Wie wird das Enzym Glykogensynthase in Bezug auf die Glykogensynthese reguliert? Ich glaube, ich verstehe, dass die Phosphorylierung ihre Aktivität verringert (durch Glykogen-Synthase-Kinase?), aber welche Rolle spielen Moleküle wie Insulin, Glucagon (oder Epinephrin), Proteinkinase A und Proteinphosphatase 1 (PP1)? Aktivieren oder hemmen sie die Glykogensynthese und wie?
Die Antwort auf diese Frage kann leicht in Standardtexten zur Biochemie gefunden werden, z. B. einem online verfügbaren (wenn auch einer alten Ausgabe): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22444/ . Vermutlich wurde diese Frage deshalb bisher nicht beantwortet. Ich denke jedoch, dass es sich lohnt, eine zusammenfassende Antwort zu geben, um etwas hervorzuheben, das meiner Meinung nach in Texten möglicherweise nicht genügend betont wird und in der Frage ignoriert wird.
Dies bedeutet, dass die Regulierung des Glykogenstoffwechsels (und tatsächlich anderer Aspekte des Kohlenhydratstoffwechsels) in verschiedenen Geweben aufgrund der unterschiedlichen Situationen, in denen seine Synthese und sein Abbau in Bezug auf den integrierten Stoffwechsel des Organismus angemessen sind, unterschiedlich ist. Wenn wir nur Skelettmuskel und Leber betrachten, speichert der Muskel Glykogen, um es selbst zu verwenden , wenn er ATP erzeugen muss, um die Kontraktion anzutreiben, während die Leber Glykogen speichert, damit sie andere Gewebe mit Glukose versorgen kann, wenn sie diese entweder für die Arbeit benötigen (z Skelettmuskel) oder im Hungerzustand (z. B. Erythrozyten und Gehirn).
Für die entsprechende Integration sorgen in erster Linie die genannten Hormone (sogenannte First Messenger) und das Vorhandensein oder Fehlen von Rezeptoren in den Geweben, damit sie auf diese Hormone ansprechen bzw. ihnen gegenüber refraktär sind.
Sowohl die Leber als auch die Skelettmuskulatur haben Rezeptoren für Epinephrin (Adrenalin), das als Stressreaktion ausgeschüttet wird. Dies führt zum Abbau von Glykogen – das intern von der Skelettmuskulatur verwendet und, wie bereits erwähnt, von der Leber als Glukose freigesetzt wird.
Die Leber hat auch Rezeptoren für Glucagon, das Hormon, das beim Hungern oder Fasten ausgeschüttet wird und auch den Abbau von Glykogen verursacht. Der Skelettmuskel besitzt keine Glukagonrezeptoren, da der Ernährungszustand für seinen Energiebedarf irrelevant ist.
Sowohl die Leber als auch die Skelettmuskulatur haben Rezeptoren für Insulin, das Hormon des satten Zustands, und reagieren darauf, indem sie die Synthese von Glykogen erhöhen, um Vorräte aufzubauen, die bei Bedarf verfügbar sind.
Wie wirken diese Hormone?
Glucagon und Epinephrin (Adrenalin) wirken beide, indem sie die Adenylcyclase (ein sogenannter zweiter Botenstoff) in G-Protein-gekoppelter Weise aktivieren, um zyklisches AMP zu erzeugen. Dies wirkt durch eine Phosphorylierungskaskade, um Glykogenphosphorylase zu aktivieren und Glykogensynthase zu hemmen, wie in jedem Standardtext beschrieben. (Die Proteinphosphatase 1 ist ebenfalls beteiligt.) Der Glykogenabbau wird dadurch verstärkt.
Insulin wirkt anders. Die Bindung an seinen Rezeptor aktiviert die intrinsische Tyrosinkinase des Proteins, und es gibt eine Kette von nachfolgenden Protein-Selbstphosphorylierungen, die in der Phosphorylierung von Proteinphosphatase 1 gipfeln. Dies bewirkt, dass es sowohl die Glykogensynthase als auch die Glykogenphosphorylase dephosphoryliert, was zur Aktivierung der ersteren und führt die Inaktivierung des letzteren. Die Glykogensynthese wird somit verstärkt.
Es ist wichtig, die molekularen Mechanismen der Stoffwechselkontrolle zu verstehen, aber es ist auch wichtig, sie im Zusammenhang mit dem integrierten Gewebestoffwechsel zu sehen. Deshalb schließe ich mit einer Frage an den Leser. Das Gehirn (das für einen Teil seines Stoffwechsels absolut von Glukose abhängig ist) speichert eine kleine Menge Glykogen. Wie würden Sie erwarten, dass das Gehirn auf die drei genannten Hormone reagiert, und was würden Sie für das Schicksal des Produkts des Glykogenabbaus erwarten? Wenn Sie die obigen Prinzipien für Leber und Muskel verstanden haben, sollten Sie in der Lage sein, rationale Vorhersagen für das Gehirn zu treffen (selbst wenn sich die Fakten als komplexer herausstellen sollten).