Glikogenolīze

Glikogenolīze kalpo organismam glikozes-1-fosfāta un glikozes nodrošināšanai no ogļhidrātu krājuma. Īpaši daudz glikogēna tiek glabāts aknās un skeleta muskuļos. Cita starpā cukura līmeni asinīs ietekmē arī glikogēna metabolisms aknās.

Kas ir glikogenolīze?

Glikogenolīzi raksturo glikogēna sadalīšanās glikozes-1-fosfātā un glikozē. Tas rada aptuveni 90 procentus glikozes-1-fosfāta un desmit procentus glikozes. Glikogēns ir glikozes uzglabāšanas forma, līdzīga tai, kāda ciete atrodas augos.

Tā parādās kā sazarota molekula, kuras ķēdēs glikozes alfa-1-4-glikozīdu vienības ir savstarpēji saistītas. Sazarošanas vietā ir alfa-1-4 O-glikozīdiskā saite, kā arī alfa-1-6 O-glikozīda saite.

Glikogēns nav pilnībā sadalīts. Pamata molekula vienmēr pastāv. Vai nu jaunas glikozes molekulas tam ir glikozīdiski saistītas, vai arī tās sadalās. Efektīva enerģijas uzkrāšana ir iespējama tikai šīs kokam līdzīgās, sazarotās molekulas veidā.

Glikogēns atrodas visās šūnās, tāpēc tas ir tieši pieejams enerģijas padevei. Tomēr tas tiek glabāts aknās un skeleta muskuļos, lai garantētu enerģijas piegādi noteiktā pārejas periodā pat tad, ja ēdiena nav. Ja nepieciešams, tas galvenokārt tiek sadalīts intracelulārā formā glikozes-1-fosfātā. Lai regulētu cukura līmeni asinīs, fermentācijas laikā aknās arvien vairāk veidojas brīvā glikoze.

Funkcija un uzdevums

Glikogenolīze nodrošina organismu ar enerģiju brīvas glikozes un fosforilizētas glikozes formā. Šim nolūkam tiek sadalīts ogļhidrātu uzglabāšanas veids glikogēns. Tā kā visās ķermeņa šūnās ir glikogēns, glikogenolīze notiek visur.

Glikogēns tiek glabāts arī skeleta muskuļos un aknās. Tādā veidā skeleta muskuļus var ātri izpildīt, pat ja nav barības. Aknas arī nodrošina, ka ir pieejams pietiekami daudz glikozes, lai regulētu cukura līmeni asinīs. Lai pārveidotu glikozes-1-fosfātu par glikozes-6-fosfātu, aknās ir pieejams papildu ferments - glikozes-6-fosfatāze. Pēc tam glikolīzei, t.i., glikozes veidošanai, var pievienot glikozes-6-fosfātu.

Pirmie glikogenolīzes soļi ir vienādi skeleta muskuļos un aknās. Kokam līdzīgās sazarotās molekulas glikogēna ķēdēs ar alfa-1-4 O-glikozīdiem saistītās glikozes molekulas sadala fermenta glikogēna fosforilāze. Glikozes molekula, kas tiek sadalīta, ir savienota ar fosfāta atlikumu. Rezultāts ir glikozes-1-fosfāts, ko var nekavējoties izmantot enerģijas iegūšanai vai pārveidot par citām biomolekulām.

Šis šķelšanās process notiek tikai līdz ķēdes ceturtajai glikozes vienībai pirms sazarošanas punkta. Atlikušo glikozes vienību sadalīšanai tiek izmantots tā saucamais noārdīšanās enzīms (4-alfa-glikanotransferāze). Šis ferments izdara divas lietas. No vienas puses, tas katalizē trīs no četrām glikozes vienību atdalīšanu pirms sazarošanas punkta un pārvietošanu uz brīvu, nesamazinošu glikogēna galu. No otras puses, tas katalizē alfa-1-6 sazarošanas punkta hidrolīzi, kas rada brīvu glikozi.

Sakarā ar ķēžu un sazarošanas punktu attiecību glikogēnā, šis process rada tikai desmit procentus brīvas glikozes. Tomēr vēl lielākos daudzumos brīvas glikozes veidojas aknās. Kā jau minēts, aknām ir papildu enzīms (glikozes-6-fosfatāze), kas katalizē glikozes-1-fosfāta molekulas izomerizāciju glikozes-6-fosfātā.

Glikozes-6-fosfātu var viegli pārveidot par brīvu glikozi. Šādā veidā aknas nodrošina, ka cukura līmenis asinīs paliek nemainīgs, ja nav pārtikas. Ja fiziskā stresa vai pārtikas atturības dēļ pazeminās cukura līmenis asinīs, palielinās hormonu glikagona un adrenalīna līmenis. Abi hormoni stimulē glikogenolīzi un tādējādi nodrošina līdzsvarotu cukura līmeni asinīs.

Glikagons ir hormona insulīna antagonists, kas paaugstinās, ja cukura līmenis asinīs ir augsts. Insulīns kavē glikogenolīzi.

Slimības un kaites

Ja glikogenolīze kļūst smagāka, tas var būt patoloģiska procesa simptoms. Hormona glikagons tieši stimulē glikogenolīzi, aktivizējot ar G proteīnu saistītu receptoru (GPCR). Sākotās reakcijas kaskādes rezultātā katalītiski tiek aktivizēta glikogēna fosforilāze (PYG). Glikogēna fosforilāze savukārt katalizē glikozes-1-fosfāta veidošanos, šķeļot glikozes vienības no glikogēna.

Palielinoties hormona glikagona koncentrācijai, palielinās glikogēna sadalīšanās. Būtība ir tāda, ka tiek radīts lielāks glikozes daudzums, kā rezultātā paaugstinās cukura līmenis asinīs. Īpaši paaugstināta glikagona koncentrācija rodas tā dēvētajā glikagonomā. Glikakagonoma ir aizkuņģa dziedzera neiroendokrīns audzējs, kas nepārtraukti rada milzīgu daudzumu glikagona. Glikakagona līmeni plazmā var palielināt līdz 1000 reizēm virs normas.

Slimības simptomi ir cukura diabēts paaugstinātas glikogenolīzes dēļ, ārkārtīgi destruktīva ekzēma uz sejas, rokām un kājām un anēmija. Audzējs parasti ir ļaundabīgs. Ārstēšana sastāv no tā ķirurģiskas noņemšanas. Ja ir metastāzes vai nedarbojas, tiek veikta ķīmijterapija.

Palielinoties adrenalīna veidošanās procesam, tiek sadalīts arī vairāk glikogēna. Adrenalīns lielās koncentrācijās tiek ražots feohromocitomā, cita starpā, bez hormona līmeņa regulēšanas. Feohromocitoma ir hormonāli aktīvi virsnieru medullas audzēji.Šo audzēju cēloņus parasti nevar noteikt. Tomēr vairumā gadījumu tie ir labdabīgi audzēji, kas tomēr var arī kļūt ļaundabīgi.

Papildus paaugstinātam asinsspiedienam un sirds aritmijām paaugstinātas glikogenolīzes dēļ ievērojami paaugstinās cukura līmenis asinīs. Nespecifiski simptomi ir galvassāpes, svīšana, bālums, nemiers, nogurums un leikocitoze. Terapija galvenokārt sastāv no audzēja ķirurģiskas noņemšanas.