تعريف الجليكوجين

الجليكوجين : هو عديد السكاريد ذات التفرعات الكبيرة ويعد الشكل الأساسي لتخزين الجلوكوز في البشر والحيوانات ، ويمثل الجليكوجين خزان ضروري للطاقة [1] .

وعندما يتطلب الجسم طاقة ، يبدأ الجليكوجين في التحلل إلى جلوكوز ، ومن ثم يسلك الجليكوجين مسار الفوسفات الخاص بالجلوكوز أو البنتوز أو يطلق في مجرى الدم ، ويعد الجليكوجين أيضا صورة ضرورية من صور تخزين الجلوكوز في الفطريات و البكتيريا .

اين يتم بناء الجليكوجين

الجليكوجين هو عبارة عن بوليمر الجلوكوز ذات تفرعات يتم الربط بين بقايا الجلوكوز خطيا عن طريق روابط (α-1،4 glycosidic) ، وكل (10) بقايا تقريبًا تتفرع سلسلة من بقايا الجلوكوز من خلال روابط (α-1،6 glycosidic) .

وينتج عن روابط (α-glycosidic) تشكيل بنية بوليمر حلزونية ، ويرطب الجليكوجين من خلال (3:4) أجزاء من الماء ويكون حبيبات في السيتوبلازم يتميز بقطر ( 10-40) نانومتر.

كما يوجد بروتين الجليكوجين ، الذي يساهم في بناء الجليكوجين في جوف كل حبيبة جليكوجين ، ويعد الجليكوجين مشابها للنشا ، وهو الصورة الأساسية لتخزين الجلوكوز في أغلب النباتات ، لكن النشا يمتلك عدد أقل من الفروع وذات ضغط أقل من الجليكوجين .

تخزين الجليكوجين

في الجسم السليم يبدي البنكرياس استجابة للمستويات الأعلى من الجلوكوز في الدم ، علي سبيل المثال ( الاستجابة للأكل) ، من خلال إفراز الأنسولين الذي يقلل مستويات الجلوكوز في الدم من خلال حث كل من (الكبد، والعضلات) على امتصاص الجلوكوز من الدم ومن ثم تخزينه في صورة جليكوجين [2] .

تخزين الجليكوجين في مرضي السكر

الأشخاص الذين يعانون من داء السكري إما لا يصنعون كمية كافية من الأنسولينلا يؤدي وظيفته بصورة فعالة بما يكفي ، ويؤدي ذلك إلى عدم قدرة البنكرياس علي الاستجابة من الاستجابة بشكل فعال بما يكفي لارتفاع نسبة السكر في الدم .

اين يتم تخليق الجليكوجين

تخليق الجليكوجين يحتاج إلى طاقة والتي يوفرها يوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP) Hexokinase أو glucokinase ، وهو أول جلوكوز بدون فوسفات لتكوين الجلوكوز 6- فوسفات .

والذي بعد ذلك يحول إلى جلوكوز -1 فوسفات عن طريق طفرة الفوسفوجلوكوموتاز ، وبعد ذلك يحفز UTP-glucose-1-phosphate uracil transferase لـتنشيط الجلوكوز .

ويتفاعل UTP مع الجلوكوز -1 فوسفات لتوليد UDP- الجلوكوز في تخليق de novo glycogen، يحفز بروتين الجليكوجينين ارتباط UDP بالجلوكوز بـنفسه .

زبروتينات الجليكوجين عبارة عن جهاز homodimer تحتوي على بقايا التيروزين في كل وحدة فرعية ، والتي تعمل كـنقاط ربط أو مرساة ربط للجلوكوز. ثم تضاف جزيئات الجلوكوز الإضافية إلى الطرف المُختزَل لجزيء الجلوكوز السابق .

لتشكيل سلسلة من حوالي ثمانية جزيئات جلوكوز بعد ذلك ، يمد سينسيز الجليكوجين السلسلة عن طريق إضافة الجلوكوز من خلال روابط α-1،4-glycosidic .

مركب amylo- (1،4 to 1،6) -transglucosidase يحفز التفرع ، ويسمى هذا الإنزيم أيضا الجليكوجيناز المتفرع ، وينقل إنزيم الجليكوجين ذو السلسلة المتفرعة ستة إلى سبعة جزيئات جلوكوز من نهاية السلسلة إلى C6 لجزيء الجلوكوز داخل جزيء الجليكوجين لتكوين روابط (α-1،6 glycosidic) .-تحلل الجليكوجين .

ويزيل “فوسفوريلاز الجليكوجين” الجلوكوز من الجليكوجين ، ويزيل فوسفوريلاز الجليكوجين جزيء واحد من الجلوكوز من الطرف غير المُختزَل وينتج الجلوكوز -1 فوسفات ، ويتم تحويل الجلوكوز 1-فوسفات الناتج عن تحلل الجليكوجين إلى جلوكوز 6-فوسفات .

تتطلب هذه العملية طفرة إنزيم فوسفوجلوكوموتاز حيث يقوم الفوسفوجلوكوموتاز بـنقل مجموعة الفوسفات من بقايا السيرين فسفرة في الموقع النشط C6 من الجلوكوز -1 فوسفات .

وبالتالي ينتج الجلوكوز -1،6-ثنائي الفوسفات ثم يتم توصيل الجلوكوز الفوسفات C1 بالموقع النشط سيرين في فسفوجلوكوموتاز، ويتحرر الجلوكوز 6 فوسفات .

لا يستطيع “فوسفوريلاز الجليكوجين” قطع الجلوكوز من نقطة التفرع ، يتطلب إزالة الامتياز أميلو -1،6-جلوكوزيداز 4-α-glucosyltransferase أو إنزيم إزالة تفرعات الجليكوجين (GDE) مع نشاط الجلوكوترانسفيراز والجلوكوزيداز .

ويحتوي فوسفوريلاز الجليكوجين على حوالي أربع بقايا نقاط فرعية ولا يمكنه إزالة بقايا الجلوكوز ، ويشق (GDE) البقايا الثلاثة الأخيرة للفرع ويربطها بـ C4 لجزيء الجلوكوز في نهاية الفرع الآخر .

ثم يزيل بقايا الجلوكوز النهائية التي ترتبط بـ α-1،6 من نقطة التفرع ، لا يزيل GDE الجلوكوز α-1،6 المرتبط من نقطة التفرع الفسفوري، وهذا يعني تحرر الجلوكوز الحر .

من الناحية النظرية يمكن إطلاق هذا الجلوكوز الحر من العضلات إلى الدم دون عمل الجلوكوز 6 فوسفاتيز ، لكن هذا الجلوكوز الحر سوف يتفسفر بسرعة بواسطة إنزيم “هيكسوكيناز” .

يمكن تحويل الجلوكوز 6 فوسفات من تحلل الجليكوجين إلى جلوكوز عن طريق عمل 6 فوسفاتيز وتدفقه في الدم ، يحدث هذا في الكبد والأمعاء والكلى، ولكن ليس في العضلات التي لا يوجد فيها هذا الإنزيم .

وفي العضلات يدخل الجلوكوز 6-فوسفات في مسار التحلل السكري ويوفر الطاقة للخلايا ، قد يدخل الجلوكوز 6-فوسفات أيضا في مسار فوسفات البنتوز مما يؤدي إلى إنتاج NADPH وخمسة سكريات كربون .

وظيفة الجليكوجين

في الحيوانات والبشر يوجد الجليكوجين بشكل أساسي في خلايا الكبد و العضلات ، يصنع الجليكوجين من الجلوكوز إذا كانت مستويات الجلوكوز مرتفعة في الدم ، ويعد المثدر الجاهز في الأنسجة للجلوكوز في كافة أنحاء الجسم عندما تقل مستويات الجلوكوز في الدم .

خلايا الكبد

يشغل الجليكوجين حوالي من (6-10) % من وزن الكبد عندما تتناول الطعام ، يرتفع مستوي الجلوكوز في الدم ، ويحث الأنسولين المفرز من البنكرياس علي امتصاص الجلوكوز في خلايا الكبد .

حيثيعزز الأنسولين أيضا الإنزيمات المساهمة في بناء الجليكوجين ، مثال ( الجليكوجين سينثيز) إذا كانت مستويات الجلوكوز والأنسولين عالية بشكل كافي ، فإن سلاسل الجليكوجين تبدأ في التمدد من خلال إضافة جزيئات الجلوكوز .

ويطلق علي هذه العملية( استحداث السكر) في حال انخفضت مستويات الجلوكوز والأنسولين ، يتوقف بناء الجليكوجين ، حينما تقل في الدم مستويات الجلوكوز إلى مستوى أقل من الطبيعي .

يقوم الجلوكاجون بإطلاق إشارات من الكبد إلى خلايا الكبد وذلك لتكسير الجليكوجين ، يتم تحطيم الجليكوجين من خلال تحلل الجليكوجينإلى (جلوكوز -1 فوسفات) ، والذي يحول إلى جلوكوز ويتدفق في مجرى الدم .

وبالتالي يعد الجليكوجين مخزن أساسي لمستويات الجلوكوز في الدم من خلال تخزين الجلوكوز عندما يكون ذات مستوياته مرتفعة ، وإفراز الجلوكوز عندما يكون ذات مستويات منخفضة .

يعد تحطيم الجليكوجين في الكبد أمرًا في غاية الأهمية حتي يوفر الجلوكوز لتلبية متطلبات الجسم النشطة ، وإضافة إلى ذلك الجلوكاجون ، يحفز كل من (الكورتيزول، والإبينفرين، والنورادرينالين) تحطيم الجليكوجين .

خلايا العضلات

خلاف خلايا الكبد ، يشغل الجليكوجين حوالي ( 1-2) %فقط من وزن العضلات وبالرغم من ذلك ، نظرا لارتفاع كتلة العضلات في الجسم ، فإن إجمالي كمية الجليكوجين التي تخزن في العضلات أكبر من تلك التي تخزن في الكبد .

تتباين العضلات عن الكبد في أن الجليكوجين الذي يوجد في العضلات يعمل علي توفير الجلوكوز فقط لخلية العضلات نفسها ، خلايا العضلات لا توضح عن ماهية إنزيم الجلوكوز 6-الفوسفاتيز الذي يطلب لتدفق الجلوكوز في الدم .

الجلوكوز يحول إلى -1 فوسفات الذي ينتج عن تدمير الجليكوجين في ألياف العضلات وتحوله إلى جلوكوز 6 فوسفات و، هو موفر الطاقة للعضلات في خلال نوبة التمرين أو استجابة للإجهاد، مثل ما يحدث في استجابة القتال أو الطيران .