Cyanobakterier akkumulerer glykogen som den viktigste karbohydratbutikken av karbon fra CO ₂ fastgjort i lys gjennom fotosyntese. Glykogen er en glykan bestående av lineær a-1,4-koblet glukan med grener opprettet av a-1,6-koblede glukosylbindinger. Glykogenbiosyntese i cyanobakterier starter ved omdannelse av glukose-6-fosfat til ADP-glukose gjennom sekvensiell virkning av fosfoglukomutase og ADP-glukose-pyrofosforylase. Glukosedelen i ADP-glukose overføres til den ikke-reduserende enden av a-1,4-glukan-ryggradene av glykogen med en eller flere glykogensyntaser (GlgA). Deretter introduserer et forgreningsenzymer a-1,6-koblet glukosylbinding, som videre utvides til å generere glykogenpartikkelen. I mørket brytes glykogen ned av glykogenfosforylase, glykogenforgreningsenzymer, a-glukanotransferase og maltodekstrinfosforylase i fosforylert glukose og fri glukose. Disse feed intO katabolske veier, inkludert oksidativ pentosefosfatbane, Embden-Meyerhof-Parnas-vei (glykolyse) og Entner-Doudoroff-vei ^{1 , 2 , 3 , 4} .

Glykogen metabolisme i cyanobakterier har fått økende interesse de siste årene på grunn av potensialet for cyanobakterier å utvikle seg til mikrobielle cellefabrikker drevet av sollys for å produsere kjemikalier og drivstoff. Glykogen metabolisme kan modifiseres for å øke utbyttet av produktene, fordi glykogen er det største fleksible karbonpulveret i disse bakteriene. Et eksempel er cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002, som har blitt genetisk konstruert for å produsere mannitol; Den genetiske forstyrrelsen av glykogensyntese øker mannitolutbyttet 3 ganger ⁵ . Et annet eksempel er produksjon av bioetanol fra glykogenbelastet wildtYpe Synechococcus sp. PCC 7002 ⁶ . Vilttypecelleglykogeninnholdet kan være opp til 60% av tørrvekten av cellen under nitrogenhud ⁶ .

Vår forståelse av glykogen metabolisme og regulering har også utvidet de siste årene. Selv om glykogen er kjent for å akkumulere i lyset og bli katabolisert i mørket, ble det nylig avslørt i Synechocystis sp. Detaljert kinetikk av glykogenmetabolismen under dielsyklusen. PCC 6803 ⁷ . Videre er flere gener som påvirker akkumuleringen av glykogen blitt identifisert. Et bemerkelsesverdig eksempel er funnet at den formodede histidinkinasen PmgA og det ikke-kodende RNA PmgR1 danner en regulatorisk kaskade og kontrollerer akkumuleringen av glykogen. Interessant, akkumulerer pmgA og pmgR1 deletjonsmutanter dobbelt så mye glykogen som wildtypestammen av Synechocystis sp. PCC 68038 ^{, 9} . Andre regulatoriske elementer er også kjent for å påvirke akkumuleringen av glykogen, inkludert den alternative sigmafaktor E og transkripsjonsfaktoren CyAbrB2 ^{10 , 11} .

Da interessen for glykogenregulering og metabolisme vokser, er en detaljert protokoll som beskriver bestemmelsen av glykogeninnholdet berettiget. Flere metoder brukes i litteraturen. Syr hydrolyse etterfulgt av bestemmelse av monosakkaridinnholdet gjennom høytrykks anionbytter-væskekromatografi koplet med en pulserende amperometrisk detektor eller spektrometrisk bestemmelse etter behandling med syre og fenol, er allment brukte metoder for tilnærming av glykogeninnholdet ^{9 , 10 , 12 , 13} . Imidlertid utveksler en høytrykksanion væskekromatografiC-instrumentet er svært kostbart og diskriminerer ikke glukose avledet fra glykogen fra det som er avledet fra andre glukoseholdige glykokonjugater, slik som sukrose ¹⁴ , glukosylglycerol ¹⁵ og cellulose ^{16 , 17 , 18} , som er kjent for å akkumulere i noen cyanobakterielle arter. Syren-fenolmetoden kan utføres ved bruk av standard laboratorieutstyr. Imidlertid bruker den høyt giftige reagenser og skiller ikke glukose fra forskjellige glykokonjugater, og det skiller heller ikke glukose fra andre monosakkarider som utgjør cellulære materialer, slik som glykolipider, lipopolysakkarider og ekstracellulære matriser ¹² . Spesielt brukes det varme syre-fenol-analysen ofte for å bestemme total karbohydratinnhold i stedet for for spesifikk bestemmelse av glukoseinnhold ¹² . Enzymatisk hyDrolys av glykogen til glukose ved a-amyloglukosidase etterfulgt av deteksjon av glukose gjennom et enzymkoblet assay genererer en kolorimetrisk avlesning som er svært følsom og spesifikk for glukose avledet fra glykogen. Specificiteten kan forbedres ytterligere med den foretrukne utfelling av glykogen fra cellelysater av etanol ^{5 , 8 , 19} .

Her beskriver vi en detaljert protokoll for en enzymbasert analyse av glykogeninnholdet i to av de mest studerte cyanobakteriene, Synechocystis sp. PCC 6803 og Synechococcus sp. PCC 7002, i wildtype og mutantstammer. For å sikre effektiv hydrolyse brukes en cocktail av a-amylase og a-amyloglukosidase ⁸ . Den endo-virkende a-amylase hydrolyserer a-1,4-bindingene i forskjellige glukaner i dextriner, som videre hydrolyseres tO glukose ved exo-virkende a-amyloglukosidase ²⁰ . De synergistiske effektene av disse enzymene er velkjente, og disse enzymer benyttes rutinemessig til selektiv hydrolyse av stivelse, som er et a-koblet glukan som glykogen, uten å påvirke andre glykokonjuganter, slik som cellulose, i plantebiomassen ²¹ . Den frigjorte glukosen detekteres kvantitativt ved å følge et enzymkoblet assay bestående av glukoseoksidase som katalyserer reduksjonen av oksygen til hydrogenperoksid og oksydasjonen av glukose til en lakton- og peroksidase-som frembringer et rosa-farget kinoniminfarve fra hydrogenperoksid, En fenolforbindelse og 4-aminoantipyrin ²² .