Glicogenul este o macromolecule (masa moleculară de aproximativ 400 milioane daltoni) de α-glucoză în care există în principal legături și ramificații α-1, 4 glicozidice într-un raport de 1:10, datorită legăturilor glicozidice α-1, 6.
Glicogenul este un material de rezervă și este în mod continuu degradat și reconstituit; în masa celulară a corpului există aproximativ 100 g de glicogen: cea mai mare parte este în ficat, unde este mobilă și poate fi, prin urmare, utilizată ca rezervă pentru celelalte organe (glicogenul din mușchi nu este mobil).
Enzimele care catalizează degradarea și sinteza glicogenului sunt toate în citoplasmă, deci avem nevoie de un sistem de ajustare care face ca unul inactiv să fie inactiv când celălalt este activ: dacă există disponibilitate de glucoză, acesta din urmă este transformat în glicogen (anabolism) care este o rezervă, invers, dacă există o cerere pentru glucoză, atunci glicogenul este degradat (catabolism).
Enzima implicată în principal în degradarea glicogenului este glicogen fosforilaza ; această enzimă este capabilă să scindeze o legătură a-1, 4 glicozidică utilizând ca agent lititic un ortofosfat anorganic: despicarea are loc prin fosforolitice și se obține 1-fosfat de glucoză.
La cinci sau șase unități dintr-un punct de ramificare, enzima glicogen fosforilază nu mai este capabilă să acționeze, de aceea se detașează de glicogen și este înlocuită de o enzimă deramificatoare care este o transferază : în situsul catalitic al acestei enzime există o histidină care permite transferul a trei unități de zaharidă către cel mai apropiat lanț glicozidic (histidina atacă primul carbon al unei molecule de glucoză). Enzima menționată mai sus este glicoziltransferaza ; la sfârșitul acțiunii acestei enzime, o singură unitate de glucoză rămâne cu primul carbon legat la cel de al șaselea atom de carbon al unei glucoză din lanțul principal. Ultima unitate de glucoză a lanțului lateral este eliberată prin acțiunea enzimei α-1, 6 glicozidază (această enzimă constituie a doua parte a enzimei deramificante); deoarece ramificațiile în glicogen sunt într-un raport de 1:10, de la degradarea completă a macromoleculei obținem aproximativ 90% glucoză 1-fosfat și aproximativ 10% glucoză.
Acțiunea enzimelor menționate anterior permite eliminarea unei catene laterale din molecula de glicogen; activitatea acestor enzime poate fi repetată până la apariția degradării complete a lanțului.
Luați în considerare un hepatocit; glucoza (asimilată prin dietă), atunci când intră în celulă este transformată în glucoză 6-fosfat și astfel este activată. Glucoza 6-fosfat, datorită acțiunii fosfoglucomutazei, este transformată în 1-fosfat de glucoză: acesta din urmă este un precursor non-iminent al biosintezei; în biosinteză este utilizată o formă activă de zaharuri care este reprezentată de zahărul legat la un difosfat: de obicei, urildifosfatul (UDP). Glicoză 1-fosfat este apoi transformată în UDP-glucoză; acest metabolit se află sub acțiunea glicogenului sintazei care este capabilă să lege UDP-glucoza până la un capăt nereducător al glicogenului în creștere: se obține glicogenul alungit al unei unități de glucozid și UDP. UDP este transformat de către enzima nucleosidedifosfochinasi în UTP care revine la circulație.
Degradarea glicogenului are loc prin acțiunea glicogenului fosforilazei care eliberează o moleculă de glucoză și o transformă în glucoză 1-fosfat. Ulterior, fosfoglucomutaza convertește 1-fosfatul de glucoză în glucoză 6-fosfat.
Glicogenul este sintetizat, mai presus de toate, în ficat și în mușchi: în organism există 1-1, 2 hectolitri de glicogen distribuit pe toată masa masei musculare.
Glicogenul unui miocit reprezintă o rezervă de energie numai pentru acea celulă, în timp ce glicogenul conținut în ficat este, de asemenea, o rezervă pentru alte țesuturi, adică poate fi transmis, ca și glucoza, la alte celule.
6-fosfatul de glucoză obținut în mușchi de la degradarea glicogenului este apoi trimis, în cazul cerințelor de energie, la glicoliză; în ficat, 6-fosfatul de glucoză este transformat în glucoză prin acțiunea fosfatazei 6-fosfat de glucoză (enzima caracteristică a hepatocitelor) și este canalizată în fluxul circulator.
Glicogen sintaza și glicogen fosforilaza acționează atât asupra unităților de reducere a glicogenului, astfel încât trebuie să existe un semnal hormonal care comandă activarea unei căi și celălalt bloc (sau invers).
În laborator a fost posibilă alungirea lanțului de glicogen, exploatând glicogen fosforilaza și utilizând glucoza 1-fosfat într-o concentrație foarte mare.
În celule, glicogenul fosforilază catalizează numai reacția de degradare deoarece concentrațiile metaboliților sunt de natură să schimbe echilibrul următoarei reacții la dreapta (adică spre degradarea glicogenului):
Vedem mecanismul de acțiune al glicogenului fosforilazei: oxigenul acetal (care acționează ca o punte între unitățile de glucoză) se leagă de hidrogenul fosforilic: se formează o reacție intermediară dată de o carbociclu (pe glucoza care este extremitate) la care fosforilul (Pi) se leagă foarte repede.
Glycogen fosforilaza necesită un cofactor care este piridoxal fosfat (această moleculă este, de asemenea, un cofactor pentru transaminaze): are doar parțial fosforilat proton (fosfatul piridoxal este înconjurat de un mediu hidrofob care justifică prezența protonilor legați de acesta) . Fosforilul (Pi) este capabil să producă un proton glicogenului, deoarece acest fosforil se recuperează apoi, protonul din fosforil parțial protejat al piridoxal fosfatului. Probabilitatea ca, la pH fiziologic, fosforilul să piardă protonul și să rămână complet deprotonat este foarte scăzut.
Să vedem acum cum funcționează fosfoglucomutaza. Această enzimă are un reziduu de serină fosforilat în situsul catalitic; serina produce fosforil la 1-fosfat de glucoză (în poziția șase): pentru o perioadă scurtă de timp, se formează glucoză 1, 6-bisfosfat, apoi serina este refrosforilată prin luarea fosforilului în poziția unu. Mutaza fosfoglucului poate funcționa în ambele direcții, adică transformarea 1-fosfatului de glucoză în glucoză 6-fosfat sau invers; dacă se produce glucoză 6-fosfat, poate fi trimisă direct la glicoliză, în mușchi sau transformată în glucoză în ficat.
Enzima uridil fosfoglucartransferază (sau pirofosforilaza de glucoză UDP) catalizează reacția de transfer de glucoză-1-fosfat la UTP prin atacarea fosforilului a.
Enzima descrisă mai sus este o pirofosforilază: acest nume se datorează faptului că reacția opusă celei descrise mai sus este pirofosforilarea.
Glucoza UDP, obținută așa cum este descrisă, este capabilă să prelungească lanțul de glicogen, al unei unități de monozaharidă.
Este posibil să se evolueze reacția către formarea glucozei UDP prin eliminarea unui produs care este pirofosfatul; enzima pirofosfatază convertește pirofosfatul în două molecule de ortofosfat (hidroliza unei anhidride) și astfel menține concentrația de pirofosfat atât de scăzută încât procesul de formare a glucozei UDP este promovat termodinamic.
După cum sa menționat, glucoza UDP, datorită acțiunii glicogen sintazei, este capabilă să prelungească lanțul de glicogen.
Ramificațiile (într-un raport de 1:10) se datorează faptului că, atunci când un lanț de glicogen este alcătuit din 20-25 unități, se intervine o enzimă de ramificare (având o iztidină pe locul său catalitic), capabilă să transfere o serie de 7 -8 unități glicozidice în aval de 5-6 unități: o nouă ramură este astfel generată.
Pentru probleme de origine nervoasă sau dacă este necesară o energie datorită efortului fizic, adrenalina este secretă din glandele suprarenale.
Celulele țintă ale adrenalinei (și norepinefrinei) sunt cele ale ficatului, mușchilor și țesutului adipos (în ultimul caz există degradarea trigliceridelor și circulația acizilor grași: în mitocondrie se produce în consecință glucoza 6 -fosfat, care trebuie trimis la glicoliză, în timp ce în adipocite, 6-fosfatul de glucoză este transformat în glucoză prin enzima fosfatază de glucoză 6-fosfat și exportată în țesuturi).
Să vedem, acum modul de acțiune al adrenalinei. Adrenalina se leagă de un receptor aflat pe membrana celulară (de miocită și hepatocite) și determină traducerea semnalului din exterior în interiorul celulei. Proteina kinaza este activată care acționează simultan asupra sistemelor care reglează sinteza și degradarea glicogenului:
Glicogen sintaza există în două forme: o formă defosforilată (activă) și o formă fosforilată (inactivă); proteina kinaza fosforilează glicogen sintaza și blochează acțiunea sa.
Glicogenul fosforilază poate exista în două forme: o formă activă în care este prezentă o serină fosforilată și o formă inactivă în care serina este defosforilată. Glicogenul fosforilază poate fi activat de enzima glicogen fosforilază kinază . Glicogen fosforilaza kinaza este activă dacă este fosforilată și inactivă dacă este defosforilată; proteina kinaza are ca substrat glicogen fosforilază kinaza, adică este capabilă de fosforilare (și, prin urmare, activare) a celei din urmă care, la rândul său, activează glicogen fosforilaza.
Odată ce semnalul de adrenalină a terminat, trebuie să-și înceteze și efectul în celulă: enzimele fosfatazei intervin, apoi, pe speciile de proteine.
