Glycogen là gì? Cấu tạo, cơ chế hình thành và cơ chế hoạt động của Glycogen

Theo Wikipedia khái niệm: Glycogen là một đại phân tử polysaccharide đa nhánh của glucose sở hữu vai trò làm chất dự trữ năng lượng trong thân thể động vật và nấm. Cùng Tri Thức Cùng Đồng tìm hiểu Glycogen là gì? Cấu trúc, cơ chế hình thành và cơ chế hoạt động của Glycogen.

1. Glycogen là gì?

Theo Wikipedia: Glycogen là gì? “Glycogen là một đại phân tử polysaccharide đa nhánh của glucose sở hữu vai trò làm chất dự trữ năng lượng trong thân thể động vật và nấm.”

Glycogen là gì?

2. Cấu tạo của glycogen

Glycogen là chất dự trữ glucid của  động vật, sở hữu thể coi glycogen như là “tinh bột” của động vật, vì nó cũng gồm Hai liên kết α -D 1-4 và α-D 1-6  glucoside, nhưng nó khác tinh bột ở chỗ là sự rẽ nhánh rậm rạp hơn, cứ cách 8-10 phân tử glucose sở hữu một liên kết nhánh α-D 1-6. Glycogen sở hữu nhiều ở gan ( chiếm 5-7% khối lượng của gan) ở cơ nó chiếm 2% khối lượng của cơ, do khối lượng cơ là to nên glycogen sở hữu ở cơ là chính.

Hàm lượng này sở hữu thể biến động phụ thuộc vào dinh dưỡng và trạng thái sinh lý (đói, no, lao động, ngủ, thức…)

Cấu tạo của glycogen

3. Cơ chế hình thành

Tổng hợp glycogen xảy ra ở mọi tổ chức nhưng mạnh nhất là ở gan và cơ xương. Ở gan, glycogen đóng vai trò dự trữ glucose và sẵn sàng cung ứng glucose cho những tổ chức khác sử dụng, đồng thời nó đảm bảo mức đường huyết hằng định trong máu kể cả thời khắc xa bữa ăn. Còn ở cơ, glycogen được tiêu dùng để thoái hóa thành glucose theo con đường Đường phân, cung ứng năng lượng ATP cho sự co cơ.

Quá trình tổng hợp glycogen khởi đầu từ G6P là sản phẩm do phản ứng phosphoryl hóa glucose xúc tác bởi hexokinase (ở gan) và glucose kinase (ở cơ):

D-glucose + ATP → D-glucose-6-phosphat +ADP

Tuy nhiên, phần to G6P lại là sản phẩm của con đường tân tạo glucose; glucose trong thức ăn được thu nhận vào máu, biến đổi thành lactat rồi được gan thu nhận và biến đổi thành G6P. Từ G6P, nó được đồng phân hóa thuận nghịch thành G1P nhờ phosphoglucomutase:

Glucose-6-phosphat ↔ Glucose-1-phosphat

Tiếp theo là phản ứng then chốt nhất trong quá trình tổng hợp glycogen: Phản ứng tạo UDP-glucose (UDPG) xúc tác bởi UDPG pyrophosphorylase:

Glucose-1-phosphat + UTP → UDP-glucose + Ppi

Phản ứng xảy ra theo chiều tạo UDPG vì pyrophossphat bị thủy phân rất nhanh thành ortophosphat nhờ sở hữu pyrophosphat vô sinh.

UDPG chính là chất trung gian để biến đổi galactose thành glucose. Nó chính là “chất cho” gốc glucose trong quá trình tổng hợp glycogen dưới tác dụng của glycogen synthase. Sở hữu thể sở hữu hai trường hợp xảy ra:

3.Một Trường hợp sở hữu chuỗi glucan sẵn

Enzym glycogen synthase xúc tiến việc chuyển gốc glycosyl từ UDPG tới gắn vào đầu ko khử (C-4) của một phân tử glycogen sở hữu n gốc glucose sở hữu sẵn (hình 8.24) để tạo thêm một liên kết mới (α -1→4) glucosid, tức là tạo thành glycogen sở hữu n+Một gốc glucose.

Lúc tạo thêm ít nhất 6 phân tử glucose thì enzym gắn nhánh amylose (1→4-1→6)- transglycosylase hay glycosyl (4→6)- tranferase sở hữu tác dụng vừa cắt đứt liên kết (α-1→4)- glycosid của đoạn glycogen mới tạo ra, vừa chuyển tới gắn vào OH của C-6 của gốc glucose trên cùng một chuỗi hay chuỗi khác tạo ra một điểm nhánh mới (α-1→6) trong quá trình sinh tổng hợp glycogen.

Sau đó mạch nhánh mới tạo thành lại được kéo dài ra nhờ tác dụng của enzym glycogen synthase dẫn tới tạo những liên kết mới (α-1→4) glycosid. Quá trình trên được lặp lại làm cho số lượng mạch nhánh tăng dần lên cho tới lúc đạt được một phân tử glycogen sở hữu cấu trúc thích hợp với nhu cầu của tế bào.

Tương tự, tác dụng sinh vật học của sự gắn nhánh là làm cho phân tử glycogen dễ tan hơn và số đầu ko khử của nó tăng lên, do đó phản ứng được nhiều hơn với cả glycogen phosphorylase và glycogen synthase.

3.Hai Trường hợp ko sở hữu chuỗi glucan sẵn

Mở  đầu cho quá trình tổng hợp glycogen cần phải sở hữu một chất mồi protein gọi là glycogenin (M≈ 37284): chất này được tìm thấy ở đầu khử của những phân tử glycogen. Quá trình tổng hợp diễn biến theo 5 giai đoạn (hình 2.6):

– Giai đoạn 1: Một gốc glucose từ UDPG gắn vào gốc Tyr194 của glycogenin nhờ xúc tác của protein-tyrosine-glycosyl transferase.

– Giai đoạn 2: Tạo phức hợp của glycogenin đã gắn glucose với glycogen synthase theo tỉ lệ 1:1.

– Giai đoạn 3: Kéo dài chuỗi glucan cho tới lúc tạo chuỗi gồm 7 gốc glucose hay nhiều hơn. Mỗi gốc glucose mới gắn vào đều đi từ UDPG và đó là những phản ứng tự xúc tác thông qua glycosyl transferase của glycogenin.

– Giai đoạn 4: Glycogen synthase tách dần khỏi glycogenin.

– Giai đoạn 5: Hoàn thành phân tử glycogen nhờ phối hợp tác dụng của glycogen synthase và enzym gắn nhánh (glycogen branching enzym). Cuối cùng, glycogenin vẫn gắn vào một đầu của phân tử glycogen đã được tạo thành.

3. Cơ chế hoạt động của glycogen (thoái hóa glycogen)

Quá trình này xảy ra chủ yếu ở những tế bào gan. Trong thân thể người và động vật, glycogen là dạng dự trữ của mọi tế bào. Trong đó, gan rồi tới cơ sở hữu tỉ lệ glycogen trên tổ chức là cao hơn cả. Ở mô gan, sự thoái hóa glycogen, ngoài mục đích cung ứng glucose cho chính nó còn tạo ra một lượng to glucose tự do theo máu ngoại biên để cung ứng cho những mô khác. Vì vậy, ở những thời khắc xa bữa ăn (lúc đói), sự thoái hóa glycogen của gan sở hữu vai trò quan yếu trong sự điều hòa hàm lượng glucose trong máu.

Ở tổ chức cơ , lúc tế bào hoạt động, sự tiêu hao năng lượng đòi hỏi phải được cung ứng một lượng to Glucose để thoái hóa. Ngoài nguồn glucose do máu mang tới, tế bào cơ phải thoái hóa rất mạnh glycogen dự trữ để tạo glucose- 6- phosphat cho quá trình đốt cháy.

Sự thoái hóa glycogen tới glucose trong những tế bào được thực hiện nhờ một hệ thống enzyme bao gồm: phosphorylase là enzyme thủy phân những liên kết α 1-4-glucosid với sự tham gia của một gốc phosphate, phóng thích những phân tử glucose Một phosphat ở đầu tận cùng của mạch polysaccarid. Phosphorylase tồn tại dưới dạng Hai phân tử: dạng phosphorylase a hay phosphophosphorylase là dạng hoạt động, trong phân tử sở hữu gắn gốc phosphate và gốc serin của nó. Phosphorylase b là dạng ko hoạt động (dephosphophosphorylase), trong phân tử ko chứa gốc phosphate. Hai dạng này, tùy thuộc tình trạng chuyển hóa glycogen trong mô, sở hữu thể chuyển hóa qua lại nhờ hệ thống enzyme kinase (gắn gốc phosphat) hoặc phosphatase.

Những enzyme xúc tác sự chuyển dạng phân tử của phosphorylase chịu ảnh hường của nhiều yếu tố điều hòa như hormone, những sản phẩm tạo ra trong quá trình chuyển hóa của tế bào lúc mô hoạt động… Vì vậy, ở mỗi mô những enzyme này sở hữu sự hoạt động đặc thù khác nhau, sự điều hòa hoạt động của chúng cũng theo những cơ chế khác nhau. Sự khác biệt này rõ rệt nhất ở hai mô gan và cơ.

Enzyme cắt nhánh (debranching enzyme) là một enzyme sở hữu hai chức năng, chức năng thứ nhất là chức năng chuyển nhánh (transferase), sở hữu tác dụng cắt liên kết α 1-4-glucosid ở sát gốc nhánh rồi chuyển một đoạn mạch thẳng đó tới gắn vào một đoạn mạch khác bằng cách tạo ra một liên kết α 1-4 glucosid khác. Enzyme cắt nhánh còn sở hữu chức năng thứ hai là thể hiện hoạt tính amylo 1-6 glucosidase, sở hữu tác dụng thủy phân liên kết α 1-6 glucosid của những nhánh chỉ còn lại một phân tử glucose, phóng thích phân tử glucose tự do.

Những giai đoạn thoái hóa:

Hai enzyme chính tham gia vào quá trình thoái hóa glycogen thành glucose là glycogen phosphorylase và phosphoglucomutase. Sở hữu thể chia thành 3 giai đoạn:

3.Một Thủy phân mạch thẳng của phân tử glycogen

Glycogen phosphorylase xúc tác phản ứng cắt gốc glucose tận cùng ở đầu ko khử của mạch thẳng glycogen. Đó là phản ứng thủy phân liên kết α 1-4 glucosid với sự tham gia của phosphat vô sinh (Pi) tạo thành α D-glucose-1-phosphat (G1P) và chuỗi mach thẳng của phân tử glycogen ngắn đi một phân tử glucose.

Quá trình này được lặp lại nhiều lần, tách dần từng gốc glucose dưới dạng G1P cho tới lúc mạch đang thoái hóa chỉ còn lại 4 đơn vị glucose tại một điểm nhánh (α 1-6) thì ngừng lại.

Tiếp đó, enzyme cắt nhánh thể hiện hoạt tính chuyển nhánh sẽ cắt một đoạn 3 gốc glucose của đoạn còn lại, bằng cách thủy phân liên kết α 1-4 glucosid giữa gốc thứ nhất và thứ hai tính từ gốc nhánh, rồi chuyển đoạn sở hữu 3 gốc glucose đó tới gắn vào đầu một chuỗi thẳng khác bằng cách tạo một liên kết α 1-4-glucosid khác.

Nhánh glycogen mới này sẽ dài thêm 3 gốc glucose, tạo điều kiện cho phosphorylase tiếp tục tác dụng. Phần mạch nhánh còn lại chỉ còn một gốc glucose với liên kết α 1-6 glucosid. Tương tự, sản phẩm của quá trình thủy phân mạch thẳng của phân tử glycogen là những phân tử glucose Một phosphat (G1P).

+ Phản ứng xúc tác của phosphorylase này ko giống với phản ứng thủy phân liên kết glycosid bởi amylase trong ống tiêu hóa đối với glycogen hay tinh bột: Một số năng lượng của liên kết được giữ lại trong quá trình tạo este G1P.

+ Pirydoxal photphat là cofactor chủ yếu trong phản ứng xúc tác của glycogen phosphorylase, nhóm phosphat của nó đóng vai trò là một chất xúc tác acid kích thích Pi tiến công vào liên kết glycosid (khác với vai trò cofactor của pyridoxal phosphat trong chuyển hóa acid amin).

3.Hai Thủy phân mạch nhánh của phân tử glycogen

Lúc mạch nhánh chỉ còn lại một gốc glucose, enzyme cắt nhánh thể hiện hoạt tính amylo 1-6 glucosidase, thủy phân liên kết α 1-6 glucosid của gốc glucose còn lại ở nhánh để phóng thích ra glucose tự do.

Tương tự, dưới tác dụng của hệ thống enzyme thoái hóa glycogen nêu trên, phân tử glycogen sẽ chuyển hoàn toàn thành những phân tử glucose Một phosphat (93%) và glucose tự do (khoảng 7%).

Ở những mô, G1P sẽ được đồng phân hóa nhờ enzyme phosphoglucomutase để tạo thành glucose 6 phosphat (G6P). Glucose tự do cũng được phosphoryl hóa với sự tham gia của Một phân tử ATP và enzyme hexokinase để tạo G6P. G6P sẽ đi vào những con đường thoái hóa tiếp theo.

Riêng ở mô gan, chỉ một phần nhỏ G6P được tiếp tục thoái hóa để phục vụ nhu cầu chuyển hóa của tế bào gan, còn lại phần to G6P sẽ bị thủy phân nhờ tác dụng của enzyme glucose 6 phosphatase để tạo thành glucose tự do, thấm qua màng tế bào, vào máu tuần hoàn. Enzyme glucose 6 phosphatase chỉ sở hữu trong mô gan vì vậy chỉ sở hữu gan mới sở hữu khả năng cung ứng lượng glucose nội sinh cho máu tuần hoàn. Cũng vì vậy, gan sở hữu vai trò rất quan yếu trong việc điều hòa đường huyết.

Bạn đã hiểu “Glycogen là gì?” chưa? Đừng quên share bài viết nếu bạn thấy nó hữu ích nhé!

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *