Tổng hợp và Phân giải Glycogen

Glycogen là dạng dự trữ glucose chính ở động vật, một polymer phân nhánh lớn chủ yếu được giữ trong gan và cơ xương. Quá trình tổng hợp glycogen (glycogenesis) dự trữ glucose khi nguồn cung dồi dào, và quá trình phân giải glycogen (glycogenolysis) giải phóng các đơn vị glucose khi nhu cầu tăng lên. Hai quá trình này được xúc tác bởi các enzyme riêng biệt và được điều hòa đối ứng để tế bào dự trữ hoặc huy động glucose tùy theo điều kiện yêu cầu, mà không thực hiện cả hai cùng một lúc.

Definition

Chuyển hóa glycogen là tập hợp các phản ứng phối hợp xây dựng glycogen từ glucose-1-phosphate thông qua glycogen synthase và enzyme phân nhánh (glycogenesis) và phân giải nó thành glucose-1-phosphate thông qua glycogen phosphorylase và enzyme khử nhánh (glycogenolysis), dưới sự kiểm soát đối ứng của hormone và dị lập thể.

Scope

Chủ đề này bao gồm các con đường enzyme của quá trình tổng hợp và phân giải glycogen, cấu trúc của hạt glycogen, và sự kiểm soát hormone và dị lập thể giúp chuyển đổi giữa dự trữ và huy động. Nó đối chiếu các vai trò khác nhau của glycogen gan và cơ, và đề cập đến sinh hóa của quá trình chuyển hóa glycogen hơn là quản lý lâm sàng các rối loạn dự trữ glycogen.

Core questions

• Polymer glycogen phân nhánh được xây dựng và mở rộng như thế nào?
• Glucose được giải phóng từ glycogen theo yêu cầu như thế nào?
• Làm thế nào để quá trình tổng hợp và phân giải không diễn ra đồng thời?
• Tại sao glycogen gan và cơ lại có những mục đích khác nhau?

Key concepts

• Glycogen synthase
• Glycogen phosphorylase
• Các enzyme phân nhánh và khử nhánh
• Chất mồi glycogenin
• Kiểm soát phosphoryl hóa đối ứng
• Điều hòa hormone bởi insulin và glucagon/adrenaline
• Vai trò của glycogen gan so với glycogen cơ

Mechanisms

Quá trình tổng hợp glycogen bắt đầu trên protein glycogenin, sau đó glycogen synthase thêm các đơn vị glucose từ UDP-glucose để tạo thành các chuỗi thẳng và enzyme phân nhánh tạo ra các điểm phân nhánh giúp phân tử trở nên nhỏ gọn và có thể huy động nhanh chóng. Quá trình phân giải glycogen diễn ra bởi glycogen phosphorylase, enzyme này cắt các đơn vị glucose thành glucose-1-phosphate, với enzyme khử nhánh xử lý các điểm phân nhánh. Synthase và phosphorylase được điều hòa đối ứng bằng cách phosphoryl hóa cộng hóa trị và bởi các yếu tố dị lập thể, sao cho thác phosphoryl hóa do hormone điều khiển đồng thời kích hoạt một enzyme và bất hoạt enzyme còn lại. Insulin thúc đẩy tổng hợp, trong khi glucagon (ở gan) và adrenaline (ở cơ) thúc đẩy phân giải; glycogen gan có chức năng duy trì glucose máu, trong khi glycogen cơ cung cấp nhu cầu co cơ của chính nó.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết di truyền trong các enzyme của quá trình chuyển hóa glycogen gây ra các bệnh dự trữ glycogen, một nhóm các rối loạn minh họa hậu quả của sự gián đoạn tổng hợp hoặc phân giải. Kiến thức về quá trình chuyển hóa glycogen bình thường là nền tảng để hiểu các tình trạng này và việc sử dụng nhiên liệu trong tập thể dục và nhịn ăn. Mục này mang tính giáo dục và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Chuyển hóa glycogen là một chủ đề nền tảng của sinh hóa thế kỷ XX. Carl và Gerty Cori đã mô tả quá trình phân giải glycogen và enzyme phosphorylase, và công trình của Earl Sutherland về sự hoạt hóa hormone của phosphorylase đã dẫn đến việc khám phá ra AMP vòng và tín hiệu truyền tin thứ cấp. Các công trình sau này đã làm rõ vai trò của glycogenin như một chất mồi tổng hợp và tinh chỉnh mô hình điều hòa kiểm soát enzyme đối ứng.

Key figures

• Carl Cori
• Gerty Cori
• Earl Sutherland
• Peter Roach

Seminal works

• roach-2012
• shulman-1992

Frequently asked questions

Tại sao glycogen lại phân nhánh thay vì là một chuỗi thẳng?

Sự phân nhánh làm cho phân tử nhỏ gọn hơn và tạo ra nhiều đầu không khử, nhờ đó glucose có thể được thêm vào hoặc loại bỏ nhanh chóng tại nhiều điểm cùng một lúc, cho phép lưu trữ và huy động nhanh chóng.

Glycogen gan khác với glycogen cơ về chức năng như thế nào?

Glycogen gan được phân giải để giải phóng glucose vào máu và duy trì glucose máu cho toàn bộ cơ thể, trong khi glycogen cơ được sử dụng cục bộ để cung cấp năng lượng cho sự co cơ của chính nó.