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METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
Almidón
Reserva en células vegetales.
Homopolímero de Glucosa.
Formado por:
Amilosa glucosa unidos por enlaces
(α14), sin ramificar.
Amilopectina glucosa unidos por enlaces
(α14), con ramificaciones (α16) cada
24-30. POCO RAMIFICADO.
Glucógeno
Reserva en células animales.
Homopolímero de Glucosa.
Glucosa unidos por enlaces (α14), con
ramificaciones (α16) cada 8 – 12.
MUY RAMIFICADO.
Estructura, localización y función del glucógeno
El glucógeno es un homopolisacárido con función de reserva
energética.
Localización citosólica, formando gránulos, que incluyen todas las
enzimas del metabolismo del glucógeno.
Abundante en el hígado y en menor proporción en el músculo.
Homopolisacárido de residuos de glucosa
unidos por enlaces (α1
4), con
ramificaciones (α1
6) cada 8 - 12
residuos.
Extremo reductor:
Extremo de un polisacárido con un
azúcar terminal que tiene un
Carbono anomérico libre.
Carbonílicoanomérico
Glucosa hepática libre
[0.4 M] (si estuviera disuelta)
Gránulos
de glucógeno
[0.01 µM] si está almacenada
en el glucógeno.
Homopolisacárido de residuos de glucosa unidos por enlaces (α14),
con ramificaciones (α16) cada 8 - 12 residuos.
6
H
4
OH
CH2OH
H
5
H
OH
3
H
H
2
1
Residuos de
glucosa
(α 14)
Ramificación
(α 16)
OH
OH
Glucosa
Extremos no
reductores
G
Metabolismo del glucógeno
Glucogenólisis
Punto de
regulación
Glc
Glucógeno
fosforilasa
(FOSFORILASA)
ATP
Fosfoglucomutasa
Glc
o
ATP
G6P
G1P
Glucógeno
UDP-glucosa
pirofosforilasa
UDP-Glc
Punto de regulación
Glucogenogénesis
Glucógeno
sintasa
Degradación del glucógeno
Glucógeno
Glucogenólisis:
ruta catabólica donde se degrada el glucógeno (sustrato)
para obtener G6P (producto).
Enzimas:
1.
Glucógeno Fosforilasa. Fosforólisis. Ruptura de las cadenas
lineales Enlaces α(1-4) en extremos no reductores, simultanea y
repetitivamente. GlucógenoG1P.
Es la enzima reguladora de la degradación del glucógeno.
2. Enzima desramificadora de Glucógeno. Hidrólisis. GlucógenoGlc.
3. Fosfoglucomutasa. Isomerización. G1P G6P.
Gucogenólisis
1. Glucógeno Fosforilasa. Fosforólisis. Ruptura de los enlaces α(1-4) en
extremos no reductores simultanea y repetitivamente.
GlucógenoG1P. ENTRADA DE Pi
Glucógeno (Glc)n + Pi
Glucógeno (Glc)n-1 + G1P
ΔGº´= 3.1 Kj/mol
Condiciones fisiológicas
[Pi]/[G1P]≥ 100
ΔG≈ - 8 Kj/mol
Dímero con dos cadenas
idénticas
Fosforólisis del glucógeno catalizada por la Glucógeno Fosforilasa.
ΔG≈ - 8 Kj/mol
G1P
Glucógeno (Glc)n + Pi
Glucógeno (Glc)n-1 + G1P
Eficiencia catalítica
La glucógeno fosforilasa cataliza la fosforólisis del glucógeno
en extremos no reductores simultanea y repetitivamente.
Fin de la actividad de la
Glucógenofosforilasa
2. Enzima desramificadora de Glucógeno, (Oligo(α16) a (α14)
glucanotransferasa). Hidrólisis. GlucógenoGlc.
Tiene dos actividades:
actividad de glucosidasa
actividad de transferasa
2. Enzima desramificadora de Glucógeno. Hidrólisis. GlucógenoGlc.
Actividad de transferasa
Actividad de glucosidasa
Nueva actividad de la
Glucógenofosforilasa
Paso 1 y 2, resultado:
90% de G1P y 10% de Glc.
3. Fosfoglucomutasa. Isomerización. G1P G6P.
3. Fosfoglucomutasa. Isomerización. G1PG6P.
6
CH 2OH
6
H
5
H
H
4
OH
H
OH
3
H
2
H
4
1
OPO3=
OH
G1P
OH
Fosfoglucomutasa
∆Gº’= -7,3 kJ/mol
CH2OPO3=
H
5
H
OH
3
H
2
H
G6P
Condiciones fisiológicas
[G1P]/[G6P]≥ 1000
ΔG≈ -21.5 Kj/mol
Resultado: 90% de G6P y 10% de Glc.
1
OH
OH
Destino de la G6P y Glucosa obtenidas de
la degradación del glucógeno
MÚSCULO
ESQUELÉTICO
ATP
MÚSCULO
ESQUELÉTICO
Glucógeno
fosforilasa
ATP
Glucólisis
Glc
Glucólisis
Fosfogluco
isomerasa
G1P
G6P
Glucógeno
HÍGADO
Glucosa 6-fosfatasa
HÍGADO
Glc
La glucosa es liberada a la sangre
Estrategia molecular
Acción de la glucosa 6-fosfatasa hepática
Hígado
Los monómeros de glucosa del glucógeno pueden escindirse
rápidamente ante una necesidad energética inminente.
En el músculo la necesidad de ATP lleva a la conversión de
glucógeno en G6P para ingresar a la glucólisis y fermentación
láctica para la obtención de ATP.
En el hígado la degradación del glucógeno a G6P y su
posterior desfosforilación a glucosa tiene como función
mantener la homeostasis de la glucosa.
Glucógeno fosforilasa: regulación alostérica
(FOSFORILASA)
Moduladores
negativos
GF b
Menos activa
ATP
G6P
AMP
Ca2+
Músculo
Glc
Hígado
Moduladores
positivos
Músculo
GF a
Activa
↑ Glucogenólisis
Glucógeno fosforilasa: regulación covalente
(FOSFORILASA)
Insulina
Glucagón
Hígado
Insulina
Músculo
Hígado
GF b
Menos activa
2Pi
Músculo
2ATP
kinasa
fosfatasa
2H2O
Adrenalina
GF a
Activa
↑ Glucogenólisis
2ADP
Regulación
La glucógeno fosforilasa está
regulada alostérica y
covalentemente
En el músculo, la adrenalina, por
cascadas de fosforilación estimula
la degradación de glucógeno,
proporcionando glucosa para la
glucólisis y fermentación
En el hígado, el glucagón, por
cascadas de fosforilación estimula
la degradación de glucógeno,
proporcionando glucosa para la
liberar a la sangre.
En forma alostérica, en el músculo
el Ca2+ y AMP estimulan la
activación de la glucógeno
fosforilasa.
Repaso
La glucogenólisis es la ruta catabólica de degradación del
glucógeno para dar G6P y Glc.
Glucogenólisis 3 etapas
1. Fosforólisis de los enlaces α(1-4) simultánea y repetitivamente, por
la glucógeno fosforilasa. Resultado: 90% G1P.
Regulación alostérica + AMP// - ATP y G6P en músculo y Glc en
hígado.
Regulación covalente Fosforilación (activación) adrenalina y glucagón
Desfosforilación (desactivación) insulina
2. Hidrólisis de los enlaces α(1-6) por la enzima desramificante
con actividad de transferasa y glucosidasa. Resultado: 10 % Glc.
3. Conversión de G1P → G6P por la fosfoglucomutasa.
La G6P en hígado se convierte en Glc que pasa a la circulación mientras
que en músculo se degrada por glucólisis.
Autoevaluación
A) La fosforólisis catalizada por la Fosforilasa es:
1.
la ruptura de los enlaces α(1-6).
2. la isomerización de G6P a G1P.
3. la ruptura de los enlaces α(1-4).
4. la hidrólisis del Glucógeno para dar Glc.
B) Sobre que enzimas actúan y que efectos tiene sobre la degradación
del glucógeno las siguientes acciones:
1. Aumentar la concentración muscular de Ca2+.
2. Aumentar la concentración de muscular de ATP.
3. Situación de stress o huida.
4. Aumentar la concentración de ADP.
5. Aumentar la concentración de glucosa.
Considere las diferencias y similitudes de estos efectos en hígado y
músculo esquelético.
Glucogenogénesis
Ruta anabólica donde se sintetiza glucógeno a partir de G6P.
Ocurre en hígado y músculo esquelético
La síntesis de glucógeno comienza cuando existe gran disponibilidad de G6P
Glucosa
+ ATP + ADP
G6P
La síntesis de G6P
depende del “buen”
aporte de glucosa
Glucokinasa hígado
Hexokinasa músculo
6
H
4
OH
CH2OPO3=
H
5
H
OH
3
6
H
2
H
G6P
1
OH
CH 2OH
5
H
H
4
OH
H
OH
3
H
2
H
OH
1
OPO3=
OH
G1P
Fosfoglucomutasa
∆Gº’= 7.2 kJ/mol
Con buena disponibilidad de G6P
G6P/G1P ≈1000
ΔG≈ -5.43 Kj/mol
Síntesis del glucógeno
(Glucogenogénesis)
Fosfogluco
mutasa
G6P
Glucógeno
G1P
PPi
UDP-glucosa
pirofosforilasa
UTP
ATP
UDP-Glc
UDP
ADP
Glucógeno
sintasa
G1P + UTP UDP-Glc + 2Pi
La conversión de G1P a
UDP-Glc es posible debibo a la
energía libre de hidrólisis
del PPi.
La glucosa queda “marcada”
para la síntesis de glucógeno.
UDP-Glc pirofosforilasa
∆Gº` ≈ 0 kJ/mol
PPi
Pirofosfato
inorgánico
hidrolasa
2Pi
∆G`º= -33.5 kJ/mol
La UDP-Glc es el donador de
residuos de glucosa para la
síntesis de glucógeno.
UDP-Glc
Síntesis del glucógeno
Fosfogluco
mutasa
G6P
Glucógeno
G1P
PPi
UDP-glucosa
pirofosforilasa
UTP
ATP
UDP-Glc
UDP
ADP
Glucógeno
sintasa
UDP
La Glucógeno Sintasa transfiere Glc desde la UDP-Glc a un
extremo no reductor del glucógeno
UDP-Glc + GlucógenoGlc
n
UDP + GlucógenoGlc
n+1
UDP-Glc
Ión oxonio
intermediario
Glucógeno Sintasa
∆G`º= -13.4 kJ/mol
Glucógeno n Glc
Glucógeno n Glc + 1
La ramificación del glucógeno es catalizada por la enzima
ramificadora del glucógeno.
La ramificación hace más
soluble al glucógeno y
aumenta los extremos no
reductores.
Enlaces
α16
Enzima ramificadora.
Glucosil-(46)-transferasa
Glucogenogénesis
Pasos:
1. Fosfoglucomutasa. G6PG1P.
2. UDP-glucosa pirofosforilasa. UTP + G1PUDP-Glc + PPi
Formación de UDP-Glc (glucosa activada), que queda
marcada con destino único para la síntesis de glucógeno.
3. Glucógeno Sintasa. Incorporación de residuos de Glc
desde UDP-Glc al glucógeno en cadenas lineales α14.
PUNTO DE REGULACIÓN.
4. Enzima Ramificadora del Glucógeno. Ramificación de las
cadenas lineales. Formación de enlaces α16 .
¿Cómo se forma una nueva molécula de glucógeno?
Glucogenina
¿Cómo se forma una nueva molécula de glucógeno?
UDP
UDP-Glc
194
Tyr
Glucogenina
Actividad glucosiltransferasa
Glucógeno Sintasa
UDP-Glc
UDP
La Glucógeno Sintasa requiere un cebador de 7 Glc para su acción
UDP-Glc
UDP
UDP-Glc
Enzima ramificadora
Nueva molécula
de Glucógeno
Enzima ramificadora
UDP
Regulación de la síntesis de glucógeno
Fosfoglucomutasa
G6P
G1P
Glucógeno
UDP-glucosa
pirofosforilasa
UDP-Glc
Punto de regulación
Glucógeno
sintasa
Glucogenogénesis
Glucógeno Sintasa: Regulación Alostérica
GS b
Modulador
negativo
Menos activa
Glucógeno
Moduladores
positivos
Glc
Hígado
GS a
Activa
↑ Glucogenogénesis
G6P
Músculo
Glucógeno Sintasa: Regulación Covalente
Glucagón
Insulina
Hígado
Adrenalina
Músculo
GS b
Menos activa
2ADP
Hígado
y
Músculo
2H2O
Kinasa
Fosfatasa
2ATP
GS a
Activa
↑ Glucogenogénesis
2Pi
La actividad de la Glucógeno fosforilasa y la
Glucógeno sintasa están relacionadas
Actividad enzimática (%)
Suministro
de glucosa
Glucógeno fosforilasa
Período de latencia
Glucógeno sintasa
Tiempo=0
Tiempo (min)
La actividad de la Glucógeno fosforilasa y la Glucógeno
sintasa están reguladas recíproca y coordinadamente
G6P, Glc
Insulina
+
glucagón
adrenalina
Glucógeno
fosforilasa
Punto de
regulación
Glucogenólisis
Fosfoglucomutasa
G6P
G1P
Glucógeno
UDP-glucosa
pirofosforilasa
UDP-Glc
Punto de regulación
+
G6P, Glc
Insulina
glucagón
Glucógeno adrenalina
sintasa
Glucogenogénesis
Síntesis del glucógeno
Glucógeno
Glucógeno
Glucogenogénesis
Glucogenogénesis
Hígado
Insulina
Insulina
Músculo
− consumo de Glc
↑ entrada de Glc a la célula
Páncreas
Degradación del glucógeno
Páncreas
SNC
Glucagón
Hipoglucemia
GLÁNDULA
ADRENAL
Estrés
Adrenalina
Glucógeno
Glucogenólisis
G6P
Glucógeno
Glc
Glc
G6P
Glucogenólisis
ATP
Lactato
Lactato
Hígado
Músculo
Regulación del metabolismo glucocídico
Resumen
GLUCÓGENO SINTASA
Regulación alostérica
+ G6P en músculo y Glc en hígado
- Glucógeno.
Regulación covalente
Insulina Desfosforilación Activación.
Adrenalina y Glucagón Fosforilación
inactivación.
La síntesis y la degradación del glucógeno ocurren por vías diferentes.
La glucógeno fosforilasa y la glucógeno sintasa están reguladas
coordinada y recíprocamente.
De ésta forma se regula el metabolismo del glucógeno evitando ciclos
fútiles.
Autoevaluación
Responda verdadero o falso a las siguientes afirmaciones:
1. La Glucógeno Sintasa necesita un molde preformado de glucógeno.
2. La Glucogenina tiene actividad ramificante.
3. La enzima ramificante del glucógeno cataliza la formación de enlaces
α16.
4. La insulina por medio de cascadas de desfosfirilación activa la
glucógenos sintasa.
5. La glucogenogénesis ocurre cuando el glucógeno se encuentra muy
ramificado.
6. La gluconeogenesis ocurre en el citosol y en las mitocondrias.
7. La gluconeogenesis ocurre esencialmente en tejido adiposo
8. La guconeogenesis ocurre en el citosol de miocitos y hepatocitos.