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Metabolismo del glucógeno
• El glucógeno representa la principal forma de almacenamiento de carbohidratos en animales.
• Cuando existe una disminución significativa de glucosa en sangre, el glucógeno es degradado por medio de una serie de enzimas para cubrir las necesidades energéticas de nuestro organismo.
• Este proceso es llamado glucogenólisis.
Lugares de almacenamiento
El glucógeno se encuentra en el hígado y músculo.
• El glucógeno hepático sirve en gran parte para exportar unidades de hexosa para la conservación de la glucosa sanguínea, en particular entre comidas.
Después de 12 a 18 horas de ayuno, el hígado casi agota su reserva de glucógeno.
La liberación del glucógeno en el hígado es desencadenada por niveles bajo de glucosa en sangre.
• La función del glucógeno muscular es actuar como una fuente de fácil disponibilidad de unidades de hexosa para la glucólisis dentro del propio músculo.
En el músculo, la glucosa-6-fosfato obtenida de la descomposición del glucógeno entra en la vía glucolítica directamente, en vez de ser hidrolizada a glucosa y después exportada a la sangre.
El glucógeno muscular sólo disminuye de manera significativa después de ejercicio vigoroso prolongado.
Puede inducirse un almacenaje mayor de glucógeno muscular con dietas ricas en carbohidratos después de la depleción por el ejercicio.
Descomposición del glucógeno.
• Primero: rupturas fosforolíticas secuenciales de los enlaces α(1-4)
La glucógeno fosforilasa rompe los enlaces glucosídicos α(1-4) entre los residuos que están en los extremos no reductores por simple fosforólisis.
La glucógeno fosforilasa es una fosfotransferasa que degrada secuencialmente las cadenas de glucógeno en sus extremos no reductores hasta que están sólo cuatro residuos de glucosa en la ramificación. La estructura se denomina dextrina límite y la fosforilasa no puede degradarla más.
• Segundo: las ramas del glucógeno son removidas por medio de una segunda enzima, la (α1,4 →α1,4) glucantransferasa quien cataliza dos reacciones.
La primera reacción, elimina tres de los residuos de glucosa restantes y transfiere este trisacárido intacto al extremo de alguna otra ramificación externa.A continuación el residuo restante de glucosa unido a la cadena en posición α(1-6), es removido hidrolíticamente liberando glucosa.
Ambas actividades se encuentran en sitios separados de la misma cadena polipeptídica (enzima desramificante)
• Tercero: la glucosa-1-fosfato producida por la glucógeno fosforilasa es convertida en glucosa-6-fosfato por la fosfoglucomutasa. La reacción produce glucosa 1,6 bisfosfato como un intermediario temporal pero esencial.
enzima-fosfato + glucosa-1-fosfato ↔ enzima + glucosa-1,6-bisfosfato
glucosa-1,6-bisfosfato + enzima↔enzima-fosfato +glucosa-6-fosfato
glucosa-1-fosfato ↔ glucosa-6-fosfato
• Finalmente:
Esta glucosa fosforilada, para salir de las células hepáticas, debe ser hidrolizada a glucosa y ortofosfato mediante la enzima glucosa-6-fosfatasa.
Glucosa-6-P + H2O ↔ Glucosa + Pi
En cambio el glucógeno muscular, se utiliza principalmente como fuente de glucosa-6-fosfato para el catabolismo en las células musculares.(no hay glucosa-6-fosfatasa)
• La síntesis de glucógeno a partir de glucosa se llama glucogénesis y se produce gracias al enzima glucógeno sintetasa.
• No constituye el inverso de la descomposición del glucógeno.
• La adición de una molécula de glucosa al glucógeno consume dos enlaces de alta energía: una procedente del ATP y otra que procede del UTP
• Ocurre principalmente en el músculo y en el hígado
Síntesis del glucógeno
• Primero: la glucosa es transformada en glucosa-6-fosfato, gastando una molécula de ATP.
glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP
La reacción es catalizada por la enzima glucoquinasa en el hígado y por la enzima hexoquinasa en el músculo.
• Segundo: a continuación se transforma la glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato
glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P
La reacción es catalizada por la enzima fosfoglucomutasa.
• Tercero: la glucosa-1-fosfato reacciona con UTP, para producir uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) y pirofosfato (PPi).
glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi
UDP-Glucosa pirofosforilasa
• Cuarto: la enzima glucógeno sintetasa va uniendo UDP-glucosa a través de enlaces glicosídicos α (1-4), para formar el glucógeno.
(glucosa)n + UDP-glucosa → (glucosa)n+1 + UDP
• Finalmente: la enzima de ramificación transfiere un segmento de siete residuos de largo de una cadena en crecimiento, a un nuevo punto de ramificación (generalmente a cuatro residuos de otra ramificación) a través de un enlace glicosídico α (1-6).
Importante La enzima glucógeno sintasa, no puede formar un enlace entre dos moléculas aisladas de glucosa. Es decir debe agregarse a una cadena ya existente con enlaces α (1-4).
Para lograr entonces comenzar la síntesis se necesita un cebador. En este caso el grupo hidroxilo de una tirosina específica de la proteína glucogenina cumple este fin.
La síntesis comienza enlazando un residuo de glucosa con el hidróxilo de la tirosina y luego los otros residuos se agregan en forma sucesiva al primero.
La propia molécula de glucogenina actúa como catalizador, hasta la unión de ocho moléculas de glucosa. Luego comienza a funcionar la glucógeno sintasa.
→ Una proteína glicogenina es la que une la primera molécula de glucosa.
→ La enzima glicógeno sintasa forma un complejo con la glicogenina.
→ Este complejo comienza a alargar la cadena al unirse moléculas de
UDP-glucosa.
Control del metabolismo del glucógeno
Debido a la importancia de mantener los niveles de glucosa sanguínea, la síntesis y degradación del glucógeno están muy reguladas.
En el hígado la síntesis de glucógeno se acelera durante periodos en los que el individuo está bien alimentado, por tanto la degradación del glucógeno se acelera en periodos de ayuno.
En el músculo la degradación del glucógeno ocurre durante el ejercicio activo y la acumulación comienza en cuanto el músculo entra en reposos.
La regulación de la síntesis y degradación ocurre a dos niveles:
1.- la glucógeno sintasa y glucógeno fosforilasa son controladas alostericamente.
2.- control hormonal.
La glucógeno sintetasa (participante de la síntesis) tiene dos formas: glucógeno sintetasa I (independiente de la presencia de glucosa 6 fosfato para su acción), que no está fosforilada y es activa, y la glucógeno sintetasa D (dependiente de la presencia de glucosa 6 fosfato para su acción), que está fosforilada y es menos activa.
La glucógeno fosforilasa (participante de su degradación), también tiene dos formas: glucógeno fosforilasa b, menos activa, que no está fosforilada y la glucógeno fosforilasa a, activa, que está fosforilada.
1.- La regulación a través de la glucógeno sintetasa y la glucógeno fosforilasa
DESFOSFORILADAS
FOSFORILADAS
1.1.- Regulación de la síntesis de glucógeno y la
degradación en estado de buena alimentación
En el estado de buena alimentación, la glucógeno sintasa es activada alostericamente por glucosa-6-fosfato cuando está presente en concentraciones elevadas.
Por el contrario, la glucógeno fosforilasa es inhibida alostericamente por la glucosa-6-fosfato, así como por el ATP. En el hígado la glucosa también sirve como un inhibidor alostérico de la glucosa fosforilasa
1.2.- Activación de la degradación del glucógeno en músculo por calcio y AMP.
a.- efecto del Ca2+: • Durante la contracción muscular existe una urgencia por ATP,
esta energía es aportada por la glucosa almacenada en el glucógeno. Los impulsos nerviosos causan despolarización de la membrana, lo cual a su vez promueve la liberación de Ca2+ desde el retículo sarcoplásmico. El Ca2+ se une a una subunidad de la fosforilasa cinasa, la calmodulina la activa sin la necesidad de su fosforilación (acción catalizada por la proteína cinasa). Cuando el músculo se relaja, el Ca2+ retorna al retículo sarcoplásmico y la fosforilasa cinasa se torna inactiva. Esta enzima, la fosforilasa cinasa, tiene su máxima actividad cuando está fosforilada y con Ca2+ unido.
b.- efecto del AMP:
• La glucógeno fosforilasa tipo b muscular es activa en
presencia de elevados niveles de AMP, lo que ocurre en el músculo en condiciones de anoxia extrema y alto consumo de ATP. El AMP se une a la forma inactiva de la glucógeno fosforilasa b causando su inactivación sin fosforilación.
2.- control hormonal.
• Las hormonas adrenalina y glucagón activan las proteínas quinasas que fosforilan ambas enzimas, provocando activación de la glucógeno fosforilasa, estimulando la degradación del glucógeno; mientras que la glucógeno sintetasa disminuye su actividad, lo que inhibe la síntesis de glucógeno.
• La hormona insulina provoca la desfosforilación de las enzimas, en consecuencia la glucógeno fosforilasa se hace menos activa, y la glucógeno sintetasa se activa, lo que favorece la síntesis de glucógeno.
• Es decir, que hormonas como la adrenalina y el glucagón favorecen la degradación del glucógeno, mientras que la insulina estimula su síntesis.
