10-8-2017 Last update

このページは グリコーゲン @本家UBサイト に恒久的に移転しました。このページもネット上に残っていますが、最新の情報はリンク先を参照して下さい。

グリコーゲン glycogen とは，グルコース glucose が α-1,4- および α-1,6-グリコシド結合 glycosidic bond によって重合した高分子である（図, 文献 1）。動物の主要な貯蔵糖質である。

> α-1,6-glycosidic bond が入るところで分岐する（2）。

: 分岐はおよそ 10 のグルコースにつき 1 回入る。

: α-グリコシド結合は，セルロースを構成する β-グリコシド結合よりも折れ曲がっている。

: ゆえにセルロースはグリコーゲンよりも繊維状である。

: 枝分かれのメリット → 溶解度と分解の効率が上がる。

> 哺乳類では，主なグリコーゲン貯蔵組織は肝臓および骨格筋である（2）。

: 細胞質に直径 10 - 40 nm の顆粒の形で存在する。

グリコーゲンの分解は，以下の 3 つの段階から成る（2）。4 つの酵素 enzyme が必要である。

1. グリコーゲンからグルコース-1-リン酸 glucose-1-phosphate (G1P) が遊離する。
2. グリコーゲンは，さらなる分解のために構造変化を起こす。
3. G1P がグルコース-6-リン酸 glucose-6-phosphate (G6P) に変換される。

グリコーゲンホスホリラーゼ glycogen phosphorylase は，グリコーゲンに無機リン Pi を付加して G1P を遊離させる（1，図は文献 3）。この酵素は，リン酸化と AMP による制御を受けている。詳細はリンク先を参照のこと。ホルモンなどによるグリコーゲン分解の制御についても，glycogen phosphorylase のページでまとめている。

Glycogen + Pi  →  Glucose-1-phosphate + Glycogen (1 残基短い)

G1P は非還元末端（Carbon 4 の OH 基が残っている側） から遊離する。

> 切り取る際に，なぜわざわざリン酸化するのか？ -  いくつかのメリットがある（2）。

: 解糖系に入る際に，ATP を消費しなくてすむ。

: グリコシド結合を加水分解すればグルコースが得られるが，解糖するには ATP でリン酸化しないといけない。

: エネルギー準位の近いグリコシド結合とリン酸エステル結合を使えば，ATP のかわりに Pi でリン酸化可能。

: 細胞内に豊富にある Pi を有効利用しているとも言える。

: さらに，筋肉の場合，グルコースが遊離するとトランスポーターを通って細胞外に出てしまう。

: G1P ならトランスポーターがないので，自分で分解に回せる。

> この反応を達成するためには，活性部位に水を排除しつつ Pi を引き込まねばならない（2）。

: これを可能にするメカニズムが構造解析で詳細に調べられている。

G1P を G6P に変換する酵素は ホスホグルコムターゼ phosphoglucomutase である（2）。ムターゼ mutase は英語では [mjuːteiz] と発音し，リン酸基などの分子内転移を触媒する酵素のことをいう。

解糖系の phosphoglycerate mutase (PGM) と混同しないように注意すること。

Glycogen phosphorylase は α-1,6-グリコシド結合を切ることができない。また，α-1,6-グリコシド結合による分岐があると，その 4 残基手前で α-1,4-グリコシド結合の切断も止まってしまう（2）。

その場合，transferase が 3  つの残基を下の図のように移し替えることで，α-1,4-グリコシド結合が切断されるようになる。1 個だけ残った α-1,6-グリコシド結合による分岐は，α-1,6-glucosidase で切断される（1）。これは加水分解であり，G1P でなくグルコースが生じる。

> Transferase と α-1,6-glucosidase は，1 本のポリペプチド上に存在する bifunctional enzyme である（1）。

: 解糖系フラックスを調節する PFK2 も kinase と phosphorylase の bifunctional enzyme である。

 G6P は解糖系の中間代謝産物であるとともに，ペントースリン酸経路の出発点でもある。G6P は，以下の 3 通りのパターンで代謝され得る（2）。

1. 解糖系でピルビン酸まで代謝される。
2. 解糖系を逆行し，グルコースになる。この反応は主に肝臓で起こり，glucose 6-phosphatase によって触媒される。この酵素は，ほぼ肝臓のみで発現している。
3. ペントースリン酸経路で代謝される。この経路は NADPH とリボース ribose の類縁体を合成するための経路である。

グルコースをグリコーゲン鎖の末端に付加するためには，uridine-diphosphate (UDP) と結合させ，活性化された状態にしなければならない（2）。UDP-glucose はグルコース-1-リン酸 glucose-1-phosphate (G1P) と UTP から作られる。

Glucose-1-phosphate + UTP  →  UDP-glucose + PPi

リン酸基が 2 つ外れることに注意する。グリコーゲン合成は

Glycogen +  UDP-glucose  →  Glycogen (1 残基長い) + UDP

である。この反応は グリコーゲン合成酵素 glycogen synthase に触媒される（2）。UDP は，ATP のリン酸基を使って UTP にリサイクルされる。

> Glycogen synthase は，4 残基以上の既存の glycogen を伸長する酵素である（2）。

: α-1,4-グリコシド結合のみを作る。α-1,6-グリコシド結合による枝分かれは branching enzyme が作る。

> Glycogen synthase は PKA および glycogen synthase kinase (GSK) にリン酸化され，不活性化する（2）。

: グリコーゲン分解の glycogen phosphorylase は，PKA によって活性化する。

: つまり，PKA は 合成の停止 と 分解の開始 を同時に行う。

> GSK はインスリンによって活性化される（2）。

1. パブリック・ドメイン, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=611992
2. Berg et al. Biochemistry: 使っているのは 6 版ですが 7 版を紹介しています。
3. By Biochemnerd1 - Own work, CC BY 3.0 us, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15226222