Cơ chế hình thành và hoạt động của glycogen. Vai trò và ý nghĩa sinh học

MỤC LỤC
GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
Lời mở đầu
Glucose là nhiên liệu chủ yếu của hầu hết các cơ thể sống và đóng vai trò trung tâm
trong chuyển hóa. Sự oxy hóa hoàn toàn glucose thành CO
2
và H
2
O theo phản ứng
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
→ 6CO
2
+ 6H
2
O giải phóng một năng lượng tự do. Glucose không chỉ là
một nhiên liệu tuyệt vời mà còn là tiền chất quan trọng, có khả năng tạo nên một lượng lớn
các chất chuyển hóa trung gian, các chất cần thiết cho các phản ứng tổng hợp. Từ glucose
có thể tổng hợp được một số amin, nucleotid, coenzyme, acid béo và nhiều chất chuyển
hóa trung gian cần thiết cho sự phát triển của cơ thể. Glucose có thể có hàng trăm hoặc
hàng ngàn cách biến hóa khác nhau. Ở cơ thể bậc cao hoặc động vật, glucose có 3 số phận
chủ yếu như sau: có thể được dự trữ dưới dạng polysaccarid hoặc saccarose, được oxy hóa
để tạo thành hợp chất ba cacbon ( pyruvat) theo con đường đường phân hoặc oxy hóa để
tạo thành các pentose theo con đường pentose phosphat.
Cũng giống như tất cả các con đường chuyển hóa, chuyển hóa glucid cũng được cơ thể

điều hòa một cách chặt chẽ. Để biết được sự điều hòa nó diễn ra như thế nào, ảnh hưởng
của cơ thể khi có hay không có cơ chế này nhóm chúng tôi đã chọn đề tài “ Cơ chế hình
thành và hoạt động của glycogen. Vai trò và ý nghĩa sinh học”
Page 1
GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
NỘI DUNG
1. Cấu tạo của glycogen
Glycogen là chất dự trữ glucid của động vật, có thể coi glycogen như là "tinh bột" của
động vật, vì nó cũng gồm 2 liên kết α -D 1-4 và α-D 1-6 glucoside, nhưng nó khác tinh bột
ở chỗ là sự rẽ nhánh rậm rạp hơn, cứ cách 8-10 phân tử glucose có một liên kết nhánh α-D
1-6. Glycogen có nhiều ở gan ( chiếm 5-7% khối lượng của gan) ở cơ nó chiếm 2% khối
lượng của cơ, do khối lượng cơ là lớn nên glycogen có ở cơ là chính. Hàm lượng này có
thể biến động phụ thuộc vào dinh dưỡng và trạng thái sinh lý (đói, no, lao động, ngủ,
thức...)

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử glycogen
2. Cơ chế hình thành
Tổng hợp glycogen xảy ra ở mọi tổ chức nhưng mạnh nhất là ở gan và cơ xương. Ở
gan, glycogen đóng vai trò dự trữ glucose và sẵn sàng cung cấp glucose cho các tổ chức
khác sử dụng, đồng thời nó đảm bảo mức đường huyết hằng định trong máu kể cả thời
điểm xa bữa ăn. Còn ở cơ, glycogen được dùng để thoái hóa thành glucose theo con đường
Đường phân, cung cấp năng lượng ATP cho sự co cơ.
Quá trình tổng hợp glycogen bắt đầu từ G6P là sản phẩm do phản ứng phosphoryl hóa
glucose xúc tác bởi hexokinase (ở gan) và glucose kinase (ở cơ):
D-glucose + ATP → D-glucose-6-phosphat +ADP
Page 2
GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
Hình 2.1. Phosphoryl hóa glucose
Tuy nhiên, phần lớn G6P lại là sản phẩm của con đường tân tạo glucose; glucose
trong thức ăn được hấp thu vào máu, biến đổi thành lactat rồi được gan thu nhận và biến

đổi thành G6P. Từ G6P, nó được đồng phân hóa thuận nghịch thành G1P nhờ
phosphoglucomutase:
Glucose-6-phosphat ↔ Glucose-1-phosphat
Hình 2.2. Đồng phân hóa G6P
Tiếp theo là phản ứng then chốt nhất trong quá trình tổng hợp glycogen: Phản ứng
tạo UDP-glucose (UDPG) xúc tác bởi UDPG pyrophosphorylase:
Glucose-1-phosphat + UTP → UDP-glucose + Ppi
Page 3
GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
Hình 2.3. Tạo UDP-glucose
Phản ứng xảy ra theo chiều tạo UDPG vì pyrophossphat bị thủy phân rất nhanh thành
ortophosphat nhờ có pyrophosphat vô cơ.
UDPG chính là chất trung gian để biến đổi galactose thành glucose. Nó chính là “chất cho”
gốc glucose trong quá trình tổng hợp glycogen dưới tác dụng của glycogen synthase. Có
thể có hai trường hợp xảy ra:
2.1Trường hợp có chuỗi glucan sẵn
Enzym glycogen synthase xúc tiến việc chuyển gốc glycosyl từ UDPG tới gắn vào đầu
không khử (C-4) của một phân tử glycogen có n gốc glucose có sẵn (hình 8.24) để tạo
thêm một liên kết mới (α -1→4) glucosid, nghĩa là tạo thành glycogen có n+1 gốc glucose.
Page 4
GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
Hình 2.4. Tổng hợp mạc thẳng của glycogen
Khi tạo thêm ít nhất 6 phân tử glucose thì enzym gắn nhánh amylose (1→4-1→6)-
transglycosylase hay glycosyl (4→6)- tranferase có tác dụng vừa cắt đứt liên kết (α-1→4)-
glycosid của đoạn glycogen mới tạo ra, vừa chuyển đến gắn vào OH của C-6 của gốc
glucose trên cùng một chuỗi hay chuỗi khác tạo ra một điểm nhánh mới (α-1→6) trong quá
trình sinh tổng hợp glycogen (hình 2.5)
Hình 2.5. Sự tạo thành một điểm nhánh (α-1→6) trong quá trình tổng hợp glycogen
bởi enzym gắn nhánh
Page 5

GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
Sau đó mạch nhánh mới tạo thành lại được kéo dài ra nhờ tác dụng của enzym
glycogen synthase dẫn đến tạo các liên kết mới (α-1→4) glycosid. Quá trình trên được lặp
lại làm cho số lượng mạch nhánh tăng dần lên cho đến khi đạt được một phân tử glycogen
có cấu trúc phù hợp với nhu cầu của tế bào.
Như vậy, tác dụng sinh học của sự gắn nhánh là làm cho phân tử glycogen dễ tan hơn
và số đầu không khử của nó tăng lên, do đó phản ứng được nhiều hơn với cả glycogen
phosphorylase và glycogen synthase.
2.2Trường hợp không có chuỗi glucan sẵn
Mở đầu cho quá trình tổng hợp glycogen cần phải có một chất mồi protein gọi là
glycogenin (M≈ 37284): chất này được tìm thấy ở đầu khử của các phân tử glycogen. Quá
trình tổng hợp diễn biến theo 5 giai đoạn (hình 2.6):
- Giai đoạn 1: Một gốc glucose từ UDPG gắn vào gốc Tyr
194
của glycogenin nhờ xúc
tác của protein-tyrosine-glycosyl transferase.
- Giai đoạn 2: Tạo phức hợp của glycogenin đã gắn glucose với glycogen synthase
theo tỉ lệ 1:1.
- Giai đoạn 3: Kéo dài chuỗi glucan cho tới khi tạo chuỗi gồm 7 gốc glucose hay
nhiều hơn. Mỗi gốc glucose mới gắn vào đều đi từ UDPG và đó là những phản ứng
tự xúc tác thông qua glycosyl transferase của glycogenin.
- Giai đoạn 4: Glycogen synthase tách dần khỏi glycogenin.
- Giai đoạn 5: Hoàn thành phân tử glycogen nhờ phối hợp tác dụng của glycogen
synthase và enzym gắn nhánh (glycogen branching enzym). Cuối cùng, glycogenin
vẫn gắn vào một đầu của phân tử glycogen đã được tạo thành.
Page 6
GVHD: ThS. Lâm Khắc Kỷ
Hình 2.6. Tổng hợp glycogen bằng một chất mồi protein (Glycogenin)
Page 7