Glykogen

Glykogen - Stivelseslignende polymer bestående av glukosenheter. Glykogen er et lager med karbohydrater i lever og muskler hos virveldyr (vertebrater)og noen mikroorganismer. Glykogen er glukose bundet sammen lineært med α-1,4 –bindinger og greinet i  α-1,6-bindinger, og har strukturlikhet med amylopektin i stivelse i planter.

Sukker lagret som en polymer i  glykogen gir få osmotiske effekter sammenlignet med samme mengde fritt sukker. Glykogen kan bestå av opptil 50000 glukosemolekyler. Flere glykogengranuler inngår i rosettformete klynger i cytosol. Glykogen i muskler er et reservoir med energi som raskt kan bli mobilisert, mens glykogenlageret i lever kan gi energi i 1-2 døgn hvis det ikke tilføres ny mat. Deretter må kroppen tære på fettlageret.

Nedbrytning av glykogen

Glykogen blir nedbrutt (glykogenolyse) til glukose-1-fosfat katalysert av enzymene glykogen fosforylase, fosfoglukomutase og glykogenavgreiningsenzym (fjerner greiningspunktene i glykogen).

Glykogen fosforylase spalter α-1,4-glykosidbinginger mellom glukosemolekylene, i en fosforylasereaksjon som er avhengig av vitamin B6 (pyridoksalfosfat).

(α-1,4-glykogen)n + Pi ↔ (α-1,4-glykogen)n-1 + α-D-glukose-1-fosfat

Glykogen fosforylase kapper av enheter med glukose-1-fosfat fra den ikke-reduserende enden av glykogen inntil enzymet treffer på et greiningspunkt med glukose i α-1,6-binding, som brytes av glykogenavgreiningsenzym (en transferase og α-1,6-glukosidase).

Denne reaksjonen er forskjellig fra nedbrytning av glykogen via maten som er en hydrolyse.

For å kunne bli utnyttet i metabolismen i musklene må glukose-1-fosfat omdannes til glukose-6-fosfat katalysert av enzymet fosfoglukomutase:

Glukose-1-fosfat ↔ glukose-6-fosfat

Glukose-6-fosfat kan deretter gå inn i glykolysen og sitronsyresyklus og gi kjemisk energi (ATP) til muskelkontraksjon.

Når sukkerkonsentrasjonen i blodet etter hvert begynner å synke starter nedbrytning av glykogen i lever, hvor leverenzymet glukose-6-fosfatase deltar, hydrolyserer og danner glukose og fritt uorganisk fosfat. Glukose fraktes ut av levercellene via glukosetransportører.

Glukose-6-fosfat blir fraktet via en egen transporter inn i lumen på endoplasmatisk retikulum som ligger i cytosol. ER inneholder glukose-6-fosfatase som spalter glukose-6-fosfat til glukose og uorganisk fosfat. Fosfattrasportøren frakter ut fosfat fra ER, mens glukosetransporter frakter ut glukose. En annen glukosetransporter frakter glukose over plasmamembranen og ut i blodkapillarene. Både oppbygging og nedbrytning av glykogen er under sterk reguleringskontroll blant annet styrt av hormonene glukagon, adrenalin og insulin, samt sekundære budbringer som syklisk AMP (cAMP), AMP, kalsium (Ca2+)-kalmodulin, glukosetransportører, og flere protein kinaser og protein fosfataser.  I bukspyttkjertelen (pankreas) roduserer β-cellene insulin, α-cellene glukagon og δ-cellene somatostatin. I tillegg produserer bukspyttkjertelen fordøyelsesvæske. Adrenalin (epinefrin) blir laget i binyrebarken. Glukoseomsetning oppbygning eller nedbrytning av glykogen er også nær koblet til omdanning av glukose til acetyl-CoA og videre til triglycerider (fett i fettvev) med regulering av acetyl-CoA karboksylase . I tillegg er det sentrale reguleringsenzymer i glykose og sitronsyresyklus e.g. glukokinase og pyruvat dehydrogenase. Et samvirke mellom lever og muskler e.g. Corisyklus. Et utrolig vakkert og komplekst biokjemisk regulerrt samspill fintslipt gjennom evolusjon for å kunne holde kontroll med energimetabolismen og energirike molekyler, valg mellom lagring eller omsetning. 

Biosyntese av glykogen (glykogenese)

Glukose som inngår i glykogen blir tilført via sukkernukleotidet uridindifosfat-glukose (UDP-glukose). Biosyntesen av glykogen starter med glukose-6-fosfat laget fra glukose katalysert av heksokinase :

D-glukose + ATP → D-glukose-6-fosfat + ADP

Heksokinase finnes som flere isoenzymer, heksokinase I og II i muskler og heksokinase IV i lever.

Fosfoglukomutase katalyserer overgangen mellom glukose-6-fosfat og glukose-1-fosfat:

Glukose-6-fosfat ↔ glukose-1-fosfat

Deretter lages UDP glukose ved å koble sammen glukose og uridintrifosfat (UTP) katalysert av UDP-glukose pyrofosforylase

Glukose-1-fosfat + UTP → UDP-glukose + PPi

Energien som ligger i pyrofosfat PPi blir frigitt katalysert av enzymet pyrofosfatase.

Glykogen syntase er enzymet som overfører glukose fra UDP-glukose til den ikke-reduserende enden av glykogen i alfa-1,4-binding (α-1,4). For å kunne lage alfa-1,6-bindinger (α-1,6) )i greiningspunktene i glykogen brukes enzymet glykogen greiningsenzym, en glykosyltransferase som hekter på ca. 6 glukosemolekyler i greiningspunktet. Glykogen syntase kan ikke starte på bar bakke, men trenger en start (primer) i form av et stort proteinkompleks kalt glykogenin.

Glykogenregulering

Aktivering av glykogen fosforylase

Glykogen fosforylase finnes i to former en aktiv glykogen fosforylase a,  og en inaktiv glykogen fosforylase b. Glykogen fosforylase b blir aktivert via fosfosforylering katalysert av glykogen fosforylase b kinase. Signalkaskaden som gir fosforylering av glykogen fosforylase b starter med at glukagon i lever ved lav glukosekonsentrasjon i blodet eller adrenalin (epinefrin) i muskler ved raskt fluktbehov øker omdanning fra ATP til budbringermolekylet syklisk AMP (cAMP) katalysert av adenylyl syklase. Syklisk AMP aktiverer cAMP-avhengig protein kinase A, og det er denne kinasen som aktiverer isoenzymer av glykogen fosforylase b kinase via fosforylering, henholdsvis i lever eller muskler. I tillegg til hormonregulering er det allosterisk regulering av enzymaktivitet. Glykogen fosforylase b kinase blir aktivert av kalsium (Ca2+)- kalmodulin. Kalsium deltar i muskelsammentrekning og når muskler er i aktivt arbeidet er energikilden adenosin trifosfat (ATP), men hvor det også blir laget adenosin monofosfat (AMP). AMP som bindes til glykogen fosforylase gir signal om å øke nedbrytningen av glykogen til glukose-1-fosfat. I glykolysen blir glukose-1-fosfat brukt til arbeid i musklene, mens i leveren blir den brukt til å øke konsentrasjonen av glukose i blodet.Ved resusert muskelbruk blir ikke så mye ATP omsatt, gir økt ATP-konsentrasjon som blokkerer for binding av AMP.

glykogenfosforylase b (inaktiv) + 2ATP+Ca2+ + AMP → glykogenfosforylase a (aktiv) + 2ADP

Inaktivering av glykogen fosforylase

Når musklene går i hvile minsker behovet for nedbrytning av glykogen. Aktiv fosforylert glykogen fosforylase a blir defosforylert, fosfat bundet til hydroksylgruppen i aminosyren serin blir fjernet av en glykogen fosfoprotein fosfatase:

glykogenfosforylase a (aktiv) + 2H2O → glykogenfosforylase b (inaktiv ) + 2 Pi

Glykogen fosfoprotein fosfatase  som stopper nedbrytningen av glykogen ved å danne inaktiv glykogen fosforylase b blir også styrt av hormon konsentrasjon, kalsium og AMP, men nå motsatt vei.

Aktivering av glykogen syntase

Glykogen syntase blir aktivert ved at inaktiv og fosforylert glutamin syntase b (fosforylert serin via glykogen syntase kinase 3 (GSK3) blir defosforylert  av fosfoprotein fosfatase 1 (PP1) og danner aktiv glykogen syntase a. Imidlertid kan ikke GSK3 fosforylere glykoen syntase b før glutamin syntase a også er fosforylert av kasein kinase II. I tillegg deltar en AMP-aktivert protein kinase. Fosfoprotein fosfatase 1, i tillegg til å aktivere glykogen syntase, blir også aktivert av glukose, glukose-6-fosfat og insulin. Insulin virker også ved å hemme GSK3, og dette skjer ved at insulin aktiverer en protein kinase B som inaktiverer GSK3 via fosforylering. Konsetrasjonen av insulin stiger når det er høy konsentrasjon av glukose i blodet. Glukosetransportøren GLUT2 deltar i å få glukose ut av blodårene ut i cellevevet der det kan bli omdannet til glykogen i muskler eller glykogen og fett i lever.

I bukspyttkjertelen (pankreas) produserer β-cellene i de Langerhanske øyene insulin, α-cellene glukagon og δ-cellene somatostatin. I tillegg produserer bukspyttkjertelen fordøyelsesvæske. Adrenalin (epinefrin) blir laget i binyrebarken, hormonstyring av aktivitet via endokrinologi

Tilbake til hovedside

Publisert 4. feb. 2011 10:22 - Sist endret 16. apr. 2020 09:34