سنتز و تجزیه گلیکوژن
گلیکوژن شکل اصلی ذخیره گلوکز در حیوانات است، یک پلیمر بزرگ و شاخهدار که عمدتاً در کبد و ماهیچههای اسکلتی نگهداری میشود. سنتز آن (گلیکوژنز) گلوکز را زمانی که عرضه فراوان است ذخیره میکند و تجزیه آن (گلیکوژنولیز) واحدهای گلوکز را زمانی که تقاضا افزایش مییابد آزاد میکند. این دو فرآیند توسط آنزیمهای جداگانه کاتالیز میشوند و به صورت متقابل تنظیم میگردند تا سلول گلوکز را بر اساس نیاز شرایط ذخیره یا بسیج کند، بدون اینکه هر دو را همزمان انجام دهد.
Definition
متابولیسم گلیکوژن مجموعهای هماهنگ از واکنشها است که گلیکوژن را از گلوکز-۱-فسفات از طریق گلیکوژن سنتاز و آنزیم شاخهساز (گلیکوژنز) میسازد و آن را به گلوکز-۱-فسفات از طریق گلیکوژن فسفوریلاز و آنزیم دیبرنچینگ (گلیکوژنولیز) تجزیه میکند، تحت کنترل متقابل هورمونی و آلوستریک.
Scope
این موضوع مسیرهای آنزیمی سنتز و تخریب گلیکوژن، ساختار ذره گلیکوژن، و کنترل هورمونی و آلوستریک را که بین ذخیرهسازی و بسیج تغییر میکند، پوشش میدهد. این موضوع نقشهای متمایز گلیکوژن کبد و ماهیچه را مقایسه میکند و به بیوشیمی چرخه گلیکوژن میپردازد تا مدیریت بالینی اختلالات ذخیره گلیکوژن.
Core questions
- پلیمر گلیکوژن شاخهدار چگونه ساخته و گسترش مییابد؟
- گلوکز چگونه در صورت نیاز از گلیکوژن آزاد میشود؟
- چگونه از اجرای همزمان سنتز و تجزیه جلوگیری میشود؟
- چرا گلیکوژن کبد و ماهیچه اهداف متفاوتی را دنبال میکنند؟
Key concepts
- گلیکوژن سنتاز
- گلیکوژن فسفوریلاز
- آنزیمهای شاخهساز و دیبرنچینگ
- آغازگر گلیکوژنین
- کنترل فسفوریلاسیون متقابل
- تنظیم هورمونی توسط انسولین و گلوکاگون/آدرنالین
- نقشهای گلیکوژن کبد در مقابل ماهیچه
Mechanisms
سنتز گلیکوژن بر روی پروتئین گلیکوژنین آغاز میشود، پس از آن گلیکوژن سنتاز واحدهای گلوکز را از UDP-گلوکز اضافه میکند تا زنجیرههای خطی را تشکیل دهد و آنزیم شاخهساز نقاط شاخه را معرفی میکند که مولکول را فشرده و به سرعت قابل بسیج میسازد. تجزیه گلیکوژن توسط گلیکوژن فسفوریلاز انجام میشود، که واحدهای گلوکز را به صورت گلوکز-۱-فسفات میشکافد، و آنزیم دیبرنچینگ نقاط شاخه را مدیریت میکند. سنتاز و فسفوریلاز به صورت متقابل توسط فسفوریلاسیون کووالانسی و توسط اثرگذارهای آلوستریک تنظیم میشوند، به طوری که آبشار فسفوریلاسیون ناشی از هورمون به طور همزمان یکی را فعال و دیگری را غیرفعال میکند. انسولین سنتز را ترجیح میدهد، در حالی که گلوکاگون (در کبد) و آدرنالین (در ماهیچه) تجزیه را ترجیح میدهند؛ گلیکوژن کبد برای حفظ گلوکز خون عمل میکند، در حالی که گلیکوژن ماهیچه نیاز انقباضی خود ماهیچه را تامین میکند.
Clinical relevance
نقصهای ارثی در آنزیمهای متابولیسم گلیکوژن، بیماریهای ذخیره گلیکوژن را ایجاد میکنند، گروهی از اختلالات که پیامدهای سنتز یا تجزیه مختل شده را نشان میدهند. دانش چرخه طبیعی گلیکوژن زیربنای درک این شرایط و استفاده از سوخت در ورزش و روزهداری است. این مدخل آموزشی است و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.
History
متابولیسم گلیکوژن موضوعی بنیادی در بیوشیمی قرن بیستم بود. کارل و گرتی کوری تجزیه گلیکوژن و آنزیم فسفوریلاز را مشخص کردند، و کار ارل ساترلند بر روی فعالسازی هورمونی فسفوریلاز منجر به کشف cAMP و پیامرسانی پیامرسان ثانویه شد. کارهای بعدی نقش گلیکوژنین را به عنوان آغازگر سنتزی روشن کرد و مدل تنظیمی کنترل متقابل آنزیم را بهبود بخشید.
Key figures
- Carl Cori
- Gerty Cori
- Earl Sutherland
- Peter Roach
Related topics
Seminal works
- roach-2012
- shulman-1992
Frequently asked questions
- چرا گلیکوژن شاخهدار است و نه یک زنجیره مستقیم؟
- شاخهدار بودن مولکول را فشردهتر میکند و انتهای غیرکاهنده زیادی ایجاد میکند، به طوری که گلوکز میتواند به سرعت در بسیاری از نقاط به طور همزمان اضافه یا حذف شود، که امکان ذخیرهسازی و بسیج سریع را فراهم میکند.
- گلیکوژن کبد از نظر عملکرد چه تفاوتی با گلیکوژن ماهیچه دارد؟
- گلیکوژن کبد تجزیه میشود تا گلوکز را وارد خون کند و گلوکز خون را برای کل بدن حفظ کند، در حالی که گلیکوژن ماهیچه به صورت محلی برای تامین انرژی انقباض خود ماهیچه استفاده میشود.