Elektronový mikrograf části jaterní buňky ukazující depozice glykogenu jako akumulace částic s hustou elektronovou hustotou (šipky). Temná struktura s hustým jádrem je peroxisom. Jsou zde také zobrazeny mitochondrie. x30,000.Basic Histology, 11th ed, p49
Glykogen je polysacharid, živočišný škrob, který je hlavní formou ukládání glukózy v živočišných buňkách, částicích v játrech a svalech. Glykogen se nachází ve formě granulí v cytosolu v mnoha typech buněk. Nejvyšší koncentraci má v hepatocytech – až 8% čerstvé hmotnosti v dobře krmeném stavu, nebo 100-120 g u dospělého jedince – což dává játrům výraznou, „škrobnatou“ chuť. Ve svalech se glykogen nachází v mnohem nižší koncentraci (1% svalové hmoty), ale celkové množství převyšuje koncentraci v játrech. Malé množství glykogenu se nachází v ledvinách a ještě menší množství v určitých gliálních buňkách v mozku a bílých krvinkách.
V metabolismu se hydrolýzou přeměňuje na glukózu.
Struktura a biochemie
Glykogen je vysoce rozvětvený polymer o velikosti 10 000 až 120 000 Glc zbytků a molekulové hmotnosti mezi 106 a 107 daltony. Většina Glc jednotek je spojena α-1,4 glykosidickými vazbami, přibližně 1 z 12 Glc zbytky také tvoří α-1,6 glykosidickou vazbu s druhým Glc, což má za následek vytvoření větve. Glykogen má pouze jeden redukční konec a velké množství neredukčních konců s volnou hydroxy skupinou na uhlíku 4. Glykogenové granule obsahují jak glykogen, tak enzymy syntézy glykogenu (glykogeneze) a degradace (glykogenolýza). Enzymy jsou vnořeny mezi vnějšími větvemi glykogenových molekul a působí na neredukující konce. Proto mnoho neredukujících koncových větví glykogenu usnadňuje jeho rychlou syntézu a rozpad.
Funkce a regulace jaterního glykogenu
Při konzumaci a trávení sacharidového jídla stoupá hladina glukózy v krvi a slinivka břišní vylučuje inzulín. Glukóza z portální žíly vstupuje do jaterních buněk (hepatocytů). Inzulín působí na hepatocyty a stimuluje tak působení několika enzymů, včetně glykogensyntázy. Molekuly glukózy jsou přidávány do řetězců glykogenu tak dlouho, dokud je inzulínu i glukózy dostatek. V tomto postprandiálním nebo „nakrmeném“ stavu játra přijímají více glukózy z krve, než uvolňují.
Glukagon je další hormon produkovaný slinivkou břišní, který v mnoha ohledech slouží jako protisignál inzulinu. Když hladina cukru v krvi začne klesat pod normální hodnoty, glukagon se vylučuje ve stále větším množství. Stimuluje odbourávání glykogenu na glukózu, i když jsou hladiny inzulinu abnormálně vysoké.
Glykogen ve svalech a dalších buňkách
Glykogen a běh maratonu
Díky schopnosti těla udržet kolem 2000 kcal glykogenu zažívají maratonští běžci běžně jev označovaný jako „náraz do zdi“ kolem bodu maratonu v délce 20 mil (32 km). (Na jednu míli se spotřebuje přibližně 100 kcal v závislosti na velikosti běžce a závodní dráze.) Při prožívání glykogenového dluhu podstupují běžci mnohokrát intenzivní svalové křeče.
Syntéza glykogenu je na rozdíl od svého rozpadu endergonická. To znamená, že syntéza glykogenu vyžaduje přísun energie. Energie pro syntézu glykogenu pochází z UTP, který reaguje s glukózou-1-fosfátem za vzniku UDP-glukózy v reakci katalyzované UDP-glukózovou pyrofosforylázou. Glykogen je syntetizován z monomerů UDP-glukózy enzymem glykogensyntázou, která postupně prodlužuje glykogenový řetězec s (α1→4) navázanou glukózou. Protože glykogensyntáza může prodlužovat pouze existující řetězec, je k zahájení syntézy glykogenu zapotřebí protein glykogen. Enzym větvící glykogen, amylo (α1→4) až (α1→6) transglykosyláza, katalyzuje přenos koncového fragmentu 6-7 zbytků glukózy z neredukujícího konce do C-6 hydroxylové skupiny zbytků glukózy hlouběji do nitra glykogenové molekuly. Rozvětvující se enzym může působit pouze na větev s nejméně 11 zbytky a enzym se může přenést do stejného glukózového řetězce nebo přilehlých glukózových řetězců.
Účinek glykogenfosforylázy na glykogen
Poruchy metabolismu glykogenu
Nejčastějším onemocněním, při kterém dochází k abnormálnímu metabolismu glykogenu, je cukrovka, při které může dojít v důsledku abnormálního množství inzulinu k abnormální akumulaci nebo depleci jaterního glykogenu. Obnovení normálního metabolismu glukózy obvykle normalizuje i metabolismus glykogenu.
Při hypoglykémii způsobené nadměrným množstvím inzulínu jsou hladiny jaterního glykogenu vysoké, ale vysoká hladina inzulínu brání glykogenolýze nutné k udržení normální hladiny cukru v krvi. Glukagon je běžnou léčbou tohoto typu hypoglykémie.
Různé vrozené poruchy metabolismu jsou způsobeny nedostatkem enzymů nutných pro syntézu nebo rozpad glykogenu. Ty jsou souhrnně označovány jako nemoci ukládání glykogenu.
Glykogenní deplece a vytrvalostní cvičení
Dálkoví sportovci jako maratonští běžci, běžci na lyžích a cyklisté často zažívají vyčerpání glykogenu, kdy téměř všechny zásoby glykogenu sportovců jsou vyčerpány po dlouhých obdobích námahy bez dostatečné spotřeby energie. Tento jev je označován jako „náraz do zdi“.
Při prožívání glykogenového dluhu, sportovci často zažívají extrémní únavu do té míry, že je těžké se pohybovat. Jako reference, ti nejlepší profesionální cyklisté na světě obvykle dokončí 4-5h etapový závod přímo na hranici vyčerpání glykogenu za použití prvních 3 strategií.