Abbau von Glycogen (Glycogenolyse)

Funktion: Die Glycogenolyse ist der Abbau von gespeichertem Glycogen in Glucoseeinheiten zur Energieversorgung
Ort: Hauptsächlich in der Leber und in Muskelzellen
Enzyme: Eine Reihe von Enzymen, darunter Glycogenphosphorylase, katalysieren die Schritte der Glycogenolyse
Glycogenphosphorylase: Die Glycogenphosphorylase katalysiert den phosphorolytischen Abbau einzelner α-1,4-glycosidisch verknüpfter Glucosemoleküle vom nicht-reduzierenden Ende des verzweigten Glycogenmoleküls. Dabei wird anorganisches Phosphat benötigt, um den Glycogenabbau zu ermöglichen
Stimulation: Glycogenolyse wird durch Hormone wie Glucagon und Adrenalin stimuliert, die bei niedrigem Blutzuckerspiegel oder bei Bedarf an schneller Energie freigesetzt werden
Erzeugung von Glukose-6-phosphat: Das entstandene Glucose-1-phosphat wird zu Glucose-6-phosphat isomerisiert
Glucose-6-phosphat im Muskel: Tritt direkt in die Glycolyse ein und deckt damit den eigenen Glucosebedarf
Glucose-6-phosphat in der Leber: Glucose-6-phosphat wird durch dephosphorylierung (Glucose-6-phosphatase) zu Glucose umgewandelt und ans Blut abgegeben und hält somit den Blutglucosespiegel konstant

1. Glycogenphosphorylase-Reaktion

Reaktion: Spaltung von α-1,4-Bindungen am nicht reduzierenden Ende von Glycogen
Enzym: Glycogenphosphorylase
Produkt: Glucose-1-phosphat
Besonderheit:
- Endet 4 Glucosemoleküle vor einer Verzweigungsstelle
- Kann keine α-1,6-Bindungen spalten
Coenzym: Pyridoxalphosphat (PALP)

2. Debranching-Enzym-Reaktionen

Schlüsselenzyme:

1. Glycogenphosphorylase:

2. Glycogensynthase:

Hormonelle Regulation

Glucagon (Leber) & Adrenalin (Leber und Muskel):
Signalweg:
1. Bindung an G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
2. Aktivierung der Adenylatzyklase → Umwandlung von ATP zu cAMP (Second Messenger)
3. cAMP aktiviert die Proteinkinase A (PKA)
4. PKA phosphoryliert und aktiviert die Phosphorylasekinase, die die Glycogenphosphorylase aktiviert → Glycogenabbau steigt
5. PKA phosphoryliert und hemmt die Glycogensynthase → Glycogensynthese wird gehemmt
Insulin (bei hohem Blutzucker):
- Signalweg:
  - BindunganmembranständigenInsulinrezeptor.
  - Aktivierung von Proteinkinase B (PKB).
  - PKB hemmt die Glycogensynthasekinase 3 (GSK-3) → Glycogensynthase wird durch Dephosphorylierung aktiviert → Glycogensynthese steigt.
  - Aktivierung der Phosphodiesterase, die cAMP zu 5’-AMP abbaut → Hemmung des Glycogenabbaus.
  - Aktivierung der Proteinphosphatase I (PP-I), die die Phosphorylasekinase und Glycogenphosphorylase dephosphoryliert → Glycogenabbau wird gestoppt.

Allosterische Regulation

Glycogenphosphorylase (Abbau):
- Aktivatoren: AMP (Energiemangel) und Calcium (Muskelarbeit)
- Hemmer: ATP, Glucose (Leber)
Glycogensynthase (Synthese):
- Aktivator: Glucose-6-phosphat (fördert Dephosphorylierung)

Einleitung