Glycogenolyse

De Glycogenolyse dient het organisme om glucose-1-fosfaat en glucose te leveren uit de koolhydraatopslagvorm glycogeen. Met name in de lever en in de skeletspieren wordt veel glycogeen opgeslagen. De bloedsuikerspiegel wordt onder andere ook beïnvloed door de glycogeenstofwisseling in de lever.

Wat is glycogenolyse?

Glycogeen is in alle cellen aanwezig en is daardoor direct beschikbaar voor energievoorziening. Het wordt echter opgeslagen in de lever en in de skeletspieren om de energievoorziening gedurende een bepaalde overgangsperiode te garanderen, zelfs als er geen voedsel is.

Glycogenolyse wordt gekenmerkt door de afbraak van glycogeen in glucose-1-fosfaat en glucose. Dit produceert ongeveer 90 procent glucose-1-fosfaat en tien procent glucose. 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 aan elkaar zijn gekoppeld. Op het vertakkingspunt is er zowel een alfa-1-4 O-glycosidebinding als een alfa-1-6 O-glycosidebinding.

Glycogeen wordt niet volledig afgebroken. Het basismolecuul bestaat altijd. Ofwel worden nieuwe glucosemoleculen hier glycosidisch aan gebonden of afgesplitst. Effectieve energieopslag is alleen mogelijk in de vorm van dit boomachtige, vertakte molecuul.

Glycogeen is in alle cellen aanwezig en is daardoor direct beschikbaar voor energievoorziening. Het wordt echter opgeslagen in de lever en in de skeletspieren 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. Om de bloedsuikerspiegel te reguleren, wordt in de lever steeds meer vrije glucose gevormd door enzymatische reacties.

Functie en taak

Glycogenolyse voorziet het organisme van energie in de vorm van vrije glucose en de gefosforyleerde vorm van glucose. Hiertoe wordt de koolhydraatopslagvorm glycogeen afgebroken. Omdat er in alle lichaamscellen glycogeen zit, vindt overal glycogenolyse plaats.

Glycogeen wordt ook opgeslagen in de skeletspieren en in de lever. Op deze manier kan snel aan de hoge energiebehoefte van de skeletspieren worden voldaan, zelfs als er geen voedsel is. De lever zorgt er ook voor dat er voldoende glucose beschikbaar is om de bloedsuikerspiegel te reguleren. Een extra enzym, glucose-6-fosfatase, is beschikbaar in de lever om glucose-1-fosfaat om te zetten in glucose-6-fosfaat. Glucose-6-fosfaat kan vervolgens worden toegevoegd aan glycolyse, d.w.z. de vorming van glucose.

De eerste stappen bij glycogenolyse zijn in principe hetzelfde in de skeletspieren en de lever. De alfa-1-4 O-glycosidisch gekoppelde glucosemoleculen in de ketens van het boomachtige vertakte molecuul glycogeen worden afgesplitst door het enzym glycogeenfosforylase. Het afgesplitste glucosemolecuul is verbonden met een fosfaatresidu. Het resultaat is glucose-1-fosfaat, dat direct kan worden gebruikt om energie op te wekken of om te zetten in andere biomoleculen.

Dit splitsingsproces vindt alleen plaats tot aan de vierde glucose-eenheid van de keten vóór het vertakkingspunt. Het zogenaamde debranching-enzym (4-alpha-glucanotransferase) wordt gebruikt om de resterende glucose-eenheden te splitsen. Dit enzym doet twee dingen. Enerzijds katalyseert het de scheiding van drie van de vier glucose-eenheden vóór het vertakkingspunt en de overdracht ervan naar een vrij, niet-reducerend uiteinde van het glycogeen. Aan de andere kant katalyseert het de hydrolyse van het alfa-1-6 vertakkingspunt, waardoor vrije glucose ontstaat.

Vanwege de verhouding van ketens en vertakkingspunten in het glycogeen, produceert dit proces slechts tien procent vrije glucose. In de lever worden echter nog grotere hoeveelheden vrije glucose gevormd. Zoals reeds 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 bloedsuikerspiegel constant blijft als er geen voedsel is. Als de bloedsuikerspiegel daalt als gevolg van fysieke stress of onthouding van voedsel, worden de hormonen glucagon en adrenaline verhoogd. Beide hormonen stimuleren de glycogenolyse en zorgen zo voor een evenwichtige bloedsuikerspiegel.

Glucagon is de antagonist van het hormoon insuline, dat wordt verhoogd als de bloedsuikerspiegel hoog is. Insuline remt de glycogenolyse.

Ziekten en aandoeningen

Als glycogenolyse ernstiger wordt, kan dit een symptoom zijn van een pathologisch proces. Het hormoon glucagon stimuleert de glycogenolyse direct door een G-proteïnegekoppelde receptor (GPCR) te activeren. Als resultaat van de reactiecascade die start, wordt een glycogeenfosforylase (PYG) katalytisch geactiveerd. De glycogeenfosforylase katalyseert op zijn beurt de vorming van glucose-1-fosfaat uit de splitsing van glucose-eenheden uit glycogeen.

Bij een verhoogde concentratie van het hormoon glucagon is er een verhoogde afbraak van glucogeen. Het komt erop neer dat er grotere hoeveelheden glucose worden aangemaakt, wat leidt tot verhoogde bloedsuikerspiegels. Sterk verhoogde concentraties glucagon komen voor in het zogenaamde glucagonoom. Het glucagonoom is een neuro-endocriene tumor van de alvleesklier die continu enorme hoeveelheden glucagon aanmaakt. De glucagon-plasmaspiegel kan tot 1000 keer de norm worden verhoogd.

Symptomen van de ziekte zijn diabetes mellitus als gevolg van de verhoogde glycogenolyse, extreem destructief eczeem op het gezicht, handen en voeten en bloedarmoede. De tumor is meestal kwaadaardig. De behandeling bestaat uit chirurgische verwijdering. Als er metastasen of inoperabiliteit zijn, wordt chemotherapie uitgevoerd.

Met de verhoogde vorming van adrenaline wordt ook meer glucogeen afgebroken. Adrenaline wordt in hoge concentraties aangemaakt onder andere bij een feochromocytoom, zonder dat de hormoonspiegel kan worden gereguleerd. Een feochromocytoom zijn hormonaal actieve tumoren van het bijniermerg waarvan de oorzaak meestal niet kan worden vastgesteld. In de meeste gevallen gaat het echter om goedaardige tumoren, die echter ook kwaadaardig kunnen worden.

Naast hoge bloeddruk en hartritmestoornissen, wordt de bloedsuikerspiegel sterk verhoogd door de verhoogde glycogenolyse. Niet-specifieke symptomen zijn hoofdpijn, zweten, bleekheid, rusteloosheid, vermoeidheid en leukocytose. De therapie bestaat voornamelijk uit het operatief verwijderen van de tumor.