Cyanobakterier akkumulerer glykogen som den største kulhydratlager af kulstof fra CO ₂ fastgjort i lys gennem fotosyntese. Glycogen er en glycan bestående af lineær a-1,4-koblet glucan med grene skabt af a-1,6-koblede glucosylbindinger. Glykogenbiosyntese i cyanobakterier starter med omdannelsen af ​​glucose-6-phosphat til ADP-glucose gennem den sekventielle virkning af phosphoglucomutase og ADP-glucosepyrophosphorylase. Glucosegruppen i ADP-glucose overføres til den ikke-reducerende ende af a-1,4-glucan-rygradet af glycogen med en eller flere glycogensyntaser (GlgA). Efterfølgende introducerer et forgreningsenzymer den a-1,6-bundne glucosylbinding, som yderligere udvides til at frembringe glycogenpartiklen. I mørket brydes glycogen ned af glycogenphosphorylase, glykogenforgreningsenzymer, a-glucanotransferase og maltodextrinphosphorylase i phosphoryleret glucose og fri glucose. Disse foder intO kataboliske veje, herunder oxidative pentosephosphatvejen, Embden-Meyerhof-Parnas-vejen (glycolyse) og Entner-Doudoroff-vejen ^{1 , 2 , 3 , 4} .

Glykogenmetabolisme i cyanobakterier har skabt stigende interesse i de senere år på grund af muligheden for, at cyanobakterier udvikler sig til mikrobielle cellefabrikker drevet af sollys til fremstilling af kemikalier og brændstoffer. Glykogenmetabolisme kunne modificeres for at øge udbyttet af produkterne, fordi glykogen er den største fleksible carbonpool i disse bakterier. Et eksempel er cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002, som er blevet genetisk manipuleret til at producere mannitol; Den genetiske forstyrrelse af glycogensyntese øger mannitoludbyttet 3 gange ⁵ . Et andet eksempel er produktionen af ​​bioethanol fra glycogenbelastet vildtYpe Synechococcus sp. PCC 7002 ⁶ . Vildtypecelleglycogenindholdet kan være op til 60% af den tørre vægt af cellen under kvælstofsultation ⁶ .

Vores forståelse af glykogen metabolisme og regulering har også udvidet de seneste år. Mens glykogen er kendt for at akkumulere i lyset og at blive kataboliseret i mørket, blev detaljeret kinetik af glykogenmetabolisme under dielcyklussen først afsløret i Synechocystis sp. PCC 6803 ⁷ . Derudover er der blevet identificeret adskillige gener, som påvirker akkumuleringen af ​​glycogen. Et bemærkelsesværdigt eksempel er opdagelsen af, at den formodede histidinkinase PmgA og det ikke-kodende RNA PmgR1 danner en regulerende kaskade og styrer akkumuleringen af ​​glycogen. Interessant nok akkumulerer pmgA og pmgR1 deletionsmutanterne dobbelt så meget glycogen som vildtypestammen af Synechocystis sp. PCC 68038 ^{, 9} . Andre regulatoriske elementer er også kendt for at påvirke akkumuleringen af ​​glycogen, herunder den alternative sigma faktor E og transkriptionsfaktoren CyAbrB2 ^{10 , 11} .

Da interessen for glykogenregulering og metabolisme vokser, er en detaljeret protokol, der beskriver bestemmelsen af ​​glycogenindholdet, berettiget. Flere metoder anvendes i litteraturen. Syrehydrolyse efterfulgt af bestemmelsen af ​​monosaccharidindholdet ved hjælp af højtryksanionbytningsvæskekromatografi koblet med en pulseret amperometrisk detektor eller spektrometrisk bestemmelse efter behandling med syre og phenol er almindeligt anvendte metoder til at approximere glycogenindholdet ^{9 , 10 , 12 , 13} . Imidlertid en højtryksanionbytningsvæskekromatografiC-instrumentet er meget dyrt og diskriminerer ikke glucose afledt af glykogen fra det, som er afledt af andre glucoseholdige glycoconjugater, såsom saccharose ¹⁴ , glucosylglycerol ¹⁵ og cellulose ^{16 , 17 , 18} , som er kendt for at akkumulere i nogle cyanobakterielle arter. Syrephenolmetoden kan udføres ved anvendelse af standard laboratorieudstyr. Det anvender imidlertid meget giftige reagenser og skelner ikke glukose afledt fra forskellige glycokonjugater, og det skelner heller ikke glukose fra andre monosaccharider, der udgør cellulære materialer, såsom glycolipider, lipopolysaccharider og ekstracellulære matricer ¹² . Især anvendes det varme sur-phenol-assay ofte til bestemmelse af det samlede carbohydratindhold i stedet for til den specifikke bestemmelse af glucoseindholdet ¹² . Enzymatisk hyDrolyse af glycogen til glucose ved a-amyloglucosidase efterfulgt af påvisning af glucose gennem et enzymkoblet assay frembringer en kolorimetrisk aflæsning, som er yderst følsom og specifik for glucose afledt af glycogen. Specificiteten kan forbedres yderligere med præferenceudfældningen af ​​glycogen fra cellelysater ved ethanol ^{5 , 8 , 19} .

Her beskriver vi en detaljeret protokol for et enzymbaseret assay af glycogenindholdet i to af de mest undersøgte cyanobakterielle arter, Synechocystis sp. PCC 6803 og Synechococcus sp. PCC 7002, i vildtype- og mutantstammerne. For at sikre effektiv hydrolyse anvendes en cocktail af a-amylase og a-amyloglucosidase ⁸ . Den endo-virkende a-amylase hydrolyserer a-1,4-bindingerne i forskellige glucaner til dextriner, der yderligere hydrolyseres tO glucose ved exo-virkende a-amyloglucosidase ²⁰ . De synergistiske virkninger af disse enzymer er velkendte, og disse enzymer anvendes rutinemæssigt til selektiv hydrolyse af stivelse, hvilket er et a-koblet glucan-lignende glycogen uden at påvirke andre glycokonjuganter, såsom cellulose, i plantebiomassen ²¹ . Den frigivne glucose er kvantitativt detekteret efter et enzymkoblet assay bestående af glucoseoxidase, som katalyserer reduktionen af ​​oxygen til hydrogenperoxid og oxidationen af ​​glucose til en lacton- og peroxidase, der frembringer et pink-farvet kinoniminfarvestof fra hydrogenperoxid, En phenolforbindelse og 4-aminoantipyrin ²² .