4.4 Metabolismo del Glicógeno.

Introducción.

Existe almacenamiento de glucosa disponible en el hígado en forma de glicógeno que puede ser liberada por este órgano para que otros tejidos la puedan utilizar como fuente de energía. El glicógeno es un polímetro de residuos de glucosa unidos por uniones α-(1,4)- y α-(1,6). Michael W (2013).

La segunda fuente importante de almacenamiento de glucosa es el glicógeno del músculo esquelético. Sin embargo, el glicógeno del músculo no está disponible para otros tejidos, debido a que el músculo carece de la enzima glucosa-6-fosfatasa. L. Nelson et al (2009).

Sección del glicógeno que indica las uniones glicosídicas α-1,4- y α-1,6

El glicógeno es considerado como la forma principal de almacenamiento de glucosa y se encuentra principalmente en:

En el hígado (10% de la masa hepática)

En los muslos (1% de la masa muscular)

Pequeñas cantidades en los gliales del cerebroL. Nelson et al (2009).

El cuerpo obtiene glucosa directamente a partir de la dieta o a partir de aminoácidos o lactato por la gluconeogénesis. La glucosa que se obtiene de estas dos fuentes primarias permanece en forma soluble en los fluidos corporales o es almacenada en forma de polímetro, el glicógeno. El glicógeno es considerado como la forma principal de almacenamiento de glucosa y se encuentra principalmente en el hígado y el músculo. Michael W (2013).

4.4.1 Degradación, Biosíntesis y Regulación.

A. Degradación del Glicógeno.La degradación del glicógeno almacenado, llamada glucogenolisis, se produce por acción de la enzima glicógeno fosforilasa. La acción de la fosforilasa es remover por fosforilación residuos de glucosa. Michael W (2013).

La degradación del glicógeno almacenado, llamada glucogenolisis, se produce por acción de la enzima glicógeno fosforilasa. Requiere tres enzimas:

Uno para ruptura terminal del glucógeno: glucógeno fosforilasa. Dos para remodelar y hacer apto el glucógeno para su posterior

degradación: transferasa y α-1,6- glucosidasa (enzima desramificante). Tres para transformar el producto de ruptura del glucógeno en forma

apropiada para su metabolismo posterior: fosfoglucomutasa.L. Nelson et al (2009).

Reacción de la fosforilasa

Enzima desramificante

Fosfoglucomutasa

La energía de la unión fosfo-glucosídica de la UDP-glucosa es utilizada por la glicógeno sintasa para catalizar la incorporación de la glucosa al glicógeno. El UDP es subsecuentemente liberado de la enzima. Michael W (2013).

La liberación de glucosa mediada por la fosforilasa a partir del glicógeno produce un residuo de glucosa cargado sin la necesidad de la hidrólisis de ATP. Otra necesidad de generar una glucosa fosforilasa a partir del glicógeno es para que estos residuos de glucosa no se difundan libremente desde la célula. L. Nelson et al (2009).

El glicógeno fosforilasa no puede remover los residuos de glucosa a partir de los puntos de ramificación (uniones α-1,6) en el glicógeno. La remoción de los residuos de glucosa desde los puntos de ramificación del glicógeno requiere de la acción de la enzima des-ramificadora (también llamada glucan transferasa) que tiene dos actividades: glucotransferasa y glucosidasa. Michael W (2013).

Actividad de des ramificación del glicógeno

B. Biosíntesis del Glicógeno.La síntesis de glicógeno a partir de la glucosa se la hace por acción de la enzima glicógeno sintasa. Esta enzima utiliza a la UDP-glucosa como un sustrato y al extremo no reductor del glicógeno como un segundo sustrato. La activación de la glucosa para que sea utilizada para la síntesis de glicógeno se lleva a cabo por acción de la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa. L. Nelson et al (2009).

Adición de glucosa al glicógeno

Para que la síntesis de glicógeno continúe, el primer residuo de glucosa se une a una proteína llamada glicogenina. La glicogenina tiene la propiedad inusual de catalizar su propia glicosilación. Michael W (2013).

Actividad de ramificación del glicógeno

El glicógeno sintasa es una enzima tetramérica que consta de 4 subunidades idénticas. El hígado y las proteínas musculares de glicógeno sintasa se derivan de genes diferentes y compartir sólo el 46% de identidad de aminoácidos. L. Nelson et al (2009).

La actividad del glicógeno sintasa está regulada por la fosforilación de la serina residuos en las proteínas de la subunidad. La fosforilación del glicógeno sintasa reduce su actividad hacia la glucosa. Cuando en el estado no fosforilada, el glicógeno sintasa no requiere de glucosa-6-fosfato como un activador alostérico, cuando fosforilada lo hace. Michael W (2013).

Brevemente, el glicógeno sintasa-a esta fosforilada y por tanto mucho menos activa y requiere de glucosa-6-fosfato para tener un mínimo de actividad. La fosforilación de la sintasa de glicógeno se logra por varias enzimas diferentes. La más importante es la sintasa fosforilasa cinasa la enzima responsable de la fosforilación (y activación) de la glicógeno fosforilasa. L. Nelson et al (2009).

Vías involucradas en la regulación del glicógeno sintasa por la activación de la epinefrina de los receptores α1-adrenérgicos.

Los efectos de estas fosforilaciones llevan a: 1. Disminución de la afinidad de la sintasa por la UDP-glucosa. 2. Disminución de la afinidad de la sintasa por la glucosa-6-fosfato. 3. Incremento en la afinidad de la sintasa por el ATP.

Michael W (2013).

C. Regulación del Glicógeno.El glicógeno fosforilasa es una enzima homodimérica que se encuentra en dos estados de conformación distintos: en el estado T (por tenso, menos activa) y R (por relajado, más activa). La fosforilasa es capaz de unirse al glicógeno cuando la enzima se encuentra en el estado R. Esta conformación esta incrementada al unirse al AMP y esta inhibida al unirse al ATP o la glucosa-6-fosfato. La enzima también esta sujeta a modificaciones covalentes por fosforilación como un medio de regular su actividad. La actividad relativa de la enzima fosforilasa no-modificada (que recibe el nombre de fosforilasa-b) es suficiente para generar una cantidad adecuada de glucosa-1-fosfato para que entre en la glicólisis para la producción

de ATP para mantener la actividad normal de la célula en reposo. Esto es verdad tanto en el hígado como en las células musculares. Feduchi et al (2011)

Las células α del páncreas producen glucagón en respuesta a una caída de glucosa sanguínea, el mismo que se une a su receptor en la superficie de las células hepáticas y de otros tejidos. Las células del hígado son las células blanco más importantes para esta hormona peptídico. La respuesta de las células a la unión del glucagón a su receptor es la activación de la enzima adenilciclasa que está asociada con el receptor. Feduchi et al (2011)

Esquema de la vía de activación de la proteína cinasa

Esta actividad es crucial para el incremento de la lisis del glicógeno en las células musculares en donde la contracción muscular es inducida por la estimulación de la acetilcolina en la unión neuromuscular. Feduchi et al (2011)

Vías involucradas en la regulación del glicógeno fosforilasa por la activación de los receptores a-adrenérgicos.

Tabla de Enfermedades de Almacenamiento de Glicógeno

Tipo: Nombre Enzima Afectada Órgano Primario ManifestacionesGSD0a isoenzima

hepática de la glicógeno sintasa, llamado glicógeno sintasa-2 (GYS2)

hígado hipoglicemia, muerte temprana,

GSD1a von Gierke

glucosa-6-fosfatasa

hígado hepatomegalia, insuficiencia renal, alteración de las plaquetas

GSD1b translocasa microsomal de glucosa-6-fosfato (G6PT1): esta proteína es un miembro de la soluto compañía familia de proteínas y se identifica como SLC37A4

hígado neutropenia, infecciones bacterianas

GSD1c transportador microsomal Pi

hígado

GSD2 Pompe maltasa acida músculo esquelético y cardiaco

forma infantil = muerte a los 2 Forma juvenil = miopatía Forma adulta = similar a la distrofia muscular

GSD3 Cori o Forbes

enzima desramificadora de hígado y músculo

hígado, músculo esquelético y cardiaco

hepatomegalia infantil, miopatia

GSD4 Andersen enzima ramificadora

hígado y músculo hepatosplenomegalia, cirrosis

GSD5 McArdle fosforilasa muscular

músculo esquelético

calambres inducidos por ejercicio y dolor,

Bibliografía.Michael W King PhD | (2013). Themedicalbiochemistrypage.org, LLC | info @ themedicalbiochemistrypage.org.

Última modificación: 24 de febrero de 2014Recuperado de http://themedicalbiochemistrypage.org/es/glycogen-sp.php

David L. Nelson, Michael M. Cox (Eds.). (2009). LEHNINGER PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA. 5ª ed. Capítulo 14. Glucolisis, gluconeogénesis y ruta de las pentosas fosfato. Barcelona: Ediciones Omega.

David L. Nelson, Michael M. Cox (Eds.). (2009). LEHNINGER PRINCIPIOS DE BIOQUIMICA. 5ª ed. Capítulo 15. Principios de Regulación metabólica.Barcelona: Ediciones Omega.

Elena Feduchi, Isabel Blasco, Carlos Romero, Esther Yáñez (2011) Bioquímica: Conceptos esenciales. Panamericana.

Planeación.

Presentación……………………………...….1 min Federico Zavala Gonzales……………...…. 6 min Víctor Adrián Rodríguez Mendoza……...…6 min Eduly Ayala Rivera………………….…..…..6 min Video “Glucogenolisis”………….………..3:25 min Video Educativo “Enfermedades del almacenamiento del

Glicógeno” ………………………….……..11:34 min Dinámica………………………………….….10 min