Metabolismo del glucógenoMetabolismo del glucógeno

• El glucógeno representa la principal forma deEl glucógeno representa la principal forma dealmacenamiento de carbohidratos en animales.

Lugares de almacenamientoLugares de almacenamientoEl glucógeno se encuentra en el hígado y músculo.g g g y

• El glucógeno hepático sirve en gran parte para exportarunidades de hexosa para la conservación de la glucosaunidades de hexosa para la conservación de la glucosasanguínea, en particular entre comidas.

D é d 12 18 h d l hí d iDespués de 12 a 18 horas de ayuno, el hígado casiagota su reserva de glucógeno.

La liberación del glucógeno en el hígado esdesencadenada por niveles bajo de glucosa en sangre.

• La función del glucógeno muscular es actuar como una• La función del glucógeno muscular es actuar como unafuente de fácil disponibilidad de unidades de hexosapara la glucólisis dentro del propio músculo.

En el músculo, la glucosa-6-fosfato obtenida de ladescomposición del glucógeno entra en la vía glucolíticadirectamente en vez de ser hidrolizada a glucosa ydirectamente, en vez de ser hidrolizada a glucosa ydespués exportada a la sangre.

El glucógeno muscular sólo disminuye de maneraEl glucógeno muscular sólo disminuye de manerasignificativa después de ejercicio vigoroso prolongado.

P ede ind cirse n almacenaje ma or de gl cógenoPuede inducirse un almacenaje mayor de glucógenomuscular con dietas ricas en carbohidratos después dela depleción por el ejercicio.

Descomposición del glucógeno.

• Cuando existe una disminución significativa de glucosaen sangre el glucógeno es degradado por medio de unaen sangre, el glucógeno es degradado por medio de unaserie de enzimas para cubrir las necesidadesenergéticas de nuestro organismo.

• Este proceso es llamado glucogenólisis.

• Primero: rupturas fosforolíticas secuenciales de lospenlaces α(1-4)

La glucógeno fosforilasa rompe los enlaces glucosídicosα(1-4) entre los residuos que están en los extremos noreductores por simple fosforólisisreductores por simple fosforólisis.

La glucógeno fosforilasa es una fosfotransferasa quedegrada secuencialmente las cadenas de glucógeno ensus extremos no reductores hasta que están a ólo cuatroqresiduos de glucosa en la ramificación. La estructura sedenomina dextrina límite y la fosforilasa no puededegradarla más.g

• Segundo: las ramas del glucógeno son removidas por• Segundo: las ramas del glucógeno son removidas pormedio de una segunda enzima, la (α1,4 →α1,4)glucantransferasa quien cataliza dos reacciones.

La primera reacción, elimina tres de los residuos deglucosa restantes y transfiere este trisacárido intacto alextremo de alguna otra ramificación externaextremo de alguna otra ramificación externa.A continuación el residuo restante de glucosa unido a lacadena en posición α(1-6), es removido hidrolíticamenteliberando glucosaliberando glucosa.

Ambas actividades se encuentran en sitios separadosde la misma cadena polipeptídica (enzimade la misma cadena polipeptídica (enzimadesramificante)

• Tercero: la glucosa-1-fosfato producida por la glucógenog p p g gfosforilasa es convertida en glucosa-6-fosfato por lafosfoglucomutasa. La reacción produce glucosa 1,6bisfosfato como un intermediario temporal pero esencialbisfosfato como un intermediario temporal pero esencial.

enzima-fosfato + glucosa-1-fosfato ↔ enzima + glucosa-1,6-bisfosfatoglucosa-1,6-bisfosfato + enzima↔enzima-fosfato +glucosa-6-fosfato

glucosa-1-fosfato ↔ glucosa-6-fosfatoglucosa-1-fosfato ↔ glucosa-6-fosfato

• Finalmente:Esta glucosa fosforilada, para salir de las célulashepáticas, debe ser hidrolizada a glucosa y ortofosfato

di t l i l 6 f f tmediante la enzima glucosa-6-fosfatasa.

Glucosa-6-P + H O ↔ Glucosa + PiGlucosa-6-P + H2O ↔ Glucosa + Pi

En cambio el glucógeno muscular, se utilizag g ,principalmente como fuente de glucosa-6-fosfato para elcatabolismo en las células musculares.(no hay glucosa-6-fosfatasa)6-fosfatasa)

Síntesis del glucógeno• La síntesis de glucógeno a partir de glucosa se llama

Síntesis del glucógenog g p g

glucogénesis y se produce gracias a la enzimaglucógeno sintetasa.

• La adición de una molécula de glucosa al glucógenoconsume dos enlaces de alta energía: una procedenteconsume dos enlaces de alta energía: una procedentedel ATP y otra que procede del UTP

• Ocurre principalmente en el músculo y en el hígado

• Primero: la glucosa es transformada en glucosa-6-Primero: la glucosa es transformada en glucosa 6fosfato, gastando una molécula de ATP.

glucosa + ATP glucosa 6 P + ADPglucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP

La reacción es catalizada por la enzima glucoquinasa enp g qel hígado y por la enzima hexoquinasa en el músculo.

• Segundo: a continuación se transforma la glucosa 6• 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 enzimafosfoglucomutasa.fosfoglucomutasa.

• Tercero: la glucosa-1-fosfato reacciona con UTP paraTercero: la glucosa 1 fosfato reacciona con UTP, paraproducir uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) ypirofosfato (PPi).

UDP-Glucosa

glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPipirofosforilasa

• Cuarto: la enzima glucógeno sintetasa va uniendo UDP-Cuarto: la enzima glucógeno sintetasa va uniendo UDPglucosa a través de enlaces glicosídicos α (1-4), paraformar el glucógeno.

( l ) UDP l ( l ) 1 UDP(glucosa)n + UDP-glucosa → (glucosa)n+1 + UDP

• Finalmente: la enzima de ramificación transfiere unFinalmente: la enzima de ramificación transfiere unsegmento de siete residuos de largo de una cadena encrecimiento, a un nuevo punto de ramificación(generalmente a cuatro residuos de otra ramificación) a(g )través de un enlace glicosídico α (1-6).

ImportanteImportanteLa enzima glucógeno sintasa, no puede formar un enlace entre dosmoléculas aisladas de glucosa. Es decir debe agregarse a unacadena 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 laproteína glucogenina cumple este fin.g g

La síntesis comienza enlazando un residuo de glucosa con elhidróxilo de la tirosina y luego los otros residuos se agregan enforma sucesiva al primeroforma sucesiva al primero.

La propia molécula de glucogenina actúa como catalizador, hasta launión de ocho moléculas de glucosa. Luego comienza a funcionarla glucógeno sintasa.

→ Una proteína glicogenina es laque une la primera molécula deglucosa.

→ La enzima glicógeno sintasaforma un complejo con laglicogenina.

→ Este complejo comienza a alargarla cadena al unirse moléculas deUDP-glucosa.

Control del metabolismo del glucógenoControl del metabolismo del glucógeno

Debido a la importancia de mantener los niveles del í l í t i d d ió d lglucosa sanguínea, la síntesis y degradación del

glucógeno están muy reguladas.

En el hígado la síntesis de glucógeno se acelera duranteperiodos en los que el individuo está bien alimentado,por tanto la degradación del glucógeno se acelera enperiodos de ayunoperiodos de ayuno.

En el músculo la degradación del glucógeno ocurred t l j i i ti l l ió idurante el ejercicio activo y la acumulación comienza encuanto el músculo entra en reposo.

La regulación de la síntesis yg ydegradación ocurre a dos niveles:

1.- la glucógeno sintasa y glucógenofosforilasa son controladasalostericamente.

2.- control hormonal.

1.- La regulación a través de la glucógenoi t t l l ó f f il

L l ó i t t ( ti i t d l í t i ) ti

sintetasa y la glucógeno fosforilasa

La glucógeno sintetasa (participante de la síntesis) tienedos formas: glucógeno sintetasa I (independiente de lapresencia de glucosa 6 fosfato para su acción), que no

tá f f il d ti l l ó i t t Destá fosforilada y es activa, y la glucógeno sintetasa D(dependiente de la presencia de glucosa 6 fosfato parasu acción), que está fosforilada y es menos activa.

La glucógeno fosforilasa (participante de sudegradación) también tiene dos formas: glucógenodegradación), también tiene dos formas: glucógenofosforilasa b, menos activa, que no está fosforilada y laglucógeno fosforilasa a, activa, que está fosforilada.

DESFOSFORILADAS

FOSFORILADAS

1.1.- Regulación de la síntesis de glucógeno y ladegradación en estado de buena alimentación

En el estado de buena alimentación, la glucógenosintasa es activada alostericamente por glucosa-6-fosfato cuando está presente en concentracionesfosfato cuando está presente en concentracioneselevadas.

Por el contrario, la glucógeno fosforilasa es inhibidaalostericamente por la glucosa-6-fosfato, así como por elATP En el hígado la glucosa también sirve como unATP. En el hígado la glucosa también sirve como uninhibidor alostérico de la glucosa fosforilasa

1.2.- Activación de la degradación del glucógenoú l l i AMPen músculo por calcio y AMP.

a efecto del Ca2+:a.- efecto del Ca2+:

• Durante la contracción muscular existe una urgencia porATP, esta energía es aportada por la glucosa almacenada enATP, esta energía es aportada por la glucosa almacenada enel glucógeno. Los impulsos nerviosos causan despolarizaciónde la membrana, lo cual a su vez promueve la liberación deCa2+ desde el retículo sarcoplásmico. El Ca2+ se une a unasubunidad de la fosforilasa cinasa, la calmodulina la activa sinsubu dad de a os o asa c asa, a ca odu a a act a sla necesidad de su fosforilación (acción catalizada por laproteína cinasa). Cuando el músculo se relaja, el Ca2+ retornaal retículo sarcoplásmico y la fosforilasa cinasa se tornainactiva. Esta enzima, la fosforilasa cinasa, tiene su máxima, ,actividad cuando está fosforilada y con Ca2+ unido.

b.- efecto del AMP:b. efecto del AMP:

• La glucógeno fosforilasa muscular es activa en• La glucógeno fosforilasa muscular es activa enpresencia de elevados niveles de AMP, lo que ocurre enel músculo en condiciones de anoxia extrema y alto

d ATP El AMP j d f t i hibidconsumo de ATP. El AMP ejerce dos efectos inhibidoressobre la síntesis de glucógeno:* Fosforilación de la glucógeno sintetasa inactivándolaFosforilación de la glucógeno sintetasa, inactivándola* Inhibición de la fosfoproteína fosfatasa, cuya actividadtendería a restablecer la actividad de la glucógenosintetasa.

2.- control hormonal.co t o o o a

• Las hormonas adrenalina y glucagón activan las proteínas quinasasy g g p qque fosforilan ambas enzimas, provocando activación de laglucógeno fosforilasa, estimulando la degradación del glucógeno;mientras que la glucógeno sintetasa disminuye su actividad, lo queinhibe la síntesis de glucógeno.g g

• La hormona insulina provoca la desfosforilación de las enzimas, enconsecuencia la glucógeno fosforilasa se hace menos activa, y laglucógeno sintetasa se activa lo que favorece la síntesis deglucógeno sintetasa se activa, lo que favorece la síntesis deglucógeno.

• Es decir, que hormonas como la adrenalina y el glucagón favorecenq y g gla degradación del glucógeno, mientras que la insulina estimula susíntesis.

Conexiones bioquímicas• Existe un grupo de enfermedades heredadas genéticamente

lt d f t l i id

Conexiones bioquímicas

que resultan en un defecto en alguna enzima requerida parala síntesis o degradación del glucógeno. Esto resulta en:

a formación de un glucógeno con una estructura anormala.- formación de un glucógeno con una estructura anormalb.- la acumulación de grandes cantidades de glucógenonormal en tejidos específicos.

Una enzima particular puede ser defectuosa en un solo tejidocomo el hígado o el defecto puede ser mas generalizado,afectando músculo, riñón, intestino y miocardio. La severidad, , yde las enfermedades va desde fatal en la infancia hastadesordenes medianos que no afectan tan drásticamente lavida.

• A continuación se mencionan las enfermedades mas frecuentesrelacionadas con la síntesis y degradación del glucógeno:relacionadas con la síntesis y degradación del glucógeno:

Enfermedad de Von Gierke (Tipo I): deficiencia en la glucógeno-6-fosfatasa, afecta hígado, riñón e intestino. Presenta hipoglicemia, g , p gsevera en el ayuno. La estructura del glucógeno es normal, pero seacumula en cantidades significativamente mayores que lasnormales.

Enfermedad de Pompe (Tipo II): deficiencia en la alfa-glucógenooxidasa lisosomal. Presenta concentraciones excesivas deglucógeno en vacuolas citoplásmias anormales. Usualmente ocurreuna muerte temprana Estructura del glucógeno normaluna muerte temprana. Estructura del glucógeno normal.

Síndrome de McArdle (Tipo V): la afección es en el músculoesquelético, el metabolismo en el hígado es normal. Debilidadq , gtemporal, no hay salida de lactato al torrente sanguíneo duranteejercicio atenuante. Elevados niveles de glucógeno conestructura normal en el músculo.

• Para que la vida de los mamíferos pueda llevarse a caboadecuadamente, es necesario un aporte constante de, pglucosa al torrente sanguíneo.Cuando el nivel de glucosa en la sangre es bajo(hipoglicemia), el glucagón producido por el páncreas activa(hipoglicemia), el glucagón producido por el páncreas activala acción de la glucógeno fosforilasa, estimulando ladegradación del glucógeno en el hígado liberando glucosa altorrente sanguíneo con lo que su concentración aumenta.Por el contrario, cuando el nivel de glucosa sanguínea es alto(hiperglicemia), la insulina producida también en el páncreasactiva la acción de la glucógeno sintetasa que estimula lasíntesis de glucógeno por lo que la concentración de glucosalibre en la sangre disminuye.