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Glykogenstoffwechsel

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  • Lesezeit: 19 min
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Steckbrief

Glykogen ist die Speicherform der Glucose. Fast alle Zellen können Glykogen speichern. Die größten und damit wichtigsten Speicherorte sind die Leber und die Muskulatur.

Glykogen besteht aus langen, verzweigten Ketten aus Glucosemolekülen, die meist α-1,4-glykosidisch, aber auch α-1,6-glykosidisch verknüpft sind und daher Verzweigungen enthalten.

Die Synthese von Glykogen erfolgt meist durch Verlängerung der vorhandenen Glykogenketten bzw. die Einführung von Verzweigungen. Ausgangsverbindung für die Glykogensynthese ist Glucose-6-phosphat, das aus Glucose gebildet wird. Dieses wird nach einer Isomerisierung zu UDP-Glucose aktiviert. Die UDP-Glucose ist der Donator für die Glucosereste, die von der Glykogensynthase auf ein nicht reduzierendes Ende eines bereits bestehenden Glykogenmoleküls übertragen werden. Durch Übertragung eines Kettenabschnitts auf dieselbe oder eine benachbarte Kette durch das Branching-Enzym wird die Verzweigung generiert. Bei der Synthese neuer Partikel wird das erste Glucosemolekül an einen Tyrosinrest des Glykoproteins Glykogenin gebunden, das stets den Kern eines Glykogenpartikels bildet.

Der Abbau des Glykogens (Glykogenolyse) erfolgt ausschließlich durch Abspaltung der endständigen Glucosebausteine. Dabei entsteht hauptsächlich Glucose-1-phosphat, das zu Glucose-6-phosphat isomerisiert wird. An den Verzweigungsstellen ist das bifunktionelle Debranching-Enzym aktiv, das ein Trisaccharid auf die bestehende Hauptkette überträgt und anschließend den α-1,6-glykosidisch gebundenen Glucoserest der Seitenkette abspaltet. In der Leber wird Glucose-6-phosphat von der Glucose-6-phosphatase zu freier Glucose dephosphoryliert, die ins Blut abgegeben werden kann. Dem Muskel fehlt dieses Enzym, sodass Glucose-6-phosphat direkt in die Glykolyse eintritt.

Die Regulation des Glykogenstoffwechsels erfolgt hauptsächlich durch die Wirkung der Hormone Glucagon, Adrenalin und Insulin auf die kovalente Modifikation einer Kaskade von interkonvertierbaren Enzymen. Glucagon und Adrenalin, die bei Energiebedarf freigesetzt werden, aktivieren die Proteinkinase A über cAMP allosterisch. Diese aktiviert die Phosphorylasekinase und diese wiederum die Glykogenphosphorylase durch kovalente Modifikation, sodass die Glykogenolyse stimuliert wird. Insulin, das bei einem hohen Blutzuckerspiegel ausgeschüttet wird, führt über die Aktivierung u.a. der Proteinphosphatase I zu einer Aktivierung der Glykogensynthase, sodass die Glykogensynthese gesteigert wird.

Die allosterische Regulation der Enzymaktivität erfolgt beispielsweise durch AMP und Calcium, als Aktivatoren des Glykogenabbaus im Skelettmuskel. In der Leber fördern Glucose-6-phosphat und freie Glucose die Glykogensynthese bzw. hemmen den Glykogenabbau.

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Wirkung von Adrenalin und Glucagon auf den Glykogenstoffwechsel

Adrenalin und Glucagon werden bei Energiemangel bzw. bei einem geringen Blutglucosespiegel ausgeschüttet, Insulin bei einem hohen Blutglucosespiegel. Sie binden an membranständige Rezeptoren und wirken über eine Kaskade aus interkonvertierbaren Enzymen. Glucagon und Adrenalin stimulieren den Abbau von Glykogen durch die Glykogenphosphorylase, Insulin stimuliert dagegen die Synthese von Glykogen durch die Glykogensynthase.

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    Allgemeines

    Glykogen (siehe Bild) ist die Speicherform der Glucose und besteht aus langen, verzweigten Ketten aus Glucosemolekülen, die meist α-1,4-glykosidisch verknüpft sind . Etwa an jedem 10. Glucosemolekül einer Kette befindet sich eine α-1,6-glykosidische Bindung, durch die eine Verzweigung entsteht. Diese Verzweigungen erhöhen die Zahl der Kettenenden, die für eine Verlängerung (Glykogensynthese) oder den Glykogenabbau (Glykogenolyse) zur Verfügung stehen. Fast alle Zellen können Glykogen frei in ihrem Cytoplasma speichern. Die größten und damit wichtigsten Speicherorte sind die Leber und die Muskulatur.

    Glykogen in der Leber

    Glucose, die mit der Nahrung aufgenommen wird, gelangt über die Pfortader zur Leber, wo sie aufgenommen und in Glykogen umgewandelt wird. Aus dem Glykogenspeicher wird bei Bedarf wieder abgespalten, in die Blutbahn abgegeben und so dem Organismus zur Verfügung gestellt. Die Leber ist daher für die Glucosehomöostase wichtig.

    Image description
    Formelausschnitt von Glykogen

    Oben: Glykogen als Haworth-Formel. Unten: Glykogen in der Konformationsschreibweise.

    (Quelle: oben: Rassow et al., Duale Reihe Biochemie, Thieme, 2022; unten: Boeck, Kurzlehrbuch Chemie, Thieme, 2018)
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      zuletzt bearbeitet: 02.01.2023
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