$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
يلعب الجليكوجين ، وهو بوليمر جلوكوز متفرع ، دورا مهما في استقلاب الطاقة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. في ظل ظروف محدودية المغذيات ، تستخدم البكتيريا والخميرة الجليكوجين لبقاء الخلايا1. في الثدييات ، يلعب الجليكوجين أدوارا خاصة بالأنسجة ، بما في ذلك الاستخدام الموضعي في العضلات لتغذية الانقباض وفي الكبد لتنظيم مستويات الجلوكوز في الدم2. يتم تحفيز تخليق الجليكوجين بواسطة سينسيز الجليكوجين ، الذي ينضم إلى بقايا الجلوكوز عبر روابط ألفا 1،4 ، والإنزيم المتفرع ، الذي يشكل روابط ألفا 1،6 ، وبالتالي إنشاء فروع في جزيء الجليكوجين الكبير. يتم تسهيل استخدام مخزن الطاقة هذا بواسطة الجليكوجين فوسفوريلاز بالتزامن مع إنزيم التفكيك ، مما يؤدي إلى إعادة تشكيل الجليكوجين وإطلاق الجلوكوز -1-P. إن بنية الجليكوجين ، بما في ذلك حجم الجسيمات والتفرع ، ذات أهمية جزئيا لأن التفرع يؤثر على قابلية ذوبان الجليكوجين ، ويؤثر حجم جزيئات الجليكوجين على معدل تحللها ، وعدم الاستقرار الهيكلي للجليكوجين متورط في مرض السكري. علاوة على ذلك ، يعد التحقيق في توطين الجليكوجين تحت الخلوي أمرا مهما في الأنسجة مثل العضلات للحصول على معلومات حول دور هذا الوقود أثناء التمرين.
يتم التحكم في تراكم الجليكوجين من خلال الأنشطة النسبية لإنزيمات تصنيع الجليكوجين وتلك التي تحلل الجزيء الكبير. يصف ويلسون3 تقنيات قياس النشاط الأنزيمي لسينسيز الجليكوجين ، وفوسفوريلاز الجليكوجين ، والإنزيم المتفرع ، وإنزيم التفشاخ. تقيس هذه الطرق الكيميائية الحيوية إنتاج أو استهلاك NADH / NADPH أو التغيير اللوني باستخدام مقياس الطيف الضوئي. هذه مناهج قابلة للتطوير تتحايل على التكلفة العالية والمعدات المتخصصة والعبء التنظيمي المرتبط بالطريقة الأكثر حساسية التي تستخدم النظائر المشعة. الطرق الموصوفة هي الأنسب لقياس نشاط الإنزيم باستخدام الإنزيمات المنقاة ، على الرغم من أنه مع تخفيف متجانس كاف وضوابط مناسبة ، فقد تم استخدامها مع عينات الأنسجة. يصف ويلسون3 أيضا مقايسة لونية بسيطة لقياس تفرع الجليكوجين. على الرغم من أن هذه الطريقة تقدم معلومات أقل عن البنية الدقيقة للجليكوجين مقارنة بتقنيات الفصل الأكثر صعوبة ، إلا أنها توفر مقياسا بسيطا وسريعا للدرجات النسبية للتفرع.
يصف Fermont et al.4 استخدام الرحلان الكهربائي للكربوهيدرات بمساعدة الفلوروفور (FACE) ، وهي طريقة لتحديد توزيع طول السلسلة (CLD) ، وهو انعكاس لحجم جزيئات الجليكوجين والنسبة المئوية للتفرع. يؤثر هيكل الجليكوجين على قدرة البكتيريا على البقاء على قيد الحياة من الجوع ، ويتراكم الجليكوجين غير الطبيعي في العديد من أمراض تخزين الجليكوجين ، مما يسلط الضوء على أهمية طرق دراسة حجم وتفرع مصدر الوقود هذا. يتضمن FACE الأمينة الاختزالية لمجموعة نصف الأسيتال مع حمض ثلاثي السلفونيك 8-أمينو 1،3،6 بيرين (APTS). بالإضافة إلى توفير معلومات حول CLD ، يعد FACE مفيدا لقياس الخصائص التحفيزية للإنزيمات المتفرعة من مصادر مختلفة. تتميز التقنية المنافسة الأساسية ، HPAEC-PAD ، بميزة عدم الحاجة إلى نهايات غير مختزلة ، ولكن هذه التقنية بها مشكلة تحيز جماعي.
درجة التفرع وحجم جزيئات الجليكوجين كلاهما من الخصائص المهمة لبوليمر الجلوكوز. لقد لوحظ باستخدام المجهر الإلكتروني أن الجليكوجين موجود في ثلاثة هياكل: جزيئات بيتا كروية (~ 20 نانومتر) ، والتي تشمل العديد من جسيمات جاما (3 نانومتر) ، وجسيمات ألفا أكبر على شكل وردة (~ 300 نانومتر) تتكون من جسيمات بيتا5. الطرق التقليدية لعزل الجليكوجين كافية لقياس تركيز الجليكوجين ، لكنها تضر بالتركيب الدقيق للجليكوجين ، مما يعني أن تطوير تقنية أكثر اعتدالا مطلوب. تم وصف استخراج الماء البارد باستخدام الطرد المركزي المتدرج بكثافة السكروز لاستخدامه في البكتيريا بواسطة Wang و Wang et al.6. تتفوق هذه التقنية على الطرق الأخرى في الحفاظ على كل من جزيئات الجليكوجين الأكبر حجما ، كما تم قياسها بواسطة كروماتوغرافيا استبعاد الحجم (SEC) ، والسلاسل الأطول ، كما تم قياسها بواسطة الرحلان الكهربائي الشعري بمساعدة الفلوروفور (FACE) 6. يطبق وانغ وليو وآخرون أيضا طريقة مماثلة على الكبد. يتضح تقرير حديث أظهر أن جزيئات ألفا الجليكوجين في الكبد في مرض السكري "هشة" ، مما يؤدي إلى تدهور أسرع مقارنة بجسيمات ألفا المستقرة ، مما قد يؤثر على التحكم في نسبة الجلوكوز في الدم. تشمل قيود طرق العزل القائمة على تدرج السكروز فقدان الجليكوجين في المادة الطافية ، والتي يمكن تخفيفها عن طريق انخفاض تركيز السكروز ، والتحلل الأنزيمي لجزء من الجليكوجين بسبب الظروف المعتدلة المستخدمة. يتم تخفيف هذا الأخير من خلال خطوة غليان قصيرة ، على الرغم من أن هذا يعطل البروتينات المرتبطة بها.
أخيرا ، يصف جنسن وآخرون استخدام المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) لتصوير توزيع الجليكوجين تحت الخلوي وحجم الجسيمات في ألياف العضلات الهيكلية المفردة. هذه الطريقة هي الطريقة الوحيدة المتاحة للتحقيق في تجمعات الجليكوجين تحت الساركوليما ، واللييفة العضلية ، وداخل اللييفة العضلية ، وقد تم استخدامها في أنسجة العضلات من مجموعة متنوعة من. نظرا لأن بعض العمليات تحت الخلوية تستخدم الجليكوجين كوقود بشكل تفضيلي ، فمن المهم توصيف موقع مخازن الوقود هذه. بالإضافة إلى ذلك ، توفر هذه الطريقة القدرة على فحص استقلاب الجليكوجين في أنواع ألياف عضلية مميزة ، وهو أمر مهم في التمرين ، حيث يعتمد التعب على الجليكوجين في ألياف مختارة فقط. أحد قيود طريقة TEM هو عدم القدرة على اكتشاف جزيئات الجليكوجين الصغيرة ، وهذا مصدر قلق بشكل خاص للظروف التي يتحلل فيها الجليكوجين ، مثل أثناء تقلص العضلات.
في الختام ، توفر مجموعة الطرق هذه عينة من التقنيات المستخدمة للتحقيق في بنية الجليكوجين والإنزيمات التي تنظم ابتناء وتقويض هذا الجزيء الكبير. ستكون هذه الطرق مفيدة في تحسين فهمنا لعملية التمثيل الغذائي للجليكوجين في كل من الظروف الفسيولوجية والمرضية.