Lehninger Principles of Biochemistry David L. Nelson and Michael M. Cox Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition Chapter 15: Principles of Metabolic Regulation: Glucose and Glycogen Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company Glýkógen

Carl og Gerti Cori

Glýkógenkorn

Bygging, eiginleikar og hlutverk - glýkógen er forðafjölsykra Glýkógen er gert úr glúkósaleifum Glýkógen er hentugt geymsluform fyrir glúkósa af osmótískum ástæðum Glúkósaforði í lifur, geymdur sem glýkógen, jafngildir mólstyrk glúkósa sem er um 400 mM Algengur blóðsykursstyrkur er 4-6 mM, en dæmigerður glýkógenstyrkur í lifrarfrumu er 0,01 µm

Hlutverk glýkógens Vöðvar geyma glýkógen til eigin þarfa, en lifur geymir glýkógen til nota fyrir önnur líffæri Glýkógen lifrar tekur þátt í stýringu blóðsykursstyrks Aðeins lifrin getur losað glúkósa í einhverju magni út í blóðrás Fyrstu viðbrögð líkamans við lækkuðum blóðsykursstyrk milli mála eru niðurbrot glýkógens Eftir kolhýdrataauðuga máltíð er glúkósi umfram orkuþarfir geymdur í lifur sem glýkógen

Glýkógen er greinótt og hvarfagjörn fjölliða Greinarnar auka leysni glýkógens og hvarfagirni Megintengin milli glúkósaleifa eru α-1,4-tengi en hliðargreinar tengjast með α-1,6-tengjum Hliðartengi eru með 8-12 glúkósaleifa millibili Algengt er að glúkósaleifar séu táknaðar með hringum

Bygging glýkógens Bygging glýkógens tryggir að glúkósi er geymdur í lágmarksrúmmáli Bygging glýkógens hentar vel til að tryggja snöggt niðurbrot þess við loftfirrtar aðstæður Glýkógen notað til þess að grípa til glúkósabirgða hratt og með skömmum fyrirvara, eða til þess að geyma glúkósa þegar framboð hans er nægjanlegt

Smíð og niðurbrot glýkógens gerast í frymi í vöðva og lifur Smíð og niðurbrot glýkógens fara fram í aðskildum ferlum Ruglið ekki saman glycogenesis (glýkógensmíð) og gluconeogenesis (nýmyndun glúkósa) Ruglið ekki saman glycogenolysis (niðurbrot glýkógens) og glycolysis (sykrurof)

Niðurbrot glýkógens Megintengi glýkógens eru ekki rofin með vatnsrofi heldur með fosfórólýsu Ensímið fosfórýlasi hvetur niðurbrot glýkógens Glýkósíðtengið (α-1,4 tengi) er rofið með fosfati (fosfórólýsu) Glúkósaleifar eru teknar burt frá non-redúserandi enda (óbundinn OH hópur tengdur C-4) Afurðin er glúkósa-1-fosfat sem kemst ekki út úr frumunni Bygging glýkógens tryggir hámarksvirkni fosfórýlasa

Hliðartengi í glýkógeni eru rofin með vatnsrofi Fosfórýlasi virkar ekki á hliðartengi og skilur eftir stúf með 4 glúkósaleifum Hydrolysis: R-O-R' + HOH → R-OH + R'-OH Phosphorolysis: R-O-R' + HO-PO32- → R-OH + R'-O-PO32-

“Debranching enzyme” hvetur vatnsrof hliðartengja Fyrst flytur transferasi bút með a. m. k. 3 glúkósaleifum Eftir er stubbur, tengdur með α-1,4 tengi α-1,6-glúkósíðasi klippir stubbinn af, afurðin er glúkósi Transferasavirkni og α-1,6-glúkósíðasavirkni eru á tveimur hvarfastöðvum á sama próteini α-1,6-glúkósíðasi er notaður í tannkrem til þess að hvetja vatnsrof glúkósafjölliðunnar dextrans í tannsýklu

Hvernig tengist glýkólýsa smíð og niðurbroti glýkógens? Fosfóglúkómútasi hvetur hvörfun glúkósa-1-fosfats í glúkósa-6-fosfat og notar glúkósa 1,6-bisfosfat sem millistig Svipað gerist í glýkólýsu þegar 2-fosfóglýserat hvarfast í 3-fosfóglýserat Aðeins lifur getur framleitt frían glúkósa í einhverjum mæli með glúkósa-6-fosfatasa Þau hvörf gerast í nýmyndun glúkósa (gluconeogenesis)

Glýkógensmíð UDP-glúkósi er virkjað og hvarfagjarnt form glúkósa, myndað frá UTP sem er notað að bæta glúkósaeiningum á glýkógenfjölliðu UDP-sykrur eru notaðar við smíð annarra kolhýdratafjölliðna og ábót einsykra á aðrar sameindir CDP-afleiður, myndaðar frá CTP, eru notaðar við smíð fosfólípíða

Myndun megintengja Glýkógensýnþasi hvetur smíði glýkógens Sýnþasi er ensím sem hvetur efnasmíð án þess að nota ATP eða annað núkleósíðatrífosfat Sýnþetasi er ensím notar núkleósíðatrífosfat við efnasmíð

Dæmi um sýnþetasa: Áður en amínósýrur tengjast tRNA gerir amínóasýl-tRNA-sýnþetasi þær virkari ATP + amínósýra → amínósýruadenýlat + PPi Ruglið ekki saman sýnþasa (flestir í ensímaflokki 4, lýasar) og sýnþetasa (ensímaflokkur 6, lígasar)

Glúkósa-1-fosfat er upphafsefni glýkógensmíðar og afurð niðurbrots glýkógens Glúkósa-1-fosfat + UTP → UDP-glúkósi + PPi (pýrófosfat, dífosfat) PPi + H2O → 2 Pi glýkógenn + UDPGlúkósi → glýkógenn+1 + UDP

Myndun hliðartengja Myndun hliðartengja (α-1,6 tengja) er hvött af “branching enzyme” Þegar beina keðjan hefur náð ákveðinni lengd er bútur fluttur innar á keðjuna og α-1,6 tengi myndast “Branching enzyme” er mjög sérhæft hvað varðar lengd bútsins sem fluttur er og hvert hann fer

Upphaf glýkógensmíðar Upphaf glýkógensmíðar var lengi ráðgáta “Primer” er nauðsynlegur til að hefja glýkógensmíð “Primer” er lítið ensím, glýkógenín, sem hvetur ábót glúkósaeininga á sjálft sig Fyrst er glúkósi fluttur af UDP-glúkósa á týrosínleif á glýkógeníni, sykrukeðjan lengd, svo tekur glýkógensýnþasi við og sykrukeðjan losnar ekki af próteininu, sem situr innst í glýkógensameindinni

Glýkógenín

Glycogenin initiates glycogen synthesis. Glycogenin is an enzyme that catalyzes attachment of a glucose molecule to one of its own tyrosine residues. Glycogenin is a dimer, and evidence indicates that the 2 copies of the enzyme glucosylate one another.

A glycosidic bond is formed between the anomeric C1 of the glucose moiety derived from UDP-glucose and the hydroxyl oxygen of a tyrosine side-chain of Glycogenin. UDP is released as a product.

Glycogenin then catalyzes glucosylation at C4 of the attached glucose (UDP-glucose again the donor), to yield an O-linked disaccharide with a(1®4) glycosidic linkage. This is repeated until a short linear glucose polymer with a(1®4) glycosidic linkages is built up on Glycogenin.

Það kostar ekki mikla orku að smíða glýkógen, jafngildi eins ATP fyrir hverja glúkósaleif 1 Glúkósa-6-fosfat → glúkósa-1-fosfat 2 Glúkósa-1-fosfat + UTP → UDP-glúkósi + PPi 3 PPi + H2O → 2 Pi 4 glýkógenn + UDPGlúkósi → glýkógenn+1 + UDP 5 UDP + ATP → UTP + ADP

Vatnsrof pýrófosfats í ólífrænt fosfat gerir hvörfin ógagnhverf Nettó: Glúkósa-6-fosfat + ATP + glýkógenn + H2O → glýkógenn+1 + ADP + 2 Pi Vatnsrof pýrófosfats í ólífrænt fosfat gerir hvörfin ógagnhverf með brottnámi myndefnis Algengt er að pýrófosfat sé notað á þennan hátt í frumum til að gera efnahvörf ógagnhverf Jöfnurnar eru frekar til þess að átta sig á heildarmyndinni, ekki til að læra þær utanað

Glýkógenkvillar eru sjaldgæfir en lærdómsríkir Nokkrir sjaldgæfir kvillar eru til þar sem efnaskipti glýkógens raskast Í von Gierke’s kvilla vantar glúkósa-6-fosfatasa, ensím í nýmyndun glúkósa Blóðsykur er lágur, laktat í blóði er hátt, einnig þríglýseríð, kólesteról og þvagsýra Glýkógen safnast fyrir í lifur Unnt er að skýra þetta með því að aðrar efnaskiptabrautir glúkósa-6-fosfats yfirfyllast

Í McArdle’s kvilla vantar fosforýlasa í vöðva Lýsir sér í vöðvaverkjum eftir áreynslu, en er furðu meinlítill kvilli Athuganir á kvillanum leiddu til þess að menn áttuðu sig á að smíð og niðurbrot glýkógens færu eftir aðskildum ferlum

Brian McArdle 1911-2002