Glikogen
Glikogen je polisaharid glukoze koji predstavlja primarnu skladišnu formu ugljenih hidrata kod kičmenjaka. Nastaje prvenstveno u jetri i mišićima, mada gotovo sve telesne ćelije imaju sposobnost skladištenja manjih količina glikogena.[2] Depoi glikogena u jetri predstavljaju rezerve glukoze koje se, u slučaju pada koncentracije glukoze u krvi, veoma brzo mogu mobilisati i taj pad kompenzovati. Glikogen deponovan u mišićima predstavlja izvor energije tokom intenzivnih fizičkih napora, pri čemu oslobođena glukoza nikada ne prelazi u krvotok.[3] Iako daleko manje zastupljene od rezervi lipida, rezerve glikogena su veoma važne i u energetski suficitarnim stanjima, pri povećanim koncentracijama glukoze, prve se popunjavaju.
Glikogen je razgranati homopolisaharid (homoglikan) čiju monosaharidnu jedinicu čine molekuli α-D-glukoze.[4] Sadrži do 50.000 ostataka ovog monosaharida, pri čemu molekulska masa varira između 106 i 1.6×107 daltona. Molekuli glukoze su u najvećoj meri povezani α-(1→4)-glikozidnim vezama čime se formiraju duži lanci, da bi se oni dalje granali, formirajući bočne lance preko α-(1→6)-glikozidnih veza. Razgranatost molekula je varijabilna, pa se u središtu molekula bočni lanci odvajaju na svaka četiri ostatka glukoze (bočni lanci nikada nisu bliži od 4 ostatka, usled specifičnosti enzima grananja), dok su bočne grane na periferiji molekula ređe, tek na svakih 6-10 molekula glukoze.[3] Ovakva organizacija molekula uslovljava postojanje velikog broja neredukujućih krajeva, što je bitno za brzu hidrolizu molekula jer se razgradnja glikogena odvija upravo sa neredukujućih krajeva. Pored toga, nelinearnost molekula omogućava i njegovo gusto pakovanje, sekundarna struktura je uglavnom globularna i zauzima veoma malo prostora (u poređenju sa molekulskom masom). Redukujući kraj glikogena lociran je u unutrašnjosti i ne nalazi se slobodan. Za njega je kovalentno, preko ostatka tirozinske grupe, vezan specifičan protein — glikogenin.[5] Glikogenin ima ulogu prajmera u biosintezi glikogena, u uslovima kada ona počinje od prekursora sa manje od 7 ostataka glukoze.
Ukupne rezerve glikogena u organizmu su primarno skoncentrisane u jetri i mišićima.[6] Kod odrasle osobe, do 100g glikogena nalazi se u jetri, a dodatnih 200g u mišićnom tkivu.[7] Glikogen se deponuje u vidu granula lociranih u citosolu ćelija. Ćelije jetre mogu skladištiti glikogen maksimalno u udelu od 5-8% svoje mase, dok je kod mišića ovaj procenat niži, i iznosi oko 1-3%.[2] U kojoj meri su ove ćelije zasićene glikogenom, zavisi prvenstveno od dužine trajanja gladovanja, fizičke aktivnosti ali i udela ugljenih hidrata u ishrani pojedinca. Uz mirovanje, depoi glikogena mogu da zadovolje energetske potrebe organizma tokom perioda od oko 12 sati intenzivnog gladovanja.[8]
Glikogen se ne deponuje u tkivima u većoj meri od spomenute jer ne predstavlja najracionalniji skladišni oblik energije — vezuje dva puta veću količinu vode od svoje mase, a daje 2,5 puta manje energije od iste mase neutralnih masti.
Rezerve glikogena podležu stalnoj depleciji i obnavljanju. Po unosu i apsorpciji hrane bogate ugljenim hidratima, dolazi do povećanja nivoa glukoze u krvi što utiče na lučenje insulina iz pankreasa. Insulin, nizom kompleksnih regulatornih uloga u metabolizmu koje obavlja, utiče na povećan ulaz glukoze u ćelije. Kako je glukoza osmotski veoma aktivna, normalno se ne skladišti u ćeliji već brzo podleže glikolizi. U ćelijama jetre i mišića insulin istovremeno aktivira proces stvaranja glikogena — glikogenezu — što omogućava konvertovanje preuzete glukoze u glikogen. Po zasićenju ćelija glikogenom, suvišna glukoza nizom metaboličkih procesa biva pretvorena u lipide, i suvišna energija uskladištena u vidu triacilglicerola.
Po prestanku priliva glukoze iz gastrointestinalnog trakta, nivoi insulina opadaju. Za homeostazu glukoze u krvi odgovoran je još jedan hormon — glukagon. Kako je glukoza najneposredniji izvor energije za ćelije, a za neurone i jedini (osim tokom perioda dugotrajnog gladovanja), nivo glukoze u krvi posledično počinje da opada. Glukagon smanjuje stepen preuzimanja glukoze iz krvotoka, inhibira nevitalne anaboličke procese, i regulatorno utiče na mobilizaciju rezervi glikogena. Oslobođena glukoza iz hepatocita zatim prelazi u krvotok. Suštinski, glikogen jetre predstavlja depo glukoze koji, između obroka, obezbeđuje konstantan priliv ovog šećera perifernim organima i tkivima. Ova uloga se naziva i puferskom ulogom jetre za glukozu.[2]
Glikogen u mišićima ne učestvuje u homeostazi glukoze, već služi isključivo kao rezerva energije u samim mišićima. Pod uslovima mirovanja ili umerene fizičke aktivnosti, energetske potrebe za održavanje mišićnog tonusa i umerenog mišićnog rada podmiruju se aerobnim metabolizmom — masne kiseline, glukoza i kiseonik se u dovoljnom obimu dopremaju do mišićnog tkiva, razgrađuju i konačno uključuju u respiratorni lanac čime se, oksidativnom fosforilacijom, obezbeđuje znatna količina energije koja zadovoljava 95% energetskih potreba mišića pod navedenim uslovima.[2] Tokom intenzivnog fizičkog rada, potrebe za energijom se jako povećavaju pa relativno spor aerobni metabolizam nije dovoljan da ih podmiri. Po depleciji kreatin-fosfata, kao najneposrednije rezerve energije deponovane u mišićima, započinje glikogenoliza. Ovim se brzo oslobađaju velike količine uskladištene glukoze koja se razgrađuje do piruvata, a zatim i redukuje do laktata, uz stvaranje ATP. Anaerobni put stvaranja ATP je oko 100 puta brži od aerobnog.[3]
Proces razgradnje glikogena do glukoze naziva se glikogenoliza. To je proces koji katalizuju tri enzima, i kojim se odvaja po jedan molekul glukoze, u vidu glukoze-6-fosfata, sa neredukujućih krajeva glikogena. Proces je pod kontrolom brojnih faktora, ali se suštinski zasniva na alosternoj modulaciji i kovalentnoj modifikaciji enzima koji ga katalizuju. Nastala glukoza-6-fosfat (G6P) u hepotocitima podleže defosforilaciji pod dejstvom specifične fosfataze, nakon čega glukoza difunduje u krvotok. Jedan deo G6P ulazi i u fosfoglukonatni put. G6P u mišićima se prvenstveno uključuje u glikolitički put.[9]
Proces biosinteze glikogena naziva se glikogeneza. To je, takođe, proces koji katalizuje tri enzima, pri čemu je prva reakcija — reakcija formiranja UDP-glukoze, endergonska. Njena suština je aktivacija glikozidnih jedinica koje se zatim vezuju u rastući lanac glikogena, pri čemu se vezana energija troši za formiranje glikozidne veze. U ćelijama gde je došlo do potpune deplecije glikogena, za njegovu sintezu je neophodan glikogenin kao prajmer koji omogućava i autokatalizuje vezivanje prvih 7 ostataka glukoze. I glikogeneza je strogo kontrolisan, posebno hormonima posredovanom kovalentnom modifikacijom glikogen-sintaze.
Kako je centralni hormon metabolizma glikogena prvenstveno insulin, većina stečenih poremećaja metabolizma glikogena vezana je za patološki smanjene ili povišene nivoe insulina. Jedan deo poremećaja je i urođene prirode, i posledica je nedostatka ili disfunkcije enzima uključenih u metabolizam glikogena. Ovakvi poremećaji se jednim imenom nazivaju poremećaji skladištenja glikogena.
Hipoglikemija, uzrokovana viškom insulina sprečava odvijanje glikogenolize, inhibirajući glikogen-fosforilazu, i samim tim sprečava oslobađanje rezervi glukoze. Deficit insulina pak sprečava ulazak glukoze u ćelije, pa i formiranje rezervi u vidu glikogena. Normalizacija metabolizma glukoze uglavnom normalizuje i metabolizam glikogena.
- ↑ Page 12 in: Exercise physiology: energy, nutrition, and human performance By William D. McArdle, Frank I. Katch, Victor L. Katch Edition: 6, illustrated Published by Lippincott Williams & Wilkins, 2006 ISBN 0-7817-4990-5, 9780781749909, 1068 pages
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Arthur C. Guyton, John E. Hall: Textbook of Medicinal Physiology, prevod jedanaestog izdanja, Savremena administracija, Beograd, 2008.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Slavica Spasić, Zorana Jelić-Ivanović, Vesna Spasojević-Kalimanovska: Opšta biohemija, autorsko izdanje, Beograd, 2002.
- ↑ David L. Nelson, Michael M. Cox (2005). Principles of Biochemistry (4th izd.). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.
- ↑ Jan Koolman, Klaus-Heinrich Roehm: Color Atlas of Biochemistry, second edition, revised and enlarged, Thieme, Stuttgart-New York, 2005.
- ↑ Keith Parker; Laurence Brunton; Goodman, Louis Sanford; Lazo, John S.; Gilman, Alfred (2006). Goodman & Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics (11 izd.). New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-142280-3.
- ↑ David Shier, Jackie Butler, Ricki Lewis: Hole's Human Anatomy and Physiology, 8th edition, WCB/McGraw-Hill, 1999.
- ↑ Kotoulas OB, Ho J, Adachi F, Weigensberg BI, Phillips MJ (April 1971). „Fine structural aspects of the mobilization of hepatic glycogen. II. Inhibition of glycogen breakdown”. Am. J. Pathol. 63 (1): 23–36. PMC 2047463. PMID 4323475.
- ↑ Donald Voet, Judith G. Voet (2005). „Chapter 17 Glycolysis”. Biochemistry (3 izd.). Wiley. ISBN 978-0-471-19350-0.
