Glikogen

Glikogen adalah makromolekul (massa molekul sekitar 400 juta dalton) dari α-glukosa di mana terdapat terutama ikatan α-1, 4 glikosidik dan cabang dalam rasio 1:10, karena ikatan glikosidik α-1, 6.

Glikogen merupakan bahan cadangan dan terus terdegradasi dan dilarutkan; dalam semua massa sel tubuh, kita memiliki sekitar 100 g glikogen: sebagian besar berada di hati di mana ia bergerak dan oleh karena itu, dapat digunakan sebagai cadangan untuk organ-organ lain (glikogen dalam otot tidak bergerak).

Enzim yang mengkatalisasi degradasi dan sintesis glikogen, semuanya ada dalam sitoplasma, oleh karena itu diperlukan sistem regulasi yang membuat satu rute tidak aktif ketika yang lain aktif: jika glukosa tersedia, jika glukosa tersedia, yang terakhir diubah menjadi glikogen (Anabolisme) yang merupakan cadangan, sebaliknya, jika glukosa diperlukan, maka glikogen terdegradasi (katabolisme).

Melihat struktur glikogen, dapat dilihat bahwa hanya ada satu ujung (unit glikosidik lateral) dengan hidroksil dari karbon keempat yang terlibat dan hidroksil pada karbon bebas pertama: unit ini disebut reduksi; sebaliknya, ada banyak ujung dengan hidroksil terikat pada karbon glukosa pertama, yang terlibat dalam ikatan dan hidroksil dari karbon keempat yang tidak terlibat dalam ikatan apa pun: ujung yang tidak mengurangi. Pada ujung yang tidak mereduksi, ia mampu mengikat enzim yang bertanggung jawab atas degradasi atau sintesis glikogen; mengingat tingginya jumlah ujung yang tidak mengurangi, banyak unit enzim dapat bertindak secara bersamaan dan ini membuat sintesis atau degradasi glikogen sangat cepat. Metabolisme glikogen adalah respon cepat.

Enzim yang terutama terlibat dalam degradasi glikogen adalah glikogen fosforilase ; Enzim ini mampu memecah ikatan α-1, 4 glikosidik menggunakan, sebagai agen litik, ortofosfat anorganik: pembelahan terjadi melalui fosforolitik dan glukosa 1-fosfat diperoleh.

Pada lima atau enam unit dari titik percabangan, enzim glikogen fosforilase tidak lagi dapat bertindak, oleh karena itu terlepas dari glikogen dan digantikan oleh enzim debranching yang merupakan transferase : di situs katalitik enzim ini terdapat 'histidin yang memungkinkan transfer tiga unit sakaridik ke rantai glikosidik terdekat (histidin menyerang karbon pertama dari molekul glukosa). Enzim yang baru saja disebutkan adalah glikosiltransferase ; pada akhir aksi enzim ini, hanya satu unit glukosa yang tersisa di rantai samping dengan karbon pertama terikat ke karbon keenam dari glukosa dalam rantai utama. Unit glukosa terakhir dari rantai samping dilepaskan oleh aksi enzim α-1, 6 glikosidase (enzim ini adalah bagian kedua dari enzim debranching); mengingat bahwa cabang-cabang, dalam glikogen, berada dalam rasio 1:10, dari degradasi lengkap makromolekul kami memperoleh sekitar 90% glukosa 1-fosfat dan sekitar 10% glukosa.

Kerja enzim-enzim yang disebutkan di atas memungkinkan penghilangan rantai samping dari molekul glikogen; aktivitas enzim-enzim ini dapat diulang sampai ada degradasi lengkap dari rantai.

Mari kita pertimbangkan hepatosit; glukosa (diasimilasi melalui makanan), ketika memasuki sel itu diubah menjadi glukosa 6-fosfat dan dengan demikian diaktifkan. Glukosa 6-fosfat, oleh aksi fosfoglukomutase, diubah menjadi glukosa 1-fosfat: yang terakhir adalah prekursor biosintesis yang tidak langsung; dalam biosintesis, bentuk gula aktif digunakan, yang diwakili oleh gula yang terikat pada difosfat: biasanya uridyldiposphate (UDP). Glukosa 1-fosfat kemudian dikonversi menjadi UDP-glukosa; metabolit ini berada di bawah aksi glikogen sintase yang mampu mengikat UDP-glukosa ke ujung yang tidak mengurangi glikogen yang tumbuh: glikogen memanjang diperoleh dari unit glukosidik dan UDP. UDP dikonversi oleh enzim nucleosidedifosphokinase menjadi UTP yang kembali ke sirkulasi.

Degradasi glikogen terjadi oleh aksi glikogen fosforilase yang melepaskan molekul glukosa dan mengubahnya menjadi glukosa 1-fosfat. Selanjutnya, fosfoglukomutase mengubah glukosa 1-fosfat menjadi glukosa 6-fosfat.

Glikogen disintesis, di atas segalanya, di hati dan di otot: di dalam tubuh ada 1-1, 2 gram glikogen yang didistribusikan ke seluruh massa otot.

Glikogen dari myocyte mewakili cadangan energi hanya untuk sel itu sementara glikogen yang terkandung dalam hati juga merupakan cadangan untuk jaringan lain, yaitu, ia dapat dikirim, seperti glukosa, ke sel-sel lain.

Glukosa 6-fosfat yang diperoleh dalam otot dari degradasi glikogen kemudian dikirim, dalam hal kebutuhan energi, ke glikolisis; di hati, glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa oleh aksi glukosa 6-fosfatase (suatu karakteristik enzim hepatosit) dan dibawa ke aliran peredaran darah.

Baik glikogen sintase dan glikogen fosforil bekerja pada unit glikogen yang tidak mereduksi, sehingga harus ada sinyal hormonal yang memerintahkan aktivasi satu jalur dan pemblokiran yang lain (atau sebaliknya).

Di laboratorium dimungkinkan untuk memperpanjang rantai glikogen, mengeksploitasi glikogen fosforilase dan menggunakan glukosa 1-fosfat dalam konsentrasi yang sangat tinggi.

Dalam sel, glikogen fosforilase hanya mengkatalisasi reaksi degradasi karena konsentrasi metabolitnya seperti menggeser keseimbangan reaksi berikut, ke kanan (yaitu menuju degradasi glikogen):

Mari kita lihat mekanisme kerja glikogen fosforil: oksigen asetal (yang bertindak sebagai jembatan antar unit glukosa) berikatan dengan hidrogen fosforil: zat antara reaksi terbentuk oleh karbokation (pada glukosa yang merupakan ekstremitas) yang mengikat fosforil (Pi) dengan sangat cepat.

Glikogen fosforilase membutuhkan kofaktor yang merupakan piridoksal fosfat (molekul ini juga merupakan kofaktor untuk transaminase): ia memiliki fosforil yang terprotonasi hanya sebagian (pyridoxal fosfat dikelilingi oleh lingkungan hidrofobik yang membenarkan keberadaan proton yang terikat dengannya) . Phosphoryl (Pi) mampu menghasilkan proton menjadi glikogen karena fosforil tersebut kembali, proton dari fosforil terprotonasi sebagian dari fosfat piridoksal. Probabilitas bahwa, pada pH fisiologis, fosforil kehilangan proton dan tetap terdeprotonasi sangat rendah.

Sekarang mari kita lihat bagaimana cara kerja phosphoglucomutase. Enzim ini memiliki residu serin terfosforilasi di situs katalitik; serine menghasilkan fosforil menjadi glukosa 1-fosfat (di posisi enam): glukosa 1, 6-bifosfat dibentuk untuk waktu yang singkat, kemudian serin difosforilasi dengan mengambil fosforil di posisi satu. Phosphoglucus mutase dapat bekerja di kedua arah, yaitu mengubah glukosa 1-fosfat menjadi glukosa 6-fosfat atau sebaliknya; jika glukosa 6-fosfat diproduksi, dapat langsung dikirim ke glikolisis, ke dalam otot, atau diubah menjadi glukosa di hati.

Enzim uridyl phosphoglucus transferase (atau UDP glukosa pyrophosphorylase) mengkatalisis reaksi transfer glukosa 1-fosfat ke UTP oleh serangan fosforil a.

Enzim yang baru saja dijelaskan adalah pyrophosphorylase: nama ini disebabkan oleh fakta bahwa reaksi yang berlawanan dengan yang baru saja dijelaskan adalah pyrophosphorylation.

Glukosa UDP, diperoleh seperti yang dijelaskan, mampu memperpanjang rantai glikogen unit monosakarida.

Dimungkinkan untuk mengembangkan reaksi terhadap pembentukan glukosa UDP dengan menghilangkan produk yang bersifat pirofosfat; Enzim pyrophosphatase mengubah pirofosfat menjadi dua molekul ortofosfat (hidrolisis anhidrida) dan dengan demikian, menjaga konsentrasi pirofosfat begitu rendah sehingga proses pembentukan glukosa UDP disukai secara termodinamik.

Seperti disebutkan, glukosa UDP, berkat aksi glikogen sintase, mampu memperpanjang rantai glikogen.

Konsekuensi (dalam rasio 1:10) disebabkan oleh fakta bahwa, ketika rantai glikogen terdiri dari 20-25 unit, enzim percabangan (memiliki histidin pada situs katalitiknya) ikut campur, mampu mentransfer serangkaian 7 -8 unit glikosidik lebih lanjut hilir dari 5-6 unit: percabangan baru dengan demikian dihasilkan.

Untuk alasan asal gugup atau jika energi diperlukan karena upaya fisik, adrenalin dikeluarkan dari kelenjar adrenal.

Sel-sel target adrenalin (dan norepinefrin) adalah sel-sel hati, otot dan jaringan adiposa (pada yang terakhir terdapat degradasi trigliserida dan sirkulasi asam lemak: dalam mitokondria, oleh karena itu, dihasilkan glukosa 6 -fosfat, untuk dikirim ke glikolisis, sedangkan dalam adiposit, glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa oleh aksi enzim glukosa 6-fosfatase fosfatase dan diekspor ke jaringan).

Mari kita lihat, sekarang, mode aksi adrenalin. Adrenalin berikatan dengan reseptor yang ditempatkan pada membran sel (dari miosit dan hepatosit) dan ini menentukan terjemahan sinyal dari luar ke dalam sel. Protein kinase diaktifkan yang bekerja secara simultan pada sistem yang mengatur sintesis dan degradasi glikogen:

Glycogen synthase ada dalam dua bentuk: bentuk defosforilasi (aktif) dan bentuk terfosforilasi (tidak aktif); protein kinase memfosforilasi glikogen sintase dan memblokir aksinya.

Glikogen fosforilase dapat ada dalam dua bentuk: bentuk aktif di mana serin terfosforilasi hadir dan bentuk tidak aktif di mana serin terdefosforilasi. Glycogen phosphorylase dapat diaktifkan oleh enzim glycogen phosphorylase kinase . Glikogen fosforilase kinase aktif jika difosforilasi dan tidak aktif jika mengalami defosforilasi; protein kinase memiliki substrat glikogen fosforilase kinase, yaitu ia mampu memfosforilasi (dan, karenanya, mengaktifkan) yang terakhir yang, pada gilirannya, mengaktifkan glikogen fosforilase.

Setelah sinyal adrenalin selesai, efeknya di dalam sel juga harus berakhir: enzim fosfatase ikut campur, kemudian, pada spesies protein.