גליקוגן

גליקוגן הוא רב-סוכר (מולקולת סוכר גדולה) הבנויה מיחידות גלוקוז. הוא משמש מאגר אנרגיה זמין בבעלי חיים.

בגוף הוא נמצא בעיקר בתאי כבד, שם יכול להגיע עד כ-8% ממסת התא, ובשרירים, שם ריכוזו עד 1%, 2% ממסת השריר. עם זאת, רוב הגליקוגן הכולל בגוף מצוי בשריר, כי מסת השריר הכוללת גדולה יותר ממסת הכבד. הגליקוגן מאוחסן בבועיות בציטוזול יחד עם האנזימים המטבוליים שלו. מולקולת גליקוגן טיפוסית מכילה עד כ-55,000 שיירי גלוקוז. מבנה הפולימר מאפשר אחסון רב של גלוקוז בלי לגרום להעלאת הלחץ האוסמוטי בתא.

גליקוגן חשוב לשמירה על רמות גלוקוז בדם בין הארוחות. הפירוק שלו מספק גלוקוז זמין מהר, ומתאים לפעילות שרירית פתאומית. פירוק גליקוגן אינו תלוי בחמצן, ולכן שימושי בתנאים אל-אווירניים.

מולקולת הגליקוגן היא כדורית וכמעט מסודרת בשכבות. היא מורכבת משרשראות גלוקוז ישרות שמחוברות בקשרים מסוג α-1,4, ומנקודות הסתעפות המחוברות בקשר α-1,6. הסתעפויות אלו נוצרות כל 8, 12 יחידות גלוקוז.

במרכז המולקולה נמצא גליקוגנין, חלבון דימרי עם פעילות אנזימטית, שמשמש כנקודת התחלה לבניית הגליקוגן. הסיעוף מעלה את המסיסות ומאפשר גישה מהירה של אנזימים למספר קצוות במקביל. מודלים מראים שמבנה זה מתאים לאגירת מקסימום גלוקוז בנפח קטן ושחרורו במהירות.

בניית גליקוגן נקראת גליקוגנזה. היא מתרחשת כשהרמות של גלוקוז בדם ובתא גבוהות. התהליך דורש אנרגיה (אנדרגוני).

התהליך מתחיל על גליקוגנין, שקושר לפחות ארבעה שיירי גלוקוז. גליקוגן סינתאז מוסיף שיירים נוספים. כדי שהגליקוגן סינתאז יוסיף גלוקוז, הגלוקוז חייב להיות קשור לנשא UDP (מולקולת נשא). תחילה מזורחן הגלוקוז על ידי הקסוקינאז לגלוקוז-6-פוספט. פוספוגלוקומוטאז משנה את מיקום הזרחן לגלוקוז-1-פוספט. UDP-גלוקוז נוצר על ידי אנזים שמקשר UTP לגלוקוז-1-פוספט. תהליך זה בלתי הפיך. גליקוגן סינתאז מעביר את הגלוקוז מה-UDP לשרשרת בקשר α-1,4.

אנזים הסיעוף (פעילות טרנספראז) יוצר את נקודות ה-α-1,6 כאשר אורך השרשרת עולה על 11 שיירים. כך נוצרות הסתעפויות המאפשרות אחסון יעיל ושחרור מהיר. יש גם חלבון מטרה המגייס חלבונים מבקרים לבניין ולפירוק הגליקוגן. האנרגיה הדרושה לבנייה היא בערך 1.1 מולקולות ATP לכל שייר גלוקוז, בגלל השימוש ב-UTP ובעיבוד נקודות הסיעוף.

פירוק הגליקוגן נקרא גליקוגנוליזה. הוא מתרחש בעיקר כשיש מחסור בגלוקוז בדם.

גליקוגן פוספורילאז מסיר שיירי גלוקוז מהקצוות הלא-מחזרים דרך שבירה של הקשר α-1,4, ויוצר גלוקוז-1-פוספט. פוספוגלוקומוטאז הופך אותו לגלוקוז-6-פוספט, שמתקדם בגליקוליזה להפקת אנרגיה. בכבד גלוקוז-6-פוספט יכול לעבור לגלוקוז חופשי ולצאת לדם.

כאשר הפוספורילאז נותר ארבעה שיירים מרחק מהסיעוף, אנזים טרנספראז מעביר שלושה שיירים לענף סמוך. α-1,6 גלוקוזידאז (אנזים מסיר סיעוף) מפרק את הקשר α-1,6 ומפיק גלוקוז חופשי. בנוסף, 1%, 3% מהגליקוגן מפורק בליזוזום על ידי מלטאז חומצי.

הבקרה נחלקת לבקרה אלוסטרית (שמתבססת על מולקולות קטנות) ובקרה הורמונלית.

גליקוגן פוספורילאז פעיל כשהוא קשור ל-AMP (סמן למחסור באנרגיה). ATP וגלוקוז-6-פוספט מעכבים את האנזים. במצבים של עודף גלוקוז בכבד, גלוקוז נקשר לפוספורילאז a, מגייס את PP-1 שמסיר זרחון והופך אותו ללא פעיל.

אינסולין מעודד בנייה של גליקוגן ומעכב פירוקו. אפינפרין (אדרנלין) וגלוקגון מעודדים פירוק ומעכבים בנייה. אפינפרין משפיע בעיקר על שרירים; גלוקגון בעיקר על הכבד.

אינסולין מופרש בשובע. הוא נקשר לקולטן טירוזין-קינאזי בעל תתי-יחידות α ו-β. הקולטן מזרחן את עצמו ומפעיל רצף חלבונים כולל IRS-1 ו-PI3K. PI3K מייצר PIP3, שמגייס ומפעיל את PKB/Akt. Akt מעכב את GSK3, אשר בדרך כלל מזרחן ומעכב את גליקוגן סינתאז. תוצאת שרשרת זו היא הפעלת גליקוגן סינתאז ובניית גליקוגן.

אינסולין גם מגדיל את קשירת פוספופרוטאין פוספטאז (PP-1) למבנה הגליקוגן, וכך מסיר זרחות מגליקוגן סינתאז ומשאירו פעיל. בנוסף, אינסולין מפעיל מסלולים שמקטינים cAMP, וכך מדכאים את האות של גלוקגון ואפינפרין.

שניהם מפעילים מסלולים דומים שמקדמים פירוק גליקוגן.

בדרך Gs, חלבון Gαs מפעיל אדנילאט ציקלאז לייצר cAMP. cAMP מפעיל את PKA, שזורחנת ומפעילה את פוספורילאז b קינאז (PhK). PhK מזרחן את גליקוגן פוספורילאז והופך אותו לפעיל, וכך מתחיל פירוק הגליקוגן.

באופן מקביל אפינפרין via Gq מפעיל PLC שמייצר IP3 ו-DAG. IP3 משחרר סידן מרשתית התוך-פלזמית. סידן נקשר לקלמודולין ומפעיל חלקים ב-PhK. DAG מפעיל PKC, שמזרחן ומעכב את גליקוגן סינתאז.

PKA גם מעכב את PP-1 באמצעות זרחון חלבונים שונים. יש מנגנון משוב שלילי: PKA מפעיל BARK, שמזרחן את הקולטן וגורם לארסטין לחסום את הקולטן, ובכך מפסיק את האות לפרק גליקוגן.

ספורטאי סיבולת מגדילים את מאגרי הגליקוגן שלהם. לפני תחרויות הם נוהגים לאכול ארוחה עשירה בפחמימות, שלפחות כ-2000 קילוקלוריות, כדי למלא את המאגר. ספורטאים שמרוקנים את המאגר במהלך אירוע ניזונים גם בגלוקוז נוזלי במהלך הפעילות.

המחלה השכיחה ביותר שקשורה בגליקוגן היא סוכרת. בשני סוגי הסוכרת הגוף מתנהג כאילו רעב והכבד והשריר מפרקים גליקוגן, מה שמעלה את רמת הגלוקוז בדם.

יש גם קבוצת מחלות גנטיות הנקראות מחלות אגירת גליקוגן. רבות מהן הן אוטוזומליות רצסיביות, וחלק קטן מחובר לכרומוזום X. בחלק מהמקרים התוצאה קשה מאוד, וחולים אינם שורדים מעבר לשנתיים.

גליקוגן הוא רב-סוכר (מולקולת סוכר גדולה). הוא עשוי מיחידות של גלוקוז. הגוף שומר בו אנרגיה זמינה.

גליקוגן נמצא בעיקר בכבד ובשרירים. בכבד יש יחסית הרבה בריכוז, ובשרירים יש יותר ממנו בסך הכל. הוא מאוחסן בבועיות בתא עם אנזימים שעוזרים לבנות ולפרק אותו.

הגליקוגן נראה כמו כדור עם ענפים. כל כמה יחידות גלוקוז יש הסתעפות. במרכז יש חלבון בשם גליקוגנין שמתחיל את הבנייה. הרבה קצוות מאפשרים שחרור גלוקוז מהיר.

הגוף בונה גליקוגן כשיש הרבה גלוקוז ואנרגיה.

הבנייה מתחילה על גליקוגנין. אנזים בשם גליקוגן סינתאז מוסיף גלוקוזים. לפני כן הגלוקוז עובר שינוי כימי שמאפשר חיבור לשרשרת. התהליך צורך אנרגיה.

הגוף מפרק גליקוגן כשצריך אנרגיה או כשאין מספיק גלוקוז בדם.

אנזים בשם גליקוגן פוספורילאז מפרק את הקצוות ויוצר גלוקוז-פוספט. בכבד אפשר להפוך את זה לגלוקוז חופשי ולשלוח לדם. יש גם אנזים שמסיר הסתעפויות ומוציא גלוקוז נקי.

הפעולה נשלטת על ידי מולקולות בתא ועל ידי הורמונים. AMP אומר לתא שיש חוסר באנרגיה ומפעיל פירוק. ATP או גלוקוז-6-פוספט מעכבים פירוק.

אינסולין (מופרש אחרי ארוחה) מעודד בניית גליקוגן. גלוקגון ואפינפרין (אדרנלין) מעודדים פירוק, למשל ברעב או במאמץ.

ספורטאים של סיבולת ממלאים את מאגרי הגליקוגן לפני תחרויות. הם אוכלים הרבה פחמימות יום לפני, כדי שיהיה להם מספיק אנרגיה.

הסוכרת מפריעה לשליטה בגליקוגן. הגוף מפרק גליקוגן יותר מדי וזה מעלה את הסוכר בדם. יש גם מחלות תורשתיות של מטבוליזם הגליקוגן. חלק מהן קשות מאוד, ופוגעות בילדים קטנים.