Glykogenolýza

Glykogenolýza slouží organismu k poskytnutí glukózy-1-fosfátu a glukózy z glykogenu ukládajícího sacharidy. Mnoho glykogenu je uloženo zejména v játrech a kosterních svalech. Hladina cukru v krvi je mimo jiné ovlivněna metabolismem glykogenu v játrech.

Co je glykogenolýza?

Glykogen je přítomen ve všech buňkách, a je proto přímo k dispozici pro zásobování energií. Uchovává se však v játrech a kosterních svalech, aby byla zaručena dodávka energie na určité přechodné období, i když není jídlo.

Glykogenolýza je charakterizována rozkladem glykogenu na glukózu-1-fosfát a glukózu. Tím se získá kolem 90 procent glukózy-1-fosfátu a deset procent glukózy. Glykogen je zásobní forma glukózy, podobná škrobu v rostlinách.

Objevuje se jako rozvětvená molekula, v jejímž řetězci jsou glukózové jednotky alfa-1-4 O-glykosidicky spojeny. V bodě větvení existuje alfa-1-4 O-glykosidická vazba a také alfa-1-6 O-glykosidická vazba.

Glykogen není úplně rozdělen. Základní molekula vždy existuje. K tomu jsou glykozidicky vázány nové molekuly glukózy nebo se odštěpují. Efektivní ukládání energie je možné pouze ve formě této rozvětvené molekuly podobné stromům.

Glykogen je přítomen ve všech buňkách, a je proto přímo k dispozici pro zásobování energií. Uchovává se však v játrech a kosterních svalech, aby byla zaručena dodávka energie na určité přechodné období, i když není jídlo. Je-li to nutné, dělí se hlavně na intracelulární formu glukóza-1-fosfát. Pro regulaci hladiny cukru v krvi se v játrech enzymatickými reakcemi stále více tvoří volná glukóza.

Funkce a úkol

Glykogenolýza poskytuje organismu energii ve formě volné glukózy a fosforylované formy glukózy. Za tímto účelem se rozkládá glykogen na ukládání uhlovodíků. Protože ve všech buňkách těla je glykogen, probíhá glykogenolýza všude.

Glykogen je také uložen v kosterních svalech a v játrech. Tímto způsobem lze rychle splnit vysoké energetické požadavky kosterních svalů, i když není jídlo. Játra také zajišťují, že je k dispozici dostatečné množství glukózy pro regulaci hladiny cukru v krvi. V játrech je k dispozici další enzym, glukóza-6-fosfatáza, který převádí glukózu-1-fosfát na glukózu-6-fosfát. Glukóza-6-fosfát pak může být přidán k glykolýze, tj. K tvorbě glukózy.

První kroky v glykogenolýze jsou v podstatě stejné v kosterních svalech a játrech. Alfa-1-4 O-glykosidicky vázané glukózové molekuly v řetězcích stromově podobné rozvětvené molekuly glykogenu jsou odštěpeny enzymem glykogen-fosforyláza. Odštěpená molekula glukózy je připojena k fosfátovému zbytku. Výsledkem je glukóza-1-fosfát, který lze okamžitě použít k výrobě energie nebo k její transformaci na jiné biomolekuly.

Tento proces štěpení probíhá pouze do čtvrté glukózové jednotky řetězce před bodem větvení. Pro rozdělení zbývajících jednotek glukózy se používá tzv. Debranching enzym (4-alfa-glucanotransferáza). Tento enzym dělá dvě věci. Na jedné straně katalyzuje oddělení tří ze čtyř glukózových jednotek před bodem větvení a jeho přenos na volný, neredukující konec glykogenu. Na druhé straně katalyzuje hydrolýzu alfa-1-6 větvícího bodu, což vytváří volnou glukózu.

V důsledku poměru řetězců a větvících bodů v glykogenu tento proces produkuje pouze deset procent volné glukózy. V játrech se však tvoří ještě větší množství volné glukózy. Jak již bylo zmíněno, v játrech je další enzym (glukóza-6-fosfatáza), který katalyzuje izomerizaci molekuly glukóza-1-fosfát na glukózu-6-fosfát.

Glukóza-6-fosfát lze snadno převést na volnou glukózu. Tímto způsobem játra zajistí, že hladina cukru v krvi zůstává konstantní, když není jídlo. Pokud hladina cukru v krvi klesá v důsledku fyzického stresu nebo abstinence potravin, zvyšují se hormony glukagon a adrenalin. Oba hormony stimulují glykogenolýzu a zajišťují tak vyváženou hladinu cukru v krvi.

Glukagon je antagonista hormonálního inzulínu, který se zvyšuje, když je hladina cukru v krvi vysoká. Inzulín inhibuje glykogenolýzu.

Nemoci a nemoci

Pokud je glykogenolýza závažnější, může to být příznak patologického procesu. Hormon glukagon stimuluje glykogenolýzu přímo aktivací receptoru spojeného s G proteinem (GPCR). Výsledkem reakční kaskády, která začíná, je katalyticky aktivována glykogenfosforyláza (PYG). Glykogenová fosforyláza zase katalyzuje tvorbu glukózy-1-fosfátu ze štěpení jednotek glukózy z glykogenu.

Při zvýšené koncentraci hormonu glukagonu dochází ke zvýšenému rozkladu glukogenu. Pointa je, že se vytváří větší množství glukózy, což vede ke zvýšení hladiny cukru v krvi. Silně zvýšené koncentrace glukagonu se vyskytují v takzvaném glukagononu. Glukagonom je neuroendokrinní nádor slinivky břišní, který nepřetržitě produkuje obrovské množství glukagonu. Hladina glukagonu v plazmě může být zvýšena až 1000krát nad normu.

Příznaky tohoto onemocnění jsou diabetes mellitus v důsledku zvýšené glykogenolýzy, extrémně destruktivního ekzému na tváři, rukou a nohou a anémie. Nádor je obvykle maligní. Léčba spočívá v chirurgickém odstranění. Pokud existují metastázy nebo inoperabilita, provádí se chemoterapie.

Se zvýšenou tvorbou adrenalinu se také rozkládá více glukogenu. Adrenalin je produkován ve vysokých koncentracích ve feochromocytomu, mimo jiné, aniž by bylo možné regulovat hladinu hormonů. Pheochromocytoma jsou hormonálně aktivní nádory nadledvin, příčiny těchto nádorů obvykle nelze určit. Ve většině případů se však jedná o nezhoubné nádory, které však mohou být také maligní.

Kromě vysokého krevního tlaku a srdečních arytmií je hladina cukru v krvi značně zvýšena díky zvýšené glykogenolýze. Nespecifické příznaky jsou bolest hlavy, pocení, bledost, neklid, únava a leukocytóza. Terapie spočívá hlavně v chirurgickém odstranění nádoru.