background image

GLYCOGEN METABOLISM 

Glycogen is a branched homopolysaccharides made exclusively from a-
D-glucose.

 

 

 

 The primary glycosidic bond is an alpha-1,4 glycosidic  linkage. After an 
average  of  eight  to  ten  glucosyl  residues  (glucose),  there  is  a  branch 
containing an alpha-1,6 glycosidic linkage .

 

 

  

Glycogen  is  the  storage  form  of  carbohydrates  in  the  human  body.  The 
major  sites  of  storage  are  liver  and  muscle.  The  major  function  of  liver 
glycogen is to provide glucose during fasting. when blood glucose level 
falls, liver glycogen is broken down and helps to maintain blood glucose 
level.  After  taking  food,  blood  glucose  tends  to  rise,  which  causes 
glycogen deposition in liver. About 5 hours after taking food, the blood 
glucose tends to fall, but, glycogen is lysed to glucose so that the energy 
needs are met. After about 18 hours fasting, most of the liver glycogen is 
depleted, at this time depot fats are hydrolysed and energy requirement is 
met by fatty acid oxidation.The function of muscle glycogen is to act as 
reserve fuel for muscle contraction. 


background image

 
DEGRADATION OF GLYCOGEN (GLYCOGENOLYSIS

)

 

 

1. Glycogen Phosphorylase 
Glycogen  phosphorylase  removes  glucose  as  glucose-1-phosphate  from 
glycogen.  It  removes  glucose  units  one  at  a  time.  Enzyme  sequentially 
hydrolyses alpha-1,4 glycosidic linkages, till it reaches a glucose residue, 
3-4  glucose  units  away  from  a  branch  point.  It  cannot  attack  the  1,6 
linkage  at  branch  point.  If  glycogen  phosphorylase  alone  acts  on  a 
glycogen molecule, the final product is a highly branched molecule; it is 
called limit dextrin. PLP (pyridoxal phosphate)  is an essential cofactor in 
the glycogen phosphorylase reaction. 
 

 

 
2. Debranching by bifunctional two Enzymes 
Then  a  block  of  3  glucose  residues  (trisaccharide  unit)  are  transferred 
from  the  branching  point  to  another  branch  by  enzyme  alpha-1,4  → 
alpha-1

,

4 glucan transferase. Now the branch point is free. Then alpha- 

1,6-  glucosidase  (debranching  enzyme)  can  hydrolyse  the  remaining 
glucosyl unit held in alpha-1,6 linkage at the branch point. This glucose 
residue is released as free glucose. At this stage, the ratio of glucose-1- 
phosphate  to  free  glucose  is  about  8:1.The  transferase  and  alpha-1,6-
glucosidase will together convert the branch point to a linear  one. With 
the removal of the branch point, then phosphorylase enzyme can proceed 
with its action. 
 
3. Phosphoglucomutase 
Phosphorylase reaction produces glucose-1- phosphate while debranching 
enzyme  releases  glucose.  The  glucose-1-phosphate  is  converted  to 
glucose-6-phosphate by phosphoglucomutase 
 
4. Glucose-6-phosphatase in Liver 
Next,  hepatic  glucose-6-phosphatase  hydrolyses  glucose-6-phosphate  to 
glucose. The free glucose is released to the blood stream. 
5. Muscle Lacks Glucose-6-phosphatase 
Muscle  will  not  release  glucose  to  the  blood  stream,  because  muscle 
tissue  does  not  contain  glucose-6-phosphatase.  Instead,  in  muscle, 


background image

glucose-6-phosphate  undergoes  glycolysis  to  produce  ATP  for  muscle 
contraction. 
 

 

 
 

GLYCOGEN SYNTHESIS (GLYCOGENESIS)

 

 

Glycogen  is  synthesized  from  molecules  of  a-D-glucose.  The  process 

occurs  in  the  cytosol.  Glycogen  synthesis  takes  place  in  virtually  all 
animal  tissues  but  is  especially  prominent  in  the  liver  and  skeletal 
muscles. 

The 

starting 

point 

for 

synthesis 

of 

glycogen 

is  glucose  6-phosphate.  This  can  be  derived  from  free  glucose  in  a 
reaction  catalyzed  by  hexokinase  (glucokinase)  ,To  initiate  glycogen 
synthesis,  the  glucose  6-phosphate  is  converted  to  glucose  1-phosphate. 
The glycogen synthesis occurs by a pathway different from the reversal 
of glycogenolysis. The steps are: 
 
1. Activation of Glucose 
UDP  glucose  is  formed  from  glucose-1-phosphate  and  UTP  (uridine 
triphosphate) by the enzyme glucose-1-uridyltransferase. 


background image

 
2. Glycogen Synthase 
The  glucose  moiety  from  UDP-glucose  is  transferred  to  glycogenin    (a 
glycogen primer  molecule which is essential to accept the glycosyl unit), 
The primer is made up of a protein-carbohydrate complex.

                                                            

 

                Glycogen synthase 

     Glycogen primer (n) + UDP glucose       ————→   Glycogen (n+1) + UDP  
 
 

In this step, activated glucose units are sequentially added by the enzyme 
glycogen synthase .The glucose unit is added to the non-reducing (outer) 
end of  the glycogen primer to  form an  alpha-1,4 glycosidic linkage and 
UDP is liberated. 
 
3. Branching Enzyme 
The glycogen synthase can add glucose units only in alpha-1,4 linkage. A 
branching  enzyme  is  needed  to  create  the  alpha-1,6  linkages.  When  the 
chain  is  lengthened  to  11  –  12  glucose  residues,  the  branching  enzyme 
will transfer a block of 6 to 8 glucose residues from this chain to another 
site  on  the  growing  molecule.  The  enzyme  amylo-[1,4]→[1,6]-
transglucosidase  (branching  enzyme)  forms  this  alpha-1,6  linkage  .  To 
this newly created branch, further glucose units can be added in alpha-1,4 
linkage by glycogen synthase. 
 

 

 


background image

Regulation of Glycogen Metabolism 

 
Glycogen metabolism is regulated by coordinated regulation of glycogen 
synthase  and  glycogen  phosphorylase.  The  regulatory  mechanisms 
include: 

  Allosteric regulation of glycogen synthase and phosphorylase 

The allosteric activators and inhibitors of phosphorylase and synthase are 
listed below. 
 

 

 

 

  Covalent modification (phosphorylation and dephosphorylation) 

of enzymes by hormonal control  

 
 Glycogenolysis and glycogenesis pathways are reciprocally regulated to 
prevent futile cycles. 
Glycogen  phosphorylase  is  activated  by  phosphorylation  by  kinase  that 
adds phosphate group to a specific serine residue of phosphorylase while 
phosphorylase  inactivated  by  dephosphorylation  by  phosphatase  .The 
active form of phosphorylase is referred to as ‘a’ (active, phosphorylated) 
and the relatively inactive dephosphorylated form as ‘b’.  
The same protein kinase, which phosphorylates the phosphorylase, would 
also  phosphorylate  glycogen  synthase.  The  activity  of  the  glycogen 
synthase is markedly decreased on phosphorylation; Glycogen synthase is 
active in the dephosphorylated state. So, the active glycogen synthase (a) 
is dephosphorylated and phosphorylated (b) is relatively inactive. 
Insulin  and  glucagon  are  the  major  regulatory  hormones,  although 
epinephrine  has  stimulatory  effect  on  glycogenolysis  in  both  liver  and 
muscle.  Insulin  promotes  glycogen  synthesis  in  muscle  and 
liver by favoring dephosphorylation of enzymes. Glycogen phosphorylase 
is  activated  in  response  to  glucagon  or  epinephrine,  which  converts 
glycogen phosphorylase (b) to its active (a) form . 
   


background image

  

 
GLYCOGEN STORAGE DISEASES 
Inherited  deficiencies  in  specific  enzymes  of  glycogen  metabolism  in 
both liver and muscle are the causes of glycogen storage diseases. These 
are inborn-errors of metabolism. 
  
Glycogen Storage Disease Type-I 

It is also called Von Gierke's Disease. Most common type of glycogen 
storage  disease  is  type  I.  Incidence  is  1  in  100,000  live  births.    In  this 
disease  Glucose-6-phosphatase  is  deficient,  fasting  hypoglycemia  that 
does  not  respond  to  stimulation  by  adrenaline.  The  glucose  cannot  be 
released  from  liver  during  overnight  fasting,  Hyperlipidemia,  lactic 
acidosis  and  ketosis.  Glycogen  gets  deposited  in  liver.  Massive  liver 
enlargement  may  lead  to  cirrhosis.  Children  usually  die  in  early 
childhood.  Treatment  is  to  give  small  quantity  of  food  at  frequent 
intervals. Other glycogen storage diseases (type II to X); they are very 
rare, incidence being 1 in 1 million births. 
 
 
 
 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 140 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل