GLIKOGEN: STRUKTUR, SINTESIS, PENURUNAN, FUNGSI - BIOLOGI - 2026

The glikogen adalah simpanan yang karbohidrat kebanyakan mamalia. Karbohidrat biasanya disebut gula dan dikelaskan mengikut jumlah residu yang disebabkan oleh hidrolisis (monosakarida, disakarida, oligosakarida dan polisakarida).

Monosakarida adalah karbohidrat termudah yang dikelaskan mengikut bilangan karbon yang terdapat dalam strukturnya. Kemudian terdapat trioses (3C), tetroses (4C), pentosa (5C), heksosa (6C), heptosa (7C) dan oktosa (8C).

Struktur kimia glikogen yang menunjukkan ikatan glikosidik (Sumber: Glykogen.svg: Kerja terbitan NEUROtiker: Marek M melalui Wikimedia Commons)

Bergantung pada kehadiran kumpulan aldehid atau kumpulan keton, monosakarida ini juga dikelaskan sebagai aldosis atau ketosis.

Disakarida menimbulkan, dengan hidrolisis, kepada dua monosakarida sederhana, sementara oligosakarida menghasilkan 2 hingga 10 unit monosakarida dan polisakarida menghasilkan lebih dari 10 monosakarida.

Glikogen adalah, dari sudut pandang biokimia, polisakarida yang terdiri daripada rantai bercabang dari enam karbon aldosa, iaitu heksosa yang dikenali sebagai glukosa. Glikogen dapat ditunjukkan secara grafik sebagai pokok glukosa. Ini juga dipanggil pati haiwan.

Glukosa dalam tumbuhan disimpan sebagai kanji dan pada haiwan sebagai glikogen, yang disimpan terutamanya dalam tisu hati dan otot.

Di hati, glikogen dapat membentuk 10% jisimnya dan 1% jisim ototnya. Seperti pada lelaki 70 kg hati beratnya sekitar 1800 g dan otot sekitar 35 kg, jumlah glikogen otot jauh lebih tinggi daripada hati.

Struktur

Berat molekul glikogen dapat mencapai 108 g / mol, yang bersamaan dengan molekul glukosa 6 × 105. Glikogen terdiri daripada rantai bercabang α-D-glukosa. Glukosa (C6H12O6) adalah aldoheksosa yang dapat diwakili dalam bentuk linear atau siklik.

Glikogen mempunyai struktur yang sangat bercabang dan padat dengan rantai 12 hingga 14 residu glukosa dalam bentuk α-D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan glukosid α- (1 → 4). Cabang rantai dibentuk oleh ikatan glukosid α- (1 → 6).

Glikogen, seperti pati dalam makanan, menyediakan sebahagian besar karbohidrat yang diperlukan oleh tubuh. Di dalam usus polisakarida ini dipecah oleh hidrolisis dan kemudian diserap ke dalam aliran darah terutamanya sebagai glukosa.

Tiga enzim: ß-amilase, α-amilase dan amil-α- (1 → 6) -glucosidase bertanggungjawab untuk penurunan usus kedua-dua glikogen dan kanji.

Α-Amilase secara hidrolisis secara rawak ikatan α- (1 → 4) rantai sisi kedua glikogen dan kanji, dan oleh itu disebut endoglikosidase. Ss-amylase adalah exoglycosidase yang melepaskan dimer ß-maltosa dengan memecahkan ikatan glikosidik α- (1 → 4) dari hujung rantai terluar tanpa mencapai cabang.

Oleh kerana baik ß-amilase atau α-amilase menurunkan titik cabang, produk akhir dari tindakan mereka adalah struktur yang sangat bercabang sekitar 35 hingga 40 residu glukosa yang disebut sempadan dextrin.

Had dextrin akhirnya dihidrolisiskan pada titik cabang yang mempunyai ikatan α- (1 → 6) dengan amil-α- (1 → 6)-glukosidase, juga dikenal sebagai enzim "debranching". Rantai yang dilepaskan oleh pencabutan ini kemudian diturunkan oleh ß-amilase dan α-amilase.

Oleh kerana glikogen yang tertelan masuk sebagai glukosa, yang terdapat dalam tisu mesti disintesis oleh badan daripada glukosa.

Sintesis

Sintesis glikogen disebut glikogenesis dan berlaku terutamanya pada otot dan hati. Glukosa yang masuk ke dalam tubuh dengan diet masuk ke aliran darah dan dari sana ke dalam sel, di mana ia segera difosforilasi oleh tindakan enzim yang disebut glukokinase.

Glukokinase fosforilat glukosa pada karbon 6. ATP memberikan fosforus dan tenaga untuk tindak balas ini. Akibatnya, glukosa 6-fosfat terbentuk dan ADP dilepaskan. Kemudian glukosa 6-fosfat ditukar menjadi glukosa 1-fosfat dengan tindakan fosfoglucomutase yang menggerakkan fosfor dari kedudukan 6 ke kedudukan 1.

Glukosa 1-fosfat tetap diaktifkan untuk sintesis glikogen, yang melibatkan penyertaan satu set tiga enzim lain: UDP-glukosa pirofosforilase, glikogen sintetase dan amil- (1,4 → 1,6) -glycosyltransferase.

Glukosa-1-fosfat, bersama dengan uridin trifosfat (UTP, nukleosida trifosfat uridin) dan dengan tindakan UDP-Glukosa-pirofosforilase, membentuk kompleks glukosa-difosfat uridin (UDP Glc). Dalam proses tersebut ion pirofosfat dihidrolisiskan.

Enzim glikogen synthetase kemudian membentuk ikatan glikosidik antara C1 kompleks UDP Glc dan C4 residu glukosa terminal glikogen, dan UDP dibebaskan dari kompleks glukosa aktif. Untuk reaksi ini berlaku mesti ada molekul glikogen yang sudah ada yang disebut "glikogen primordial."

Glikogen primordial disintesis pada protein primer, glikogenin, yang 37 kDa dan yang glikosilasi menjadi residu tirosin oleh kompleks UDP Glc. Dari situ, residu α-D-Glukosa dihubungkan dengan ikatan 1 → 4 dan rantai kecil terbentuk di mana glikogen synthetase bertindak.

Setelah rantai awal menghubungkan sekurang-kurangnya 11 residu glukosa, enzim percabangan atau amil- (1,4 → 1,6) -glycosyltransferase memindahkan sekeping rantai 6 atau 7 residu glukosa ke rantai bersebelahan pada kedudukan 1 → 6, dengan itu mewujudkan titik cabang. Molekul glikogen yang dibina sedemikian tumbuh dengan penambahan unit glukosa dengan 1 → 4 ikatan glikosidik dan lebih banyak cabang.

Kemerosotan

Pecahan glikogen disebut glikogenolisis, dan ia tidak setara dengan jalan terbalik sintesisnya. Kelajuan laluan ini dibatasi oleh kadar tindak balas pemangkin glikogen fosforilase.

Glikogen fosforilase bertanggungjawab untuk pembelahan (fosforolisis) ikatan 1 → 4 rantai glikogen, melepaskan glukosa 1-fosfat. Tindakan enzimatik bermula di hujung rantai terluar dan ia dikeluarkan secara berurutan sehingga 4 residu glukosa kekal di setiap sisi cawangan.

Kemudian enzim lain, α- (1 → 4) → α- (1 → 4) glukran transferase, mendedahkan titik cabang dengan memindahkan unit trisakarida dari satu cabang ke cabang yang lain. Ini membolehkan amil- (1 → 6) -glucosidase (enzim debranching) menghidrolisis ikatan 1 → 6, menghilangkan cabang yang akan menjalani tindakan fosforilasi. Tindakan gabungan enzim ini akhirnya dapat memecahkan glikogen sepenuhnya.

Oleh kerana reaksi fosfomutase awal dapat diterbalikkan, glukosa 6-fosfat dapat terbentuk dari sisa glukosa 1-fosfat glukosa yang dibelah. Di dalam hati dan ginjal, tetapi tidak pada otot, terdapat enzim, glukosa-6-fosfatase, yang mampu menguraikan glukosa 6-fosfat dan mengubahnya menjadi glukosa bebas.

Glukosa yang terfosforilasi dapat meresap ke dalam darah, dan ini adalah bagaimana glikogenolisis hepatik tercermin dalam peningkatan nilai glukosa darah (glikemia).

Peraturan sintesis dan degradasi

Daripada sintesis

Proses ini diberikan pada dua enzim asas: glycogen synthetase dan glycogen phosphorylase, sedemikian rupa sehingga apabila salah satu daripadanya aktif yang lain berada dalam keadaan tidak aktif. Peraturan ini menghalang tindak balas sintesis dan penurunan yang berlawanan daripada berlaku secara serentak.

Bentuk aktif dan bentuk tidak aktif kedua-dua enzim sangat berbeza, dan interkonversi bentuk aktif dan tidak aktif fosforilase dan sintetase glikogen dikawal secara hormon.

Adrenalin adalah hormon yang dilepaskan dari medulla adrenal, dan glukagon adalah hormon lain yang dihasilkan di bahagian endokrin pankreas. Pankreas endokrin menghasilkan insulin dan glukagon. Sel α pulau kecil Langerhans adalah sel yang mensintesis glukagon.

Adrenalin dan glukagon adalah dua hormon yang dilepaskan ketika tenaga diperlukan sebagai tindak balas terhadap penurunan kadar glukosa darah. Hormon ini merangsang pengaktifan glikogen fosforilase dan menghalang glikogen sintetase, sehingga merangsang glikogenolisis dan menghambat glikogenesis.

Walaupun adrenalin melakukan tindakannya pada otot dan hati, glukagon hanya bertindak pada hati. Hormon ini mengikat reseptor membran tertentu pada sel sasaran, yang mengaktifkan adenylate cyclase.

Pengaktifan adenylate siklase memulakan lata enzimatik yang, di satu pihak, mengaktifkan protein kinase yang bergantung pada cAMP yang menyahaktifkan sintetase glikogen dan mengaktifkan glikogen fosforilasi dengan fosforilasi (masing-masing secara langsung dan tidak langsung).

Otot rangka mempunyai mekanisme lain pengaktifan glikogen fosforilase melalui kalsium, yang dilepaskan sebagai akibat dari depolarisasi membran otot pada awal kontraksi.

Daripada penurunan

Lekapan enzimatik yang dijelaskan di atas akhirnya meningkatkan kadar glukosa dan ketika mencapai tahap tertentu, glikogenesis diaktifkan dan glikogenolisis dihambat, juga menghambat pelepasan epinefrin dan glukagon berikutnya.

Glikogenesis diaktifkan melalui pengaktifan fosforilase fosfatase, enzim yang mengatur sintesis glikogen dengan pelbagai mekanisme, yang melibatkan penonaktifan fosforilase kinase dan fosforilase α, yang merupakan penghambat glikogen sintetase.

Insulin mendorong kemasukan glukosa ke dalam sel otot, meningkatkan kadar glukosa 6-fosfat, yang merangsang deposforilasi dan pengaktifan glikogen sintetase. Oleh itu sintesis bermula dan penurunan glikogen dihambat.

ciri-ciri

Glikogen otot merupakan rizab tenaga untuk otot yang, seperti lemak simpanan, membolehkan otot memenuhi fungsinya. Sebagai sumber glukosa, glikogen otot digunakan semasa bersenam. Rizab ini meningkat dengan latihan fizikal.

Di dalam hati, glikogen juga merupakan sumber simpanan penting untuk fungsi organ dan untuk membekalkan glukosa ke seluruh badan.

Fungsi glikogen hati ini disebabkan oleh fakta bahawa hati mengandungi glukosa 6-fosfatase, enzim yang mampu mengeluarkan kumpulan fosfat dari glukosa 6-fosfat dan mengubahnya menjadi glukosa bebas. Glukosa bebas, tidak seperti glukosa fosforilasi, dapat meresap melalui membran hepatosit (sel hati).

Ini adalah bagaimana hati dapat memberikan glukosa ke peredaran dan menjaga kadar glukosa yang stabil, walaupun dalam keadaan berpuasa berpanjangan.

Fungsi ini sangat penting, kerana otak bergantung sepenuhnya pada glukosa darah, jadi hipoglikemia yang teruk (kepekatan glukosa dalam darah yang sangat rendah) dapat menyebabkan kehilangan kesedaran.

Penyakit yang berkaitan

Penyakit yang berkaitan dengan glikogen secara umum disebut "penyakit penyimpanan glikogen."

Penyakit ini merupakan sekumpulan patologi keturunan yang dicirikan oleh deposit dalam tisu jumlah atau jenis glikogen yang tidak normal.

Sebilangan besar penyakit penyimpanan glikogen disebabkan oleh kekurangan genetik salah satu enzim yang terlibat dalam metabolisme glikogen.

Mereka dikelaskan kepada lapan jenis, yang kebanyakan mempunyai nama sendiri dan masing-masing disebabkan oleh kekurangan enzim yang berbeza. Ada yang membawa maut pada awal kehidupan, sementara yang lain dikaitkan dengan kelemahan otot dan kekurangan semasa bersenam.

Contoh yang diketengahkan

Beberapa penyakit berkaitan glikogen yang paling ketara adalah berikut:

- Penyakit Von Gierke atau penyakit penyimpanan glikogen Jenis I, disebabkan oleh kekurangan glukosa 6-fosfatase di hati dan buah pinggang.

Ia dicirikan oleh pertumbuhan hati yang tidak normal (hepatomegali) disebabkan oleh pengumpulan glikogen dan hipoglikemia yang berlebihan, kerana hati menjadi tidak dapat membekalkan glukosa ke peredaran darah. Pesakit dengan keadaan ini mengalami gangguan pertumbuhan.

- Penyakit Pompe atau Jenis II adalah disebabkan oleh kekurangan α- (1 → 4) -glucan 6-glycosyltranspheres di hati, jantung dan otot rangka. Penyakit ini, seperti penyakit Andersen atau Jenis IV, boleh membawa maut sebelum berumur dua tahun.

- Penyakit McArdle atau Jenis V menunjukkan kekurangan fosforilasi otot dan disertai dengan kelemahan otot, penurunan toleransi senaman, pengumpulan glikogen otot yang tidak normal dan kekurangan laktat semasa latihan.

Rujukan

1. Bhattacharya, K. (2015). Penyiasatan dan pengurusan penyakit penyimpanan glikogen hepatik. Pediatrik Translasional, 4 (3), 240–248.
2. Dagli, A., Sentner, C., & Weinstein, D. (2016). Penyakit Penyimpanan Glikogen Jenis III. Ulasan Gene, 1–16.
3. Guyton, A., & Hall, J. (2006). Buku teks Fisiologi Perubatan (edisi ke-11). Elsevier Inc.
4. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Francisco, California: Pearson.
5. Mckiernan, P. (2017). Patobiologi Penyakit Penyimpanan Glikogen Hepatic. Perwakilan Curr Pathobiol.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Ilustrasi Harper (edisi ke-28). Perubatan McGraw-Hill.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5).
8. Rawn, JD (1998). Biokimia. Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
9. Tarnopolsky, MA (2018). Miopati Berkaitan dengan Gangguan Metabolisme Glikogen. Neurotherapeutics.