Glikojen, hayvanlarda ve insanlarda glikozun ana depolama şekli olan büyük, dallı bir polisakkarittir. Birden fazla glikoz molekülü zincirinden oluşan karmaşık bir polimerdir ve eritrositler haricinde tüm hücre tiplerinde bulunur. Asıl depolandığı organlar karaciğer ve iskelet kaslarıdır. Glikojen ayrıca mantarlarda ve bakterilerde önemli bir glikoz depolama şeklidir. Vücut enerji gerektirdiğinde, glikojen parçalanarak glikoza dönüşür, daha sonra glikolitik veya pentoz fosfat yoluna girer veya kan dolaşımına salınır.
Glikojenin Yapısı
Glikojen, glikozdan oluşan dallanmış bir polimerdir. Glikoz kalıntıları, a-1,4 glikosidik bağlarla doğrusal olarak bağlanır ve yaklaşık olarak her on kalıntıda bir glikoz kalıntıları zinciri, a-1,6 glikosidik bağlantılar yoluyla dallanır. A-glikosidik bağlar, sarmal bir polimer yapısına yol açar. Glikojen, üç ila dört parça su ile hidratlanır ve sitoplazmada 10-40 nm çapında granüller formunda bulunur. Glikojen sentezinde yer alan glikojenin adlı enzim, her bir glikojen granülünün merkezinde bulunur. Glikojen, çoğu bitkide glikoz depolamanın ana biçimi olan bir nişasta analoğudur fakat nişastanın daha az dalı vardır ve glikojenden daha az kompakttır.
Glikojenin Canlılardaki Fonksiyonu
Glikojen hayvanlarda ve insanlarda esas olarak kas ve karaciğer hücrelerinde bulunur. Glikojen, kan şekeri seviyeleri yüksek olduğunda glikozdan sentezlenir ve kan şekeri seviyeleri düştüğünde vücuttaki dokular için hazır bir glikoz kaynağı olarak hizmet eder. Glikojen, yağ asitleri kadar indirgenmez ve dolayısıyla enerji açısından zengin değildir. Glikojen, çeşitli nedenlerle önemli bir yakıt rezervidir. Glikojenin kan glikoz seviyelerini korumadaki rolü özellikle önemlidir çünkü glikoz, uzun süreli açlık dışında beyin tarafından kullanılan tek yakıttır. Glikojenden gelen glikoz kolaylıkla harekete geçirilir, bu nedenle ani, yorucu aktiviteler için iyi bir enerji kaynağıdır. Serbest bırakılan glikoz oksijen yokluğunda enerji sağlayabilir ve böylece anaerobik (oksijensiz) aktivite için enerji sağlayabilir.
Karaciğer Hücrelerindeki Glikojen![Glikojen Nedir, Yapısı, Fonksiyonu ve Metabolizması Nasıldır?]()
Glikojen konsantrasyonu karaciğerde kastan daha yüksektir, karaciğerin ağırlıkça % 6-10’unu oluşturur. Yiyecekler vücuda alındığında, kandaki şeker seviyeleri yükselir ve pankreastan salınan insülin, glikozun karaciğer hücrelerine alımını teşvik eder. İnsülin ayrıca glikojen sentaz gibi glikojen sentezinde yer alan enzimleri de aktive eder. Glikoz ve insülin seviyeleri yeterince yüksek iken, glikojen zincirleri, glikoneogenez denilen bir işlem olan glikoz moleküllerinin eklenmesiyle uzar. Glikoz ve insülin seviyeleri azaldıkça glikojen sentezi durur. Kandaki glikoz şekeri seviyeleri belli bir düzeyin altına indiğinde, pankreastan salınan glukagon, glikojeni parçalamak için karaciğer hücrelerine sinyal gönderir. Glikojen, glikojenoliz yoluyla glikoz-1-fosfata parçalanır, bu da glikoza dönüştürülür ve dolaşıma salınır. Glikojenin kontrollü olarak parçalanması ve glikoz salınması, öğünler arasında mevcut glikoz miktarını artırır. Bu nedenle glikojen, kan glikoz seviyelerini korumak için bir tampon görevi görür. Glukagona ek olarak, kortizol, epinefrin ve norepinefrin de glikojen yıkımını uyarır.
Kas Hücrelerindeki Glikojen
Glikojen karaciğer hücrelerinin aksine ağırlıkça kas kütlesinin % 1-2’sini oluşturur. Vücuttaki daha büyük bir kas kütlesi göz önüne alındığında, kasta depolanan toplam glikojen miktarı karaciğerde depolanandan daha büyüktür. Kas ayrıca karaciğerden farklıdır, karaciğerde, glikojenin sentezlenmesi ve bozulması, organizmanın bütün ihtiyaçlarını karşılamak için gerekli olan kan şekeri seviyelerini korumak için düzenlenir. Aksine, kastaki glikojen sadece kas hücresinin kendisine glikoz sağlar. Kas liflerindeki glikojen parçalanmasından üretilen glikoz-1-fosfat, glikoz-6-fosfat molekülüne dönüştürülür ve egzersiz yapılırken veya strese yanıt olarak, dövüş veya kaç yanıtında olduğu gibi kaslara enerji sağlar.
Diğer Dokulardaki Glikojen
Glikojen, karaciğer ve kaslara ek olarak kırmızı kan hücreleri, beyaz kan hücreleri, böbrek hücreleri ve bazı glial hücreler dahil olmak üzere diğer dokularda daha küçük miktarlarda bulunur. Glikojen, embriyonun enerji ihtiyacını karşılamak için rahimde (uterusta) glikoz depolamak için de kullanılır.
![Glikojen Nedir, Yapısı, Fonksiyonu ve Metabolizması Nasıldır?]()
Mantarlardaki ve Bakterilerdeki Glikojen
Mikroorganizmalar, sınırlı çevresel kaynaklar durumunda başa çıkmak için enerji depolama mekanizmalarına sahiptir ve glikojen, ana enerji depolama biçimidir. Besin sınırlaması (düşük seviyelerde karbon, fosfor, nitrojen veya kükürt) mayada glikojen oluşumunu uyarabilirken, bakteriler diğer besin maddelerinin sınırlandırılmasıyla kolayca temin edilebilen karbon enerji kaynaklarına yanıt olarak glikojeni sentezler. Bakteriyel büyüme ve maya sporülasyonu (spor oluşum süreci) da glikojen birikimi ile ilişkilendirilmiştir.
Glikojen Metabolizması
Glikojen homeostazı, vücudun enerji ihtiyaçlarına bağlı olarak glikozu depolamasına veya serbest bırakmasına izin veren oldukça düzenlenmiş bir süreçtir. Glikojen metabolizmasının düzenlenmesine hormonal aktiviteler, özellikle de kan şekerini normale düşüren insülin, kan şekerinin yükseltilmesine yardımcı olan glukagon ve epinefrin aracılık eder. Glikoz metabolizmasındaki temel adımlar glikojenez (glikojen sentezi) ile glikojenoliz veya glikojen yıkımıdır.
Glikojenez: Glikojen sentezi, üridin trifosfat (UTP) ve glukoz 1-fosfatın reaksiyonuyla oluşan aktive edilmiş bir glikoz formu, üridin difosfat glikoz (UDP-glikoz) gerektirir. Glikojen sentezi beş reaksiyon içerir:
1-Glikoz 6-fosfatın glikoz 1-fosfata dönüşümü
2-Glikoz 1-fosfat ve UTP’den UDP-glikoz sentezi
(UDP-glikoz, glikojen moleküllerinin indirgeyici olmayan ucuna eklenir.)
3- Glikojenin üzerindeki bir glikoz oligomerinin otomatik katalize sentezi
4- Glikojen sentaz tarafından katalize edilen glikoz oligomerinin doğrusal uzantısı
5- Glikojen dallanma enzimi ile katalize edilen dalların oluşumu
Son iki reaksiyonun tekrarlanması, büyük, geniş ölçüde dallanmış glikojen polimerleri üretir.
Glikojenoliz: Glikojen bozulması üç aşamadan oluşur:
1-Glikojenden glikoz 1-fosfatın salınması
2-Daha fazla bozulmaya izin vermek için glikojen substratının yeniden modellenmesi
3- Glikoz 1-fosfatın daha fazla metabolizma için glikoz 6-fosfata dönüştürülmesi
Glikojenin parçalanmasından türetilen glikoz 6-fosfatın üç şekilde kullanılabilir:
1-Glikoliz için ilk substrattır.
2- NADPH ve riboz türevlerini vermek için pentoz fosfat yolu ile işlenebilir.
3-Kan dolaşımına salınmak üzere serbest glikoza dönüştürülebilir. Bu dönüşüm esas olarak karaciğerde ve daha az ölçüde bağırsaklarda ve böbreklerde gerçekleşir.
Egzersiz ve Glikojen Eksikliği
Dayanıklılık egzersizinde sporcular, glikojenin çoğunun kastan harcandığı glikojen eksikliğine maruz kalabilirler. Bu, şiddetli yorgunluğa ve hareket zorluğuna neden olabilir. Glikojen eksikliği, egzersiz sırasında glikozun bir kısmının yerini alacak olan yüksek glisemik indeksi olan karbonhidratların sürekli tüketilmesiyle hafifletilebilir. Özel egzersiz rejimleri de enerji elde edilmesi için kasın yağ asitlerini daha yüksek bir oranda kullanması ve böylece daha az glikojen parçalaması için kullanılabilir. Sporcular ayrıca glikojen depolama kapasitesini artırmak için karbonhidrat yüklemesi, büyük miktarda karbonhidrat tüketimi yöntemini kullanabilirler.
Glikojen Depolama Hastalıklarına Örnekler
Glikojen depo hastalıklarının iki ana kategorisi vardır: Karaciğerdeki kusurlu glikojen homeostazından kaynaklananlar ve kastaki kusurlu glikojen homeostazından kaynaklananlar. Karaciğer glikojen depolamasının bozuk olmasından kaynaklanan hastalıklar genellikle hepatomegali (karaciğer büyümesi), hipoglisemi ve siroza (karaciğer skarlaşması) neden olur. Kas glikojen depolamasının bozukluğundan kaynaklanan hastalıklar genellikle miyopatilere ve metabolik bozukluğa neden olur. Glikojen depolama hastalıklarının örnekleri arasında Pompe Hastalığı, McArdle Hastalığı ve Andersen Hastalığı yer alır.
Pompe Hastalığı: Pompe hastalığına, asit maltaz olarak da adlandırılan lizozomal asit alfa-glukozidazı kodlayan, iskelet ve kalp kasını etkileyen GAA genindeki mutasyonlar neden olur. Asit maltaz, glikojenin parçalanmasında rol oynamaktadır ve hastalığa neden olan mutasyonlar, hücrede zararlı glikojen birikimi ile sonuçlanır. Üç tip Pompe hastalığı vardır: yetişkin, juvenil (gençlik) ve giderek daha şiddetlenen infantil (çocukluk) formu. İnfantil form, tedavi edilmezse bir ila iki yaş arasında ölüme yol açar.
McArdle Hastalığı: McArdle hastalığına, kasta bulunan glikojen fosforilaz izoformu olan miyofosforilazı kodlayan PYGM genindeki mutasyonlar neden olur. Semptomlar çoğunlukla çocuklarda görülür fakat hastalık yetişkinliğe kadar teşhis edilemeyebilir. Belirtiler arasında kas ağrısı ve yorgunluk yer alır, hastalık, uygun şekilde tedavi edilmezse yaşamı tehdit edebilir.
Andersen Hastalığı: Andersen hastalığına glikojen dallanma enzimini kodlayan, kas ve karaciğeri etkileyen GBE1 genindeki bir mutasyon neden olur. Semptomlar genellikle birkaç aylıkken görülür, büyüme geriliği, karaciğer büyümesi ve sirozu içerir. Hastalığın komplikasyonları yaşamı tehdit edici olabilir.
Özetle, oldukça dallanmış bir glikoz polimeri olan glikojen, çoğu insan dokusunda oluşur ve parçalanır fakat en çok karaciğer ve kasta bol miktarda bulunur ve burada büyük bir depolanmış yakıt görevi görür. Glikojen metabolizması, en ayrıntılı olarak karaciğer ve iskelet kasında incelenmiştir. Diğer dokulardaki glikojen metabolizması bu kadar kapsamlı bir şekilde incelenmemiştir fakat kas sürecine benzediği düşünülmektedir.
Kaynakça:
https://biologydictionary.net/glycogen/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21190/#:~:text=Glycogen%20degradation%20consists%20of%20three,6-phosphate%20for%20further%20metabolism.
https://reactome.org/content/detail/R-HSA-8982491
https://www.supplementler.com/bilgi-bankasi/glikojen-nedir-ne-ise-yarar
Yazar: Müşerref Özdaş