Glykogenphosphorylase ist ein Enzym, das die Verwendung von gespeicherter Glukose als Energiequelle reguliert. Es erzeugt Glukose für den Stoffwechsel, wenn der Blutzuckerspiegel niedrig ist. Es gibt mehrere Formen beim Menschen, hauptsächlich in den Muskeln und der Leber und einige im Gehirn. Da dieses Enzym den ersten Schritt der Glukoseverwertung steuert, ist es komplex und stark reguliert. Die Glukosespeicher des Körpers liegen in Form von Glykogen vor, einer langen, verzweigten Kette von Tausenden von Glukoseeinheiten, die als Granulat gespeichert sind.
Da Glukose das primäre Kohlenhydrat ist, das vom Körper als Brennstoff verwendet wird, wird seine Speicherung und Verwendung streng reguliert. Die Glykogenphosphorylase führt den ersten Schritt beim Abbau des Glykogenspeicherpolymers Glykogen durch, um einzelne Glukoseeinheiten zu produzieren. Dieses Enzym fügt einer Glukoseeinheit am Ende einer Glykogenkette ein anorganisches Phosphatmolekül hinzu, wandelt es in Glukose-1-phosphat um und befreit es vom Glykogen. Das Glukose-1-Phosphat-Molekül wird anschließend von einem anderen Enzym in Glukose-6-Phosphat umgewandelt und tritt in den Glukose-Zyklus ein, das schließlich in der aeroben Atmung verwendet wird. Dieser Abbau von Glykogen zu Glukose ist bekannt als Glykogenolyse.
Dieser Weg funktioniert nur unter bestimmten Bedingungen. Bei niedrigem Blutzucker wird das Hormon Glucagon von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet, um in die Leber zu gelangen. Durch eine komplexe Reihe von Signalen bewirkt es dann die Anlagerung einer Phosphatgruppe an die Glykogenphosphorylase. Dieses Enzym ist dann in der Lage, seine anorganische Phosphatgruppe an Glucose zu addieren, um den Abbau von Leberglykogen zu beginnen.
Der Großteil des Glykogen-Phosphorylase-Enzyms, ein Dimer, das aus zwei Untereinheiten besteht, ist an das Glykogen-Granulat gebunden. Es bleibt in inaktiver Form, bis ein anorganisches Phosphatmolekül an eine Serin-Aminosäuregruppe des Enzyms addiert wird. Dadurch wird es in einen aktiven Zustand umgewandelt und kann mit der Phosphorylierung von Glukose beginnen.
Die Glykogenphosphorylase kann je nach Gewebegruppe auf unterschiedliche Weise reguliert werden. Muskelgewebe verbraucht viel Energie in Form der hochenergetischen Drei-Phosphat-Verbindung Adenosintriphosphat (ATP). Wenn dieses abgebaut wird, bildet es ein niederenergetisches Molekül mit einer einzigen Phosphatgruppe, das als Adenosinmonophosphat (AMP) bekannt ist. Eine ganz andere Regulationsweise im Muskelgewebe ist die Bindung von AMP an das glykogenabbauende Enzym. Dadurch verschiebt sich die Struktur des Enzyms und es kann Glykogen abbauen.
Glykogengranulat ist eine effiziente Möglichkeit, viel chemische Energie auf kleinem Raum zu speichern. Viele Glukoseketten haben Verzweigungen, aber Glykogenphosphorylase kann nur auf endständige Glukoseeinheiten an linearen Ketten wirken. Ein spezielles Debranching-Enzym ist erforderlich, bevor das Enzym das Glykogen vollständig abbauen kann.