글리코겐은 대부분의 포유 동물의 탄수화물 저장합니다. 탄수화물은 일반적으로 당이라고하며 가수 분해로 인한 잔류 물 수 (단당류, 이당류, 올리고당 류 및 다당류)에 따라 분류됩니다.
단당류는 구조에 포함 된 탄소 수에 따라 분류되는 가장 단순한 탄수화물입니다. 그런 다음 trioses (3C), tetrosas (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptose (7C) 및 octoses (8C)가 있습니다.
글리코 시드 결합을 보여주는 글리코겐의 화학 구조 (출처 : Glykogen.svg : NEUROtiker 유도체 작업 : Wikimedia Commons를 통한 Marek M)
알데히드기 또는 케톤 기의 존재 여부에 따라 이들 단당류는 각각 알 도스 또는 케토 오스로 분류됩니다.
이당류는 가수 분해에 의해 2 개의 단순한 단당류를 생성하는 반면 올리고당은 2 ~ 10 개의 단당류 단위를 생성하고 다당류는 10 개 이상의 단당류를 생성합니다.
글리코겐은 생화학 적 관점에서 볼 때 6 탄소 알 도스의 분지 사슬로 구성된 다당류, 즉 포도당으로 알려진 6 탄당입니다. 글리코겐은 포도당 나무로 그래픽으로 나타낼 수 있습니다. 이것은 동물 전분이라고도합니다.
식물의 포도당은 전분으로, 동물에서는 글리코겐으로 저장되며 주로 간과 근육 조직에 저장됩니다.
간에서 글리코겐은 질량의 10 %와 근육 질량의 1 %를 차지할 수 있습니다. 70kg의 남성과 마찬가지로 간 무게는 약 1800g이고 근육은 약 35kg으로 근육 글리코겐의 총량은 간보다 훨씬 높습니다.
구조
글리코겐의 분자량은 108g / mol에 달할 수 있으며 이는 6 x 105 포도당 분자와 동일합니다. 글리코겐은 α-D- 포도당의 여러 가지 사슬로 구성됩니다. 포도당 (C6H12O6)은 선형 또는 순환 형태로 표현 될 수있는 알도 헥 소스입니다.
글리코겐은 α- (1 → 4) 글루코 시드 결합과 연결된 α-D- 포도당 형태의 글루코스 잔기 12 ~ 14 개의 사슬을 가진 매우 분지되고 조밀 한 구조를 가지고 있습니다. 사슬의 가지는 α- (1 → 6) 글루코 시드 결합에 의해 형성됩니다.
글리코겐은 식단의 전분처럼 신체에 필요한 대부분의 탄수화물을 제공합니다. 장에서 이러한 다당류는 가수 분해에 의해 분해 된 다음 주로 포도당으로 혈류에 흡수됩니다.
세 가지 효소 : ß- 아밀라아제, α- 아밀라아제 및 아밀 -α- (1 → 6)-글루코시다 아제는 글리코겐과 전분의 장 분해를 담당합니다.
A- 아밀라아제는 글리코겐과 전분의 측쇄의 α- (1 → 4) 결합을 무작위로 가수 분해하므로 엔도 글리코시다 아제라고합니다. Ss-amylase는 가지에 도달하지 않고 가장 바깥 쪽 사슬의 끝에서 α- (1 → 4) 글리코 시드 결합을 끊어 ß- 말토오스 이량 체를 방출하는 엑소 글리코시다 아제입니다.
ß- 아밀라아제 나 α- 아밀라아제는 분기점을 분해하지 않기 때문에, 그 작용의 최종 산물은 경계 덱스트린이라고하는 약 35 ~ 40 개의 포도당 잔기로 구성된 고도로 분기 된 구조입니다.
한계 덱스트린은 최종적으로 "탈 분지"효소로 알려진 아밀 -α- (1 → 6)-글루코시다 아제에 의해 α- (1 → 6) 결합을 갖는 가지 지점에서 가수 분해됩니다. 이 탈 분지에 의해 방출 된 사슬은 ß- 아밀라아제와 α- 아밀라아제에 의해 분해됩니다.
섭취 한 글리코겐이 포도당으로 들어가면 조직에서 발견되는 글리코겐은 포도당으로부터 신체에 의해 합성되어야합니다.
합성
글리코겐 합성은 당 생성이라고하며 주로 근육과 간에서 발생합니다. 식이 요법과 함께 체내로 들어가는 포도당은 혈류로 들어가서 거기에서 세포로 전달되며, 여기서 글루코 키나아제라는 효소의 작용에 의해 즉시 인산화됩니다.
글루코 키나아제는 탄소 6에서 포도당을 인산화합니다. ATP는이 반응에 인과 에너지를 제공합니다. 결과적으로 포도당 6 인산염이 형성되고 ADP가 방출됩니다. 그런 다음 글루코스 6- 포스페이트는 위치 6에서 위치 1로 인을 이동시키는 포스 포 글루코 무타 제의 작용에 의해 글루코스 1- 포스페이트로 전환된다.
글루코스 1- 포스페이트는 글리코겐 합성을 위해 활성화 된 상태로 남아 있으며, 이는 UDP- 글루코스 피로 포스 포 릴라 제, 글리코겐 합성 효소 및 아밀-(1,4 → 1,6)-글리코 실 트랜스퍼 라제와 같은 세 가지 다른 효소의 참여를 포함합니다.
글루코스 -1- 포스페이트는 우리 딘 트리 포스페이트 (UTP, 우리 딘 트리 포스페이트의 뉴 클레오 사이드)와 함께 UDP-Glucose-pyrophosphorylase의 작용에 의해 우리 딘 디 포스페이트-글루코스 복합체 (UDP Glc)를 형성합니다. 이 과정에서 피로 인산 이온이 가수 분해됩니다.
효소 글리코겐 합성 효소는 UDP Glc 복합체의 C1과 글리코겐의 말단 포도당 잔기의 C4 사이에 글리코 시드 결합을 형성하고 UDP는 활성화 된 포도당 복합체에서 방출됩니다. 이 반응이 일어나려면 "원시 글리코겐"이라고 불리는 기존 글리코겐 분자가 있어야합니다.
Primordial glycogen은 37kDa이고 UDP Glc 복합체에 의해 티로신 잔기로 글리코 실화 된 프라이머 단백질 인 글리코 게닌에서 합성됩니다. 거기에서 α-D-Glucose 잔기는 1 → 4 결합으로 연결되고 글리코겐 합성 효소가 작용하는 작은 사슬이 형성됩니다.
초기 사슬이 적어도 11 개의 포도당 잔기를 연결하면, 분지 효소 또는 아밀-(1,4 → 1,6)-글리코 실 트랜스퍼 라제는 6 개 또는 7 개의 포도당 잔기의 사슬 조각을 위치 1의 인접 사슬로 옮깁니다. → 6,이를 통해 분기점을 설정합니다. 이렇게 구성된 글리코겐 분자는 1 → 4 글리코 시드 결합과 더 많은 가지를 가진 포도당 단위를 추가하여 성장합니다.
하락
글리코겐의 분해를 글리코겐 분해라고하며, 합성의 역방향 경로와 동일하지 않습니다. 이 경로의 속도는 글리코겐 포스 포 릴라 아제 촉매 반응 속도에 의해 제한됩니다.
글리코겐 포스 포 릴라 제는 글리코겐 사슬의 1 → 4 결합을 절단 (인산화)하여 포도당 1- 인산을 방출합니다. 효소 작용은 가장 바깥 쪽 사슬의 끝에서 시작하여 가지의 각면에 4 개의 포도당 잔기가 남을 때까지 순차적으로 제거됩니다.
그런 다음 또 다른 효소 인 α- (1 → 4) → α- (1 → 4) 글루칸 전이 효소는 한 가지에서 다른 가지로 삼당 류 단위를 전달하여 가지 점을 노출시킵니다. 이것은 아밀-(1 → 6)-글루코시다 아제 (탈 분지 효소)가 1 → 6 결합을 가수 분해하여 포스 포 릴라 아제의 작용을 겪게 될 가지를 제거하도록합니다. 이러한 효소의 결합 된 작용은 결국 글리코겐을 완전히 절단합니다.
초기 포스 포뮤 타제 반응은 가역적이기 때문에 글루코스 6- 포스페이트는 글리코겐의 절단 된 글루코스 1- 포스페이트 잔기로부터 형성 될 수있다. 근육이 아닌 간과 신장에는 포도당 6- 인산을 탈 인산화하여 유리 포도당으로 전환 할 수있는 효소 인 포도당 -6- 인산 효소가 있습니다.
탈 인산화 된 포도당은 혈액으로 확산 될 수 있으며 이것이 혈당 수치 (혈당증)의 증가에 간 글리코겐 분해가 반영되는 방식입니다.
합성 및 분해 조절
합성의
이 과정은 글리코겐 합성 효소와 글리코겐 포스 포 릴라 아제의 두 가지 기본 효소에 적용됩니다.이 효소 중 하나가 활성화되면 다른 하나는 비활성 상태가됩니다. 이 조절은 합성과 분해의 반대 반응이 동시에 발생하는 것을 방지합니다.
두 효소의 활성 형태와 비활성 형태는 매우 다르며, 포스 포 릴라 아제와 글리코겐 합성 효소의 활성 및 비활성 형태의 상호 전환은 엄격하게 호르몬에 의해 제어됩니다.
에피네프린은 부신 수질에서 방출되는 호르몬이며 글루카곤은 췌장의 내분비 부분에서 생성되는 또 다른 호르몬입니다. 내분비 췌장은 인슐린과 글루카곤을 생성합니다. 랑게르한스 섬의 α 세포는 글루카곤을 합성하는 세포입니다.
아드레날린과 글루카곤은 혈당 수치 감소에 대한 반응으로 에너지가 필요할 때 방출되는 두 가지 호르몬입니다. 이 호르몬은 글리코겐 포스 포 릴라 아제의 활성화를 자극하고 글리코겐 합성 효소를 억제하여 글리코겐 분해를 자극하고 글리코 생성을 억제합니다.
아드레날린은 근육과간에 작용하지만 글루카곤은간에 만 작용합니다. 이 호르몬은 표적 세포의 특정 막 수용체에 결합하여 아데 닐 레이트 사이 클라 제를 활성화합니다.
adenylate cyclase의 활성화는 한편으로는 글리코겐 합성 효소를 비활성화하고 인산화에 의해 글리코겐 포스 포 릴라 제를 활성화하는 cAMP 의존성 단백질 키나제를 활성화하는 효소 적 캐스케이드를 시작합니다 (각각 직접 및 간접).
골격근은 칼슘을 통한 글리코겐 포스 포 릴라 아제의 또 다른 활성화 메커니즘을 가지고 있는데, 이는 수축이 시작될 때 근육 막의 탈분극의 결과로 방출됩니다.
저하
이전에 설명한 효소 적 캐스케이드는 결국 포도당 수준을 증가시키고 이것이 특정 수준에 도달하면 글리코 생성이 활성화되고 글리코겐 분해가 억제되어 에피네프린과 글루카곤의 후속 방출도 억제됩니다.
글리코겐 합성은 글리코겐 합성 효소의 억제제 인 포스 포 릴라 아제 키나아제와 포스 포 릴라 아제 α의 불 활성화를 포함하는 다양한 메커니즘으로 글리코겐 합성을 조절하는 효소 인 포스 포 릴라 아제 포스 파타 아제의 활성화를 통해 활성화됩니다.
인슐린은 포도당이 근육 세포로 들어가는 것을 촉진하여 포도당 6- 인산 수준을 증가시켜 글리코겐 합성 효소의 탈 인산화 및 활성화를 자극합니다. 따라서 합성이 시작되고 글리코겐의 분해가 억제됩니다.
풍모
근육 글리코겐은 예비 지방과 마찬가지로 근육이 기능을 수행 할 수 있도록하는 근육의 에너지 예비를 구성합니다. 포도당의 원천이기 때문에 근육 글리코겐은 운동 중에 사용됩니다. 이러한 비축량은 신체 훈련으로 증가합니다.
간에서 글리코겐은 장기 기능과 신체의 나머지 부분에 포도당을 공급하기위한 중요한 예비 공급원이기도합니다.
간 글리코겐의 이러한 기능은 간이 포도당 6- 인산에서 인산기를 제거하여 유리 포도당으로 전환 할 수있는 효소 인 포도당 6- 인산 가수 분해 효소를 포함하고 있기 때문입니다. 인산화 된 포도당과 달리 유리 포도당은 간세포 (간세포)의 막을 통해 확산 될 수 있습니다.
이것이 간이 장기적인 단식 상태에서도 순환에 포도당을 공급하고 안정적인 포도당 수준을 유지할 수있는 방법입니다.
이 기능은 매우 중요합니다. 뇌는 거의 전적으로 혈당에 의존하기 때문에 심각한 저혈당증 (혈중 포도당 농도가 매우 낮음)은 의식 상실을 유발할 수 있습니다.
관련 질병
글리코겐 관련 질병은 일반적으로 "글리코겐 축적 질병"이라고합니다.
이러한 질병은 조직에 비정상적인 양 또는 유형의 글리코겐이 침착되는 것을 특징으로하는 유전성 병리의 그룹을 구성합니다.
대부분의 글리코겐 저장 질환은 글리코겐 대사에 관여하는 효소의 유전 적 결핍으로 인해 발생합니다.
그들은 8 가지 유형으로 분류되며, 대부분은 고유 한 이름을 가지고 있으며 각각 다른 효소 결핍으로 인해 발생합니다. 일부는 생애 초기에 치명적이며 다른 일부는 운동 중 근육 약화 및 결핍과 관련이 있습니다.
주요 예
가장 두드러진 글리코겐 관련 질환은 다음과 같습니다.
-폰 기르 케병 또는 제 1 형 글리코겐 축적 병은 간과 신장의 포도당 6- 포스파타제 결핍으로 인해 발생합니다.
간이 순환계에 포도당을 공급할 수 없게되므로 과장된 글리코겐 축적과 저혈당증으로 인한 간 비정상적인 성장 (간 비대)이 특징입니다. 이 상태의 환자는 성장 장애가 있습니다.
-폼페 또는 제 2 형 질환은 간, 심장 및 골격근의 α- (1 → 4)-글루칸 6- 글리코 실트 란 스피어의 결핍으로 인한 것입니다. 이 질병은 Andersen 또는 Type IV와 마찬가지로 2 세 이전에 치명적입니다.
-McArdle 또는 Type V 질병은 근육 포스 포 릴라 아제 결핍을 나타내며 근육 약화, 운동 내성 감소, 근육 글리코겐의 비정상적인 축적 및 운동 중 젖산 부족을 동반합니다.
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