グリコゲニン

グリコゲニン

グリコゲニン（英語: glycogenin）は、動物における主要なエネルギー貯蔵多糖であるグリコーゲンの生合成過程で、その「開始点」としての非常に重要な役割を担う酵素です。この酵素は、自身にグルコース分子を複数結合させることで、グリコーゲン合成の足がかりとなる短いグルコース鎖を作り出します。この短い鎖が存在することで、グリコーゲン鎖を伸長させる主要な酵素であるグリコーゲンシンターゼが効率的に機能できるようになります。グリコシルトランスフェラーゼファミリーに属し、37キロダルトンのサブユニットが二つ結合したホモ二量体として存在します。

機能メカニズム

グリコーゲン合成は、通常、糖の活性化型であるUDP-α-D-グルコースを基質として進行します。しかし、グリコーゲンシンターゼは、既存のグリコーゲン鎖や少なくとも数個のグルコース残基からなる鎖がないと、新しいグルコースを追加することができません。ここでグリコゲニンが登場します。グリコゲニンはまず、UDP-α-D-グルコースのグルコース部分を、自身の特定のアミノ酸残基（チロシン194番）のヒドロキシル基に共有結合させます。この最初のグルコース付加は、グリコげニン自身の酵素活性によって行われる「自己触媒」反応です。

最初のグルコースが付加された後も、グリコゲニンはそのグリコシルトランスフェラーゼ活性を用いて、さらにUDP-α-D-グルコースからグルコースを付加し続けます。この過程で、約7個程度のグルコース残基からなる短いオリゴ糖鎖がグリコゲニン上に形成されます。このグリコゲニンに結合した短いグルコース鎖こそが、グリコーゲンシンターゼがグリコーゲン鎖を伸ばしていくための「プライマー」となるのです。十分な長さのプライマーが形成されると、グリコーゲンシンターゼがその役割を引き継ぎ、UDP-グルコースを次々と付加して、巨大なグリコーゲン分子へと成長させていきます。グリコーゲン分子が完成しても、グリコゲニンはその還元末端に共有結合したままの状態を保ちます。

触媒反応

グリコゲニンが触媒する基本的な反応は以下の通りです。

UDP-α-D-グルコースとグリコゲニンを基質として
UDPと、グルコースがグリコゲニンに結合したα-D-グルコシルグリコゲニンを生成する

UDP-α-D-グルコース + グリコゲニン → UDP + α-D-グルコシルグリコゲニン

この反応により、グリコゲニンに最初のグルコースが付加されます。その後のグルコース付加も、同様の糖転移反応によって行われます。

命名と分類

この酵素は糖を転移させる酵素群であるグリコシルトランスフェラーゼファミリーに分類されます。特に、六炭糖（ヘキソース）を転移させるヘキソシルトランスフェラーゼの一種です。その系統的な名称は、触媒する反応に基づき「UDP-α-D-グルコース:グリコゲニン α-D-グルコシルトランスフェラーゼ」と呼ばれます。グリコゲニン、プライミンググルコシルトランスフェラーゼ、UDP-グルコース:グリコゲニン グルコシルトランスフェラーゼなども慣用的に使用される名称です。

発見

グリコゲニンは、1984年に生化学者であるウィリアム・ジョセフ・ウェーラン（William Joseph Whelan）によって初めて同定・発見されました。

アイソフォーム

ヒトにおいては、グリコゲニンには遺伝子の違いにより2つの異なるアイソフォームが存在します。

グリコゲニン1（GYG1）: GYG1遺伝子にコードされており、主に骨格筋組織で発現しています。
グリコゲニン2（GYG2）: GYG2遺伝子にコードされており、肝臓や心筋で主に発現しますが、骨格筋ではほとんど見られません。

グリコゲニン、特にグリコゲニン1の機能が損なわれると、筋細胞内でグリコーゲンを適切に合成・貯蔵できなくなります。その結果、筋力の低下や心臓の機能障害といった重篤な健康問題を引き起こすことが知られています。これは、グリコゲニンがグリコーゲン代謝においていかに不可欠な要素であるかを示しています。

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