glykogenolyysiä palvelee organismia tuottamaan glukoosi-1-fosfaattia ja glukoosia hiilihydraattien varastosta glykogeenin muodossa. Paljon glykogeenia on varastoitunut erityisesti maksaan ja luustoon. Verensokeritasoon vaikuttaa muun muassa myös maksan glykogeenimetabolia.
Mikä on glykogenolyysi?
Glykogenolyysille on ominaista glykogeenin hajoaminen glukoosi-1-fosfaatiksi ja glukoosiksi. Tämä tuottaa noin 90 prosenttia glukoosi-1-fosfaattia ja kymmenen prosenttia glukoosia. Glykogeeni on glukoosin varastointimuoto, samanlainen kuin mitä tärkkelys on kasveissa.
Se esiintyy haarautuneena molekyylinä, jonka ketjuissa glukoosiyksiköt alfa-1-4 O-glykosidisesti ovat kytketty toisiinsa. Haaroituspisteessä on alfa-1-4-O-glykosidinen sidos samoin kuin alfa-1-6 O-glykosidinen sidos.
Glykogeeni ei hajoa kokonaan. Perusmolekyyli on aina olemassa. Joko uudet glukoosimolekyylit sitoutuvat glykosidisesti tähän tai hajoavat. Tehokas energian varastointi on mahdollista vain tämän puumaisen, haarautuneen molekyylin muodossa.
Glykogeeni on läsnä kaikissa soluissa, ja siksi sitä on saatavana suoraan energian toimittamiseen. Sitä kuitenkin varastoidaan maksassa ja luurankolihaksissa energiansaannin takaamiseksi tietyn siirtymäkauden ajan, vaikka ruokaa ei olisikaan. Tarvittaessa se jaotellaan pääasiassa solunsisäiseen muotoon glukoosi-1-fosfaatti. Verensokerin säätelemiseksi vapaata glukoosia muodostuu yhä enemmän maksassa entsymaattisten reaktioiden kautta.
Toiminto ja tehtävä
Glykogenolyysi tarjoaa organismille energiaa vapaan glukoosin ja fosforyloidun muodon muodossa. Tätä tarkoitusta varten hiilihydraattien varastointimuoto glykogeeni hajoaa. Koska kehon kaikissa soluissa on glykogeenia, glykogenolyysi tapahtuu kaikkialla.
Glykogeeni varastoidaan myös luuston lihaksiin ja maksaan. Tällä tavalla luurankojen korkeat energiantarpeet voidaan tyydyttää nopeasti, vaikka ruokaa ei olisi. Maksa varmistaa myös, että glukoosia on saatavana riittävästi verensokerin tason säätelemiseksi. Tätä tarkoitusta varten maksassa on läsnä lisäentsyymi, glukoosi-6-fosfataasi, joka muuntaa glukoosi-1-fosfaatin glukoosi-6-fosfaatiksi. Glukoosi-6-fosfaatti voidaan sitten lisätä glykolyysiin, ts. Glukoosin muodostumiseen.
Ensimmäiset glykogenolyysivaiheet ovat pohjimmiltaan samat luurankoissa ja maksassa. Puumäisen haarautuneen molekyylin glykogeenin ketjuissa olevat alfa-1-4-O-glykosidiset kytkeytyneet glukoosimolekyylit erotetaan glykogeenifosforylaasi-entsyymillä. Halkaistu glukoosimolekyyli on kytketty fosfaattijäännökseen. Tuloksena on glukoosi-1-fosfaatti, jota voidaan käyttää välittömästi energian tuottamiseen tai sen muuntamiseksi muihin biomolekyyleihin.
Tämä pilkkomisprosessi tapahtuu vain ketjun neljänteen glukoosiyksikköön asti ennen haarautumispistettä. Niin kutsuttua hajoavaa entsyymiä (4-alfa-glukanotransferaasi) käytetään jäljellä olevien glukoosiyksiköiden jakamiseen. Tämä entsyymi tekee kaksi asiaa. Toisaalta se katalysoi kolmen neljästä glukoosiyksiköstä erottumista ennen haarautumispistettä ja sen siirtämisen glykogeenin vapaaseen, ei-pelkistävään päähän. Toisaalta se katalysoi alfa-1-6-haarautumispisteen hydrolyysiä, mikä luo vapaata glukoosia.
Ketjujen ja haarautumispisteiden suhteesta johtuen glykogeenistä tämä prosessi tuottaa vain kymmenen prosenttia vapaata glukoosia. Maksassa muodostuu kuitenkin vielä suurempia määriä vapaata glukoosia. Kuten jo mainittiin, maksassa on ylimääräinen entsyymi (glukoosi-6-fosfataasi), joka katalysoi molekyylin glukoosi-1-fosfaatin isomerointia glukoosi-6-fosfaatiksi.
Glukoosi-6-fosfaatti voidaan helposti muuttaa vapaiksi glukoosiksi. Tällä tavalla maksa varmistaa, että verensokeritaso pysyy vakiona, kun ruokaa ei ole. Jos verensokeritaso laskee fyysisen stressin tai ruokahaluttomuuden takia, glukagonin ja adrenaliinin hormonit lisääntyvät. Molemmat hormonit stimuloivat glykogenolyysiä ja varmistavat siten tasapainoisen verensokeritason.
Glukagon on hormoni-insuliinin antagonisti, joka lisääntyy, kun verensokeritaso on korkea. Insuliini estää glykogenolyysiä.
Sairaudet ja vaivat
Jos glykogenolyysi vaikeutuu, se voi olla oire patologisesta prosessista. Glutamaattihormoni stimuloi glykogenolyysiä suoraan aktivoimalla G-proteiiniin kytketyn reseptorin (GPCR). Käynnistyvän reaktiokaskadin seurauksena glykogeenifosforylaasi (PYG) aktivoituu katalyyttisesti. Glykogeenifosforylaasi puolestaan katalysoi glukoosi-1-fosfaatin muodostumista glukoosiyksiköiden pilkkomisesta glykogeenistä.
Kun glukagonhormonin pitoisuus on lisääntynyt, glukogeeni hajoaa enemmän. Tärkeintä on, että syntyy suurempia määriä glukoosia, mikä johtaa verensokeritason nousuun. Niin sanotussa glukagonomissa esiintyy voimakkaasti lisääntyneitä glukagonipitoisuuksia. Gliukagonoma on haiman neuroendokriinikasvain, joka tuottaa jatkuvasti valtavia määriä glukagonia. Glukagonin plasmapitoisuus voidaan nostaa jopa 1000-kertaiseksi normiin verrattuna.
Taudin oireet ovat diabetes mellitus lisääntyneen glykogenolyysin, kasvojen, käsien ja jalkojen erittäin tuhoavan ekseeman ja anemian vuoksi. Kasvain on yleensä pahanlaatuinen. Hoito koostuu sen kirurgisesta poistamisesta. Jos on etäpesäkkeitä tai toimintakyvyttömyys, kemoterapia suoritetaan.
Myös lisääntyneen adrenaliinin muodostumisen myötä enemmän glukogeenia hajoaa. Adrenaliinia tuotetaan korkeina pitoisuuksina muun muassa feokromosytoomassa, ilman että hormonitasoa pystytään säätelemään. Feokromosytooma on hormonaalisesti aktiiviset lisämunuaisen kasvaimen kasvaimet, joiden syitä ei yleensä voida määrittää. Useimmissa tapauksissa kyse on kuitenkin hyvänlaatuisista tuumoreista, joista voi kuitenkin tulla myös pahanlaatuisia.
Korkean verenpaineen ja sydämen rytmihäiriöiden lisäksi verensokeritaso nousee huomattavasti lisääntyneen glykogenolyysin takia. Epäspesifisiä oireita ovat päänsärky, hikoilu, kalpeus, levottomuus, väsymys ja leukosytoosi. Hoito koostuu pääasiassa kasvaimen kirurgisesta poistosta.
.jpg)
.jpg)
