- โครงสร้าง
- สังเคราะห์
- การปลด
- ระเบียบการสังเคราะห์และการย่อยสลาย
- ของการสังเคราะห์
- ของการย่อยสลาย
- คุณสมบัติ
- โรคที่เกี่ยวข้อง
- ตัวอย่างที่แนะนำ
- อ้างอิง
ไกลโคเจนคือการจัดเก็บคาร์โบไฮเดรตเลี้ยงลูกด้วยนมมากที่สุด คาร์โบไฮเดรตมักเรียกว่าน้ำตาลและจำแนกตามจำนวนของสารตกค้างที่เกิดจากการไฮโดรไลซิส (โมโนแซ็กคาไรด์ไดแซ็กคาไรด์โอลิโกแซ็กคาไรด์และโพลีแซคคาไรด์)
มอโนแซ็กคาไรด์เป็นคาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุดซึ่งจำแนกตามจำนวนคาร์บอนที่มีอยู่ในโครงสร้าง จากนั้นจะมี trioses (3C), tetrosas (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptosas (7C) และ octosas (8C)
โครงสร้างทางเคมีของไกลโคเจนแสดงพันธะไกลโคซิดิก (ที่มา: Glykogen.svg: งานอนุพันธ์ของ NEUROtiker: Marek M ผ่าน Wikimedia Commons)
ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของกลุ่มอัลดีไฮด์หรือกลุ่มคีโตนโมโนแซ็กคาไรด์เหล่านี้จัดเป็นอัลโดสหรือคีโตสตามลำดับ
ไดแซ็กคาไรด์จะเพิ่มขึ้นโดยการไฮโดรไลซิสให้เป็นโมโนแซ็กคาไรด์ 2 หน่วยในขณะที่โอลิโกแซ็กคาไรด์ผลิตโมโนแซ็กคาไรด์ 2 ถึง 10 หน่วยและโพลีแซ็กคาไรด์ผลิตโมโนแซ็กคาไรด์มากกว่า 10 หน่วย
ไกลโคเจนมาจากมุมมองทางชีวเคมีโพลีแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยโซ่ที่แตกแขนงของแอลโดสคาร์บอนหกตัวนั่นคือเฮกโซสที่เรียกว่ากลูโคส Glycogen สามารถแสดงเป็นกราฟิกเป็นต้นไม้กลูโคส เรียกอีกอย่างว่าแป้งจากสัตว์
กลูโคสในพืชถูกเก็บไว้เป็นแป้งและในสัตว์เป็นไกลโคเจนซึ่งส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในตับและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ
ในตับไกลโคเจนสามารถสร้างเป็น 10% ของมวลและ 1% ของมวลกล้ามเนื้อ เช่นเดียวกับผู้ชาย 70 กก. ตับมีน้ำหนักประมาณ 1800 กรัมและกล้ามเนื้อประมาณ 35 กก. ปริมาณไกลโคเจนในกล้ามเนื้อจะสูงกว่าตับมาก
โครงสร้าง
น้ำหนักโมเลกุลของไกลโคเจนสามารถเข้าถึง 108 กรัม / โมลซึ่งเทียบเท่ากับโมเลกุลกลูโคส 6 × 105 ไกลโคเจนประกอบด้วยโซ่α-D-glucose ที่แตกแขนงหลายสาย กลูโคส (C6H12O6) เป็นอัลโดเฮกโซสที่สามารถแสดงในรูปแบบเชิงเส้นหรือแบบวงกลม
ไกลโคเจนมีโครงสร้างที่แตกแขนงและกะทัดรัดโดยมีกลุ่มกลูโคสที่ตกค้าง 12 ถึง 14 ในรูปของα-D-glucose ที่เชื่อมโยงกับพันธะกลูโคซิดิกα- (1 → 4) กิ่งก้านของโซ่เกิดจากพันธะกลูโคซิดิกα- (1 → 6)
ไกลโคเจนเช่นแป้งในอาหารให้คาร์โบไฮเดรตส่วนใหญ่ที่ร่างกายต้องการ โพลีแซ็กคาไรด์ในลำไส้จะถูกย่อยสลายโดยไฮโดรไลซิสแล้วดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดส่วนใหญ่เป็นน้ำตาลกลูโคส
เอนไซม์สามชนิด: ß-amylase, α-amylase และ amyl-α- (1 → 6) -glucosidase มีหน้าที่ในการย่อยสลายไกลโคเจนและแป้งในลำไส้
Α-Amylase ไฮโดรไลซ์แบบสุ่มพันธะα- (1 → 4) ของโซ่ด้านข้างของทั้งไกลโคเจนและแป้งจึงเรียกว่าเอนโดไกลโคซิเดส Ss-amylase เป็น exoglycosidase ที่ปล่อยß-maltose dimers โดยการทำลายพันธะไกลโคซิดิกα- (1 → 4) จากปลายโซ่ด้านนอกสุดโดยไม่ต้องไปถึงกิ่งก้าน
เนื่องจากทั้งß-amylase หรือα-amylase ไม่สามารถย่อยสลายจุดสาขาได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการกระทำของพวกมันคือโครงสร้างที่แตกแขนงอย่างมากโดยมีน้ำตาลกลูโคสตกค้างประมาณ 35 ถึง 40 ที่เรียกว่า border dextrin
ในที่สุดลิมิตเดกซ์ทรินจะถูกไฮโดรไลซ์ที่จุดแตกแขนงที่มีพันธะα- (1 → 6) โดยใช้อะมิล - α- (1 → 6) - กลูโคซิเดสหรือที่เรียกว่าเอนไซม์“ ดีแฟรนไชส์” โซ่ที่ปล่อยออกมาจากการดีแฟรนไชส์นี้จะถูกย่อยสลายโดยß-amylase และα-amylase
เมื่อไกลโคเจนที่กินเข้าไปจะเข้าไปเป็นกลูโคสสิ่งที่พบในเนื้อเยื่อจะต้องถูกสังเคราะห์โดยร่างกายจากกลูโคส
สังเคราะห์
การสังเคราะห์ไกลโคเจนเรียกว่าไกลโคเจนและเกิดขึ้นที่กล้ามเนื้อและตับเป็นหลัก กลูโคสที่เข้าสู่ร่างกายพร้อมกับอาหารจะผ่านเข้าสู่กระแสเลือดและจากที่นั่นเข้าสู่เซลล์ซึ่งจะถูกฟอสโฟรีเลสทันทีโดยการกระทำของเอนไซม์ที่เรียกว่ากลูโคไคเนส
Glucokinase phosphorylates กลูโคสที่คาร์บอน 6 ATP ให้ฟอสฟอรัสและพลังงานสำหรับปฏิกิริยานี้ เป็นผลให้เกิดกลูโคส 6 ฟอสเฟตและปล่อย ADP จากนั้นกลูโคส 6 - ฟอสเฟตจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคส 1 - ฟอสเฟตโดยการกระทำของฟอสโฟกลูโคมูเทสที่เคลื่อนย้ายฟอสฟอรัสจากตำแหน่งที่ 6 ไปยังตำแหน่งที่ 1
กลูโคส 1 - ฟอสเฟตยังคงเปิดใช้งานสำหรับการสังเคราะห์ไกลโคเจนซึ่งเกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์อื่น ๆ อีกสามชุด ได้แก่ UDP-glucose pyrophosphorylase, glycogen synthetase และ amyl- (1,4 → 1,6) -glycosyltransferase
Glucose-1-phosphate ร่วมกับ uridine triphosphate (UTP, นิวคลีโอไซด์ของ uridine triphosphate) และโดยการกระทำของ UDP-Glucose-pyrophosphorylase จะสร้าง uridine diphosphate-glucose complex (UDP Glc) ในกระบวนการนี้ไพโรฟอสเฟตไอออนจะถูกไฮโดรไลซ์
จากนั้นเอนไซม์ไกลโคเจนซินเทสจะสร้างพันธะไกลโคซิดิกระหว่าง C1 ของ UDP Glc complex กับ C4 ของกากน้ำตาลกลูโคสที่เหลือของไกลโคเจนและ UDP จะถูกปล่อยออกจากกลูโคสคอมเพล็กซ์ที่เปิดใช้งาน เพื่อให้ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นจะต้องมีโมเลกุลไกลโคเจนที่มีอยู่ก่อนเรียกว่า "ไกลโคเจนในยุคแรกเริ่ม"
ไกลโคเจนในขั้นต้นถูกสังเคราะห์ขึ้นจากโปรตีนไพรเมอร์ไกลโคเจนซึ่งมีขนาด 37 กิโลดีเอและไกลโคซิลที่ถูกทำให้เป็นไทโรซีนตกค้างโดย UDP Glc complex จากนั้นสารตกค้างของα-D-Glucose จะเชื่อมโยงกับพันธะ 1 → 4 และโซ่ขนาดเล็กจะถูกสร้างขึ้นซึ่งทำหน้าที่ของไกลโคเจนสังเคราะห์
เมื่อห่วงโซ่เริ่มต้นเชื่อมโยงกากน้ำตาลกลูโคสอย่างน้อย 11 ชิ้นเอนไซม์ที่แตกแขนงหรืออะมิล - (1,4 → 1,6) - ไกลโคซิลทรานสเฟอเรสจะถ่ายโอนชิ้นส่วนของห่วงโซ่ที่มีกลูโคส 6 หรือ 7 ชิ้นไปยังห่วงโซ่ที่อยู่ติดกันในตำแหน่งที่ 1 → 6 ดังนั้นการสร้างจุดสาขา โมเลกุลของไกลโคเจนที่สร้างขึ้นจึงเติบโตขึ้นโดยการเพิ่มหน่วยกลูโคสด้วยพันธะไกลโคซิดิก 1 → 4 และกิ่งก้านมากขึ้น
การปลด
การสลายไกลโคเจนเรียกว่าไกลโคเจนและไม่เทียบเท่ากับวิถีย้อนกลับของการสังเคราะห์ ความเร็วของวิถีนี้ถูก จำกัด โดยอัตราของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาไกลโคเจนฟอสโฟรีเลส
ไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสมีหน้าที่ทำให้เกิดความแตกแยก (ฟอสฟอโรไลซิส) ของพันธะ 1 → 4 ของโซ่ไกลโคเจนปล่อยกลูโคส 1 - ฟอสเฟต การทำงานของเอนไซม์เริ่มต้นที่ปลายโซ่ด้านนอกสุดและจะถูกกำจัดออกตามลำดับจนกระทั่งมีน้ำตาลกลูโคสตกค้างอยู่ที่ด้านข้างของกิ่งก้านแต่ละด้าน
จากนั้นเอนไซม์ตัวอื่นα- (1 → 4) →α- (1 → 4) กลูแคนทรานสเฟอเรสจะแสดงจุดสาขาโดยการถ่ายโอนหน่วยไตรแซ็กคาไรด์จากสาขาหนึ่งไปยังอีกสาขาหนึ่ง สิ่งนี้ช่วยให้ amyl- (1 → 6) -glucosidase (เอนไซม์ debranching) ไฮโดรไลซ์พันธะ 1 → 6 โดยเอากิ่งที่จะได้รับการกระทำของ phosphorylase ออก การทำงานร่วมกันของเอนไซม์เหล่านี้จะทำให้ไกลโคเจนออกไปอย่างสมบูรณ์
เนื่องจากปฏิกิริยา phosphomutase เริ่มต้นสามารถย้อนกลับได้กลูโคส 6 - ฟอสเฟตสามารถเกิดขึ้นได้จากส่วนที่เหลือของไกลโคเจนกลูโคส 1 - ฟอสเฟตที่แยกจากกัน ในตับและไต แต่ไม่ใช่ในกล้ามเนื้อมีเอนไซม์กลูโคส -6- ฟอสฟาเทสที่สามารถทำให้กลูโคส 6 - ฟอสเฟตดีฟอสโฟรีแลตและเปลี่ยนเป็นกลูโคสอิสระได้
Dephosphorylated กลูโคสสามารถแพร่เข้าสู่กระแสเลือดได้และนี่คือวิธีที่ไกลโคเจนในตับสะท้อนให้เห็นในการเพิ่มขึ้นของค่าน้ำตาลในเลือด (ระดับน้ำตาลในเลือด)
ระเบียบการสังเคราะห์และการย่อยสลาย
ของการสังเคราะห์
กระบวนการนี้เกิดขึ้นกับเอนไซม์พื้นฐานสองชนิด ได้แก่ ไกลโคเจนซินเตเทสและไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสในลักษณะที่เมื่อตัวใดตัวหนึ่งทำงานอยู่อีกตัวจะอยู่ในสถานะไม่ใช้งาน กฎระเบียบนี้จะป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาตรงกันข้ามของการสังเคราะห์และการย่อยสลายเกิดขึ้นพร้อมกัน
รูปแบบที่ใช้งานและรูปแบบที่ไม่ใช้งานของเอนไซม์ทั้งสองมีความแตกต่างกันมากและการสลับระหว่างรูปแบบที่ใช้งานและไม่ใช้งานของฟอสโฟรีเลสและไกลโคเจนซินเทเทสจะถูกควบคุมด้วยฮอร์โมนอย่างเคร่งครัด
อะดรีนาลีนเป็นฮอร์โมนที่หลั่งออกมาจากไขกระดูกต่อมหมวกไตและกลูคากอนเป็นอีกชนิดหนึ่งที่ผลิตในส่วนต่อมไร้ท่อของตับอ่อน ตับอ่อนต่อมไร้ท่อจะสร้างอินซูลินและกลูคากอน เซลล์αของเกาะเล็กเกาะน้อย Langerhans เป็นเซลล์ที่สังเคราะห์กลูคากอน
อะดรีนาลีนและกลูคากอนเป็นฮอร์โมนสองชนิดที่หลั่งออกมาเมื่อต้องการพลังงานเพื่อตอบสนองต่อระดับน้ำตาลในเลือดที่ลดลง ฮอร์โมนเหล่านี้จะกระตุ้นการทำงานของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสและยับยั้งไกลโคเจนซินเทเทสจึงกระตุ้นไกลโคเจนและยับยั้งการสร้างไกลโคเจน
ในขณะที่อะดรีนาลีนออกฤทธิ์ต่อกล้ามเนื้อและตับกลูคากอนจะออกฤทธิ์ที่ตับเท่านั้น ฮอร์โมนเหล่านี้จับกับตัวรับเมมเบรนที่เฉพาะเจาะจงบนเซลล์เป้าหมายซึ่งกระตุ้นการทำงานของ adenylate cyclase
การกระตุ้นของ adenylate cyclase จะทำให้เกิดการเรียงซ้อนของเอนไซม์ที่ในอีกด้านหนึ่งจะกระตุ้นไคเนสโปรตีนที่ขึ้นกับแคมป์ซึ่งจะยับยั้งการสังเคราะห์ไกลโคเจนและกระตุ้นไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสโดยฟอสโฟรีเลชัน (ทั้งทางตรงและทางอ้อมตามลำดับ)
กล้ามเนื้อโครงร่างมีกลไกกระตุ้นการทำงานของไกลโคเจนฟอสโฟรีเลสผ่านแคลเซียมซึ่งถูกปล่อยออกมาจากการลดขั้วของเยื่อหุ้มกล้ามเนื้อในช่วงเริ่มต้นของการหดตัว
ของการย่อยสลาย
การลดลงของเอนไซม์ที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้จะทำให้ระดับกลูโคสเพิ่มขึ้นและเมื่อถึงระดับหนึ่งจะมีการกระตุ้นไกลโคเจนและถูกยับยั้งไกลโคเจนและยับยั้งการปลดปล่อยอะดรีนาลีนและกลูคากอนในภายหลัง
Glycogenesis ถูกกระตุ้นโดยการกระตุ้นของ phosphorylase phosphatase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ควบคุมการสังเคราะห์ไกลโคเจนโดยกลไกต่างๆที่เกี่ยวข้องกับการยับยั้ง phosphorylase kinase และ phosphorylase αซึ่งเป็นตัวยับยั้งของ glycogen synthetase
อินซูลินส่งเสริมการเข้าสู่กลูโคสเข้าสู่เซลล์กล้ามเนื้อเพิ่มระดับกลูโคส 6 - ฟอสเฟตซึ่งช่วยกระตุ้นการลดฟอสฟอรัสและกระตุ้นการทำงานของไกลโคเจนซินเทเทส ดังนั้นการสังเคราะห์จึงเริ่มขึ้นและการย่อยสลายไกลโคเจนจึงถูกยับยั้ง
คุณสมบัติ
ไกลโคเจนในกล้ามเนื้อถือเป็นพลังงานสำรองสำหรับกล้ามเนื้อซึ่งเช่นเดียวกับไขมันสำรองช่วยให้กล้ามเนื้อทำงานได้อย่างสมบูรณ์ เป็นแหล่งของน้ำตาลกลูโคสไกลโคเจนในกล้ามเนื้อจะถูกใช้ในระหว่างการออกกำลังกาย เงินสำรองเหล่านี้เพิ่มขึ้นด้วยการฝึกฝนร่างกาย
ในตับไกลโคเจนยังเป็นแหล่งสำรองที่สำคัญทั้งสำหรับการทำงานของอวัยวะและในการส่งกลูโคสไปยังส่วนที่เหลือของร่างกาย
การทำงานของไกลโคเจนในตับนี้เกิดจากการที่ตับมีกลูโคส 6 - ฟอสฟาเตสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สามารถกำจัดกลุ่มฟอสเฟตออกจากกลูโคส 6 - ฟอสเฟตและเปลี่ยนเป็นกลูโคสอิสระ กลูโคสอิสระซึ่งแตกต่างจากกลูโคสฟอสโฟรีเลตสามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ตับ (เซลล์ตับ) ได้
นี่คือวิธีที่ตับสามารถให้น้ำตาลกลูโคสในการไหลเวียนและรักษาระดับกลูโคสให้คงที่แม้ในสภาวะที่ต้องอดอาหารเป็นเวลานาน
หน้าที่นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากสมองได้รับการหล่อเลี้ยงจากระดับน้ำตาลในเลือดโดยเฉพาะดังนั้นภาวะน้ำตาลในเลือดที่รุนแรง (ความเข้มข้นของน้ำตาลกลูโคสในเลือดต่ำมาก) อาจทำให้หมดสติได้
โรคที่เกี่ยวข้อง
โรคที่เกี่ยวข้องกับไกลโคเจนเรียกโดยทั่วไปว่า "โรคที่เก็บไกลโคเจน"
โรคเหล่านี้เป็นกลุ่มของโรคทางพันธุกรรมที่มีลักษณะการสะสมในเนื้อเยื่อในปริมาณที่ผิดปกติหรือประเภทของไกลโคเจน
โรคที่เก็บไกลโคเจนส่วนใหญ่เกิดจากความบกพร่องทางพันธุกรรมของเอนไซม์ใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญไกลโคเจน
พวกเขาแบ่งออกเป็นแปดประเภทซึ่งส่วนใหญ่มีชื่อของตัวเองและแต่ละชนิดมีสาเหตุมาจากการขาดเอนไซม์ที่แตกต่างกัน บางคนถึงแก่ชีวิตในช่วงต้นของชีวิตในขณะที่คนอื่น ๆ เกี่ยวข้องกับความอ่อนแอของกล้ามเนื้อและการขาดดุลระหว่างการออกกำลังกาย
ตัวอย่างที่แนะนำ
โรคที่เกี่ยวข้องกับไกลโคเจนที่โดดเด่นที่สุดมีดังต่อไปนี้:
- โรค Von Gierke หรือโรคเก็บไกลโคเจน Type I เกิดจากการขาดกลูโคส 6-phosphatase ในตับและไต
มีลักษณะการเจริญเติบโตที่ผิดปกติของตับ (ตับ) เนื่องจากการสะสมของไกลโคเจนและภาวะน้ำตาลในเลือดต่ำมากเกินไปเนื่องจากตับไม่สามารถส่งกลูโคสไปยังการไหลเวียนได้ ผู้ป่วยที่มีภาวะนี้มีการรบกวนการเจริญเติบโต
- โรค Pompe หรือ Type II เกิดจากการขาดα- (1 → 4) -glucan 6-glycosyltranspheres ในตับหัวใจและกล้ามเนื้อโครงร่าง โรคนี้เช่นเดียวกับ Andersen หรือ Type IV ซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิตก่อนอายุสองปี
- โรค McArdle หรือ Type V แสดงให้เห็นถึงการขาดสารฟอสโฟรีเลสของกล้ามเนื้อและมาพร้อมกับความอ่อนแอของกล้ามเนื้อความทนทานต่อการออกกำลังกายลดลงการสะสมไกลโคเจนในกล้ามเนื้อผิดปกติและการขาดแลคเตทระหว่างการออกกำลังกาย
อ้างอิง
- บัตตาชาเรีย, K. (2558). การตรวจสอบและการจัดการโรคที่เก็บไกลโคเจนในตับ Translational Pediatrics, 4 (3), 240–248.
- Dagli, A. , Sentner, C. , & Weinstein, D. (2016). Glycogen Storage Disease Type III. Gene Reviews, 1–16.
- Guyton, A. , & Hall, J. (2006). ตำราสรีรวิทยาการแพทย์ (ฉบับที่ 11) Elsevier Inc.
- Mathews, C. , van Holde, K. , & Ahern, K. (2000). ชีวเคมี (ฉบับที่ 3) ซานฟรานซิสโกแคลิฟอร์เนีย: Pearson
- Mckiernan, P. (2017). พยาธิวิทยาของโรคที่เก็บรักษาไกลโคเจนในตับ. สกุล Pathobiol Rep.
- Murray, R. , Bender, D. , Botham, K. , Kennelly, P. , Rodwell, V. , & Weil, P. (2009) ชีวเคมีในภาพประกอบของ Harper (28th ed.) การแพทย์ McGraw-Hill
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
- Rawn, JD (1998). ชีวเคมี. เบอร์ลิงตันแมสซาชูเซตส์: Neil Patterson Publishers
- ทาร์โนโพลสกี้, แมสซาชูเซตส์ (2018). Myopathies ที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของการเผาผลาญ Glycogen Neurotherapeutics