Glykogenolyse tjener organismen til å gi glukose-1-fosfat og glukose fra karbohydratlagringen fra glykogen. Glykogen lagres i store mengder, spesielt i leveren og skjelettmuskulatur. Blant annet, blod glukose nivåer påvirkes også av glykogenmetabolisme i leveren.
Hva er glykogenolyse?
Glykogen er tilstede i alle celler og er dermed direkte tilgjengelig for energiforsyning. Imidlertid er den lagret i leveren og skjelettmuskulatur for å gi energiforsyning i en viss overgangsperiode, selv i fravær av mat. Glykogenolyse er preget av nedbrytningen av glykogen til glukose-1-fosfat og glukose. Omtrent 90 prosent glukose-1fosfat og ti prosent glukose produseres. Glykogen er lagringsformen for glukose, som ligner på hva stivelse er i planter. Det ser ut som et forgrenet molekyl i hvilke kjeder glukosenhetene alfa-1-4 er O-glykosidisk bundet. Ved forgreningspunktet, i tillegg til en alfa-1-4 O-glykosidbinding, er det også en alfa-1-6 O-glykosidbinding. Glykogen er ikke helt nedbrutt. Det grunnleggende molekylet eksisterer alltid. Ny glukose molekyler er enten glykosidisk bundet til den eller skilles fra den. Bare i form av dette trelignende forgrenede molekylet er effektiv energilagring mulig. Glykogen er tilstede i alle celler og er dermed direkte tilgjengelig for energiforsyning. Imidlertid lagres den i leveren og i skjelettmuskulaturen for å sikre energiforsyning i en viss overgangsperiode, selv i fravær av mat. Når det er nødvendig, brytes det hovedsakelig ned i intracellulær form glukose-1-fosfat. Å regulere blod glukosenivåer, blir fri glukose i økende grad produsert i leveren ved enzymatiske reaksjoner.
Funksjon og rolle
Glykogenolyse gir kroppen energi i form av fri glukose og den fosforylerte formen av glukose. For dette formålet brytes karbohydratlagringen fra glykogen. Siden glykogen finnes i alle kroppens celler, forekommer glykogenolyse overalt. Glykogen lagres også i skjelettmuskulaturen og i leveren. På denne måten kan de høye energibehovene til skjelettmuskulaturen oppfylles raskt, selv i fravær av mat. Leveren gir også tilstrekkelig mengde glukose å regulere blod glukosenivåer. For dette formål er et ekstra enzym, glukose-6-fosfatase, til stede i leveren for å omdanne glukose-1-fosfat til glukose-6-fosfat. Glukose-6-fosfat kan deretter mates til glykolyse, dannelsen av glukose. De første trinnene med glykogenolyse er i utgangspunktet de samme i skjelettmuskulaturen og leveren. Alfa-1-4 O-glykosidisk bundet glukose molekyler i kjedene til det trelignende forgrenede molekylet glykogen spaltes av enzymet glykogen fosforylase. I denne prosessen er glukosemolekylet som har blitt spaltet knyttet til en fosfatrest. Det dannes glukose-1-fosfat, som kan brukes umiddelbart til energiproduksjon eller for transformasjon til andre biomolekyler. Denne spaltingsprosessen skjer bare opp til fjerde glukosenhet i kjeden før forgreningspunktet. For å bryte ned de gjenværende glukosenhetene, brukes nå det såkalte avgreningsenzymet (4-alfa-glukanotransferase). Dette enzymet utfører to oppgaver. For det første katalyserer det separasjonen av tre av de fire glukosenhetene oppstrøms forgreningspunktet og overføring til en fri ikke-reduserende ende av glykogenet. For det andre katalyserer den hydrolysen av forgreningsstedet alfa-1-6, og produserer fri glukose. På grunn av forholdet mellom kjeder og forgreningssteder i glykogen, produseres bare ti prosent fri glukose i denne prosessen. Imidlertid dannes enda større mengder fri glukose i leveren. Som nevnt tidligere har leveren et ekstra enzym (glukose-6-fosfatase) som katalyserer isomeriseringen av molekylet glukose-1-fosfat til glukose-6-fosfat. Glukose-6-fosfat kan lett omdannes til fri glukose. På denne måten sørger leveren for at blodsukkernivået forblir konstant under matmangel. Når blodsukkernivået synker på grunn av fysisk stresset eller matmangel, den hormoner glukagon og adrenalin produseres i en økt hastighet. Både hormoner stimulere glykogenolyse og dermed sikre et balansert blodsukkernivå. glukagon er hormonets antagonist insulin, som i økende grad produseres når blodsukkernivået er høyt. Insulin hemmer glykogenolyse.
Sykdommer og plager
Når glykogenolyse økes, kan det være et symptom på en patologisk prosess. For eksempel hormonet glukagon stimulerer direkte glykogenolyse ved å aktivere en G-proteinkoblet reseptor (GPCR). Som et resultat av utbruddet av reaksjonskaskaden, aktiveres en glykogenfosforylase (PYG) katalytisk. Glykogenfosforylase katalyserer i sin tur dannelsen av glukose-1-fosfat fra spaltingen av glukosenheter fra glykogen. Dermed, med en økt konsentrasjon av hormonet glukagon, finner en økt nedbrytning av glukogen sted. Den endelige effekten er at større mengder glukose produseres, noe som resulterer i økte blodsukkernivåer. Svært forhøyede konsentrasjoner av glukagon forekommer i det såkalte glukagonomet. Glukagonomet er en nevroendokrin svulst i bukspyttkjertelen, som permanent produserer enorme mengder glukagon. Dermed kan glukagon-plasmanivået forhøyes til 1000 ganger normen. Symptomer på sykdommen inkluderer diabetes mellitus, på grunn av økt glykogenolyse, alvorlig destruktiv eksem i ansiktet, hender og føtter, og anemi. Svulsten er vanligvis ondartet. Behandlingen består i kirurgisk fjerning. I tilfelle metastaser eller inoperabilitet, kjemoterapi er utført. Glukogen brytes også ned i økt produksjon av adrenalin. Adrenalin produseres i høye konsentrasjoner i a feokromocytom, blant andre, uten evne til å regulere hormonnivåer. EN feokromocytom representerer hormonelt aktive svulster i binyrene. Årsakene til disse svulstene kan vanligvis ikke bestemmes. I de fleste tilfeller er de imidlertid godartede svulster, selv om de også kan utarte til ondartede svulster. I tillegg til høyt blodtrykk og hjertearytmier, er blodsukkernivået sterkt forhøyet på grunn av økt glykogenolyse. Ikke-spesifikke symptomer er hodepine, svetting, blekhet samt rastløshet, tretthet og leukocytose. Terapi består hovedsakelig av kirurgisk fjerning av svulsten.
