Glykogenogeneze je metabolická cesta pro syntézu glykogenu z glukózy , ke které dochází s výdejem energie ve formě ATP a UTP . Glykogeneze se vyskytuje ve všech tkáních zvířat , ale hlavně probíhá v játrech a svalech . K syntéze glykogenu dochází během trávení (během doby vstřebávání, tedy 1-2 hodiny po příjmu sacharidů [1] [2] .
„Výchozím bodem“ glykogenogeneze je glukóza-6-fosfát . Glukóza-6-fosfát může být produkován z glukózy reakcí katalyzovanou izoenzymy hexokinázou I a hexokinázou II ve svalu a hexokinázou IV ( glukokinázou ) v játrech:
D-glukóza + ATP → D-glukóza-6-fosfát + ADP .Nicméně glukóza v potravě může mít složitější cestu ke glukóze-6-fosfátu. Nejprve se dostane do erytrocytů , kde se glykolyticky přemění na laktát . Poté se laktát dostává do jater, kde se během glukoneogeneze mění na glukózu a poté na glukózu-6-fosfát [2] .
Pro zahájení syntézy glykogenu musí být glukóza-6-fosfát přeměněn na glukóza-1-fosfát enzymem fosfoglukomutázou :
Glukóza-6-fosfát ⇌ glukóza-1-fosfát [2] .Glukóza-1-fosfát je dále přeměněn na UDP-glukózu pomocí UDP-glukóza pyrofosforylázy , což je klíčový krok v syntéze glykogenu [3] .
Glukóza-1-fosfát + UTP → UDP-glukóza + PP iTato reakce tvorby nukleotidového cukru za buněčných podmínek je nevratná , proto je ireverzibilní i glykogenogeneze. Kondenzace uridintrifosfátu s glukózo-1-fosfátem má mírnou pozitivní změnu v Gibbsově energii , při této reakci se však uvolňuje pyrofosfát (PP i ), který je rychle hydrolyzován pyrofosfatázou a tato reakce je vysoce exergonická ( AG'o = -19,2 kJ/mol). Koncentrace pyrofosfátu v buňce je tak udržována nízká a tvorba nukleotidového cukru je pro buňku energeticky výhodná. Ve skutečnosti rychlé zapojení reakčního produktu do dalších reakcí, které je usnadněno velkou negativní hodnotou změny Gibbsovy energie během hydrolýzy pyrofosfátu, stimuluje další biosyntetické reakce [4] .
UDP-glukóza je přímým donorem glukózových zbytků v reakci katalyzované glykogensyntázou , která katalyzuje přenos glukózového zbytku z UDP-glukózy na neredukující konec rozvětvené molekuly glykogenu [3] .
Glykogensyntáza vytváří (α1→4)-glykosidické vazby, není však schopna vytvořit (α1→6)-glykosidické vazby , které se nacházejí v bodech větvení glykogenu. Tyto vazby jsou tvořeny enzymem rozvětvujícím glykogen nebo amyl-(1→4)-(1→6)-transglykosylázou nebo glykosyl-(4→6)-transferázou . Enzym rozvětvující glykogen katalyzuje přenos terminálního fragmentu 6 nebo 7 glukózových zbytků z neredukujícího konce glykogenové větve o alespoň 11 zbytcích na hydroxylovou skupinu na šestém atomu glukózového zbytku umístěného níže a může patřit do stejného nebo jiného řetězce. Vzniká tak nová větev glykogenu [5] .
Do nové glykogenové větve mohou být přidány další glukózové zbytky působením glykogensyntázy. Biologický bod větvení molekuly glykogenu spočívá v tom, že zvyšuje rozpustnost glykogenu a zvyšuje počet jeho neredukujících konců, což jsou místa aktivity glykogenfosforylázy (hlavního enzymu glykogenolýzy ) a glykogensyntázy [5]. .
Glykogensyntáza nemůže zahájit syntézu nového glykogenového řetězce od nuly. K tomu potřebuje semeno, kterým může být (α1→4)-polyglukózový řetězec nebo větev obsahující alespoň 8 glukózových zbytků. Tvorbu semene zajišťuje protein glykogenin , který je jak místem syntézy semene, tak katalyzátorem tohoto procesu. Prvním krokem při syntéze nové molekuly glykogenu je přenos glukózového zbytku z UDP-glukózy na hydroxylovou skupinu tyrosinového aminokyselinového zbytku Tyr 194 glykogeninu v důsledku glukosyltransferázové aktivity proteinu. Rostoucí řetězec se prodlužuje postupným přidáváním 7 nebo více glukózových zbytků, každý z UDP-glukózy, což je reakce katalyzovaná také glykogeninem. V této fázi je do syntézy glykogenu zahrnuta glykogensyntáza, která zajišťuje další prodlužování glykogenového řetězce. Poté glykogenin jako součást β-částice, kovalentně připojený k jedinému neredukujícímu konci molekuly glykogenu [5] .
Regulace glykogenogeneze se provádí ve spojení s glykogenolýzou (štěpením glykogenu) podle typu přepínání. K tomuto přepnutí dochází při přechodu z absorpčního do postabsorpčního stavu, jakož i při přechodu klidového stavu do režimu fyzické práce. V játrech se provádí za účasti hormonů inzulínu , glukagonu a adrenalinu a ve svalech - inzulínu a adrenalinu. Jejich vliv na syntézu a rozklad glykogenu je zprostředkován obrácením aktivity dvou klíčových enzymů: glykogensyntázy (glykogenogeneze) a glykogenfosforylázy (glykogenolýzy) prostřednictvím jejich fosforylace /defosforylace [6] .