Glycogenolyse dient het organisme om te voorzien glucose-1-fosfaat en glucose uit de koolhydraatopslagvorm glycogeen. Glycogeen wordt in grote hoeveelheden opgeslagen, vooral in de lever en skeletspier. Onder andere, bloed glucose niveaus worden ook beïnvloed door het glycogeenmetabolisme in de lever.
Wat is glycogenolyse?
Glycogeen is in alle cellen aanwezig en is dus direct beschikbaar voor energievoorziening. Het wordt echter opgeslagen in het lever en skeletspier om gedurende een bepaalde overgangsperiode van energie te voorzien, zelfs als er geen voedsel is. Glycogenolyse wordt gekenmerkt door de afbraak van glycogeen in glucose-1-fosfaat en glucose. Ongeveer 90 procent glucose-1-fosfaat en tien procent glucose wordt geproduceerd. Glycogeen is de opslagvorm van glucose, vergelijkbaar met wat zetmeel in planten zit. Het verschijnt als een vertakt molecuul in wiens ketens de glucose-eenheden alfa-1-4 O-glycosidisch verbonden zijn. Op het vertakkingspunt is er naast een alfa-1-4 O-glycosidebinding ook een alfa-1-6 O-glycosidebinding. Glycogeen wordt niet volledig afgebroken. Het basismolecuul bestaat altijd. Nieuwe glucose moleculen zijn óf er glycosidisch aan gebonden óf ervan afgesplitst. Alleen in de vorm van dit boomachtige vertakte molecuul is effectieve energieopslag mogelijk. Glycogeen is in alle cellen aanwezig en is dus direct beschikbaar voor energievoorziening. Het wordt echter opgeslagen in de lever en in de skeletspier om de energievoorziening gedurende een bepaalde overgangsperiode te garanderen, zelfs als er geen voedsel is. Indien nodig wordt het voornamelijk afgebroken tot de intracellulaire vorm glucose-1-fosfaat. Regulariseren bloed glucosespiegels, wordt vrije glucose in toenemende mate geproduceerd in de lever door enzymatische reacties.
Functie en rol
Glycogenolyse levert energie aan het lichaam in de vorm van vrije glucose en de gefosforyleerde vorm van glucose. Voor dit doel wordt de koolhydraatopslagvorm glycogeen afgebroken. Omdat glycogeen in alle lichaamscellen wordt aangetroffen, komt glycogenolyse overal voor. Glycogeen wordt ook opgeslagen in skeletspieren en in de lever. Op deze manier kan snel worden voldaan aan de hoge energiebehoefte van skeletspieren, zelfs als er geen voedsel is. De lever zorgt ook voor een voldoende hoeveelheid glucose om te reguleren bloed glucosespiegels. Hiervoor is een extra enzym, glucose-6-fosfatase, in de lever aanwezig om glucose-1-fosfaat om te zetten in glucose-6-fosfaat. Glucose-6-fosfaat kan vervolgens worden toegevoerd aan glycolyse, de vorming van glucose. De eerste stappen van glycogenolyse zijn in principe hetzelfde in skeletspieren en lever. De alfa-1-4 O-glycosidische gekoppelde glucose moleculen in de ketens van het boomachtige vertakte molecuul wordt glycogeen gesplitst door het enzym glycogeenfosforylase. In dit proces wordt het glucosemolecuul dat is gesplitst gekoppeld aan een fosfaatresidu. Er wordt glucose-1-fosfaat gevormd, dat direct kan worden gebruikt voor energieproductie of voor omzetting in andere biomoleculen. Dit splitsingsproces vindt alleen plaats tot aan de vierde glucose-eenheid van de keten vóór het vertakkingspunt. Om de resterende glucose-eenheden af te breken, wordt nu het zogenaamde debranching-enzym (4-alpha-glucanotransferase) gebruikt. Dit enzym voert twee taken uit. Ten eerste katalyseert het de scheiding van drie van de vier glucose-eenheden stroomopwaarts van het vertakkingspunt en de overdracht ervan naar een vrij niet-reducerend uiteinde van het glycogeen. Ten tweede katalyseert het de hydrolyse van de alfa-1-6 vertakkingsplaats en produceert het vrije glucose. Vanwege de verhouding van ketens tot vertakkingsplaatsen in glycogeen, wordt in dit proces ooit slechts tien procent van de vrije glucose geproduceerd. In de lever worden echter nog grotere hoeveelheden vrije glucose gevormd. Zoals eerder vermeld, heeft de lever een extra enzym (glucose-6-fosfatase) dat de isomerisatie van het molecuul glucose-1-fosfaat tot glucose-6-fosfaat katalyseert. Glucose-6-fosfaat kan gemakkelijk worden omgezet in vrije glucose. Op deze manier zorgt de lever ervoor dat de bloedglucosespiegel constant blijft tijdens voedselgebrek. Wanneer de bloedglucosespiegel daalt als gevolg van lichamelijk spanning of voedselgebrek, de hormonen glucagon en epinefrine worden in een verhoogd tempo geproduceerd. Beide hormonen stimuleren de glycogenolyse en zorgen zo voor een evenwichtige bloedglucosespiegel. glucagon is de antagonist van het hormoon insuline, die in toenemende mate wordt geproduceerd wanneer de bloedglucosewaarden hoog zijn. Insuline remt glycogenolyse.
Ziekten en kwalen
Wanneer de glycogenolyse wordt verhoogd, kan dit een symptoom zijn van een pathologisch proces. Bijvoorbeeld het hormoon glucagon stimuleert direct glycogenolyse door activering van een G-proteïne-gekoppelde receptor (GPCR). Als gevolg van het begin van de reactiecascade wordt een glycogeenfosforylase (PYG) katalytisch geactiveerd. Glycogeenfosforylase katalyseert op zijn beurt de vorming van glucose-1-fosfaat uit de splitsing van glucose-eenheden uit glycogeen. Dus met een verhoogde concentratie van het hormoon glucagon vindt er een verhoogde afbraak van glucogeen plaats. Het uiteindelijke effect is dat er grotere hoeveelheden glucose worden geproduceerd, wat resulteert in verhoogde bloedglucosespiegels. In het zogenaamde glucagonom komen sterk verhoogde concentraties glucagon voor. Het glucagonom is een neuro-endocriene tumor van de alvleesklier, die permanent enorme hoeveelheden glucagon produceert. Het glucagon-plasmaspiegel kan dus tot 1000 keer de norm worden verhoogd. Symptomen van de ziekte zijn onder meer suikerziekte mellitus, als gevolg van verhoogde glycogenolyse, ernstig destructief eczeem op het gezicht, handen en voeten, en bloedarmoede De tumor is meestal kwaadaardig. De behandeling bestaat uit chirurgische verwijdering. In het geval van metastasen of onbruikbaarheid, chemotherapie is uitgevoerd. Glucogeen wordt ook afgebroken bij een verhoogde productie van adrenaline. Adrenaline wordt in hoge concentraties geproduceerd in a feochromocytoom, onder andere zonder de mogelijkheid om hormoonspiegels te reguleren. EEN feochromocytoom vertegenwoordigt hormonaal actieve tumoren van het bijniermerg. De oorzaken van deze tumoren kunnen meestal niet worden vastgesteld. In de meeste gevallen zijn het echter goedaardige tumoren, hoewel ze ook kunnen degenereren tot kwaadaardige tumoren. In aanvulling op hoge bloeddruk en hartritmestoornissen, bloedglucosespiegels zijn sterk verhoogd als gevolg van verhoogde glycogenolyse. Niet-specifieke symptomen zijn hoofdpijnzweten, bleekheid en rusteloosheid, 피로 en leukocytose. Therapie bestaat voornamelijk uit chirurgische verwijdering van de tumor.
