Glykogeneesi

Glykogeneesi on hiilihydraattien aineenvaihdunnan tapahtuma, jossa glykogeeniä muodostuu glukoosista, tai pikemminkin UDP-glukoosista. Ihmisillä ja monilla muilla eliöillä glykogeneesi tapahtuu lähinnä maksan ja luurankolihasten solujen solulimassa sillä vain näissä kudoksissa glykogeeniä on merkittävästi.

Glykogeneesillä keho pyrkii varastoimaan ylimääräistä verensokeria energiaksi glukoosin muodossa myöhempää käyttöä varten. Verensokeri on tavallisimmin kohonnut ruoan syömisen vuoksi. Siten glykogeneesi vastavuoroisesti alentaa syömisen kohottamaa verensokeria, jolloin sen kohoaminen jää lyhytkestoiseksi. Glykogeneesillä pyritään myös välttämään korkean verensokerin eli hyperglykemian haitallisia vaikutuksia, kuten ketoasidoosia.

Glykogeneesin aktivoi maksassa, lihaksissa ja muualla kehossa haiman tuottama insuliini, jota erittyy vereen verensokerin kohotessa. Säätelyyn osallistuu tosin muitakin vähemmän keskeisiä tekijöitä.

UDP-glukoosi

Rooli
Keho käyttää glykogeneesissä UDP-glukoosia glykogeenin glukoosiketjujen kasvattamiseen. Tätä käytetään pelkän glukoosin tms. sijaan koska
UDP-glukoosin muodostuminen on aineenvaihdunnallisesti peruuttamaton (irreversibeeli) reaktio, ja siten energeettisesti suotuisa. Tämä johtuu tuotteena muodostuvan pyrofosfaatin (PPi) hyvin nopeasta ja eksergonisesta hajoamisesta pyrofosfataasilla.
UDP voi liittyä entsyymeihin ei-kovalenttisin sidoksin. Tämä voi parantaa substraatin (jonka osana UDP on) sitoutumista entsyymeihin ja siten tehostaa entsyymien katalyyttistä aktiivisuutta.
UDP on erittäin hyvä lähtevä ryhmä, joten UDP-glukoosin liittäminen glykogeeniin ei vaadi yhtä paljon energiaa kuin pelkän glukoosin.
UDP merkitsee glukoosin, jolloin solu tietää ohjata sen varastoon glykogeneesiä varten sen sijaan että se menisikin hajotettavaksi glykolyysiin tms.

Muodostus
UDP-glukoosin muodostus alkaa glukoosista. ATP fosforyloi glukoosin heksokinaasien tyypeillä I ja II lihaksissa ja IV maksassa glukoosi-6-fosfaatiksi:
glukoosi + ATP → glukoosi-6-fosfaatti + ADP
Glukoosi-6-fosfaattia voi myös muodostua laktaatista vähäisemmässä määrin glukoneogeneesissä. Glukoosi-6-fosfaatti muuntuu fosfoglukomutaasilla glukoosi-1-fosfaatiksi:
glukoosi-6-fosfaatti ⇌ glukoosi-1-fosfaatti
UDP-glukoosipyrofosforylaasi tuottaa UDP-glukoosin glukoosi-1-fosfaatista:
glukoosi-1-fosfaatti + UTP → UDP-glukoosi + PPi

Aloitus
Uusi glykogeeni alkaa rakentua glykogeniinin ympärille. Tässä entsyymissä on keskeinen tyrosiinitähde Tyr-194 eli aminohappo numero 194 glykogeniinin aminohappoketjun N-terminaalista lukien.

Glykogeniini liittää Tyr-194 -tähteensä sivuketjun hydroksyyliryhmään UDP-glukoosin, josta poistuu liitosreaktiossa UDP ja jäljelle jää glukoosi. Glykogeniini liittää lisää UDP-glukooseja tähän glukoosiin perättäin ja yhden kerrallaan. Kustakin glukoosista poistuu UDP-molekyyli glukoosin sitoutuessa ketjun jatkoksi. Glukoosien sidokset ovat kunkin liittyneen glukoosiparin hiilten 1 ja 4 välisiä α-anomeerisia glykosidisidoksia, eli α1→4 -sidoksia. Glukooseja liittyy perättäin toistensa ei-pelkistäviin päihin (hiiliin numero 1) noin 10. Tätä enempää glykogeniini ei glukooseja pysty ketjuun lisäämään.

Ketjujen α1→4 sidosten muodostus
Glykogeniinin ketjun pidennystä jatkaa glykogeenisyntaasi samanlaisin α1→4 -sidoksin kuin aloitusvaiheessa.

Haarojen α1→6 sidosten muodostus

Glukogeenisyntaasi ei pysty tekemään glykogeenin haaroja aloittavaa α1→6 -sidosta, joita glykogeenin ketjuissa on noin 8–12 glukoosin välein. Haarasidoksen tekee 1,4-alfa-glukaanihaaroittaja (EC 2.4.1.18). Entsyymi siirtää α1→4 -sidoksin muodostuneesta ketjusta noin 6–7 glukoosin ketjun noin neljän glukoosin päähän jäljelle jäävästä α1→4 -ketjusta. Entsyymi muodostaa glukoosiin α1→6 -sidoksen. Glykogeenisyntaasit voivat sitten jatkaa normaalisti glykogeenin synteesiä, mutta nyt mahdollisia päitä, joita glykogeenisyntaasit voivat pidentää, on vähintään 2.

Katso myös
Glykogenolyysi, glykogeenin hajotus
Glukoneogeneesi, glukoosin tuotto
Glykolyysi, glukoosin hajotus

Lähteet

Metabolia
Hiilihydraatit