Mi a glikogén? Hogyan töltődnek fel a glikogénraktárak?
Az étkezés során elfogyasztott tápanyagok egy részét a szervezet nem használja fel azonnal, hanem elraktározza.
Az így létrejött tápanyagraktárak legfontosabb funkciója, hogy a sejteket folyamatosan ellássák a szükséges transzporttápanyagokkal (mint amilyen például a glükóz, zsírsavak, aminosavak), olyankor is, amikor éppen nem veszünk magunkhoz táplálékot.
Ilyen tápanyagraktár a főként a májban és az izomzatban található glikogén.
Mi a glikogén? Röviden: egymással összekapcsolódott több ezer glükózmolekula láncolata.
De hogyan is néz ki pontosan a glikogén, mi szabályozza a szintézisét, és mi történik, ha kiürülnek a raktáraink?
Lássuk a részleteket!
A glikogén szerkezete
Amikor szénhidrátot fogyasztunk, a szervezetünk egyszerű cukormolekulákra, jellemzően glükózra (vagyis szőlőcukor-molekulákra), bontja le azt. A glükóz a felszívódás során bekerül a véráramba, ahonnan annak egy részét a sejtek felveszik és a működésükhöz szükséges energia (ATP) előállításához használják fel.
A felszívódott glükóz nagyobb hányada azonban nem fordítódik rögtön energiatermelésre, hanem glikogén formájában elraktározódik.
Egyszerűen megfogalmazva a glikogén nem más, mint egy szénhidrátraktár, amiből a szervezet az igényeinek megfelelően képes energiatermelés céljából cukormolekulákat lehasítani.
A glikogén legfontosabb funkciója a sejtek glükóz ellátottságának gyors növelése.
A glikogén kémiai szerkezetét illetően egy ún. poliszacharid (éppúgy, mint a keményítő). Ha azon gondolkodsz, mi is az a poliszacharid, akkor itt egy gyors válasz: a poliszacharid nem más, mint összetett szénhidrát, melyben több száz vagy annál is több egymással összekapcsolódó cukormolekula (monoszacharid) található. A szénhidrátokról bővebben itt olvashatsz.
A glikogén egy olyan poliszacharid, melyben az összekapcsolódó cukormolekulák, vagyis a monoszacharid egységek egyszerű glükózmolekulák.
A glükóznak többféle izomere létezik. Az izomer kifejezést azokra a molekulákra alkalmazzuk, melyek összegképlete azonos (glükóz esetében C6H12O6), viszont a molekulán belül eltérő az egyes atomok elrendeződése. A glikogént gyűrű alakú alfa-glükóz molekulák alkotják, melyek glikozidos kötéssel kapcsolódnak össze.
A cellulóz a növényi sejtfalakat alkotja, és a glikogénhez hasonlóan egy poliszacharid. Alfa-glükóz helyett azonban annak sztereoizomere, béta-glükóz alkotja, mely mindössze háromdimenziós szerkezetében tér el az előbbitől. Ez azonban azzal a következménnyel jár, hogy a cellulóz a glikogénnel szemben nem elágazó, merev láncokból áll, melyet az emésztőrendszerünk nem tud lebontani (a cellulóz a nem oldékony rostok közé tartozik).
A glikogént alkotó glükóz nem egyetlen hosszú láncban kapcsolódik össze, hanem elágazó láncokat alkot (kb. minden tizedik glükózra jut egy elágazás). Az elágazások azért lényegesek, mert így a láncok végén számos glükózmolekula áll szabadon, melyekhez a szintézist vagy éppen a lebontást végző enzimek könnyen hozzáférnek. Így sokkal gyorsabbá válik a glükóz utánpótlás biztosítása és a glikogénraktárak feltöltése is.
Hozzánk hasonlóan a glükóz a növényekben is kulcsfontosságú, azzal a különbséggel, hogy azt a növények saját maguk állítják elő víz és szén-dioxid felhasználásával. Az így keletkezett glükózmolekulákból a legtöbb állati sejthez hasonlóan a növények is raktárt képeznek, glikogén helyett keményítő formájában. A keményítő mindössze annyiban tér el a glikogéntől, hogy kevesebb benne az elágazás.
Hol raktározódik pontosan a glikogén?
Glikogén elsősorban a máj és a vázizomzat sejtjeinek a citoplazmájában található. A máj tömegének 5-6%-a, míg a vázizomzaténak 1-2%-a glikogén. Ez azt jelenti, hogy egy átlagos méretű felnőtt a májában 100-120 gramm, míg a vázizomsejtjeiben összesen kb. 400 gramm glikogént tárol (1).
A májban általában nagyobbak a glikogén polimerek (egyesek több mint 50 000 glükózmolekulát is tartalmazhatnak), mint a vázizomzatban (2).
A glikogén egyik jól ismert tulajdonsága, hogy vizet köt meg, mégpedig nem is keveset: minden gramm glikogén háromgrammnyi vízmolekulát köt magához (3).
Sportolóknak, testépítőknek vagy alacsony szénhidrát (low-carb) diétát követőknek a fenti ténnyel érdemes tisztában lenni: a glikogén raktárak gyors kimerítése után fellépő súlycsökkenés gyors kezdeti fogyásnak tűnhet, azonban többnyire csak vízvesztésről van szó. Fordított esetben, ha a vázizomzat nagyobb mennyiségű glikogént képes tárolni, akkor az fokozottabb vízvisszatartással, vagyis nagyobb testsúllyal is jár.
Nemcsak a máj- és a vázizomsejtekben található glikogén, hanem a szívizomzatban, valamint kisebb mennyiségben a vörösvértestekben, a fehérvérsejtekben, a vesében, és a gliasejtekben is (4).
Mi történik, ha kiürülnek a glikogénraktárak?
Intenzív testmozgás során a szervezet elkezdi lebontani az izomszövetben tárolt glikogént, hogy kielégítse az izomzat fokozott energiaigényét. Ez a forrás az edzés intenzitásától és típusától függően néhány óra alatt jelentősen lecsökkenhet, a pontos időtartam azonban számos egyéb tényezőtől is függ.
Az izomban tárolt glikogén mennyisége például a legtöbb esetben megnő helyesen kivitelezett, nagy intenzitású edzést követően, ha azt megfelelő mennyiségű szénhidrát bevitellel kombinálják. Ez az ún. szuperkompenzáció elve (5).
A glikogén mennyisége nemcsak testmozgás, hanem éhezés alatt is folyamatosan csökken.
24 órás éhezés alatt a legtöbb ember szervezete a glikogén túlnyomó többségét felhasználja (6).
Nem kell azonban attól tartanod, hogy ezt követően a sejtjeid nem tudnak miből energiát előállítani.
A glikogén csökkenésével párhuzamosan a szervezet egyre intenzívebben kezd zsírsavakat (és ketontesteket) felhasználni, hogy biztosítsa a sejtek működéséhez szükséges energiát. Emellett jelentősen fokozódik a májban a glükoneogenezis is, mely során nem-szénhidrát alkotóelemekből glükóz képződik. Ez továbbra is biztosítja a stabil vércukorszintet.
A glikogéntárolási betegség egy olyan ritka, többnyire autoszomális recesszív módon öröklődő kóros állapot, amelyben a glikogén szintézise vagy lebontása károsodott. Az Egyesült Államokban kb. minden 20-25 ezer szülésre jut egy eset (7). A betegségnek számos típusa létezik, melyek közül a leggyakoribb az I-es típus (von Gierke kór), míg a legsúlyosabb a II-es típusú Pompe kór.
Mi szabályozza a glikogén szintézisét és lebontását?
A glikogén szintézise: glikogenezis
Szénhidrát tartalmú táplálék elfogyasztását követően a vér glükóz szintje emelkedni kezd, melynek hatására a máj a glükózból elkezd glikogént szintetizálni.
A glikogén szintéziséhez több enzim összehangolt munkájára van szükség: az első lépés mindig a glükóz foszforilációja. Ezt más enzim végzi a májban (glükokináz), és más a vázizomzatban és a többi szövetben (hexokináz). Az így keletkezett glükóz-6-foszfát további enzimatikus lépések során glükóz-1-foszfáttá, majd UDP (uridin-difoszfát) - glükózzá alakul. Ez utóbbit aktivált glükóznak is nevezik.
Az első néhány UDP-glükóz molekulát a glikogenin elnevezésű enzim kapcsolja össze, mely minden glikogén szemcse magjában megtalálható. A glikogén további szintetizálását azonban már egy másik enzim, a glikogén-szintáz fogja végezni. Az elágazásokat azonban nem ez, hanem egy másik enzim (ún. “branching” enzim) hozza létre.
A glikogenezis hormonálisan szabályozott folyamat.
A hasnyálmirigy által kibocsátott inzulin fokozza a glikogén-raktározást a máj- és az izomszövetben egyaránt, az utóbbiban a glükózfelvételt is elősegíti. Ezzel párhuzamosan gátolja a glikogenolízist, vagyis a glikogén glükózzá történő lebontását.
A glikogén lebontása: glikogenolízis
A glikogén alkotta szénhidrátraktár nagy előnye, hogy belőle szükség esetén igen gyorsan mobilizálhatóak a glükózmolekulák.
A glikogenolízis folyamata során a szervezet energiatermelésre fordítható glükózmolekulákat hasít le az elraktározott glikogénből.
A folyamat, a glikogenezishez hasonlóan, számos enzim részvételével történik. Első lépésként a glikogén-foszforiláz enzim felbontja a glikogén glikozidos kötéseit, és az így lehasított glükózmolekulákat foszforilálja, vagyis egy foszfát csoportot kapcsol hozzájuk. Az így keletkezett glükóz-1-foszfát glükóz-6-foszfáttá alakul, amely izomzat esetén belép a glikolízisbe (ami a sejten belüli energiatermelés első fázisa), májszövetben azonban glükóz keletkezik belőle, ami a vérkeringésbe jut (8).
Az glikogénben található elágazásokat a glikogén-foszforiláz helyett egy ún. “debranching” enzim fogja felbontani.
Miért nem jut a keringésbe az izomzatban tárolt glikogénből származó glükóz?
A vércukorszint emelésére elsősorban a májban történő glikogenolízis képes, mivel az izomsejtekből hiányzik a glükóz-6-foszfátot glükózzá átalakító enzim (glükóz-6-foszfatáz).
Ezért az izomzatban a glikogén lebontása az izomsejtek saját energiatermelését biztosítja, a májban pedig a vércukorszint emelését szolgálja.
A glikogén lebontása, a glikogén szintéziséhez hasonlóan hormonok által szabályozott. A májban a hasnyálmirigyben termelődő glukagon és a mellékvesék által kibocsátott adrenalin a glikogén-foszforiláz enzim aktiválásával stimulálja a glikogén lebontását, és ezzel egyidejűleg gátolja a glikogén szintézist.
A vázizomzatban ezzel szemben nincs glukagonreceptor, így ott a glukagonnak nincs szabályozó szerepe. Az izomzatban az adrenalin mellett a motoros ideg stimulációja, és maga az izommunka is fokozza a glikogén lebontását.
Összegzés
Amint láthatjuk, a szervezet az étkezés során bevitt szénhidrát egy jelentős részét glikogén formájában elraktározza, elsősorban a májban és az izomzatban. A glikogén egyrészt gyorsan mobilizálható energiát biztosít szükség esetén, másrészt megakadályozza a vércukorszint túlzott lecsökkenését.
A glikogén szerkezetét tekintve nem más, mint glükózmolekulák összekapcsolódása, melyek számtalan elágazást hoznak létre.
A glikogén szintézise és lebontása egyaránt hormonálisan szabályozott, előbbit főként az inzulin, utóbbit a glukagon és az adrenalin fokozza.
