Glikogenolisis: Definisi, Langkah, Pemecahan Glikogen, Regulasi, dan Protein G

Secara umum, ini dipahami sebagai proses yang melibatkan transformasi atau degradasi glikogen.

Namun, agar proses ini terjadi, dokter telah mengidentifikasi bahwa perlu setidaknya tiga enzim sitosol terlibat dalam pemecahan glikogen ini .

Semua aspek ini dijelaskan di bawah ini.

Apa itu glikogenolisis?

Glikogenolisis, atau yang sama: pemecahan glikogen, melepaskan glukosa saat dibutuhkan. Di hati, glikogen adalah cadangan glukosa untuk mempertahankan kadar glukosa darah normal, dan pemecahannya terjadi terutama:

Dengan perut kosong, selama puasa semalam.

Di antara waktu makan.

Selama aktivitas fisik intensitas tinggi.

Dalam hepatosit , glikogenolisis dirangsang atau diaktifkan oleh glukagon dan epinefrin, dihambat oleh insulin, dan juga tunduk pada regulasi alosterik negatif oleh glukosa.

Demikian juga, diketahui bahwa ketika menyangkut otot, glikogen adalah sumber energi untuk aktivitas otot; oleh karena itu, pemecahan glikogen terjadi selama kontraksi, dan hanya pada otot yang terlibat dalam aktivitas tersebut.

Dalam sel otot, glikogenolisis dirangsang oleh adrenalin dan diatur oleh efektor alosterik positif dan negatif, AMP dan ion kalsium (Ca2 +) dan ATP dan glukosa 6-fosfat, masing-masing.

Langkah-langkah glikogenolisis

Glikogenolisis dimulai dengan aksi glikogen fosforilase (EC 2.4.1.1), suatu homodimer yang membutuhkan keberadaan piridoksal-5-fosfat, turunan piridoksin atau vitamin B6 untuk aktivitasnya.

Enzim mengkatalisis pembelahan fosforolitik ikatan – (1,4) glikosidik, melepaskan molekul glukosa satu per satu dari ujung non-pereduksi, yaitu ujung dengan gugus 4′-OH bebas, dari cabang luar . Reaksi ini, yang tidak mengkonsumsi ATP tetapi ortofosfat, menghasilkan glukosa 1-fosfat.

Glikogen (n residu glukosa) + Pi → Glukosa 1-fosfat + glikogen (n-1 residu glukosa)

Pengamatan berikut harus dilakukan: di usus kecil, -amilase pankreas (EC 3.2.1.1) mengkatalisis pemecahan hidrolitik pati – (1,4) ikatan glikosidik dan menghasilkan molekul glukosa.

In vivo, glikogen fosforilase mengkatalisis fosforolisis ireversibel, reaksi yang sangat menguntungkan bagi otot dalam keadaan rangka tetapi juga untuk jantung.

Ireversibilitas reaksi dijamin oleh rasio [Pi] / [glukosa 1-fosfat], yang biasanya lebih besar dari 100. Namun, dan sebaliknya, reaksi mudah reversibel secara in vitro.

Glikogen fosforilase bekerja masing-masing pada ujung cabang yang tidak mereduksi dan berhenti ketika unit glukosa yaitu 4 residu dari titik cabang tercapai: ini adalah batas luar batas dekstrin.

Pemecahan glikogen

Sekarang, perlu diingat bahwa pada titik ini, dua aktivitas enzim, hadir dalam rantai polipeptida yang sama, menyelesaikan degradasi glikogen: – (1,4) -glucan-6-glycosyltransferase (EC 2.4.1.24) dan amylo-α – (1,6) -glukosidase atau enzim pemecah cabang (EC 3.2.1.33).

Aktivitas enzimatik pertama mentransfer tiga dari empat unit glukosa yang tersisa dari cabang ke ujung non-pereduksi dari cabang lain, hanya menyisakan satu unit glukosa pada rantai pertama, yang dihubungkan ke rantai oleh – (1,6) ikatan glikosidik.

Aktivitas enzimatik kedua menghidrolisis ikatan – (1,6) -glikosidik ini, melepaskan glukosa dan rantai unit glukosa yang tidak bercabang yang melekat pada (1,4).

Tanpa cabang, glikogen fosforilase dapat terus mengeluarkan unit glukosa hingga mencapai batas dekstrin berikutnya.

Oleh karena itu, produk dari reaksi yang dikatalisis oleh tiga aktivitas enzimatik adalah:

Glukosa 1-fosfat (sekitar 90% molekul glukosa dilepaskan).

Sejumlah kecil glukosa bebas, 10% sisanya [ini adalah 1,6 bagian terkait; di otot, aktivitas heksokinase (EC 2.7.1.1) sangat tinggi sehingga setiap molekul glukosa bebas difosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat dan oleh karena itu diaktifkan dan dimetabolisme di dalam sel].

Molekul glikogen yang lebih kecil dan kurang bercabang.

Nasib metabolisme glukosa 1-fosfat di otot dan hati

Glukosa 1-fosfat adalah molekul bermuatan dan karena itu terperangkap di dalam sel.

Ini diubah menjadi glukosa 6-fosfat dalam reaksi yang dikatalisis oleh fosfoglukomutase (EC 5.4.2.2), enzim yang sama yang juga terlibat dalam sintesis glikogen dengan mengubah glukosa 6-fosfat menjadi glukosa 1-fosfat.

Enzim ini mengkatalisis reaksi reversibel: arahnya ditentukan oleh konsentrasi relatif dari dua molekul, dan dalam hal ini memindahkan gugus fosfat dari C1 ke C6.

Regulasi kovalen glikogenolisis di otot dan hati

Mekanisme kaskade aksi adrenalin dan glukagon

Degradasi glikogen berada di bawah kendali yang tepat melalui modifikasi kovalen dan/atau alosterik dari beberapa protein utama, seperti fosforilase kinase (EC 2.7.11.19), glikogen fosforilase, dan protein fosfatase 1.

Di sini, efek dari dua hormon, yang bertindak melalui modifikasi kovalen protein target, dibahas:

Adrenalin (juga dikenal sebagai epinefrin ), diproduksi oleh kelenjar adrenal, yang bekerja, misalnya, pada sel otot, hati, dan lemak.

Glukagon, diproduksi oleh sel alfa pankreas, yang bekerja pada hepatosit dan adiposit.

Hormon-hormon ini, yang mengikat reseptor membran mereka, memicu kaskade identik peristiwa intraseluler yang memperkuat sinyal mereka dengan beberapa kali lipat, merangsang glikogenolisis dan menghambat sintesis glikogen.

Perlu dicatat bahwa bahkan asetilkolin, dengan mengikat reseptor yang terletak di sambungan neuromuskular, memicu kaskade aktivasi adrenalin dan glukagon yang sama.

Di sini, protein yang terlibat dalam kaskade.

reseptor -adrenergik

Reseptor untuk epinefrin dan glukagon adalah protein membran integral, dengan tujuh heliks transmembran.

Istilah “adrenergik” berasal dari adrenalin. Ada empat subtipe reseptor adrenergik: 1, 2, 1, dan 2. Dalam pembahasan selanjutnya, hanya reseptor 1 dan 2, yang disebut , dan yang bekerja dengan cara yang sama, yang akan dibahas.

Reseptor -adrenergik menyebabkan perubahan metabolisme energi, seperti:

Peningkatan pemecahan glikogen di otot dan sel hati.

Peningkatan pemecahan trigliserida ( lipolisis ) di jaringan adiposa.

Merangsang protein G

Pengikatan hormon ke reseptor menyebabkan perubahan konformasi di bagian sitosol reseptor, dan ini memodifikasi interaksi dengan protein kedua dalam kaskade: protein pengikat nukleotida guanin yang merangsang atau, lebih sederhana, protein G perangsang (GS). .

Ini adalah heterotrimer yang terdiri dari tiga subunit: (yang berisi situs pengikatan nukleotida), dan . Dalam bentuk tidak aktif, GSαβγ-GDP, heterotrimer digabungkan dengan reseptor -adrenergik.

Perubahan konformasi pada reseptor memungkinkan untuk mengkatalisis penggantian PDB dengan GTP di subunit kompleks GSαβγ.

Hal ini menyebabkan disosiasi trimer menjadi dimer tidak aktif, , dan kompleks GSα-GTP yang bergerak di sepanjang bidang permukaan dalam membran plasma, yang ditambatkan oleh gugus palmitoil yang terikat secara kovalen, hingga mencapai adenilil. siklase (EC 4.6.1.1).

Catatan: Aksi GS mirip dengan protein Ras, kelas lain dari protein G yang terlibat dalam transduksi sinyal insulin.

Adenil siklase

Ini adalah enzim membran integral, yang situs aktifnya ada di sisi sitosol membran plasma. Interaksi antara GSα dan adenil siklase mengaktifkan enzim yang, pada gilirannya, mengkatalisis sintesis cAMP dari ATP. Hal ini menyebabkan peningkatan konsentrasi intraseluler nukleotida siklik.

Aktivitas stimulasi GSα terbatas sendiri, karena merupakan GPTasi, yaitu menghidrolisis GTP yang terikat pada PDB, mematikan dirinya sendiri. Dalam bentuk tidak aktif, GSα terdisosiasi dari adenil siklase dan menyatu dengan dimer Gβγ. Oleh karena itu, heterotrimer kembali tersedia untuk berinteraksi dengan kompleks hormon-reseptor.

Protein kinase A

CAMP mengikat dan mengaktifkan protein kinase yang bergantung pada cAMP atau protein kinase A atau PKA (EC 2.7.11.11). Bentuk enzim yang tidak aktif adalah tetramer yang terdiri dari dua subunit katalitik dan dua subunit pengatur.

Masing-masing dari dua subunit pengatur memiliki domain autoinhibitor, artinya, secara umum, wilayah yang menempati situs pengikatan untuk substrat setiap subunit katalitik.

Pengikatan dua molekul cAMP ke dua situs pada setiap subunit pengatur menyebabkan perubahan konformasi atau transformasi yang menyebabkan dan menyebabkan disosiasinya dari tetramer, sehingga melepaskan dua subunit katalitik sebagai enzim aktif.

Bentuk aktif PKA mengkatalisis fosforilasi beberapa protein, mengaktifkan atau menghambatnya, seperti:

Glikogen sintase (EC 2.4.1.11), dihambat.

Lipase sensitif hormon (EC 3.1.1.79), diaktifkan.

Fosfofruktokinase 2 / fruktosa-2,6-bisfosfatase (masing-masing EC 2.7.1.105 dan EC 3.1.3.46), diaktifkan.

Inhibitor-1 dan subunit pengikat glikogen (G) dari protein fosfatase 1, diaktifkan.

Fosforilase kinase, diaktifkan.

CAMP memiliki waktu paruh yang sangat singkat: CAMP terhidrolisis menjadi AMP, yang tidak memiliki aktivitas pembawa pesan kedua, dalam reaksi yang dikatalisis oleh siklik nukleotida fosfodiesterase (EC 3.1.4.53).

Kafein dan teofilin, dua metilxantin yang terkandung dalam kopi dan teh, masing-masing, menghambat fosfodiesterase, meningkatkan waktu paruh cAMP dan meningkatkan efeknya.