Glykogeenifosforylaasi
Glykogeenifosforylaasi on entsyymi, joka katalysoi glykogeenin hajotusta eli glykogenolyysiä. Reaktion tuotteena muodostuu glukoosi-1-fosfaattia ja yhden glukoosiyksikön verran lyhentynyt glykogeenipolymeeri ja substraatteina ovat fosfaatti-ioni ja glykogeenipolymeeri. Glykogeenifosforylaasin EC-numero on EC 2.4.1.1 ja CAS-numero 9035-74-9. Entsyymi on aktiivinen maksassa ja lihaskudoksessa.
Glykogeenifosforylaasista esiintyy nisäkkäillä kahta eri isoentsyymiä, toinen lihaksistossa ja toinen maksassa. Rakenteeltaan entsyymi on kahdesta samanlaisesta massaltaan noin 97 kDa kokoisesta yksiköstä muodostunut dimeeri. Entsyymi esiintyy kahdessa eri konformaatiossa, aktiivisessa R-konformaatiossa ja inaktiivisessa T-konformaatiossa. Fosforyloitu katalyyttisesti aktiivisempi glykogeenifosforylaasi, jota kutsutaan glykogeenifosforylaasin a-muodoksi, on pääasiassa R-konformaatiossa, ja inaktiivisella fosforyloimattomalla glykogeenifosforylaasi b:llä on T-konformaatio.
Glykogeenifosforylaasi tarvitsee koentsyymikseen pyridoksaalifosfaatin. Pyridoksaalifosfaatti on liittyneenä entsyymin erään lysiiniaminohapon sivuketjuun ja muodostaa sen kanssa aldimiinin eli Schiffin emäksen. Entsyymi katalysoi α-1,4-glykosidisen sidoksen hajottamista, ja hajotus alkaa glykogeenipolymeerin glukoosiketjun päästä. Ortofosfaatti-ioni ja pyridoksaalifosfaatin fosfaattiryhmä esiintyvät solun pH:ssa vetyfosfaatteina. Ortovetyfosfaatti-ioni protonoi glykogeenin glukoosiyksikön 4-asemaan kiinnittyneen hapen ja vastaanottaa protonin pyridoksaalifosfaatin fosforyyliryhmältä. Nyt glykosidinen sidos katkeaa, ja muodostuu karbokationi. Fosfaatti-ioni hyökkää karbokationiin ja luovuttaa protonin pyridoksaalifosfaatille.
Glykogeenifosforylaasin toimintaa solussa säätelevät toiset entsyymit ja eräät hormonit sekä kovalenttisesti että allosteerisesti. Tärkeässä asemassa ovat entsyymin fosforylointiin ja defosforylointiin osallistuvat toiset entsyymit, joiden toimintaa selvittivät 1950-luvulla Edmond H. Fischer ja Edwin G. Krebs, jotka saivat Nobelin lääketieteen palkinnon vuonna 1992 proteiinien fosforylaatiota koskevista tutkimuksistaan. Fosforylaasikinaasi katalysoi eliöiden soluissa inaktiivisen glykogeenifosforylaasin muutosta aktiiviseksi fosforyloiduksi muodoksi. Vastaavasti proteiinifosfataasi 1 katalysoi glykogeenifosforylaasin defosforylaatiota glykogeenifosforylaasi b:ksi. Fosforylointia säätelevät hormonit, kuten insuliini, adrenaliini ja glukagoni entsyymikaskadien vaikutuksella. Aktivoivia näistä ovat adrenaliini ja glukagoni ja inhiboivia insuliini. Kalsiumionit aktivoivat fosforylaasikinaasia ja siten myös glykogeenifosfataasia.
Glykogeenifosforylaasi on myös allosteeriserisesti säädelty. Kun solut kuluttavat paljon energiaa, on AMP-pitoisuus suuri. AMP-molekyyli sitoutuu glykogeenifosforylaasiin ja saa konformaation muuttumaan inaktiivisesta aktiiviseksi, se on siis allosteerisesti aktivoiva yhdiste. Kun solussa on suuri määrä adenosiinitrifosfaattia ja glukoosi-6-fosfaattia, käynnistyy glykogeenin biosynteesi glykogeenisyntaasin katalysoimana. ATP-molekyyli sitoutuu samaan kohtaan kuin AMP, mutta muuntaa konformaation T-muotoon ja inaktiiviseksi. Myös glukoosi-6-fosfaatti indusoi entsyymin inaktivoitumista. Levossa lihaskudoksen sisältämä glykogeenifosforylaasientsyymi on ATP:n ja glukoosi-6-fosfaatin vaikutuksesta pääosin fosforylaasi b:nä ja siten inaktiivisena.