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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 glucosa6-fosfatasa)
Síntesis del glucógeno
• 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
• Primero: la glucosa es transformada en glucosa-6fosfato, 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-6fosfato en glucosa-1-fosfato
glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P
La
reacción
es
fosfoglucomutasa.
catalizada
por
la
enzima
• Tercero: la glucosa-1-fosfato reacciona con UTP, para
producir uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) y
pirofosfato (PPi).
glucosa-1-P + UTP
UDP-Glucosa
pirofosforilasa
→
UDP-glucosa + PPi
• Cuarto: la enzima glucógeno sintetasa va uniendo UDPglucosa 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
degradación ocurre a dos niveles:
y
1.- la glucógeno sintasa y glucógeno
fosforilasa
son
controladas
alostericamente.
2.- control hormonal.
1.- La regulación a través de la glucógeno
sintetasa y la glucógeno fosforilasa
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.
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-6fosfato 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.