Glükogenolüüs

Glükogenolüüs teenib organismi glükoos-1-fosfaadi ja süsivesikute hoidlast glükogeeni saamiseks glükoosi saamiseks. Eriti palju glükogeeni talletub maksas ja skeletilihastes. Muu hulgas mõjutab veresuhkru taset ka glükogeeni metabolism maksas.

Mis on glükogenolüüs?

Glükogeen on kõigis rakkudes ja on seetõttu otseselt energiavarustamiseks saadaval. Sellegipoolest säilitatakse seda maksas ja skeletilihastes, et tagada energiavarustus teatud üleminekuperioodil ka siis, kui toitu pole.

Glükogenolüüsi iseloomustab glükogeeni lagunemine glükoos-1-fosfaadiks ja glükoosiks. See annab umbes 90 protsenti glükoos-1-fosfaati ja kümme protsenti glükoosi. Glükogeen on glükoosi säilitusvorm, sarnane taimedes sisalduva tärklisega.

See on hargnenud molekul, mille ahelates on glükoosühikud alfa-1-4 O-glükosiidselt ühendatud. Hargnemispunktis on nii alfa-1-4-O-glükosiidside kui ka alfa-1-6-O-glükosiidside.

Glükogeen ei ole täielikult lagunenud. Põhimolekul on alati olemas. Uued glükoosimolekulid on sellega glükosiidselt seotud või lõhestatud. Tõhus energiasalvestus on võimalik ainult selle puu moodi hargnenud molekuli kujul.

Glükogeen on kõigis rakkudes ja on seetõttu otseselt energiavarustamiseks saadaval. Sellegipoolest säilitatakse seda maksas ja skeletilihastes, et tagada energiavarustus teatud üleminekuperioodil ka siis, kui toitu pole. Vajadusel jaotatakse see peamiselt rakusiseseks glükoos-1-fosfaadiks. Veresuhkru taseme reguleerimiseks moodustub maksas ensümaatiliste reaktsioonide kaudu üha enam vaba glükoos.

Funktsioon ja ülesanne

Glükogenolüüs annab organismile energiat vaba glükoosi ja fosforüülitud glükoosi vormis. Sel eesmärgil lagundatakse glükogeen süsivesikute säilitusvormiks. Kuna keha kõigis rakkudes on glükogeeni, toimub glükogenolüüs kõikjal.

Glükogeeni säilitatakse ka skeletilihastes ja maksas. Sel viisil saab skeletilihaste kõrgeid energiavajadusi kiiresti täita ka siis, kui toitu pole. Samuti tagab maks, et veresuhkru taseme reguleerimiseks on piisavalt glükoosi. Glükoos-1-fosfaadi muundamiseks glükoos-6-fosfaadiks on maksas saadaval täiendav ensüüm, glükoos-6-fosfataas. Seejärel saab glükolüüsile lisada glükoos-6-fosfaati, see tähendab glükoosi moodustumist.

Glükogenolüüsi esimesed sammud on skeletilihastes ja maksas põhimõtteliselt samad. Puu-sarnase hargnenud molekuli glükogeeni ahelates olevad alfa-1-4-O-glükosiidsed glükoosimolekulid eraldatakse ensüümi glükogeenfosforülaasi poolt. Lõhestatud glükoosimolekul ühendatakse fosfaatjäägiga. Tulemuseks on glükoos-1-fosfaat, mida saab kohe kasutada energia genereerimiseks või selle muundamiseks teisteks biomolekulideks.

See lõhustumisprotsess toimub ainult kuni ahela neljanda glükoosiühikuni enne hargnemispunkti. Ülejäänud glükoosiühikute jagamiseks kasutatakse niinimetatud hargnevat ensüümi (4-alfa-glükanotransferaas). See ensüüm teeb kahte asja. Ühest küljest katalüüsib see neljast glükoosiühikust kolme eraldamist enne hargnemispunkti ja selle ülekandmist glükogeeni vabale, mitte redutseerivale otsale. Teisest küljest katalüüsib see alfa-1-6 hargnemispunkti hüdrolüüsi, mis loob vaba glükoosi.

Ahelate ja hargnemispunktide suhte tõttu glükogeenis saadakse sellest protsessist ainult kümme protsenti vaba glükoosi. Kuid maksas moodustub veelgi suurem kogus vaba glükoosi. Nagu juba mainitud, on maksas veel üks ensüüm (glükoos-6-fosfataas), mis katalüüsib molekuli glükoos-1-fosfaadi isomerisatsiooni glükoos-6-fosfaadiks.

Glükoos-6-fosfaati saab hõlpsalt muundada vabaks glükoosiks. Sel viisil tagab maks, et veresuhkru tase püsib konstantsena ka siis, kui toitu pole. Kui veresuhkru tase langeb füüsilise stressi või toidust hoidumise tõttu, tõusevad hormoonid glükagoon ja adrenaliin. Mõlemad hormoonid stimuleerivad glükogenolüüsi ja tagavad seega tasakaalustatud veresuhkru taseme.

Glükagoon on hormooni insuliini antagonist, mis suureneb, kui veresuhkru tase on kõrge. Insuliin pärsib glükogenolüüsi.

Haigused ja tervisehäired

Kui glükogenolüüs muutub raskemaks, võib see olla patoloogilise protsessi sümptom. Hormoon glükagoon stimuleerib glükogenolüüsi otse, aktiveerides G-valguga seotud retseptori (GPCR). Algava reaktsiooni kaskaadi tagajärjel aktiveeritakse katalüütiliselt glükogeenfosforülaas (PYG). Glükogeenfosforülaas omakorda katalüüsib glükoos-1-fosfaadi moodustumist glükoosiühikute lahutamisel glükogeenist.

Hormooni glükagooni suurenenud kontsentratsiooni korral suureneb glükogeeni lagunemine. Põhimõte on see, et tekib suurem kogus glükoosi, mis viib veresuhkru taseme tõusuni. Tugevalt suurenenud glükagooni kontsentratsioonid esinevad nn glükagoomis. Glükagoom on kõhunäärme neuroendokriinne kasvaja, mis toodab pidevalt tohutul hulgal glükagooni. Glükagooni taset vereplasmas võib tõsta kuni normi 1000-kordselt.

Haiguse sümptomiteks on suhkurtõbi suurenenud glükogenolüüsi, näo, käte ja jalgade äärmiselt hävitava ekseemi ja aneemia tõttu. Kasvaja on tavaliselt pahaloomuline. Ravi koosneb selle kirurgilisest eemaldamisest. Metastaaside või mittetoimimise korral viiakse läbi keemiaravi.

Ka adrenaliini suurenenud moodustumisel laguneb rohkem glükogeeni. Adrenaliini toodetakse suurtes kontsentratsioonides ka feokromotsütoomis, ilma et hormooni taset oleks võimalik reguleerida. Feokromotsütoom on neerupealise medulla hormonaalselt aktiivsed kasvajad, mille põhjuseid ei ole tavaliselt võimalik kindlaks teha. Enamikul juhtudel on tegemist healoomuliste kasvajatega, mis võivad siiski muutuda ka pahaloomuliseks.

Lisaks kõrgele vererõhule ja südame rütmihäiretele tõuseb suurenenud glükogenolüüsi tõttu oluliselt ka veresuhkru tase. Mittespetsiifilisteks sümptomiteks on peavalu, higistamine, kahvatus, rahutus, väsimus ja leukotsütoos. Teraapia koosneb peamiselt kasvaja kirurgilisest eemaldamisest.