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

Theo Wikipedia định nghĩa : Glycogen là một đại phân tử polysaccharide đa nhánh của glucose có vai trò làm chất dự trữ nguồn năng lượng trong khung hình động vật hoang dã và nấm. Cùng Tri Thức Cộng Đồng khám phá Glycogen là gì ? Cấu trúc, chính sách hình thành và chính sách hoạt động giải trí của Glycogen .

1. Glycogen là gì?

Theo Wikipedia : Glycogen là gì ? “ Glycogen là một đại phân tử polysaccharide đa nhánh của glucose có vai trò làm chất dự trữ nguồn năng lượng trong khung hình động vật hoang dã và nấm. ”

2. Cấu tạo của glycogen

Glycogen là chất dự trữ glucid của động vật hoang dã, hoàn toàn có thể coi glycogen như là “ tinh bột ” của động vật hoang dã, vì nó cũng gồm 2 link 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 có một link nhánh α-D 1-6. Glycogen có nhiều ở gan ( chiếm 5-7 % khối lượng của gan ) ở cơ nó chiếm 2 % khối lượng của cơ, do khối lượng cơ là lớn nên glycogen có ở cơ là chính .

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

3. Cơ chế hình thành

Tổng hợp glycogen xảy ra ở mọi tổ chức triển khai nhưng mạnh nhất là ở gan và cơ xương. Ở gan, glycogen đóng vai trò dự trữ glucose và chuẩn bị sẵn sàng cung ứng glucose cho những tổ chức triển khai khác sử dụng, đồng thời nó bảo vệ mức đường huyết hằng định trong máu kể cả thời gian xa bữa ăn. Còn ở cơ, glycogen được dùng để thoái hóa thành glucose theo con đường Đường phân, phân phối nguồn năng lượng ATP cho sự co cơ .
Quá trình tổng hợp glycogen mở màn từ G6P là mẫu 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, hầu hết G6P lại là loại sản phẩm của con đường tân tạo glucose ; glucose trong thức ăn được hấp thu vào máu, biến hóa thành lactat rồi được gan thu nhận và đổi khác 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 quy 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 có pyrophosphat vô cơ .
UDPG chính là chất trung gian để biến hóa galactose thành glucose. Nó chính là “ chất cho ” gốc glucose trong quy trình tổng hợp glycogen dưới tính năng của glycogen synthase. Có thể có hai trường hợp xảy ra :

3.1 Trường hợp có chuỗi glucan sẵn

Enzym glycogen synthase thực thi việc chuyển gốc glycosyl từ UDPG tới gắn vào đầu không khử ( C-4 ) của một phân tử glycogen có n gốc glucose có sẵn ( hình 8.24 ) để tạo thêm một link mới ( α – 1 → 4 ) glucosid, nghĩa là tạo thành glycogen có n + 1 gốc glucose .
Khi tạo thêm tối thiểu 6 phân tử glucose thì enzym gắn nhánh amylose ( 1 → 4-1 → 6 ) – transglycosylase hay glycosyl ( 4 → 6 ) – tranferase có công dụng vừa cắt đứt link ( α-1 → 4 ) – glycosid của đoạn glycogen mới tạo ra, vừa chuyển đến 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 quy trình sinh tổng hợp glycogen .
Sau đó mạch nhánh mới tạo thành lại được lê dài ra nhờ tính năng của enzym glycogen synthase dẫn đến tạo những link mới ( α-1 → 4 ) glycosid. Quá trình trên được lặp lại làm cho số lượng mạch nhánh tăng dần lên cho đến khi đạt được một phân tử glycogen có cấu trúc tương thích với nhu yếu của tế bào .
Như vậy, công dụng sinh học của sự gắn nhánh là làm cho phân tử glycogen dễ tan hơn và số đầu không khử của nó tăng lên, do đó phản ứng được nhiều hơn với cả glycogen phosphorylase và glycogen synthase .

3.2 Trường hợp không có chuỗi glucan sẵn

Mở đầu cho quy trình tổng hợp glycogen cần phải có 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 quá trình ( 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 tạp của glycogenin đã gắn glucose với glycogen synthase theo tỉ lệ 1 : 1 .

– Giai đoạn 3: Kéo dài chuỗi glucan cho tới khi 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 đa phần ở những tế bào gan. Trong khung hình người và động vật hoang dã, glycogen là dạng dự trữ của mọi tế bào. Trong đó, gan rồi đến cơ có tỉ lệ glycogen trên tổ chức triển khai là cao hơn cả. Ở mô gan, sự thoái hóa glycogen, ngoài mục tiêu phân phối glucose cho chính nó còn tạo ra một lượng lớn glucose tự do theo máu ngoại biên để cung ứng cho những mô khác. Vì vậy, ở những thời gian xa bữa ăn ( lúc đói ), sự thoái hóa glycogen của gan có vai trò quan trọng trong sự điều hòa hàm lượng glucose trong máu .
Ở tổ chức triển khai cơ, khi tế bào hoạt động giải trí, sự tiêu tốn nguồn năng lượng yên cầu phải được phân phối một lượng lớn Glucose để thoái hóa. Ngoài nguồn glucose do máu mang đến, tế bào cơ phải thoái hóa rất mạnh glycogen dự trữ để tạo glucose – 6 – phosphat cho quy trình đốt cháy .
Sự thoái hóa glycogen đến glucose trong những tế bào được triển khai nhờ một mạng lưới hệ thống enzyme gồm có : phosphorylase là enzyme thủy phân những link α 1-4 – glucosid với sự tham gia của một gốc phosphate, giải phóng những phân tử glucose 1 phosphat ở đầu tận cùng của mạch polysaccarid. Phosphorylase sống sót dưới dạng 2 phân tử : dạng phosphorylase a hay phosphophosphorylase là dạng hoạt động giải trí, trong phân tử có gắn gốc phosphate và gốc serin của nó. Phosphorylase b là dạng không hoạt động giải trí ( dephosphophosphorylase ), trong phân tử không chứa gốc phosphate. Hai dạng này, tùy thuộc thực trạng chuyển hóa glycogen trong mô, hoàn toàn có thể chuyển hóa qua lại nhờ mạng lưới hệ thống enzyme kinase ( gắn gốc phosphat ) hoặc phosphatase .
Các enzyme xúc tác sự chuyển dạng phân tử của phosphorylase chịu ảnh hường của nhiều yếu tố điều hòa như hormone, những mẫu sản phẩm tạo ra trong quy trình chuyển hóa của tế bào khi mô hoạt động giải trí … Vì vậy, ở mỗi mô những enzyme này có sự hoạt động giải trí đặc trưng khác nhau, sự điều hòa hoạt động giải trí của chúng cũng theo những chính sách khác nhau. Sự độc lạ này rõ ràng nhất ở hai mô gan và cơ .
Enzyme cắt nhánh ( debranching enzyme ) là một enzyme có hai tính năng, công dụng thứ nhất là tính năng chuyển nhánh ( transferase ), có công dụng cắt link α 1-4 – glucosid ở sát gốc nhánh rồi chuyển một đoạn mạch thẳng đó đến gắn vào một đoạn mạch khác bằng cách tạo ra một link α 1-4 glucosid khác. Enzyme cắt nhánh còn có công dụng thứ hai là biểu lộ hoạt tính amylo 1-6 glucosidase, có công dụng thủy phân link α 1-6 glucosid của những nhánh chỉ còn lại một phân tử glucose, giải phóng phân tử glucose tự do .
Các quy trình tiến độ thoái hóa :
Hai enzyme chính tham gia vào quy trình thoái hóa glycogen thành glucose là glycogen phosphorylase và phosphoglucomutase. Có thể chia thành 3 quá trình :

3.1 Thủy phân mạch thẳng của phân tử glycogen

Glycogen phosphorylase xúc tác phản ứng cắt gốc glucose tận cùng ở đầu không khử của mạch thẳng glycogen. Đó là phản ứng thủy phân link α 1-4 glucosid với sự tham gia của phosphat vô cơ ( 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 khi mạch đang thoái hóa chỉ còn lại 4 đơn vị chức năng glucose tại một điểm nhánh ( α 1-6 ) thì dừng lại .
Tiếp đó, enzyme cắt nhánh bộc lộ hoạt tính chuyển nhánh sẽ cắt một đoạn 3 gốc glucose của đoạn còn lại, bằng cách thủy phân link α 1-4 glucosid giữa gốc thứ nhất và thứ hai tính từ gốc nhánh, rồi chuyển đoạn có 3 gốc glucose đó đến gắn vào đầu một chuỗi thẳng khác bằng cách tạo một link α 1-4 – glucosid khác .
Nhánh glycogen mới này sẽ dài thêm 3 gốc glucose, tạo điều kiện kèm theo cho phosphorylase tiếp tục tác dụng. Phần mạch nhánh còn lại chỉ còn một gốc glucose với link α 1-6 glucosid. Như vậy, mẫu sản phẩm của quy trình thủy phân mạch thẳng của phân tử glycogen là những phân tử glucose 1 phosphat ( G1P ) .
+ Phản ứng xúc tác của phosphorylase này không giống với phản ứng thủy phân link glycosid bởi amylase trong ống tiêu hóa so với glycogen hay tinh bột : Một số nguồn năng lượng của link được giữ lại trong quy trình tạo este G1P .
+ Pirydoxal photphat là cofactor đa phần 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 link glycosid ( khác với vai trò cofactor của pyridoxal phosphat trong chuyển hóa acid amin ) .

3.2 Thủy phân mạch nhánh của phân tử glycogen

Khi mạch nhánh chỉ còn lại một gốc glucose, enzyme cắt nhánh biểu lộ hoạt tính amylo 1-6 glucosidase, thủy phân link α 1-6 glucosid của gốc glucose còn lại ở nhánh để giải phóng ra glucose tự do .

Như vậy, dưới tác dụng của hệ thống enzyme thoái hóa glycogen nêu trên, phân tử glycogen sẽ chuyển hoàn toàn thành các phân tử glucose 1 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 1 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 liên tục thoái hóa để phân phối nhu yếu chuyển hóa của tế bào gan, còn lại phần đông G6P sẽ bị thủy phân nhờ tính năng 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 có trong mô gan thế cho nên chỉ có gan mới có năng lực cung ứng lượng glucose nội sinh cho máu tuần hoàn. Cũng thế cho nên, gan có vai trò rất quan trọng trong việc điều hòa đường huyết .
Bạn đã hiểu “ Glycogen là gì ? ” chưa ? Đừng quên share bài viết nếu bạn thấy nó có ích nhé !