Glycogen

Bài viết này không nằm trong Dược thư quốc gia Việt Nam 2022 lần xuất bản thứ 3

Hoạt chất Glycogen được biết đến là một dạng glucose, nguồn năng lượng chính mà cơ thể bạn dự trữ chủ yếu ở gan và cơ bắp. Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc những thông tin về hoạt chất này

1 Tổng quan về hoạt chất Glycogen

1.1 Glycogen là gì ?

Glycogen là dạng glucose được lưu trữ được tạo thành từ nhiều phân tử glucose được kết nối với nhau.

Glucose (đường) là nguồn năng lượng chính của cơ thể. Nó đến từ carbohydrate (một chất dinh dưỡng đa lượng) trong một số loại thực phẩm và chất lỏng tiêu thụ. Khi cơ thể bạn không cần ngay glucose từ thực phẩm bạn ăn để tạo năng lượng, nó sẽ dự trữ glucose chủ yếu trong cơ và gan dưới dạng glycogen để sử dụng sau này.

Cơ thể bạn tạo ra glycogen từ glucose thông qua một quá trình gọi là glycogenesis. Cơ thể chuyển hóa glycogen để sử dụng thông qua một quá trình gọi là phân giải glycogen. Một số enzyme khác nhau chịu trách nhiệm cho hai quá trình này.

Enzym là một loại protein trong tế bào hoạt động như một chất xúc tác và cho phép một số quá trình cơ thể diễn ra. Có hàng ngàn enzyme khắp cơ thể bạn có chức năng quan trọng.

2 Đặc điểm hoạt chất Glycogen

Glycogen cấu tạo từ các chuỗi polyme dài gồm các đơn vị glucose được liên kết với nhau bằng liên kết alpha acetal. Liên kết acetal này hình thành bởi sự kết hợp giữa nhóm carbonyl và nhóm rượu. Nếu nhóm carbonyl là nhóm aldehyd tức là (-CHO) và còn được gọi là hemiacet nếu có nhóm ketonic. Nếu 2 nhóm alkoxy được liên kết với cùng một nguyên tử carbon thì đó là nhóm acetal.

Glycogen là tinh bột gì ?

Glycogen còn là một polyme glucose có chức năng dự trữ năng lượng trong thực vật. Nó có cấu trúc tương tự như amylopectin, một thành phần của tinh bột, phân nhánh rộng hơn và nhỏ gọn hơn tinh bột.

Trong cơ, tế bào gan và mỡ, glycogen được lưu trữ ở dạng ngậm nước. Nó bao gồm ba đến bốn phần nước glycogen có liên quan đến 0,45 milimol Kali trên mỗi gam glycogen.

2.1 Glycogen dự trữ ở đâu trong cơ thể ?

Cơ thể chủ yếu dự trữ glycogen trong gan và cơ xương (các cơ gắn liền với xương và gân), với một lượng nhỏ trong não.

Mặc dù gan lưu trữ tỷ lệ glycogen lớn hơn so với cơ xương, nhưng vì tổng khối lượng cơ lớn hơn gan nên khoảng 3/4 tổng lượng glycogen của cơ thể nằm trong cơ.

Trong quá trình tập luyện cường độ cao và kéo dài, glycogen trong các tế bào cơ đang hoạt động có thể giảm đáng kể. Lượng glycogen trong tế bào gan thay đổi mỗi ngày tùy thuộc vào một số yếu tố, bao gồm:

• Số lượng carbohydrate tiêu thụ.
• Khoảng thời gian giữa các bữa ăn.
• Cường độ và thời gian của hoạt động thể chất gần đây.
• Sau 12 giờ đến 24 giờ nhịn ăn, glycogen ở gan gần như được sử dụng hết.

3 Phân biệt Glycogen và Glucose

Glycogen, glucose và glucagon đều liên quan đến cách cơ thể bạn sử dụng nguồn năng lượng chính từ carbohydrate, nhưng chúng đều có những chức năng khác nhau.

Glucose được bổ sung từ lượng carbohydrate có trong thực phẩm. Đường huyết (đường trong máu) là loại đường chính được tìm thấy trong má. Đường này là nguồn năng lượng quan trọng và cung cấp chất dinh dưỡng cho các cơ quan, cơ bắp và hệ thần kinh của cơ thể. Glucose rất quan trọng vì nó là nguồn năng lượng chính cho não. Trên thực tế, nhu cầu glucose liên tục của não là lý do chính tại sao khẩu phần ăn được khuyến nghị hiện nay (RDA) đối với carbohydrate cho tất cả người lớn là ít nhất 130 gram mỗi ngày.

Khi cơ thể không cần glucose ngay lập tức, nó sẽ lưu trữ glucose dưới dạng glycogen trong gan và cơ bắp.

4 Cơ chế hoạt động và Vai trò của Glycogen là gì ?

Vai trò của Glycogen và cách sử dụng khác nhau tùy thuộc vào nơi nó được lưu trữ: cơ hoặc gan

4.1 Chức năng dự trữ glycogen ở gan

Cơ thể chủ yếu sử dụng lượng glycogen dự trữ trong gan để giúp điều chỉnh lượng đường (đường) trong máu.

Cơ thể thường điều chỉnh lượng đường trong máu một cách cẩn thận chủ yếu bằng hormone glucagon và Insulin. Khi lượng đường trong máu của bạn xuống quá thấp (hạ đường huyết), tuyến tụy sẽ tiết ra nhiều glucagon hơn. Glucagon một phần kích hoạt glycogen trong gan chuyển đổi trở lại thành glucose để nó có thể đi vào máu. Quá trình này được gọi là glycogenolysis. Khi glucose có trong máu, các tế bào trên khắp cơ thể có thể sử dụng nó làm năng lượng.

Các glycogen dự trữ trong gan cũng giúp ích một phần cho hoạt động và tập thể dục của cơ. Khi bắt đầu tập thể dục, gan bắt đầu chuyển hóa glycogen để duy trì mức đường huyết khi cơ bắp hoạt động sử dụng nó làm năng lượng. Tuy nhiên, cơ bắp chủ yếu sử dụng lượng glycogen dự trữ của chính chúng để hoạt động.

4.2 Chức năng dự trữ glycogen cơ bắp

Glycogen trong cơ chủ yếu đóng vai trò là nguồn nhiên liệu trao đổi chất cho cơ bắp.

Cơ bắp cần rất nhiều năng lượng để hoạt động để di chuyển. Nếu cơ bắp dựa vào glucose từ máu để tạo ra năng lượng này, cơ thể sẽ nhanh chóng cạn kiệt glucose.

Do đó, cơ thể dự trữ 3/4 tổng lượng glycogen trong tất cả các cơ xương để chúng có nguồn cung cấp năng lượng ổn định, đặc biệt là trong khi tập thể dục mà không ảnh hưởng đáng kể đến mức đường huyết.

Tốc độ giảm glycogen trong cơ chủ yếu liên quan đến cường độ hoạt động thể chất - cường độ tập luyện càng lớn thì tốc độ cạn kiệt glycogen trong cơ càng lớn. Kết quả là, hoạt động cường độ cao, chẳng hạn như chạy nước rút lặp đi lặp lại, có thể nhanh chóng làm giảm lượng glycogen dự trữ trong các tế bào cơ đang hoạt động, mặc dù tổng thời gian hoạt động có thể tương đối ngắn. Cơ bắp phục hồi nhờ glycogen khi bạn tiêu thụ đủ carbohydrate.

5 Cơ chế chuyển hóa Glycogen

Cân bằng nội môi Glycogen là một quá trình được điều chỉnh chặt chẽ cho phép cơ thể lưu trữ hoặc giải phóng glucose tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng của nó. Các bước cơ bản trong quá trình chuyển hóa glucose là tạo glycogen hoặc tổng hợp glycogen và chuyển hóa glycogen hoặc phân hủy glycogen.

5.1 Glycogen

Quá trình tổng hợp glycogen cần năng lượng được cung cấp bởi uridine triphosphate (UTP). Hexokinase hoặc glucokinase đầu tiên phosphoryl hóa glucose tự do để tạo thành glucose-6-phosphate, sau đó được chuyển hóa thành glucose-1-phosphate bởi phosphoglucomutase. UTP-glucose-1-phosphate uridylyltransferase sau đó xúc tác quá trình kích hoạt glucose, trong đó UTP và glucose-1-phosphate phản ứng tạo thành UDP-glucose. trong de novotổng hợp glycogen, protein glycogenin xúc tác cho sự gắn kết UDP-glucose với chính nó. Glycogenin là một homodimer có chứa dư lượng tyrosine trong mỗi tiểu đơn vị đóng vai trò là điểm neo hoặc điểm gắn của glucose. Các phân tử glucose bổ sung sau đó được thêm vào đầu khử của phân tử glucose trước đó để tạo thành chuỗi khoảng 8 phân tử glucose. Glycogen synthase sau đó mở rộng chuỗi bằng cách thêm glucose thông qua liên kết glycosid α-1,4.

Sự phân nhánh được xúc tác bởi amylo-(1,4 đến 1,6)-transglucosidase, còn được gọi là enzyme phân nhánh glycogen. Enzyme phân nhánh glycogen chuyển một đoạn gồm sáu đến bảy phân tử glucose từ đầu chuỗi đến C6 của phân tử glucose nằm sâu hơn bên trong phân tử glycogen, tạo thành liên kết glycosid α-1,6.

5.2 Phân giải đường

Glucose được loại bỏ khỏi glycogen bởi glycogen phosphorylase, enzyme này loại bỏ một phân tử glucose khỏi đầu không khử bằng phương pháp quang hóa, tạo ra glucose-1-phosphate. Glucose-1-photphat được tạo ra từ quá trình phân hủy glycogen được chuyển thành glucose-6-photphat, một quá trình cần có enzyme phosphoglucomutase. Phosphoglucomutase chuyển một nhóm photphat từ gốc serin đã được photphoryl hóa trong vị trí hoạt động sang C6 của glucose-1-photphat, tạo ra glucose-1,6-bisphotphat. Sau đó, glucose C1 phosphate được gắn vào serine ở vị trí hoạt động bên trong phosphoglucomutase và glucose-6-phosphate được giải phóng.

Glycogen phosphorylase không có khả năng phân cắt glucose từ các điểm nhánh; quá trình phân nhánh cần amylo-1,6-glucosidase, 4-α-glucanotransferase hoặc enzyme phân nhánh glycogen (GDE), có hoạt tính glucotransferase và glucosidase. Khoảng bốn dư lượng từ một điểm nhánh, glycogen phosphorylase không thể loại bỏ dư lượng glucose. GDE tách ba gốc cuối cùng của một nhánh và gắn chúng vào C4 của một phân tử glucose ở cuối một nhánh khác, sau đó loại bỏ gốc glucose cuối cùng được liên kết α-1,6 khỏi điểm nhánh. GDE không loại bỏ glucose liên kết với α-1,6 khỏi điểm nhánh theo phương pháp phosphoryl hóa, nghĩa là glucose tự do được giải phóng. Về lý thuyết, glucose tự do này có thể được giải phóng từ cơ vào máu mà không cần tác động của glucose-6-phosphatase; tuy nhiên glucose tự do này nhanh chóng bị phosphoryl hóa bởi hexokinase.

Glucose-6-photphat do sự phân hủy glycogen có thể được chuyển thành glucose nhờ tác dụng của men glucose-6-photphatase và được giải phóng vào máu. Điều này xảy ra ở gan, ruột và thận, nhưng không xảy ra ở cơ, nơi không có enzym này. Trong cơ bắp, glucose-6-phosphate đi vào con đường đường phân và cung cấp năng lượng cho tế bào. Glucose-6-phosphate cũng có thể đi vào con đường pentose phosphate, dẫn đến việc sản xuất NADPH và năm loại đường carbon.

6 Tác dụng không mong muốn của Glycogen

Bệnh dự trữ glycogen (GSD) là tình trạng xảy ra khi một người không thể phân hủy hoặc lưu trữ glycogen đúng cách. Nó thường được gây ra bởi một khiếm khuyết enzyme di truyền được truyền lại cho con cái từ cha mẹ.

Tùy thuộc vào loại, nó có thể ảnh hưởng đến gan, cơ hoặc các bộ phận khác của cơ thể. Một số enzyme khác nhau được cơ thể sử dụng để lưu trữ glycogen. Như vậy, có nhiều loại GSD khác nhau.

Các triệu chứng của GSD bao gồm: 

• Chậm phát triển
• Lượng đường trong máu thấp ( hạ đường huyết )
• Bụng sưng tấy
• Yếu cơ
• Không dung nạp nhiệt độ
• Chuột rút hoặc đau cơ

7 Phân tích Tinh bột và Glycogen: Phương pháp và Kỹ thuật

Đối với các carbohydrate phức tạp, chẳng hạn như glycogen và tinh bột, có nhiều phương pháp và kỹ thuật phân tích khác nhau cho phép xác định đặc tính chi tiết của các carbohydrate dự trữ này. Trong bài viết này, chúng tôi cung cấp một cái nhìn tổng quan ngắn gọn về các phương pháp, kỹ thuật và kết quả được sử dụng thường xuyên nhất. Hơn nữa, chúng tôi cung cấp những hiểu biết sâu sắc về quá trình cô lập, tinh chế và phân mảnh cả tinh bột và glycogen. Tổng quan về các cấp độ cấu trúc khác nhau của glucans được đưa ra và các kỹ thuật phân tích tương ứng sẽ được thảo luận. Hơn nữa, những quan điểm trong tương lai về nhu cầu phân tích và những thách thức của các câu hỏi khoa học hiện đang phát triển cũng được đưa vào.

8 Tài liệu tham khảo

1. Tác giả Henrike Brust và cộng sự, ngày đăng báo năm 2020. Starch and Glycogen Analyses: Methods and Techniques, Pubmed. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2023.
2. Được viết bởi chuyên gia của Pubchem. Glycogen, Pubchem. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2023.