GLYCOGEN: ISTRAKTURA, SYNTHESIS, PAGKASIRA, PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2026

Ang glycogen ay ang imbakan ng karbohidrat ng karamihan sa mga mammal. Ang mga karbohidrat ay karaniwang tinatawag na sugars at ang mga ito ay naiuri ayon sa bilang ng mga nalalabi na sanhi ng hydrolysis (monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides at polysaccharides).

Ang Monosaccharides ay ang pinakasimpleng mga karbohidrat na naiuri ayon sa bilang ng mga karbohidro na nilalaman sa kanilang istraktura. Doon pagkatapos ay ang mga trioses (3C), tetrosas (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptosas (7C) at octosas (8C).

Ang istruktura ng kemikal ng glycogen na nagpapakita ng mga glycosidic bond (Pinagmulan: Glykogen.svg: NEUROtiker derivative na gawa: Marek M sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Nakasalalay sa pagkakaroon ng pangkat ng aldehyde o pangkat ng ketone, ang mga monosaccharides ay inuri din ayon sa pagkakabanggit.

Ang mga disaccharides ay nagdaragdag, sa pamamagitan ng hydrolysis, sa dalawang simpleng monosaccharides, habang ang mga oligosaccharides ay gumagawa ng 2 hanggang 10 mga yunit ng monosaccharide at polysaccharides ay gumagawa ng higit sa 10 monosaccharides.

Ang Glycogen ay, mula sa isang biochemical point of view, isang polysaccharide na binubuo ng branched chain ng isang anim na carbon aldose, iyon ay, isang hexose na kilala bilang glucose. Ang glycogen ay maaaring kinakatawan ng grapikong bilang isang puno ng glucose. Ito ay tinatawag ding hayop na almirol.

Ang glukosa sa mga halaman ay nakaimbak bilang starch at sa mga hayop bilang glycogen, na kung saan ay nakaimbak lalo sa atay at kalamnan tissue.

Sa atay, ang glycogen ay maaaring bumubuo ng 10% ng masa nito at 1% ng mass ng kalamnan nito. Tulad ng sa isang 70 kg na tao ang timbang ay humigit-kumulang na 1800 g at ang mga kalamnan na halos 35 kg, ang kabuuang halaga ng glycogen ng kalamnan ay mas mataas kaysa sa atay.

Istraktura

Ang molekular na bigat ng glycogen ay maaaring umabot sa 108 g / mol, na katumbas ng 6 × 105 molecule ng glucose. Ang Glycogen ay binubuo ng maraming branched chain ng α-D-glucose. Ang Glucose (C6H12O6) ay isang aldohexose na maaaring kinakatawan sa linear o cyclic form.

Ang Glycogen ay may mataas na branched at compact na istraktura na may mga kadena ng 12 hanggang 14 na mga residue ng glucose sa anyo ng α-D-glucose na nauugnay sa α- (1 → 4) glucosidic bond. Ang mga sanga ng kadena ay nabuo sa pamamagitan ng α- (1 → 6) mga bono ng glucosidic.

Ang glycogen, tulad ng almirol sa diyeta, ay nagbibigay ng karamihan sa mga karbohidrat na kailangan ng katawan. Sa bituka ang mga polysaccharides na ito ay nasira ng hydrolysis at pagkatapos ay nasisipsip sa daloy ng dugo lalo na bilang glucose.

Tatlong mga enzymes: ß-amylase, α-amylase at amyl-α- (1 → 6) -glucosidase ay may pananagutan sa pagkasira ng bituka ng parehong glycogen at starch.

Ang Α-Amylase ay sapalarang ginagrupo ang mga bono ng α- (1 → 4) ng mga kadena ng gilid ng parehong glycogen at starch, at sa gayon ay tinawag na endoglycosidase. Ang Ss-amylase ay isang exoglycosidase na naglalabas ng mga ß-maltose dimer sa pamamagitan ng pagsira ng α- (1 → 4) glycosidic bond mula sa mga dulo ng mga panlabas na kadena nang hindi naabot ang mga sanga.

Yamang hindi alinman sa ß-amylase o α-amylase ang nagpapahina sa mga puntos ng sangay, ang dulo ng produkto ng kanilang pagkilos ay isang mataas na branched na istraktura ng tungkol sa 35 hanggang 40 glucose residue na tinatawag na border dextrin.

Ang limitasyong dextrin ay sa wakas ay na-hydrolyzed sa mga puntos ng sanga na may mga bono ng α- (1 → 6) sa pamamagitan ng amyl-α- (1 → 6) -glucosidase, na kilala rin bilang isang "dumi" na enzyme. Ang mga kadena na inilabas ng debranching na ito ay pagkatapos ay pinanghihinang muli ng ß-amylase at α-amylase.

Tulad ng pumapasok na glycogen na pumapasok bilang glucose, ang isang matatagpuan sa mga tisyu ay dapat na synthesized ng katawan mula sa glucose.

Sintesis

Ang synthesis ng glycogen ay tinatawag na glycogenesis at nagaganap lalo na sa kalamnan at atay. Ang glucose na pumapasok sa katawan na may diyeta ay pumapasok sa daloy ng dugo at mula doon sa mga selula, kung saan agad itong na-phosphorylated ng aksyon ng isang enzyme na tinatawag na glucokinase.

Ang glucokinase phosphorylates glucose sa carbon 6. Ang ATP ay nagbibigay ng posporus at enerhiya para sa reaksyon na ito. Bilang isang resulta, ang glucose 6-phosphate ay nabuo at isang ADP ay pinakawalan. Pagkatapos glucose 6-pospeyt ay na-convert sa glucose 1-pospeyt sa pamamagitan ng pagkilos ng isang phosphoglucomutase na gumagalaw ng posporus mula sa posisyon 6 hanggang sa posisyon 1.

Ang glucose 1-phosphate ay nananatiling aktibo para sa synthesis ng glycogen, na nagsasangkot sa paglahok ng isang hanay ng tatlong iba pang mga enzim: UDP-glucose pyrophosphorylase, glycogen synthetase at amyl- (1,4 → 1,6) -glycosyltransferase.

Ang Glucose-1-phosphate, kasama ang uridine triphosphate (UTP, isang nucleoside ng uridine triphosphate) at sa pamamagitan ng pagkilos ng UDP-Glucose-pyrophosphorylase, ay bumubuo sa uridine diphosphate-glucose complex (UDP Glc). Sa proseso ng isang pyrophosphate ion ay hydrolyzed.

Ang enzyme glycogen synthetase pagkatapos ay bumubuo ng isang glycosidic bond sa pagitan ng C1 ng UDP Glc complex at C4 ng isang terminal glucose residue ng glycogen, at ang UDP ay pinakawalan mula sa activated glucose complex. Upang mangyari ang reaksyon na ito dapat mayroong isang pre-umiiral na molekular ng glikogen na tinatawag na "primordial glycogen."

Ang primordial glycogen ay synthesized sa isang panimulang protina, glycogenin, na kung saan ay 37 kDa at kung saan ay glycosylated sa isang tyrosine nalalabi ng UDP Glc complex. Mula doon, ang mga residue ng α-D-Glucose ay naka-link sa 1 → 4 na mga bono at isang maliit na kadena ay nabuo kung saan kumikilos ang glycogen synthetase.

Kapag ang paunang kadena ay nag-uugnay ng hindi bababa sa 11 na nalalabi sa glucose, ang sumasanga ng enzyme o amyl- (1,4 → 1,6) -glycosyltransferase ay naglilipat ng isang piraso ng kadena ng 6 o 7 na nalalabi ng glucose sa katabing kadena. → 6, sa gayon nagtatatag ng puntong punta. Ang molekular ng glycogen sa gayon ay itinayo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga yunit ng glucose na may 1 → 4 na glycosidic bond at maraming mga sanga.

Pagkasira

Ang pagkasira ng glycogen ay tinatawag na glycogenolysis, at hindi ito katumbas sa reverse pathway ng synthesis nito. Ang bilis ng daang ito ay limitado sa rate ng glycogen phosphorylase na catalyzed reaksyon.

Ang Glycogen phosphorylase ay may pananagutan sa cleavage (phosphorolysis) ng 1 → 4 na bono ng glycogen chain, na naglalabas ng glucose 1-phosphate. Ang pagkilos ng enzymatic ay nagsisimula sa mga dulo ng mga panlabas na kadena at sunud-sunod silang tinanggal hanggang sa 4 na labi ng glucose na natitira sa bawat panig ng mga sanga.

Pagkatapos ng isa pang enzyme, α- (1 → 4) → α- (1 → 4) glucan transferase, inilalantad ang puntong punta sa pamamagitan ng paglilipat ng yunit ng trisaccharide mula sa isang sangay sa iba pa. Pinapayagan nito ang amyl- (1 → 6) -glucosidase (debranching enzyme) na i-hydrolyze ang 1 → 6 na bono, alisin ang sangay na sumasailalim sa pagkilos ng phosphorylase. Ang pinagsamang aksyon ng mga enzymes ay nagtatapos ng ganap na pag-alis ng glycogen.

Dahil mababalik ang paunang reaksyon ng phosphomutase, ang glucose na 6-pospeyt ay maaaring mabuo mula sa nalinis na glucose na 1-pospeyt na nalalabi ng glycogen. Sa atay at bato, ngunit hindi sa kalamnan, mayroong isang enzyme, glucose-6-phosphatase, na may kakayahang dephosphorylating glucose 6-pospeyt at i-convert ito sa libreng glucose.

Ang glucose ng Dephosphorylated ay maaaring magkalat sa dugo, at ito ay kung paano ang hepatic glycogenolysis ay naipakita sa isang pagtaas ng mga halaga ng glucose sa dugo (glycemia).

Ang regulasyon ng synthesis at pagkasira

Ng synthesis

Ang prosesong ito ay isinasagawa sa dalawang pangunahing enzymes: glycogen synthetase at glycogen phosphorylase, sa isang paraan na kapag ang isa sa mga ito ay aktibo sa iba ay nasa hindi aktibo nitong estado. Pinipigilan ng regulasyong ito ang kabaligtaran na reaksyon ng synthesis at pagkasira mula sa naganap nang sabay-sabay.

Ang aktibong porma at ang hindi aktibong anyo ng parehong mga enzyme ay ibang-iba, at ang interconversion ng aktibo at hindi aktibo na mga form ng phosphorylase at glycogen synthetase ay mahigpit na kinokontrol ng hormon.

Ang Epinephrine ay isang hormone na pinakawalan mula sa adrenal medulla, at ang glandagon ay isa pa na ginawa sa endocrine na bahagi ng pancreas. Ang pancreas ng endocrine ay gumagawa ng insulin at glucagon. Ang mga α cells ng mga islet ng Langerhans ay ang mga synthesize ng glucagon.

Ang adrenaline at glucagon ay dalawang mga hormone na pinakawalan kapag kinakailangan ang enerhiya bilang tugon sa nabawasan na mga antas ng glucose sa dugo. Ang mga hormone na ito ay nagpapasigla sa pag-activate ng glycogen phosphorylase at pinipigilan ang glycogen synthetase, sa gayon ay pinasisigla ang glycogenolysis at pinipigilan ang glycogenesis.

Habang ang adrenaline ay isinasagawa ang pagkilos nito sa kalamnan at atay, ang glucagon ay kumikilos lamang sa atay. Ang mga hormon na ito ay nagbubuklod sa mga tiyak na receptor ng lamad sa target na cell, na nagpapa-aktibo ng adenylate cyclase.

Ang pag-aktibo ng adenylate cyclase ay nagsisimula ng isang enzymatic cascade na, sa isang banda, ay nagpapaaktibo ng isang cAMP na umaasa sa protina na kinase na hindi aktibo ang glycogen synthetase at nag-activate ng glycogen phosphorylase sa pamamagitan ng phosphorylation (nang direkta at hindi tuwiran, ayon sa pagkakabanggit).

Ang kalamnan ng kalansay ay may isa pang mekanismo ng pag-activate ng glycogen phosphorylase sa pamamagitan ng kaltsyum, na pinakawalan bilang isang resulta ng paglaho ng lamad ng kalamnan sa simula ng pag-urong.

Ng marawal na kalagayan

Ang mga enzymatic cascades na dati nang inilarawan ay nagtatapos ng pagtaas ng mga antas ng glucose at kapag naabot ang mga ito sa isang tiyak na antas, ang glycogenesis ay naisaaktibo at ang glycogenolysis ay hinamon, din pinipigilan ang kasunod na paglabas ng epinephrine at glucagon.

Ang Glycogenesis ay isinaaktibo sa pamamagitan ng pag-activate ng phosphorylase phosphatase, isang enzyme na kumokontrol sa synthesis ng glycogen sa pamamagitan ng iba't ibang mga mekanismo, na kinasasangkutan ng hindi aktibo ng phosphorylase kinase at phosphorylase α, na kung saan ay isang inhibitor ng glycogen synthetase.

Itinataguyod ng insulin ang pagpasok ng glucose sa mga selula ng kalamnan, pagtaas ng mga antas ng glucose 6-pospeyt, na pinasisigla ang dephosphorylation at pag-activate ng syntyase ng glycogen. Sa gayon nagsisimula ang synthesis at ang pagkasira ng glycogen ay hinarang.

Mga Tampok

Ang kalamnan glycogen ay bumubuo ng isang reserbang ng enerhiya para sa kalamnan na, tulad ng mga taba ng reserba, ay nagbibigay-daan sa kalamnan upang matupad ang mga pag-andar nito. Ang pagiging isang mapagkukunan ng glucose, kalamnan glycogen ay ginagamit sa panahon ng ehersisyo. Ang mga reserbang ito ay nadagdagan sa pisikal na pagsasanay.

Sa atay, ang glycogen ay isa ring mahalagang mapagkukunan ng reserba kapwa para sa mga function ng organ at para sa pagbibigay ng glucose sa natitirang bahagi ng katawan.

Ang pag-andar na ito ng glycogen ng atay ay dahil sa ang katunayan na ang atay ay naglalaman ng glucose 6-phosphatase, isang enzyme na may kakayahang alisin ang pangkat na pospeyt mula sa glucose 6-phosphate at pag-convert ito sa libreng glucose. Ang libreng glucose, hindi katulad ng glucose na phosphorylated, ay maaaring magkalat sa lamad ng mga hepatocytes (mga selula ng atay).

Ito ay kung paano ang atay ay maaaring magbigay ng glucose sa sirkulasyon at mapanatili ang matatag na antas ng glucose, kahit na sa mga kondisyon ng matagal na pag-aayuno.

Ang pagpapaandar na ito ay napakahalaga, dahil ang utak ay umaasa halos eksklusibo sa asukal sa dugo, kaya ang matinding hypoglycemia (napakababang konsentrasyon ng glucose sa dugo) ay maaaring maging sanhi ng pagkawala ng kamalayan.

Mga kaugnay na sakit

Ang mga sakit na nauugnay sa glycogen ay pangkalahatang tinatawag na "mga sakit sa imbakan ng glycogen."

Ang mga sakit na ito ay bumubuo ng isang pangkat ng mga namamana na mga pathology na nailalarawan sa deposito sa mga tisyu ng mga abnormal na halaga o uri ng glycogen.

Karamihan sa mga sakit na imbakan ng glycogen ay sanhi ng isang depisitang genetic ng alinman sa mga enzymes na kasangkot sa metabolismo ng glycogen.

Ang mga ito ay naiuri sa walong uri, na karamihan sa mga ito ay may sariling mga pangalan at ang bawat isa sa kanila ay sanhi ng ibang kakulangan sa enzyme. Ang ilan ay nakamamatay nang maaga sa buhay, habang ang iba ay nauugnay sa kahinaan ng kalamnan at kakulangan sa panahon ng ehersisyo.

Tampok na mga halimbawa

Ang ilan sa mga kilalang sakit na nauugnay sa glycogen ay ang mga sumusunod:

- Ang sakit na Von Gierke o Type I glycogen storage disease, ay sanhi ng isang kakulangan ng glucose 6-phosphatase sa atay at bato.

Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng abnormal na paglaki ng atay (hepatomegaly) dahil sa labis na pag-iipon ng glycogen at hypoglycemia, dahil ang atay ay hindi nakapagbibigay ng glucose sa sirkulasyon. Ang mga pasyente na may kondisyong ito ay may mga kaguluhan sa paglago.

- Ang sakit na Pompe o Type II ay dahil sa isang kakulangan ng α- (1 → 4) -glucan 6-glycosyltranspheres sa atay, puso at skeletal na kalamnan. Ang sakit na ito, tulad ng Andersen o Type IV, ay nakamamatay bago ang edad ng dalawang taon.

- Ang sakit sa McArdle o Type V ay nagtatanghal ng kakulangan sa phosphorylase ng kalamnan at sinamahan ng kahinaan ng kalamnan, nabawasan ang pagpapaubaya sa ehersisyo, hindi normal na akumulasyon ng glycogen ng kalamnan at kakulangan ng lactate sa panahon ng ehersisyo.

Mga Sanggunian

1. Bhattacharya, K. (2015). Ang pagsisiyasat at pamamahala ng mga sakit sa imbakan ng hepatic glycogen. Translational Pediatrics, 4 (3), 240–248.
2. Dagli, A., Sentner, C., & Weinstein, D. (2016). Uri ng Sakit sa Glycogen Storage III. Mga Review sa Gene, 1–16.
3. Guyton, A., & Hall, J. (2006). Textbook ng Medical Physiology (ika-11 ed.). Elsevier Inc.
4. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (ika-3 ed.). San Francisco, California: Pearson.
5. Mckiernan, P. (2017). Mga pathobiology ng Hepatic Glycogen Storage Diseases. Sinabi ni Curr Pathobiol Rep.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Isinalarawan na Biochemistry ng Harper (ika-28 ed.). McGraw-Hill Medikal.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Mga Prinsipyo ng Lehninger ng Biochemistry. Mga Edisyon ng Omega (Ika-5 ed.).
8. Rawn, JD (1998). Biochemistry. Burlington, Massachusetts: Mga Publisher ng Neil Patterson.
9. Tarnopolsky, MA (2018). Myopathies Kaugnay sa Glycogen Metabolism Disorder. Neurotherapeutics.