Glycogen is the major storage carbohydrate in animals. It is a branched polymer of α-D-glucose. Occurs mainly in liver and muscle.
الجليكوجين هو الكربوهيدرات المخزنة الرئيسية في الحيوانات. وهو بوليمر متفرع من α-D-جلوكوز. يوجد بشكل رئيسي في الكبد والعضلات.
Feature
Liver
Muscle
Concentration
5.0%
0.7%
Tissue Weight
1.8 kg
35 kg
Total Glycogen
90 g
245 g
Function
Maintain blood glucose
Provide energy for contraction
G6Pase
Present
Absent
Key Fact: About three-quarters of total body glycogen is in muscle because muscle mass is much greater than liver mass. حقيقة رئيسية: حوالي ثلاثة أرباع إجمالي الجليكوجين في الجسم موجود في العضلات لأن كتلة العضلات أكبر بكثير من كتلة الكبد.
1.2 Why Muscle Cannot Release Free Glucose
Muscle lacks glucose-6-phosphatase. So muscle glycogen does not yield free glucose. Instead, it produces G6P for glycolysis and alanine (exported to liver for gluconeogenesis).
العضلات تفتقر إلى جلوكوز-6-فوسفاتاز. لذا جليكوجين العضلات لا ينتج جلوكوز حر. بدلاً من ذلك، ينتج G6P لتحلل السكر وألانين (يُصدَّر إلى الكبد لاستحداث الجلوكوز).
1.3 Glycogenesis (Synthesis)
Step
Reaction
Enzyme
1
Glucose → G6P
Hexokinase (muscle) / Glucokinase (liver)
2
G6P ↔ G1P
Phosphoglucomutase
3
G1P + UTP → UDP-Glucose
UDPGlc Pyrophosphorylase
4
Primer formation
Glycogenin (37-kDa protein)
5
Chain elongation
Glycogen Synthase (1→4 bonds)
6
Branching
Branching Enzyme (1→6 bonds)
Location: Cytosol
الموقع: السيتوبلازم
1.4 Glycogenolysis (Breakdown)
Glycogen Phosphorylase catalyzes the rate-limiting step. It cleaves 1→4 bonds by phosphorolysis (uses Pi, not water) to release Glucose-1-Phosphate. It requires Pyridoxal Phosphate (PLP) as coenzyme.
فوسفوريلاز الجليكوجين يحفز الخطوة المحددة للمعدل. يشق روابط 1→4 بواسطة الفسفرة (يستخدم Pi، ليس الماء) لإطلاق جلوكوز-1-فوسفات. يتطلب فوسفات البيريدوكسال (PLP) كإنزيم مساعد.
نقل مجموعة الأمين. يتطلب فوسفات البيريدوكسال (PLP / فيتامين B6). ALT: بيروفات + جلوتامات → ألانين + α-KG. (الكبد) AST: أوكسالوأسيتات + جلوتامات → أسبارتات + α-KG. (الكبد، القلب، العضلات)
Clinical: ALT ↑ = Acute liver disease. AST ↑ = Chronic liver disease, MI, muscle disease. سريرياً: ALT ↑ = مرض الكبد الحاد. AST ↑ = مرض الكبد المزمن، احتشاء عضلة القلب، مرض العضلات.
Mechanism 2: Assimilation of Free Ammonia
GDH: α-KG + NH4+ + NAD(P)H → Glutamate.
Glutamine Synthetase: Glutamate + NH3 + ATP → Glutamine.
Clinical Note: Hydroxyproline & Hydroxylysine are found in Collagen. Made after protein synthesis via hydroxylation. Requires Vitamin C, O2, Fe, α-Ketoglutarate. ملاحظة سريرية: هيدروكسي برولين وهيدروكسي ليسين في الكولاجين. يصنعان بعد تخليق البروتين. يتطلب فيتامين C، O2، حديد، α-كيتوغلوتارات.
ثنائي متماثل من سلسلتين متطابقتين. كل منهما يحتوي على 6 إنزيمات + ACP. ACP يحتوي على 4'-فوسفوبانتوثين. يستخدم NADPH كعامل مختزل. يضيف ذرتي كربون في كل مرة. الناتج: بالميتات (C16).
3.5 Source of NADPH
The Pentose Phosphate Pathway is the chief source of NADPH for lipogenesis.
مسار فوسفات البنتوز هو المصدر الرئيسي لـ NADPH لتكوين الدهون.
3.6 Regulation of Lipogenesis
Molecule
Effect on Acetyl-CoA Carboxylase
Citrate
Activates (signals plenty of acetyl-CoA)
Palmitoyl-CoA
Inhibits (feedback inhibition)
Insulin
Stimulates lipogenesis
Glucagon/Epinephrine
Inhibit lipogenesis
🩸 Chapter 19: Gluconeogenesis | استحداث الجلوكوز
4.1 Biomedical Importance
Gluconeogenesis is the process of synthesizing glucose from noncarbohydrate precursors. Major substrates: glucogenic amino acids, lactate, glycerol, propionate. Occurs mainly in liver and kidney.
استحداث الجلوكوز هو عملية تخليق الجلوكوز من سلائف غير كربوهيدراتية. الركائز الرئيسية: الأحماض الأمينية المولدة للجلوكوز، اللاكتات، الجليسرول، البروبيونات. يحدث بشكل رئيسي في الكبد والكلى.
After overnight fast: Glycogenolysis and gluconeogenesis contribute approximately equal amounts. As glycogen depletes: Gluconeogenesis becomes progressively more important. Failure: Usually fatal (hypoglycemia → coma → death).
بعد صيام ليلة: تحلل الجليكوجين واستحداث الجلوكوز يساهمان بكميات متساوية تقريباً. عندما ينضب الجليكوجين: يصبح استحداث الجلوكوز أكثر أهمية تدريجياً. الفشل: عادة مميت (نقص سكر → غيبوبة → وفاة).
4.2 The 3 Bypass Reactions
Glycolysis (Irreversible)
Gluconeogenesis Bypass
Enzyme
Pyruvate → Acetyl-CoA
Pyruvate → Oxaloacetate
Pyruvate Carboxylase
Oxaloacetate → PEP
Oxaloacetate → PEP
PEP Carboxykinase
Fructose 1,6-bisP → F6P
F1,6-bisP → F6P
Fructose 1,6-bisphosphatase
G6P → Glucose
G6P → Glucose
Glucose 6-phosphatase
4.3 Hormonal Regulation
Hormone
Liver
Adipose
Muscle
Insulin
↑ FA synthesis, ↑ Glycogen synthesis, ↑ Protein synthesis
↑ Glucose uptake, ↑ FA synthesis
↑ Glucose uptake, ↑ Glycogen synthesis, ↑ Protein synthesis
البيلة السكرية: تجاوز العتبة الكلوية. تحمل الجلوكوز: القدرة على تنظيم جلوكوز الدم بعد جرعة اختبارية (1 جم/كجم). ضعف تحمل الجلوكوز: السكري، تلف الكبد، العدوى، فرط نشاط الغدة النخامية. فرط الأنسولين: نقص سكر → تشنجات → وفاة.
سريرياً:
ALT ↑ أكثر: مرض الكبد الحاد (التهاب الكبد الفيروسي).
AST ↑ أكثر: مرض الكبد المزمن (تليف الكبد).
AST ↑ فقط: مرض القلب (احتشاء عضلة القلب)، مرض العضلات.
Overall Equation:
NH4+ + CO2 + Aspartate + 3 ATP → Urea + Fumarate + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi
Energetics: 1 Urea requires 3 ATP (utilized as 4 high-energy phosphates).
المعادلة الإجمالية:
NH4+ + CO2 + أسبارتات + 3 ATP → يوريا + فومارات + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi
الطاقة: 1 يوريا تتطلب 3 ATP (تُستخدم كـ 4 فوسفات عالية الطاقة).
5.5 Regulation
CPS-I is allosterically activated by N-acetylglutamate (NAG).
High arginine and protein-rich meal → ↑ NAG → ↑ Urea synthesis.
Starvation → ↑ Urea cycle enzymes.
CPS-I ينشط بشكل غير مباشر بواسطة N-أسيتيل جلوتامات (NAG). ارتفاع الأرجينين ووجبة غنية بالبروتين → ↑ NAG → ↑ تخليق اليوريا. المجاعة → ↑ إنزيمات دورة اليوريا.
The PPP is an alternative route for glucose metabolism. It does not produce ATP. Two major functions:
Formation of NADPH for fatty acid synthesis, steroid synthesis, and maintaining reduced glutathione.
Synthesis of Ribose-5-Phosphate for nucleotide and nucleic acid formation.
PPP هو مسار بديل لاستقلاب الجلوكوز. لا ينتج ATP. وظيفتان رئيسيتان: 1. تكوين NADPH لتخليق الأحماض الدهنية، الستيرويدات، والحفاظ على الجلوتاثيون المختزل. 2. تخليق ريبوز-5-فوسفات لتكوين النيوكليوتيدات والأحماض النووية.
In RBCs, PPP is the sole source of NADPH for reduction of oxidized glutathione. Reduced glutathione (GSH) removes H2O2 via Glutathione Peroxidase (selenium-dependent). If H2O2 accumulates → hemolysis.
في كريات الدم الحمراء، PPP هو المصدر الوحيد لـ NADPH لاختزال الجلوتاثيون المؤكسد. الجلوتاثيون المختزل (GSH) يزيل H2O2 عبر بيروكسيداز الجلوتاثيون (يعتمد على السيلينيوم). إذا تراكم H2O2 → انحلال الدم.
6.4 Clinical: G6PD Deficiency
Most common genetic defect (400 million people).
X-linked → mainly males affected.
Distribution parallels malaria → heterozygotes have resistance.
أكثر عيب وراثي شيوعاً (400 مليون شخص). مرتبط بـ X → يصيب الذكور بشكل رئيسي. التوزيع يتوازى مع الملاريا → متغاير الزيجوت لديه مقاومة. المظاهر: فقر دم انحلالي عند الإجهاد التأكسدي (عدوى، بريماكين، سلفوناميدات، فول = الفوال).
📝 30 MCQ Bank | بنك 30 سؤال
Q1: Glycogen is a branched polymer of which sugar?
A) Fructose
B) α-D-glucose
C) Galactose
D) Ribose
Answer: B) α-D-glucose
Explanation: Glycogen is a branched polymer of α-D-glucose, corresponding to starch in plants. الشرح: الجليكوجين هو بوليمر متفرع من α-D-جلوكوز، يقابل النشا في النباتات.
Q2: Which tissue has the highest total glycogen content?
A) Liver
B) Muscle
C) Brain
D) Kidney
Answer: B) Muscle
Explanation: About three-quarters of total body glycogen is in muscle because muscle mass is greater than liver mass. الشرح: حوالي ثلاثة أرباع إجمالي الجليكوجين في الجسم موجود في العضلات لأن كتلة العضلات أكبر من كتلة الكبد.
Q3: Why can't muscle release free glucose from glycogen?
A) It lacks glycogen phosphorylase
B) It lacks glucose-6-phosphatase
C) It lacks debranching enzyme
D) It lacks glycogen synthase
Answer: B) It lacks glucose-6-phosphatase
Explanation: Muscle lacks glucose-6-phosphatase, so it cannot convert G6P to free glucose. Instead, G6P enters glycolysis. الشرح: العضلات تفتقر إلى جلوكوز-6-فوسفاتاز، لذا لا يمكنها تحويل G6P إلى جلوكوز حر. بدلاً من ذلك، يدخل G6P في تحلل السكر.
Q4: What is the rate-limiting enzyme in glycogenolysis?
A) Glycogen Synthase
B) Glycogen Phosphorylase
C) Branching Enzyme
D) Debranching Enzyme
Answer: B) Glycogen Phosphorylase
Explanation: Glycogen phosphorylase catalyzes the rate-limiting step in glycogenolysis—the phosphorolytic cleavage of 1→4 bonds. الشرح: فوسفوريلاز الجليكوجين يحفز الخطوة المحددة للمعدل في تحلل الجليكوجين—الانشطار الفسفوري لروابط 1→4.
Q5: Which coenzyme is required by glycogen phosphorylase?
A) Thiamine pyrophosphate
B) Pyridoxal phosphate (PLP)
C) Biotin
D) FAD
Answer: B) Pyridoxal phosphate (PLP)
Explanation: Glycogen phosphorylase requires pyridoxal phosphate (Vitamin B6) as its coenzyme. الشرح: فوسفوريلاز الجليكوجين يتطلب فوسفات البيريدوكسال (فيتامين B6) كإنزيم مساعد.
Q6: Which enzyme is deficient in Von Gierke disease?
A) Muscle Phosphorylase
B) Glucose-6-phosphatase
C) Acid Maltase
D) Branching Enzyme
Answer: B) Glucose-6-phosphatase
Explanation: Von Gierke disease (Type Ia) is caused by glucose-6-phosphatase deficiency, leading to severe hypoglycemia and hepatomegaly. الشرح: مرض فون جيرك (النوع Ia) يسببه نقص جلوكوز-6-فوسفاتاز، مما يؤدي إلى نقص سكر الدم الشديد وتضخم الكبد.
Q7: Which enzyme is deficient in McArdle disease?
A) Liver Phosphorylase
B) Muscle Phosphorylase
C) Debranching Enzyme
D) Glucose-6-phosphatase
Answer: B) Muscle Phosphorylase
Explanation: McArdle disease (Type V) is caused by muscle phosphorylase deficiency, leading to exercise intolerance and cramps. الشرح: مرض ماكاردل (النوع V) يسببه نقص فوسفوريلاز العضلات، مما يؤدي إلى عدم تحمل التمارين والتشنجات.
Q8: What is the rate-limiting enzyme in fatty acid synthesis?
A) Fatty Acid Synthase
B) Acetyl-CoA Carboxylase
C) Citrate Lyase
D) Malic Enzyme
Answer: B) Acetyl-CoA Carboxylase
Explanation: Acetyl-CoA carboxylase catalyzes the conversion of acetyl-CoA to malonyl-CoA, the committed step in fatty acid synthesis. الشرح: أسيتيل-CoA كربوكسيلاز يحفز تحويل أسيتيل-CoA إلى مالونيل-CoA، الخطوة الملتزمة في تخليق الأحماض الدهنية.
Q9: Which vitamin is required by acetyl-CoA carboxylase?
A) Vitamin B1
B) Vitamin B2
C) Biotin
D) Vitamin B6
Answer: C) Biotin
Explanation: Acetyl-CoA carboxylase requires the B vitamin biotin as a coenzyme. الشرح: أسيتيل-CoA كربوكسيلاز يتطلب فيتامين البيوتين (B) كإنزيم مساعد.
Q10: What is the end product of fatty acid synthesis in mammals?
A) Stearate (C18)
B) Palmitate (C16)
C) Oleate (C18:1)
D) Lauric acid (C12)
Answer: B) Palmitate (C16)
Explanation: Free palmitate is the end product of the fatty acid synthase complex. الشرح: البالميتات الحر هو الناتج النهائي لمركب سينثاز الأحماض الدهنية.
Q11: Which molecule activates acetyl-CoA carboxylase?
A) Palmitoyl-CoA
B) Citrate
C) Acyl-CoA
D) cAMP
Answer: B) Citrate
Explanation: Citrate activates acetyl-CoA carboxylase by promoting conversion from inactive dimer to active polymer. الشرح: السترات تنشط أسيتيل-CoA كربوكسيلاز عن طريق تعزيز التحويل من ثنائي غير نشط إلى بوليمر نشط.
Q12: Which molecule inhibits acetyl-CoA carboxylase?
A) Citrate
B) Palmitoyl-CoA
C) Insulin
D) Glucose
Answer: B) Palmitoyl-CoA
Explanation: Long-chain acyl-CoA molecules such as palmitoyl-CoA inhibit acetyl-CoA carboxylase by negative feedback. الشرح: جزيئات أسيل-CoA طويلة السلسلة مثل بالميتويل-CoA تثبط أسيتيل-CoA كربوكسيلاز عن طريق التغذية الراجعة السلبية.
Q13: Which pathway is the chief source of NADPH for lipogenesis?
A) Glycolysis
B) TCA Cycle
C) Pentose Phosphate Pathway
D) Urea Cycle
Answer: C) Pentose Phosphate Pathway
Explanation: The oxidative reactions of the pentose phosphate pathway are the chief source of hydrogen (NADPH) required for fatty acid synthesis. الشرح: التفاعلات التأكسدية لمسار فوسفات البنتوز هي المصدر الرئيسي للهيدروجين (NADPH) المطلوب لتخليق الأحماض الدهنية.
Q14: What is the rate-limiting enzyme in the urea cycle?
A) Ornithine Transcarbamoylase
B) Carbamoyl Phosphate Synthetase I (CPS-I)
C) Argininosuccinate Synthetase
D) Arginase
Answer: B) Carbamoyl Phosphate Synthetase I (CPS-I)
Explanation: CPS-I catalyzes the first and rate-limiting step of the urea cycle. الشرح: CPS-I يحفز الخطوة الأولى والمحددة للمعدل في دورة اليوريا.
Q15: What activates CPS-I?
A) N-acetylglutamate (NAG)
B) Citrate
C) Palmitoyl-CoA
D) cAMP
Answer: A) N-acetylglutamate (NAG)
Explanation: CPS-I is allosterically activated by N-acetylglutamate (NAG). الشرح: CPS-I ينشط بشكل غير مباشر بواسطة N-أسيتيل جلوتامات (NAG).
Q16: How many ATP are required to synthesize one molecule of urea?
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
Answer: C) 3
Explanation: Synthesis of 1 mol of urea requires 3 mol of ATP (utilized as 4 high-energy phosphates). الشرح: تخليق 1 مول من اليوريا يتطلب 3 مول من ATP (تُستخدم كـ 4 فوسفات عالية الطاقة).
Q17: Which enzyme is deficient in Citrullinemia Type I?
A) CPS-I
B) Ornithine Transcarbamoylase
C) Argininosuccinate Synthetase
D) Arginase
Answer: C) Argininosuccinate Synthetase
Explanation: Citrullinemia Type I (Classic Citrullinemia) is caused by argininosuccinate synthetase deficiency. الشرح: سيترولينيميا النوع I (الكلاسيكية) يسببها نقص أرجينينوسكسينات سينثيتاز.
Q18: Which amino acid is the direct precursor of Tyrosine?
A) Tryptophan
B) Phenylalanine
C) Methionine
D) Serine
Answer: B) Phenylalanine
Explanation: Tyrosine is synthesized from phenylalanine via phenylalanine hydroxylase. The reaction is irreversible. الشرح: التيروزين ينتج من فينيل ألانين عبر فينيل ألانين هيدروكسيلاز. التفاعل غير عكسي.
Q19: Which vitamin is required for transamination reactions?
A) Vitamin B1
B) Vitamin B2
C) Vitamin B6 (PLP)
D) Vitamin B12
Answer: C) Vitamin B6 (PLP)
Explanation: All transaminases require pyridoxal phosphate (PLP / Vitamin B6) as a coenzyme. الشرح: جميع ناقلات الأمين تتطلب فوسفات البيريدوكسال (PLP / فيتامين B6) كإنزيم مساعد.
Q20: In which organ does the urea cycle occur?
A) Kidney
B) Muscle
C) Liver
D) Brain
Answer: C) Liver
Explanation: The urea cycle occurs primarily in the liver (mitochondria and cytosol). الشرح: دورة اليوريا تحدث بشكل رئيسي في الكبد (الميتوكوندريا والسيتوبلازم).
Q21: Which enzyme is deficient in G6PD deficiency?
A) Glucose-6-phosphatase
B) Glucose-6-phosphate dehydrogenase
C) Glutathione peroxidase
D) Glutathione reductase
Answer: B) Glucose-6-phosphate dehydrogenase
Explanation: G6PD deficiency is the most common genetic defect, causing hemolytic anemia upon oxidative stress. الشرح: نقص G6PD هو أكثر عيب وراثي شيوعاً، يسبب فقر دم انحلالي عند الإجهاد التأكسدي.
Q22: What is the primary function of the pentose phosphate pathway in RBCs?
A) ATP production
B) NADPH production for glutathione reduction
C) Ribose synthesis for DNA
D) Fatty acid synthesis
Answer: B) NADPH production for glutathione reduction
Explanation: RBCs rely solely on the PPP for NADPH, which keeps glutathione reduced to protect against oxidative damage. الشرح: كريات الدم الحمراء تعتمد فقط على PPP للحصول على NADPH، الذي يحافظ على الجلوتاثيون مختزلاً للحماية من التلف التأكسدي.
Q23: A patient with G6PD deficiency is at risk of hemolytic anemia upon exposure to:
A) High-carbohydrate diet
B) Fava beans
C) Vitamin C
D) Insulin
Answer: B) Fava beans
Explanation: Fava beans cause oxidative stress, leading to hemolysis (Favism) in G6PD-deficient individuals. الشرح: الفول يسبب إجهاداً تأكسدياً، مما يؤدي إلى انحلال الدم (الفوال) في الأفراد المصابين بنقص G6PD.
Q24: Which hormone stimulates lipogenesis and inhibits lipolysis?
A) Glucagon
B) Epinephrine
C) Insulin
D) Cortisol
Answer: C) Insulin
Explanation: Insulin promotes lipogenesis by activating acetyl-CoA carboxylase and inhibits lipolysis by decreasing cAMP in adipose tissue. الشرح: الأنسولين يعزز تكوين الدهون عن طريق تنشيط أسيتيل-CoA كربوكسيلاز ويثبط تحلل الدهون عن طريق تقليل cAMP في الأنسجة الدهنية.
Q25: Which of the following is a gluconeogenic substrate?
A) Glucose
B) Lactate
C) Glycogen
D) Sucrose
Answer: B) Lactate
Explanation: Major gluconeogenic substrates are glucogenic amino acids, lactate, glycerol, and propionate. الشرح: الركائز الرئيسية لاستحداث الجلوكوز هي الأحماض الأمينية المولدة للجلوكوز، اللاكتات، الجليسرول، والبروبيونات.
Q26: Which enzyme is deficient in Hereditary Fructose Intolerance?
A) Fructokinase
B) Aldolase B
C) GALT
D) Glucose-6-phosphatase
Answer: B) Aldolase B
Explanation: Hereditary fructose intolerance is caused by aldolase B deficiency. الشرح: عدم تحمل الفركتوز الوراثي يسببه نقص ألدولاز B.
Q27: Which enzyme is deficient in Galactosemia?
A) Galactokinase
B) GALT (galactose-1-phosphate uridyltransferase)
C) Aldolase B
D) Fructokinase
Answer: B) GALT
Explanation: Galactosemia is caused by deficiency in GALT, leading to accumulation of galactose-1-phosphate. الشرح: الجالاكتوزيميا يسببها نقص GALT، مما يؤدي إلى تراكم جالاكتوز-1-فوسفات.
Q28: What is the 21st amino acid?
A) Cysteine
B) Selenocysteine
C) Hydroxyproline
D) Ornithine
Answer: B) Selenocysteine
Explanation: Selenocysteine is called the 21st amino acid and is incorporated co-translationally into proteins. الشرح: السيلينوسيستين يسمى الحمض الأميني الحادي والعشرين ويدمج أثناء الترجمة في البروتينات.
Q29: Which vitamin is required for hydroxylation of proline and lysine in collagen?
A) Vitamin A
B) Vitamin C
C) Vitamin D
D) Vitamin K
Answer: B) Vitamin C
Explanation: Hydroxylation of proline and lysine requires vitamin C (ascorbate), O2, Fe, and α-ketoglutarate. الشرح: هيدروكسيلation البرولين والليسين يتطلب فيتامين C (أسكوربات)، O2، حديد، و α-كيتوغلوتارات.
Q30: Which of the following is a positive nitrogen balance state?
A) Surgery
B) Advanced cancer
C) Pregnancy
D) Marasmus
Answer: C) Pregnancy
Explanation: Positive nitrogen balance (intake > excretion) usually accompanies growth and pregnancy. الشرح: توازن النيتروجين الإيجابي (المدخول > الإخراج) عادة يصاحب النمو والحمل.