GLIKOJEN: YAPI, SENTEZ, BOZULMA, FONKSIYONLAR - BIYOLOJI - 2024

Glikojen en memelilerin karbonhidrat saklanmasıdır. Karbonhidratlar genellikle şeker olarak adlandırılır ve bunlar hidrolizin neden olduğu kalıntıların sayısına göre sınıflandırılır (monosakkaritler, disakkaritler, oligosakaritler ve polisakkaritler).

Monosakkaritler, yapılarında bulunan karbon sayısına göre sınıflandırılan en basit karbonhidratlardır. Daha sonra triozlar (3C), tetrosas (4C), pentozlar (5C), heksozlar (6C), heptozlar (7C) ve octozalar (8C) vardır.

Glikozidik bağları gösteren glikojenin kimyasal yapısı (Kaynak: Glykogen.svg: NEUROtiker türevi çalışması: Wikimedia Commons aracılığıyla Marek M)

Aldehit grubunun veya keton grubunun varlığına bağlı olarak, bu monosakaritler ayrıca sırasıyla aldozlar veya ketozlar olarak sınıflandırılır.

Disakkaritler, hidroliz yoluyla iki basit monosakkarite neden olurken, oligosakkaritler 2 ila 10 monosakkarit birimi üretir ve polisakkaritler 10'dan fazla monosakkarit üretir.

Glikojen, biyokimyasal bir bakış açısıyla, altı karbonlu aldozun dallı zincirlerinden, yani glikoz olarak bilinen bir heksozdan oluşan bir polisakkarittir. Glikojen, grafiksel olarak bir glikoz ağacı olarak gösterilebilir. Buna hayvan nişastası da denir.

Bitkilerde glikoz nişasta olarak ve hayvanlarda glikojen olarak depolanır ve bu da öncelikle karaciğer ve kas dokusunda depolanır.

Karaciğerde glikojen, kütlesinin% 10'unu ve kas kütlesinin% 1'ini oluşturabilir. 70 kg'lık bir erkekte olduğu gibi, karaciğer yaklaşık 1800 gr ve kaslar yaklaşık 35 kg ağırlığındadır, toplam kas glikojeni miktarı karaciğerden çok daha yüksektir.

yapı

Glikojenin moleküler ağırlığı, 6 × 105 glikoz molekülüne eşdeğer olan 108 g / mol'e ulaşabilir. Glikojen, çok sayıda dallı α-D-glikoz zincirinden oluşur. Glikoz (C6H12O6), doğrusal veya döngüsel formda gösterilebilen bir aldoheksozdur.

Glikojen, α- (1 → 4) glukozidik bağlarla bağlanan α-D-glikoz formunda 12 ila 14 glikoz kalıntısından oluşan zincirlerle oldukça dallı ve kompakt bir yapıya sahiptir. Zincirin dalları, α- (1 → 6) glukozidik bağlardan oluşur.

Glikojen, diyetteki nişasta gibi vücudun ihtiyaç duyduğu karbonhidratların çoğunu sağlar. Bağırsakta bu polisakkaritler hidrolizle parçalanır ve daha sonra esas olarak glikoz olarak kan dolaşımına emilir.

Üç enzim: ß-amilaz, α-amilaz ve amil-α- (1 → 6) -glukosidaz, hem glikojen hem de nişastanın bağırsak degradasyonundan sorumludur.

Α-Amilaz, hem glikojen hem de nişastanın yan zincirlerinin α- (1 → 4) bağlarını rastgele hidrolize eder ve bu nedenle endoglikosidaz olarak adlandırılır. Ss-amilaz, dallara ulaşmadan en dıştaki zincirlerin uçlarından α- (1 → 4) glikosidik bağları kırarak ß-maltoz dimerlerini serbest bırakan bir ekzoglikozidazdır.

Ne ß-amilaz ne de α-amilaz dal noktalarını indirgemediğinden, eylemlerinin son ürünü, sınır dekstrin adı verilen yaklaşık 35 ila 40 glikoz kalıntısından oluşan oldukça dallı bir yapıdır.

Sınır dekstrin nihayet “dallanmayı gideren” bir enzim olarak da bilinen amil-α- (1 → 6) -glukosidaz aracılığıyla α- (1 → 6) bağlarına sahip dallanma noktalarında hidrolize edilir. Bu dallanma ile serbest bırakılan zincirler daha sonra ß-amilaz ve a-amilaz tarafından bozulur.

Yutulan glikojen glikoz olarak girdiğinden, dokularda bulunan glikozdan vücut tarafından sentezlenmelidir.

sentez

Glikojen sentezine glikojenez denir ve esas olarak kas ve karaciğerde gerçekleşir. Diyetle vücuda giren glikoz, kan dolaşımına ve oradan da hücrelere geçer ve burada glikokinaz adı verilen bir enzimin etkisiyle hemen fosforile edilir.

Glukokinaz, karbon 6'da glikozu fosforile eder. ATP, bu reaksiyon için fosfor ve enerji sağlar. Sonuç olarak, glikoz 6-fosfat oluşur ve bir ADP salınır. Daha sonra glikoz 6-fosfat, fosforu 6. pozisyondan 1. pozisyona taşıyan bir fosfoglukomutazın etkisiyle glikoz 1-fosfata dönüştürülür.

Glikoz 1-fosfat, diğer üç enzimin katılımını içeren glikojenin sentezi için aktif halde kalır: UDP-glikoz pirofosforilaz, glikojen sentetaz ve amil- (1,4 → 1,6) -glikosiltransferaz.

Glikoz-1-fosfat, üridin trifosfat (UTP, bir üridin trifosfat nükleozidi) ile birlikte ve UDP-Glukoz-pirofosforilazın etkisiyle üridin difosfat-glikoz kompleksini (UDP Glc) oluşturur. İşlemde bir pirofosfat iyonu hidrolize edilir.

Enzim glikojen sentetaz daha sonra UDP Glc kompleksinin C1'i ile glikojenin bir terminal glikoz kalıntısının C4'ü arasında bir glikosidik bağ oluşturur ve UDP, aktive edilmiş glikoz kompleksinden salınır. Bu reaksiyonun gerçekleşmesi için önceden var olan ve "ilkel glikojen" adı verilen bir glikojen molekülü olması gerekir.

Primordiyal glikojen, 37 kDa olan ve UDP Glc kompleksi tarafından bir tirozin kalıntısına glikosile edilen bir primer protein olan glikojen üzerinde sentezlenir. Oradan, a-D-Glikoz kalıntıları 1 → 4 bağlarla bağlanır ve glikojen sentetazın etki ettiği küçük bir zincir oluşur.

İlk zincir en az 11 glikoz kalıntısını bağladığında, dallanan enzim veya amil- (1,4 → 1,6) -glikoziltransferaz, 6 veya 7 glikoz kalıntısından oluşan bir zincir parçasını, pozisyon 1'deki bitişik zincire aktarır. → 6, böylece bir dallanma noktası oluşturur. Bu şekilde inşa edilen glikojen molekülü, 1 → 4 glikosidik bağ ve daha fazla dal içeren glikoz birimlerinin eklenmesiyle büyür.

bozulma

Glikojenin parçalanmasına glikojenoliz adı verilir ve bu, sentezinin ters yoluna eşdeğer değildir. Bu yolun hızı, glikojen fosforilazla katalize edilen reaksiyonun hızı ile sınırlıdır.

Glikojen fosforilaz, glikojen zincirlerinin 1 → 4 bağlarının bölünmesinden (fosforoliz) sorumludur ve glikoz 1-fosfat salgılar. Enzimatik etki, en dıştaki zincirlerin uçlarında başlar ve dalların her iki yanında 4 glikoz kalıntısı kalana kadar sırayla uzaklaştırılır.

Daha sonra başka bir enzim, α- (1 → 4) → α- (1 → 4) glukan transferaz, bir trisakkarit birimini bir daldan diğerine aktararak dallanma noktasını açığa çıkarır. Bu, amil- (1 → 6) -glukosidazın (dallanmayı gideren enzim) fosforilaz etkisine maruz kalacak dalı kaldırarak 1 → 6 bağını hidrolize etmesine izin verir. Bu enzimlerin birleşik etkisi, glikojeni tamamen parçalayarak sonuçlanır.

İlk fosfomutaz reaksiyonu tersine çevrilebilir olduğundan, glikojenin bölünmüş glukoz 1-fosfat kalıntılarından glikoz 6-fosfat oluşturulabilir. Karaciğer ve böbrekte, ancak kasta değil, glikoz 6-fosfatı defosforile edebilen ve onu serbest glikoza çevirebilen bir enzim, glikoz-6-fosfataz vardır.

Defosforile glikoz kana yayılabilir ve bu, hepatik glikojenolizin kan glikoz değerlerinde (glisemi) bir artışa yansımasıdır.

Sentez ve bozunmanın düzenlenmesi

Sentezin

Bu işlem, iki temel enzime uygulanır: glikojen sentetaz ve glikojen fosforilaz, öyle ki bunlardan biri aktif olduğunda diğeri inaktif durumda olacaktır. Bu düzenleme, zıt sentez ve bozulma reaksiyonlarının aynı anda meydana gelmesini önler.

Her iki enzimin aktif formu ve inaktif formu çok farklıdır ve aktif ve inaktif fosforilaz ve glikojen sentetaz formlarının birbirine dönüşümü kesinlikle hormonal olarak kontrol edilir.

Epinefrin, adrenal medulladan salınan bir hormondur ve glukagon, pankreasın endokrin kısmında üretilen bir başka hormondur. Endokrin pankreas, insülin ve glukagon üretir. Langerhans adacıklarının α hücreleri, glukagon sentezleyenlerdir.

Adrenalin ve glukagon, azalan kan şekeri seviyelerine yanıt olarak enerjiye ihtiyaç duyulduğunda salgılanan iki hormondur. Bu hormonlar, glikojen fosforilazın aktivasyonunu uyarır ve glikojen sentetazı inhibe eder, böylece glikojenolizi uyarır ve glikojenezi inhibe eder.

Adrenalin, kas ve karaciğere etkisini gösterirken, glukagon yalnızca karaciğere etki eder. Bu hormonlar, adenilat siklazı aktive eden hedef hücrede spesifik membran reseptörlerine bağlanır.

Adenilat siklazın aktivasyonu, bir yandan glikojen sentetazı inaktive eden ve fosforilasyon yoluyla glikojen fosforilazı aktive eden (sırasıyla doğrudan ve dolaylı olarak) cAMP'ye bağlı bir protein kinazı aktive eden bir enzimatik kaskad başlatır.

İskelet kası, kasılmanın başlangıcında kas zarının depolarizasyonunun bir sonucu olarak salınan kalsiyum yoluyla glikojen fosforilazın başka bir aktivasyon mekanizmasına sahiptir.

Bozulma

Daha önce tarif edilen enzimatik kaskadlar, artan glukoz seviyelerine neden olur ve bunlar belirli bir seviyeye ulaştığında, glikojenez aktive edilir ve glikojenoliz inhibe edilir, ayrıca epinefrin ve glukagonun sonraki salımını da inhibe eder.

Glikojen sentez, glikojen sentetaz inhibitörü olan fosforilaz kinaz ve fosforilaz α'nın inaktivasyonunu içeren çeşitli mekanizmalarla glikojen sentezini düzenleyen bir enzim olan fosforilaz fosfatazın aktivasyonu yoluyla aktive edilir.

İnsülin, glikozun kas hücrelerine girişini teşvik eder, glikoz 6-fosfat seviyelerini yükseltir, bu da glikojen sentetazın defosforilasyonunu ve aktivasyonunu uyarır. Böylece sentez başlar ve glikojenin bozulması önlenir.

Özellikleri

Kas glikojeni, yedek yağlar gibi kasın işlevlerini yerine getirmesine izin veren kas için bir enerji rezervi oluşturur. Glikoz kaynağı olan kas glikojeni egzersiz sırasında kullanılır. Bu rezervler beden eğitimi ile artar.

Karaciğerde glikojen, hem organ fonksiyonları hem de vücudun geri kalanına glikoz sağlamak için önemli bir rezerv kaynağıdır.

Karaciğer glikojenin bu işlevi, karaciğerin, fosfat grubunu glikoz 6-fosfattan çıkarabilen ve onu serbest glikoza dönüştüren bir enzim olan glikoz 6-fosfataz içermesinden kaynaklanmaktadır. Serbest glikoz, fosforile glikozun aksine, hepatositlerin (karaciğer hücreleri) zarından geçebilir.

Bu, uzun süreli açlık koşullarında bile karaciğerin dolaşıma glikoz sağlaması ve stabil glikoz seviyelerini koruyabilmesidir.

Beyin neredeyse tamamen kan şekeri ile beslendiği için bu işlev büyük önem taşır, bu nedenle şiddetli hipoglisemi (kanda çok düşük glikoz konsantrasyonları) bilinç kaybına neden olabilir.

İlgili hastalıklar

Glikojenle ilişkili hastalıklar genel olarak "glikojen depo hastalıkları" olarak adlandırılır.

Bu hastalıklar, anormal miktarlarda veya glikojen tiplerinde dokularda birikme ile karakterize edilen bir grup kalıtsal patolojiyi oluşturur.

Çoğu glikojen depolama hastalığı, glikojen metabolizmasında yer alan enzimlerin herhangi birinin genetik eksikliğinden kaynaklanır.

Çoğu kendi ismine sahip olan ve her biri farklı bir enzim eksikliğinden kaynaklanan sekiz türe ayrılırlar. Bazıları çok erken yaşlarda ölümcül olurken, diğerleri egzersiz sırasında kas güçsüzlüğü ve eksikliklerle ilişkilidir.

Öne çıkan örnekler

Glikojenle ilgili en belirgin hastalıklardan bazıları şunlardır:

- Von Gierke hastalığı veya Tip I glikojen depolama hastalığı, karaciğerde ve böbrekte glikoz 6-fosfataz eksikliğinden kaynaklanır.

Karaciğerin dolaşıma glikoz sağlayamaması nedeniyle aşırı glikojen birikimi ve hipoglisemi nedeniyle karaciğerin anormal büyümesi (hepatomegali) ile karakterizedir. Bu rahatsızlığı olan hastalarda büyüme bozuklukları vardır.

- Pompe veya Tip II hastalığı, karaciğer, kalp ve iskelet kaslarındaki α- (1 → 4) -glukan 6-glikosiltransfer eksikliğinden kaynaklanmaktadır. Bu hastalık, Andersen veya Tip IV'te olduğu gibi, iki yaşından önce ölümcüldür.

- McArdle veya Tip V hastalığı, kas fosforilaz eksikliği gösterir ve buna kas güçsüzlüğü, azalmış egzersiz toleransı, anormal kas glikojen birikimi ve egzersiz sırasında laktat eksikliği eşlik eder.

Referanslar

1. Bhattacharya, K. (2015). Karaciğer glikojen depo hastalıklarının araştırılması ve yönetimi. Çeviri Pediatri, 4 (3), 240–248.
2. Dagli, A., Sentner, C. ve Weinstein, D. (2016). Glikojen Depolama Hastalığı Tip III. Gene İncelemeleri, 1–16.
3. Guyton, A. ve Hall, J. (2006). Tıbbi Fizyoloji Ders Kitabı (11. baskı). Elsevier Inc.
4. Mathews, C., van Holde, K. ve Ahern, K. (2000). Biyokimya (3. baskı). San Francisco, Kaliforniya: Pearson.
5. Mckiernan, P. (2017). Hepatik Glikojen Depo Hastalıklarının Patobiyolojisi. Curr Pathobiol Temsilcisi
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. ve Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. baskı). McGraw-Hill Medical.
7. Nelson, DL ve Cox, MM (2009). Biyokimyanın Lehninger İlkeleri. Omega Editions (5. baskı).
8. Rawn, JD (1998). Biyokimya. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
9. Tarnopolsky, MA (2018). Glikojen Metabolizma Bozukluklarına Bağlı Miyopatiler. Neurotherapeutics.