Tổng hợp glycogen

Bước 1: Phosphoryl hóa Glucose tạo Glucose-6-Phosphate (G-6-P)

Bắt đầu từ phân tử đường alpha-D-glucose, được đưa qua màng tế bào vào tế bào chất, tiếp xúc với enzyme nội bào (Tế bào gan: men Glucokinase, Tế bào cơ: Hexokinase), sử dụng ATP để chuyển thành Glucose-6-P và bắt đầu quá trình tổng hợp glycogen.

Tại cơ và mô ngoại vi có dự trữ glycogen, phân tử alpha-D-glucose vận chuyển vào trong nội bào, ngay lập tức được gắn 1 phosphat dưới tác động của Hexokinase (loại 1 và 2 - ái lực thấp với glucose) và tiêu tốn 1 ATP để tạo thành Glucose-6-P. Men Hexokinase loại 1 và 2 bị ức chế ngược bởi sản phẩm glucose-6-phosphate.

Tại gan, men Hexokinase loại 4 (còn tên là Glucokinase) có ái lực cao với glucose, chỉ hoạt động khi glucose máu dồi dào sau bữa ăn, không bị G6P ức chế ngược và được cảm ứng bởi Insullin

Bước 2: Đồng phân hóa G-6-P thành Glucose-1-Phosphate (G-1-P)

Enzyme Phosphoglucomutase xúc tác chuyển dịch thuận nghịch nhóm phosphate từ carbon số 6 sang carbon số 1.

Khi nồng độ G-6-P nội bào tăng cao sau bữa ăn, cân bằng phản ứng bị đẩy mạnh theo chiều tạo G-1-P

Bước 3: Hoạt hóa G-1-P thành UDP-Glucose

Để có đủ năng lượng gắn vào mạch polysaccharide, phân tử glucose phải được hoạt hóa bằng nucleoside triphosphate. Enzyme UDP-glucose pyrophosphorylase xúc tác phản ứng giữa G-1-P và uridine triphosphate (UTP)

Pyrophosphate [PPi] tạo thành lập tức bị enzyme pyrophosphatase thủy phân thành 2 Pi, giải phóng năng lượng tự do, giúp kéo phản ứng theo một chiều không thuận nghịch.

Bước 4: Tạo mồi và kéo dài mạch nhờ Glycogenin và Glycogen Synthase

Tạo đoạn mồi (Glycogen primer): Enzyme glycogen synthase không thể tự gắn trực tiếp UDP-glucose vào một đơn phân đơn lẻ mà bắt buộc phải có một đoạn mồi chứa ít nhất 4 gốc glucose. Protein Glycogenin đóng vai trò là chất mồi ban đầu: nó tự gắn một phân tử glucose từ UDP-glucose vào gốc tyrosine trong trung tâm hoạt động của mình, sau đó tự xúc tác gắn liên tiếp các gốc glucose tiếp theo để tạo chuỗi mồi ngắn.

Kéo dài mạch chính: Khi đoạn mồi đủ dài, enzyme Glycogen synthase tiếp quản, xúc tác chuyển gốc glucosyl từ UDP-glucose gắn vào đầu không khử (nonreducing end) của chuỗi glycogen đang phát triển thông qua liên kết alpha(1-4) glycosidic.

Bước 5: Tạo nhánh nhờ Enzyme tạo nhánh (Branching Enzyme)

Glycogen synthase chỉ có khả năng tạo liên kết thẳng alpha(1-4) mà không thể tạo liên kết nhánh alpha(1-6).
Khi chuỗi glucose dài ra được tối thiểu 11 gốc, enzyme tạo nhánh (còn gọi là amylo(1-4 --> 1-6)-transglycosylase) sẽ cắt một đoạn khoảng 7 gốc glucose từ đầu không khử của mạch chính và chuyển gắn vào nhóm hydroxyl ở vị trí C-6 của một gốc glucose nằm phía trong cùng mạch hoặc mạch lân cận, tạo thành liên kết phân nhánh alpha(1-6).
Ý nghĩa cấu trúc: Cấu trúc phân nhánh dày đặc này giúp tăng độ tan và tính cô đọng của phân tử glycogen, đồng thời tạo ra vô số đầu không khử để các enzyme có thể phân giải hoặc bổ sung glucose cực kỳ nhanh chóng khi có nhu cầu năng lượng.

Chi phí năng lượng

Quá trình tổng hợp glycogen là một con đường đồng hóa đòi hỏi năng lượng. Với mỗi phân tử glucose tự do được gắn vào cấu trúc glycogen:

Tiêu tốn 1 ATP ở bước phosphoryl hóa glucose thành G-6-P.
Tiêu tốn 1 UTP (tương đương năng lượng của 1 ATP) ở bước tạo UDP-glucose.
Tổng chi phí: 2 liên kết phosphat cao năng cho mỗi gốc glucose được dự trữ

Cơ chế điều hòa quá trình tổng hợp Glycogen

Glycogen synthase là enzyme kiểm soát tốc độ giới hạn then chốt và chịu sự điều hòa đối ứng chặt chẽ với enzyme phân giải glycogen phosphorylase để tránh hiện tượng lãng phí năng lượng:

Điều hòa cộng hóa trị qua hormone (Covalent Modification):
- Insulin (trạng thái no): Thúc đẩy quá trình khử phosphoryl hóa, chuyển glycogen synthase từ dạng bất hoạt/hoạt tính thấp (dạng b) sang dạng hoạt động (dạng a), kích hoạt mạnh sự tổng hợp glycogen.
- Glucagon (ở gan khi đói) và Adrenaline (ở cơ/gan khi căng thẳng): Gắn lên thụ thể màng, kích hoạt con đường tín hiệu

Adenyl cyclase --> tăng cAMP --> hoạt hóa Protein Kinase A

Quá trình này phosphoryl hóa glycogen synthase thành dạng bất hoạt, ức chế tổng hợp đồng thời kích hoạt phân giải glycogen.

Điều hòa dị lập thể (Allosteric Modulation):
- Dạng phosphoryl hóa (kém hoạt động) của glycogen synthase vẫn có thể được hoạt hóa dị lập thể tạm thời khi nồng độ cơ chất Glucose-6-Phosphate trong tế bào tích lũy ở mức rất cao.
Chuyển vị trí tế bào (Translocation):
- Khi cơ ở trạng thái nghỉ ngơi và nồng độ glucose/insulin cao, glycogen synthase chuyển dịch liên kết trực tiếp với các phân tử glycogen để tổng hợp dự trữ; khi vận động cơ bắp, enzyme tách khỏi glycogen và chuyển dịch về bộ khung xương tế bào (cytoskeleton) để giảm hoạt tính.

Nguồn gốc cơ chất tại Gan

Tại gan, bên cạnh khoảng hai phần ba lượng G-6-P đến từ nguồn glucose hấp thu trực tiếp qua đường tiêu hóa, có khoảng một phần ba lượng G-6-P dùng để tổng hợp glycogen được cung cấp từ con đường tân tạo glucose (gluconeogenesis). Gan liên tục thu nhận lactate do hồng cầu và cơ vân đào thải ra máu để chuyển đổi thành glucose-6-phosphate rồi đưa vào dự trữ glycogen ngay cả trong trạng thái no.

Page updated

Google Sites

Report abuse