Кіріспе
Гликоген – жануарларда, саңырауқұлақтарда және бактерияларда энергияны сақтау түрі ретінде қызмет ететін глюкозаның көп тармақты полисахариді. Бұл адам организміндегі глюкозаның негізгі сақталу түрі. Гликоген энергия қорының үш жиі қолданылатын түрінің бірі болып табылады: креатин фосфаты – өте қысқа мерзімге, гликоген – қысқа мерзімге, ал майлы тіндердегі (яғни дене майы) триглицеридтер – ұзақ мерзімге сақталады. Ақуыздар, аминқышқылдарына ыдырағанда, аштық және гликолиттік дағдарыс жағдайларын қоспағанда, энергияның негізгі көзі ретінде сирек қолданылады (биоэнергетикалық жүйелерге қараңыз). Адамдарда гликоген негізінен бауыр және қаңқа бұлшық еттері жасушаларында түзіледі және сақталады. Қаңқа бұлшық еттерінде гликогеннің концентрациясы төмен болады (бұлшық ет массасының 1–2%): 70 кг салмақтағы ересек адамның қаңқа бұлшық еті шамамен 400 грамм гликогенді сақтайды. Гликоген сондай-ақ ақ қан жасушаларында және мидағы глиальды жасушаларда кездеседі. Жүктілік кезінде жатырда да гликоген сақталады, ол ұрықты қоректендіруге қажет. Организмде сақталатын гликоген мөлшері көбінесе 1-типті тотықтырушы талшықтарға, физикалық жаттығуларға, базалық метаболизм жылдамдығына және тамақтану әдеттеріне байланысты. Тыныш күйдегі бұлшықет гликогенінің әртүрлі деңгейлеріне гликоген бөлшектерінің санын өзгерту арқылы, емес, қолданыстағы бөлшектердің мөлшерін арттыру арқылы қол жеткізіледі. Адамның қанында әрқашан шамамен 4 грамм глюкоза болады.
Glycogen is a multibranched polysaccharide of glucose that serves as a form of energy storage in animals, fungi, and bacteria. It is the main storage form of glucose in the human body. Glycogen functions as one of three regularly used forms of energy reserves, creatine phosphate being for very short term, glycogen being for short term and the triglyceride stores in adipose tissue (i. e., body fat) being for long term storage. Protein, broken down into amino acids, is seldom used as a main energy source except during starvation and glycolytic crisis (see bioenergetic systems). In humans, glycogen is made and stored primarily in the cells of the liver and skeletal muscle. In skeletal muscle, glycogen is found in a low concentration (1–2% of the muscle mass): the skeletal muscle of an adult weighing 70 kg stores roughly 400 grams of glycogen. white blood cells, and glial cells in the brain. The uterus also stores glycogen during pregnancy to nourish the embryo. The amount of glycogen stored in the body mostly depends on oxidative type 1 fibres, physical training, basal metabolic rate, and eating habits. Different levels of resting muscle glycogen are reached by changing the number of glycogen particles, rather than increasing the size of existing particles
Approximately 4 grams of glucose are present in the blood of humans at all times;
Құрылымы
Гликоген – глюкоза қалдықтарының сызықтық тізбектерінен тұратын тармақталған биополимер, оның орташа тізбек ұзындығы шамамен 8–12 глюкоза бірлігі және гликогеннің бір молекуласына 2000–60 000 қалдық. Амилопектин сияқты, глюкоза бірліктері α(1→4) гликозидтік байланыстар арқылы бір глюкозадан екіншісіне сызықтық түрде байланысады. Бұтақтар α(1→6) гликозидтік байланыстар арқылы жаңа бұтақтың бірінші глюкозасы мен тірек тізбегіндегі глюкозаның арасында бұтақталған тізбектерге байланысты. Әрбір гликоген – бұл глюкоза ағаштарының шары, шамамен 12 қабаттан тұрады және гликогенин ақуызының ортасында орналасқан, үш түрлі глюкоза тізбегін қамтиды: А, В және С. Гликогенинге жалғасқан жалғыз С тізбегі бар. Бұл С тізбегі гликогениннің өзіндік глюкозилденуі арқылы пайда болатын қысқа праймерлік тізбек болып табылады. С тізбегінен В тізбектері өседі, ал В тізбектерінен В және А тізбектері тармақталады. В тізбектерінде орташа есеппен 2 тармақталу нүктесі бар, ал А тізбектері терминалды, яғни тармақталмаған. Әр тізбектің ұзындығы орташа есеппен 12-ге жуық, және 11 мен 15 арасында қатаң шектеледі. Барлық А тізбектері гликогеннің сфералық бетіне жетеді. Гликоген бұлшықет, бауыр және май жасушаларында гидратацияланған күйде сақталады, ол гликогеннің бір бөлігіне шамамен 0,45 миллимоль (18 мг) калиймен байланысты судың үш немесе төрт бөлігінен тұрады. Глюкоза – осмостық молекула, және жоғары концентрацияда осмостық қысымға күшті әсер етеді, егер жасушада өзгертілмей сақталса, жасушаның зақымдануына немесе өліміне әкелуі мүмкін. Оның құрамында аз мөлшерде бар басқа жасушалар да оны жергілікті түрде пайдаланады. Бұлшықет жасушаларында глюкоза-6-фосфатаза болмайды, ол глюкозаны қанға жіберу үшін қажет, сондықтан олар сақтаған гликоген тек ішкі пайдалану үшін қол жетімді және басқа жасушалармен бөліспейді. Бұл бауыр жасушаларының қажеттілікке қарай сақталған гликогенін глюкозаға айналдырып, оны қан ағыны арқылы басқа органдарға отын ретінде жіберу қабілетінен өзгеше. Скелет бұлшық еттеріне бұлшықеттердің жиырылуы мен босаңсуы үшін АТФ (энергия көзі) қажет, бұл жылжымалы жіп теориясы деп аталады. Скелет бұлшық еттері демалыстан белсенділікке ауысқандағы алғашқы минуттарда, сондай-ақ жоғары қарқынды аэробтық және барлық анаэробтық белсенділік кезінде негізінен гликогенолизға тәуелді. Анаэробтық белсенділік кезінде, мысалы, ауыр атлетика және изометриялық жаттығулар кезінде, фосфаген жүйесі (АТФ PCr) және бұлшықет гликогені ғана қолданылады, себебі олар оттегі мен қан ағынын қажет етпейді. Жаттығу қарқындылығының деңгейі қандай субстраттың (отынның) АТФ синтезі үшін қолданылатынын анықтайды. Бұлшықет гликогені АТФ синтезі үшін қандағы глюкозаға қарағанда әлдеқайда жоғары деңгейде субстратты қамтамасыз ете алады. Ең жоғары қарқынды жаттығу кезінде бұлшықет гликогені 40 ммоль глюкоза/кг ылғал салмағы/минутты, ал қандағы глюкоза 4–5 ммольді қамтамасыз етеді. Бұлшықет гликогеніне тәуелділік тек бұлшықетті жоғары қарқынды жаттығу кезінде жеткілікті АТФпен қамтамасыз ету үшін ғана емес, сонымен қатар қандағы глюкозаның гомеостазын сақтау үшін де қажет (яғни бұлшықеттердің қаннан бауыр қамтамасыз ете алатын глюкозадан әлдеқайда көп глюкозаны алуына байланысты гипогликемияға ұшырамау үшін). Алайда, Бесфорд және әріптестерінің зерттеулерінде кішкентай бұрышты рентген сәулелерін шашырату эксперименттері және тармақталу теориясының модельдері гликогеннің кездейсоқ гипертармақталған полимерлік нанобөлшек екенін көрсетті. Гликогеннің құрылысы фракталды емес. Бұл кейіннен гликоген бөлшектерінің өсуінің Монте-Карло симуляцияларын жүргізген басқа зерттеушілермен расталды, олар молекулалық тығыздықтың нанобөлшек құрылымының ортасына жақын ең жоғары деңгейге жететінін көрсетті (шеткі жағында тығыздығы жоғарырақ болатын фракталды құрылымға қайшы).
Тарих
Гликогенді Клод Бернард ашқан. Оның тәжірибелері бауырда қантты азайтатын затты, бауырдағы "фермент" әрекеті арқылы тудыра алатынын көрсетті. 1857 жылы ол "la matière glycogène", яғни "қант түзетін зат" деп атаған затты бөліп алуды сипаттады. Гликогеннің бауырда табылғаннан кейін, А. Сансон бұлшықет тінінде де гликоген болатынын анықтады. Гликогеннің эмпирикалық формуласы n ретінде 1858 жылы Кекулемен белгіленді.
Синтез
Гликоген синтезі, ыдырауынан айырмашылығы, эндергоникалық – ол энергияны қажет етеді. Гликоген синтезі үшін энергия уродин трифосфатынан (УТФ) келеді, ол глюкоза-1-фосфатпен реакцияласып, УДФ-глюкозаны құрайды, бұл реакция УТФ-глюкоза-1-фосфат уридилилтрансфераза ферментімен катализделеді. Гликоген бастапқыда УДФ-глюкоза мономерлерінен гликогенин протеині арқылы синтезделеді, онда гликогеннің тотығушы ұшы үшін екі тирозин тірегі бар, себебі гликогенин гомодимер болып табылады. Тирозин қалдықтарына шамамен сегіз глюкоза молекуласы қосылғаннан кейін, гликоген синтетаза ферменті УДФ-глюкозаны пайдаланып гликоген тізбегін прогрессивті түрде ұзартады, гликоген тізбегінің тотықпайтын ұшына α(1→4) байланысқан глюкозаны қосады. Гликогенді тармақтау ферменті, гликоген молекуласының ішкі жағына тереңірек орналасқан глюкоза қалдықтарының C6 гидроксил тобына, тотықпайтын ұштан алты немесе жеті глюкоза қалдықтарының терминалды фрагментін ауыстыруын катализдейді. Тармақтау ферменті тек кемінде 11 қалдықтан тұратын тармаққа ғана әсер ете алады, және фермент бірнеше глюкоза тізбегіне немесе жақын орналасқан глюкоза тізбектеріне ауысуы мүмкін.
Гликогеннің метаболизмі бұзылуы
Гликоген метаболизмі бұзылған ең көп таралған ауру – қант диабеті, онда инсулин мөлшерінің қалыпты болмауынан бауыр гликогенінің артық жиналуы немесе азайуы мүмкін. Глюкоза метаболизмінің қалыпқа келтірілуі әдетте гликоген метаболизмін де қалыпқа келтіреді. Инсулиннің шамадан тыс көп мөлшерінен туындаған гипогликемияда бауырдағы гликоген деңгейі жоғары болады, бірақ инсулиннің жоғары деңгейі қалыпты қан қант деңгейін сақтау үшін қажетті гликогенолиз процесіне кедерілді етеді. Глюкагон – осы типтегі гипогликемияны емдеуде қолданылатын кең таралған құрал. Көмірсулар метаболизмінің туа біткен бұзылыстары гликоген синтезі немесе ыдырауы үшін қажетті ферменттер мен тасымалдаушы ақуыздардың жетіспеушілігінен туындайды. Бұлар жиынтығында гликогенді жинақтау аурулары деп аталады.