- بناء
- نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة
- انحلال
- تنظيم التوليف والتدهور
- التوليف
- من التدهور
- المميزات
- الأمراض ذات الصلة
- أمثلة مميزة
- المراجع
و الجليكوجين هو تخزين الكربوهيدرات معظم الثدييات. تسمى الكربوهيدرات عادة السكريات ويتم تصنيفها وفقًا لعدد المخلفات الناتجة عن التحلل المائي (السكريات الأحادية والسكريات الثنائية والسكريات قليلة السكاريد والسكريات المتعددة).
السكريات الأحادية هي أبسط أنواع الكربوهيدرات التي يتم تصنيفها وفقًا لعدد الكربون الموجود في بنيتها. ثم هناك الثلاثيات (3C) ، تتروساس (4C) ، البنتوز (5C) ، hexoses (6C) ، heptosas (7C) و octosas (8C).
التركيب الكيميائي للجليكوجين يظهر روابط جليكوسيدية (المصدر: Glykogen.svg: عمل مشتق من NEUROtiker: ماريك إم عبر ويكيميديا كومنز)
اعتمادًا على وجود مجموعة الألدهيد أو مجموعة الكيتون ، يتم تصنيف هذه السكريات الأحادية أيضًا على أنها ألدوسائل أو كيتوز على التوالي.
تؤدي السكريات الثنائية ، عن طريق التحلل المائي ، إلى نوعين من السكريات الأحادية البسيطة ، بينما تنتج السكريات الأحادية من 2 إلى 10 وحدات أحادية السكاريد ، وتنتج السكريات المتعددة أكثر من 10 سكريات أحادية.
الجليكوجين ، من وجهة نظر كيميائية حيوية ، هو عديد السكاريد يتكون من سلاسل متفرعة من ستة كربون ألدوز ، أي الهكسوز المعروف باسم الجلوكوز. يمكن تمثيل الجليكوجين بيانياً كشجرة جلوكوز. وهذا ما يسمى أيضًا بالنشا الحيواني.
يتم تخزين الجلوكوز في النباتات على شكل نشا وفي الحيوانات على هيئة جليكوجين ، والذي يتم تخزينه بشكل أساسي في الكبد وأنسجة العضلات.
في الكبد ، يمكن أن يشكل الجليكوجين 10٪ من كتلته و 1٪ من كتلة عضلاته. كما هو الحال في الرجل الذي يبلغ وزنه 70 كجم ، يزن الكبد حوالي 1800 جرام والعضلات حوالي 35 كجم ، فإن إجمالي كمية الجليكوجين العضلي أعلى بكثير من الكبد.
بناء
يمكن أن يصل الوزن الجزيئي للجليكوجين إلى 108 جم / مول ، وهو ما يعادل 6 × 105 جزيئات جلوكوز. يتكون الجليكوجين من عدة سلاسل متفرعة من α-D-glucose. الجلوكوز (C6H12O6) هو ألدوهكسوز يمكن تمثيله في شكل خطي أو دوري.
يحتوي الجليكوجين على بنية متفرعة ومضغوطة للغاية مع سلاسل من 12 إلى 14 من مخلفات الجلوكوز في شكل α-D-glucose المرتبطة بروابط α- (1 → 4) غلوكوزيدية. تتكون فروع السلسلة من روابط α- (1 → 6) غلوكوزيدية.
يوفر الجليكوجين ، مثل النشا في النظام الغذائي ، معظم الكربوهيدرات التي يحتاجها الجسم. يتم تكسير هذه السكريات في الأمعاء عن طريق التحلل المائي ثم يتم امتصاصها في مجرى الدم بشكل رئيسي على شكل جلوكوز.
ثلاثة إنزيمات: ß-amylase و α-amylase و amyl-α- (1 → 6) -glucosidase مسؤولة عن تفكك الأمعاء لكل من الجليكوجين والنشا.
يتحلل Α-Amylase عشوائياً روابط α- (1 → 4) للسلاسل الجانبية لكل من الجليكوجين والنشا ، وبالتالي يطلق عليه endoglycosidase. Ss-amylase هو exoglycosidase الذي يطلق ثنائيات ß-maltose عن طريق كسر روابط α- (1 → 4) glycosidic من نهايات السلاسل الخارجية دون الوصول إلى الفروع.
نظرًا لعدم تحلل ß-amylase أو α-amylase نقاط التفرع ، فإن المنتج النهائي لعملهما هو بنية شديدة التشعب من حوالي 35 إلى 40 من مخلفات الجلوكوز تسمى الدكسترين الحدودي.
يتم في النهاية تحلل دكسترين الحد عند نقاط التفرع التي تحتوي على روابط α- (1 → 6) عن طريق amyl-α- (1 → 6) -glucosidase ، المعروف أيضًا باسم إنزيم "إزالة الامتياز". يتم بعد ذلك تدهور السلاسل التي تم إصدارها بواسطة هذا الشطب بواسطة ß-amylase و α-amylase.
عندما يدخل الجليكوجين المبتلع على هيئة جلوكوز ، يجب تصنيع الجلوكوز الموجود في الأنسجة بواسطة الجسم من الجلوكوز.
نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة
يسمى تخليق الجليكوجين بتكوين الجليكوجين ويحدث بشكل أساسي في العضلات والكبد. يمر الجلوكوز الذي يدخل الجسم مع النظام الغذائي إلى مجرى الدم ومن هناك إلى الخلايا ، حيث يتم فسفرته على الفور بفعل إنزيم يسمى الجلوكوكيناز.
يقوم الجلوكوكيناز بفوسفوريلات الجلوكوز عند الكربون 6. يوفر ATP الفوسفور والطاقة لهذا التفاعل. نتيجة لذلك ، يتم تكوين الجلوكوز 6-فوسفات ويتم تحرير ADP. بعد ذلك ، يتم تحويل الجلوكوز 6-فوسفات إلى جلوكوز 1-فوسفات عن طريق عمل الفوسفوجلوكوموتاز الذي ينقل الفوسفور من الموضع 6 إلى الموضع 1.
يظل الجلوكوز 1-فوسفات نشطًا لتخليق الجليكوجين ، والذي يتضمن مشاركة مجموعة من ثلاثة إنزيمات أخرى: UDP-glucose pyrophosphorylase و glycogen synthetase و amyl- (1،4 → 1،6) -glycosyltransferase.
الجلوكوز -1 فوسفات ، جنبا إلى جنب مع يوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP ، وهو نيوكليوسيد من يوريدين ثلاثي الفوسفات) وبعمل UDP-الجلوكوز-بيروفوسفوريلاز ، يشكل مركب يوريدين ثنائي فوسفات الجلوكوز (UDP Glc). في هذه العملية ، يتحلل أيون بيروفوسفات بالماء.
يشكل إنزيم الجليكوجين المركب بعد ذلك رابطة جليكوسيدية بين C1 لمركب UDP Glc و C4 لبقايا جلوكوز طرفي من الجليكوجين ، ويتم تحرير UDP من مجمع الجلوكوز المنشط. لكي يحدث هذا التفاعل يجب أن يكون هناك جزيء جليكوجين موجود مسبقًا يسمى "الجليكوجين البدائي".
يتم تصنيع الجليكوجين البدائي على بروتين تمهيدي ، الجليكوجينين ، والذي يبلغ 37 كيلو دالتون والذي يتحول إلى بقايا من التيروزين بواسطة مجمع UDP Glc. من هناك ، ترتبط بقايا α-D-Glucose بروابط 1 → 4 وتتشكل سلسلة صغيرة يعمل فيها إنزيم الجليكوجين.
بمجرد أن تربط السلسلة الأولية ما لا يقل عن 11 من بقايا الجلوكوز ، فإن الإنزيم المتفرع أو amyl- (1،4 → 1،6) -glycosyltransferase ينقل قطعة من سلسلة من 6 أو 7 بقايا جلوكوز إلى السلسلة المجاورة في الموضع 1 → 6 ، وبالتالي إنشاء نقطة فرع. ينمو جزيء الجليكوجين الذي تم إنشاؤه بهذه الطريقة عن طريق إضافة وحدات الجلوكوز مع 1 → 4 روابط جليكوسيدية والمزيد من الفروع.
انحلال
يُطلق على تكسير الجليكوجين اسم تحلل الجليكوجين ، وهو لا يعادل المسار العكسي لتكوينه. سرعة هذا المسار محدودة بمعدل تفاعل فوسفوريلاز الجليكوجين المحفز.
فوسفوريلاز الجليكوجين مسؤول عن الانقسام (تحلل الفوسفور) من 1 → 4 روابط من سلاسل الجليكوجين ، وإطلاق الجلوكوز 1-فوسفات. يبدأ الإجراء الأنزيمي في نهايات السلاسل الخارجية ويتم إزالتها بالتتابع حتى تبقى 4 بقايا جلوكوز على كل جانب من الفروع.
ثم يقوم إنزيم آخر ، α- (1 → 4) → α- (1 → 4) غلوكان ترانسفيراز ، بكشف نقطة الفرع عن طريق نقل وحدة ثلاثي السكاريد من فرع إلى آخر. هذا يسمح للأميل- (1 → 6) -غلوكوزيداز (إنزيم إزالة الامتياز) بتحلل الرابطة 1 → 6 ، وإزالة الفرع الذي سيخضع لعمل الفوسفوريلاز. يؤدي العمل المشترك لهذه الإنزيمات إلى تشقق الجليكوجين تمامًا.
نظرًا لأن تفاعل الفوسفوموتاز الأولي قابل للانعكاس ، يمكن تكوين الجلوكوز 6 فوسفات من بقايا الجلوكوز 1-فوسفات المشقوق من الجليكوجين. في الكبد والكلى ، ولكن ليس في العضلات ، يوجد إنزيم ، جلوكوز 6 فوسفاتيز ، قادر على نزع فسفرة الجلوكوز 6 فوسفات وتحويله إلى جلوكوز حر.
يمكن أن ينتشر الجلوكوز المنزوع الفسفرة في الدم ، وهذا ما ينعكس فيه انحلال الجليكوجين الكبدي في زيادة قيم الجلوكوز في الدم (السكر في الدم).
تنظيم التوليف والتدهور
التوليف
تتم هذه العملية على اثنين من الإنزيمات الأساسية: إنزيم الجليكوجين سينثيتاز والجليكوجين فسفوريلاز ، بحيث يكون أحدهما عندما يكون نشطًا والآخر في حالته غير النشطة. يمنع هذا التنظيم حدوث تفاعلات معاكسة للتخليق والتدهور في وقت واحد.
يختلف الشكل النشط والشكل غير النشط لكلا الإنزيمين اختلافًا كبيرًا ، ويتم التحكم بشكل صارم في التحويل البيني للأشكال النشطة وغير النشطة من الفوسفوريلاز وتخليق الجليكوجين.
الأدرينالين هو هرمون يتم إفرازه من لب الغدة الكظرية ، والجلوكاجون هو هرمون آخر يتم إنتاجه في جزء الغدد الصماء من البنكرياس. ينتج البنكرياس الصماوي الأنسولين والجلوكاجون. الخلايا ألفا لجزر لانجرهانز هي الخلايا التي تصنع الجلوكاجون.
الأدرينالين والجلوكاجون نوعان من الهرمونات التي يتم إطلاقها عند الحاجة إلى الطاقة استجابة لانخفاض مستويات السكر في الدم. تحفز هذه الهرمونات تنشيط فسفوريلاز الجليكوجين وتمنع تخليق الجليكوجين ، وبالتالي تحفيز تحلل الجليكوجين وتثبيط تكوين الجليكوجين.
بينما يمارس الأدرينالين تأثيره على العضلات والكبد ، يعمل الجلوكاجون فقط على الكبد. ترتبط هذه الهرمونات بمستقبلات غشائية معينة على الخلية المستهدفة ، والتي تنشط إنزيم الأدينيلات.
يؤدي تنشيط محلقة الأدينيلات إلى بدء سلسلة إنزيمية تقوم ، من ناحية ، بتنشيط بروتين كيناز المعتمد على cAMP الذي يعطل نشاط إنزيم الجليكوجين وينشط فوسفوريلاز الجليكوجين عن طريق الفسفرة (بشكل مباشر وغير مباشر ، على التوالي).
تمتلك العضلات الهيكلية آلية أخرى لتنشيط فسفوريلاز الجليكوجين من خلال الكالسيوم ، والذي يتم إطلاقه نتيجة إزالة الاستقطاب من الغشاء العضلي في بداية الانكماش.
من التدهور
تؤدي الشلالات الأنزيمية الموصوفة سابقًا إلى زيادة مستويات الجلوكوز وعندما تصل هذه المستويات إلى مستوى معين ، يتم تنشيط عملية تكوين الجليكوجين ويتم تثبيط تحلل الجليكوجين ، مما يؤدي أيضًا إلى تثبيط الإطلاق اللاحق للإبينفرين والجلوكاجون.
يتم تنشيط عملية تكوين الجليكوجين من خلال تنشيط فسفوريلاز فوسفاتيز ، وهو إنزيم ينظم تخليق الجليكوجين بآليات مختلفة ، بما في ذلك تعطيل إنزيم فسفوريلاز كيناز وفسفوريلاز ألفا ، وهو مثبط لتخليق الجليكوجين.
يعزز الأنسولين دخول الجلوكوز إلى خلايا العضلات ، مما يزيد من مستويات الجلوكوز 6-فوسفات ، مما يحفز إزالة الفسفرة وتفعيل إنزيم الجليكوجين. وهكذا يبدأ التوليف ويثبط تحلل الجليكوجين.
المميزات
يشكل الجليكوجين العضلي احتياطي طاقة للعضلة ، مثل الدهون الاحتياطية ، يسمح للعضلة بأداء وظائفها. كونه مصدرًا للجلوكوز ، يتم استخدام الجليكوجين العضلي أثناء التمرين. هذه الاحتياطيات تزداد مع التدريب البدني.
في الكبد ، يعتبر الجليكوجين أيضًا مصدرًا احتياطيًا مهمًا لوظائف الأعضاء ولتزويد الجلوكوز لبقية الجسم.
ترجع وظيفة الجليكوجين في الكبد إلى حقيقة أن الكبد يحتوي على جلوكوز 6 فوسفاتيز ، وهو إنزيم قادر على إزالة مجموعة الفوسفات من الجلوكوز 6 فوسفات وتحويلها إلى جلوكوز مجاني. يمكن أن ينتشر الجلوكوز الحر ، على عكس الجلوكوز الفسفوري ، من خلال غشاء خلايا الكبد (خلايا الكبد).
هذه هي الطريقة التي يمكن للكبد من خلالها توفير الجلوكوز للدورة الدموية والحفاظ على مستويات السكر المستقرة ، حتى في حالات الصيام لفترات طويلة.
هذه الوظيفة ذات أهمية كبيرة ، لأن الدماغ يعتمد بشكل شبه حصري على نسبة الجلوكوز في الدم ، لذلك يمكن أن يسبب نقص السكر في الدم الشديد (تركيزات منخفضة للغاية من الجلوكوز في الدم) فقدان الوعي.
الأمراض ذات الصلة
تسمى الأمراض المرتبطة بالجليكوجين بشكل عام "أمراض تخزين الجليكوجين".
تشكل هذه الأمراض مجموعة من الأمراض الوراثية التي تتميز بترسيب كميات غير طبيعية أو أنواع من الجليكوجين في الأنسجة.
تنتج معظم أمراض تخزين الجليكوجين عن عجز وراثي في أي من الإنزيمات المشاركة في استقلاب الجليكوجين.
يتم تصنيفهم إلى ثمانية أنواع ، معظمها لها أسماء خاصة بها وكل منها ناتج عن نقص إنزيم مختلف. بعضها قاتل في وقت مبكر جدًا من الحياة ، بينما يرتبط البعض الآخر بضعف العضلات وعجزها أثناء التمرين.
أمثلة مميزة
فيما يلي بعض أبرز الأمراض المرتبطة بالجليكوجين:
- مرض فون جيرك أو مرض تخزين الجليكوجين من النوع الأول ، ينتج عن نقص الجلوكوز 6 فوسفاتيز في الكبد والكلى.
يتميز بالنمو غير الطبيعي للكبد (تضخم الكبد) بسبب التراكم المفرط للجليكوجين ونقص السكر في الدم ، حيث يصبح الكبد غير قادر على إمداد الدورة الدموية بالجلوكوز. المرضى الذين يعانون من هذه الحالة لديهم اضطرابات في النمو.
- مرض بومبي أو النوع الثاني ناتج عن نقص في α- (1 → 4) -جلوكان 6-جليكوزيل ترانسبيرز في الكبد والقلب وعضلات الهيكل العظمي. هذا المرض ، مثل مرض أندرسن أو النوع الرابع ، قاتل قبل سن عامين.
- يُظهر مرض مكاردل أو النوع الخامس نقصًا في فسفوريلاز العضلات ويصاحبه ضعف في العضلات ، وانخفاض تحمل التمارين الرياضية ، وتراكم غير طبيعي للجليكوجين في العضلات ونقص اللاكتات أثناء التمرين.
المراجع
- بهاتاشاريا ، ك. (2015). التحقيق وإدارة أمراض تخزين الجليكوجين الكبدية. طب الأطفال متعدية ، 4 (3) ، 240-248.
- Dagli، A.، Sentner، C.، & Weinstein، D. (2016). مرض تخزين الجليكوجين من النوع الثالث. مراجعات الجينات ، 1-16.
- جايتون ، أ ، وهال ، ج. (2006). كتاب علم وظائف الأعضاء الطبي (الطبعة 11). شركة Elsevier Inc.
- ماثيوز ، سي ، فان هولدي ، ك ، وأهيرن ، ك. (2000). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثالثة). سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا: بيرسون.
- مكيرنان ، ب. (2017). البيولوجيا المرضية لأمراض تخزين الجليكوجين الكبدية. جمهورية باثوبيول.
- موراي ر. ، بندر ، د. ، بوثام ، ك. ، كينيلي ، ب. ، رودويل ، ف ، وويل ، ب. (2009). هاربر للكيمياء الحيوية المصورة (الطبعة 28). ماكجرو هيل الطبية.
- نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
- رون ، دينار (1998). الكيمياء الحيوية. برلنغتون ، ماساتشوستس: نيل باترسون للنشر.
- Tarnopolsky ، MA (2018). الاعتلالات العضلية المتعلقة باضطرابات استقلاب الجليكوجين. العلاج العصبي.