, отже, у види білка.
