METABOLISMO DEL GLUCÓGENO · El glucógeno es un homopolisacárido con función de reserva...
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METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
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METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
Glucógeno Reserva en células animales. Homopolímero de Glucosa. Glucosa unidos por enlaces (α1�4), con ramificaciones (α1�6) cada 8 – 12. MUY RAMIFICADO.
Almidón Reserva en células vegetales. Homopolímero de Glucosa. Formado por: Amilosa� glucosa unidos por enlaces (α1�4), sin ramificar. Amilopectina� glucosa unidos por enlaces (α1�4), con ramificaciones (α1�6) cada 24-30. POCO 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.
Gránulos de glucógeno
Glucosa hepática libre
[0.4 M] (si estuviera disuelta)
[0.01 µM] si está almacenada en el glucógeno.
Extremo reductor: Extremo de un polisacárido con un azúcar terminal que tiene un Carbono anomérico libre.
Carbonílico�anomérico
Homopolisacárido de residuos de glucosa unidos por enlaces (α1�4), con ramificaciones (α1�6) cada 8 - 12 residuos.
Residuos de glucosa (α 1�4)
Ramificación (α 1�6)
CH2OH
H
OHOH
OH
H
H
H
OH
1
23
4
5
6CH2OH
H
OHOH
OH
H
H
H
OH
1
23
4
5
6
Glucosa
H
Extremos no reductores
G
Metabolismo del glucógeno
Glucógeno
Glc
UDP-Glc
ATP
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucogeno- génesis
Glucógeno sintasa
G6P G1P
Fosfogluco- mutasa
Glucogenólisis Glucógeno fosforilasa
(FOSFORILASA)
Glc o
ATP
Punto de regulación
Punto de regulación
Glucógeno
Degradación del 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. Glucógeno�G1P. Es la enzima reguladora de la degradación del glucógeno.
2. Enzima desramificadora de Glucógeno. Hidrólisis. Glucógeno�Glc.
3. Fosfoglucomutasa. Isomerización. G1P � G6P.
Dímero con dos cadenas idénticas
Gucogenólisis
1. Glucógeno Fosforilasa. Fosforólisis. Ruptura de los enlaces α(1-4) en extremos no reductores simultanea y repetitivamente.
Glucógeno�G1P. 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
Fosforólisis del glucógeno catalizada por la Glucógeno Fosforilasa.
Glucógeno (Glc)n + Pi Glucógeno (Glc)n-1 + G1P
G1P
ΔG≈ - 8 Kj/mol
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(α1�6) a (α1�4) glucanotransferasa). Hidrólisis. Glucógeno�Glc.
Tiene dos actividades: actividad de glucosidasa actividad de transferasa
2. Enzima desramificadora de Glucógeno. Hidrólisis. Glucógeno�Glc.
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.
Fosfoglucomutasa ∆Gº’= -7,3 kJ/mol G1P
CH 2 OH
OH
OH
H
H
H
OH
1
2 3
4
5
6 CH 2
3 = OPO =
OH
OH
H
H
H
OH
1
2 3
4
5
6
H H
CH2OPO3=
H
OHOH
OH
H
H
H
OH
1
23
4
5
6CH2OPO3
=
H
OHOH
OH
H
H
H
OH
1
23
4
5
6
G6P
H
3. Fosfoglucomutasa. Isomerización. G1P�G6P.
Condiciones fisiológicas
[G1P]/[G6P]≥ 1000
ΔG≈ -21.5 Kj/mol
Resultado: 90% de G6P y 10% de Glc.
G6P
Glc
G1P
Fosfogluco isomerasa
Glucógeno
Destino de la G6P y Glucosa obtenidas de la degradación del glucógeno
Glucógeno fosforilasa
La glucosa es liberada a la sangre
ATP
Glucólisis
MÚSCULO ESQUELÉTICO
MÚSCULO ESQUELÉTICO
ATP
Glucólisis
Glucosa 6-fosfatasa
HÍGADO Glc
HÍGADO
Estrategia molecular
Hígado Acción de la glucosa 6-fosfatasa hepática
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.
GF b Menos activa
↑ Glucogenólisis
GF a Activa
Glucógeno fosforilasa: regulación alostérica (FOSFORILASA)
AMP Ca2+
Músculo
Moduladores positivos
ATP G6P
Músculo
Moduladores negativos
Glc Hígado
GF b Menos activa
↑ Glucogenólisis
fosfatasa
2Pi
2H2O
2ATP
2ADP GF a Activa
kinasa
Insulina Hígado
Insulina Músculo
Adrenalina Músculo
Glucagón Hígado
Glucógeno fosforilasa: regulación covalente (FOSFORILASA)
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.
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
La glucogenólisis es la ruta catabólica de degradación del glucógeno para dar G6P y Glc.
Repaso
2. Hidrólisis de los enlaces α(1-6) por la enzima desramificante con actividad de transferasa y glucosidasa. Resultado: 10 % Glc.
La G6P en hígado se convierte en Glc que pasa a la circulación mientras que en músculo se degrada por glucólisis.
3. Conversión de G1P → G6P por la fosfoglucomutasa.
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
G6P Glucosa + ATP � + ADP Glucokinasa� hígado Hexokinasa� músculo
La síntesis de G6P depende del “buen” aporte de glucosa
Fosfoglucomutasa ∆Gº’= 7.2 kJ/mol
G1P
CH 2 OH
OH
OH
H
H
H
OH
1
2 3
4
5
6 CH 2
3 = OPO =
OH
OH
H
H
H
OH
1
2 3
4
5
6
H H
CH2OPO3=
H
OHOH
OH
H
H
H
OH
1
23
4
5
6CH2OPO3
=
H
OHOH
OH
H
H
H
OH
1
23
4
5
6
G6P
H
Con buena disponibilidad de G6P
G6P/G1P ≈1000 ΔG≈ -5.43 Kj/mol
PPi
UDP UTP
ATP ADP
Síntesis del glucógeno (Glucogenogénesis)
G6P G1P
UDP-Glc
Fosfogluco mutasa
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucógeno
Glucógeno sintasa
UDP-Glc
PPi UDP-Glc pirofosforilasa
∆Gº` ≈ 0 kJ/mol
2Pi
Pirofosfato inorgánico hidrolasa
∆G`º= -33.5 kJ/mol
La UDP-Glc es el donador de residuos de glucosa para la
síntesis de glucógeno.
La glucosa queda “marcada” para la síntesis de glucógeno.
La conversión de G1P a UDP-Glc es posible debibo a la energía libre de hidrólisis
del PPi.
G1P + UTP ���� UDP-Glc + 2Pi
PPi
UDP UTP
ATP ADP
Síntesis del glucógeno
G6P G1P
UDP-Glc
Fosfogluco mutasa
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucógeno
Glucógeno sintasa UDP
Ión oxonio intermediario
La Glucógeno Sintasa transfiere Glc desde la UDP-Glc a un extremo no reductor del glucógeno
Glucógeno n Glc + 1
Glucógeno Sintasa ∆G`º= -13.4 kJ/mol
Glucógeno n Glc
UDP-Glc
UDP-Glc + GlucógenoGlc n ���� UDP + GlucógenoGlc n+1
La ramificación del glucógeno es catalizada por la enzima ramificadora del glucógeno.
Enzima ramificadora. Glucosil-(4�6)-transferasa
Enlaces α1�6
La ramificación hace más soluble al glucógeno y
aumenta los extremos no reductores.
Glucogenogénesis
Pasos: 1. Fosfoglucomutasa. G6P�G1P.
2. UDP-glucosa pirofosforilasa. UTP + G1P�UDP-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 α1�4. PUNTO DE REGULACIÓN.
4. Enzima Ramificadora del Glucógeno. Ramificación de las cadenas lineales. Formación de enlaces α1�6 .
Glucogenina
¿Cómo se forma una nueva molécula de glucógeno?
¿Cómo se forma una nueva molécula de glucógeno?
Glucogenina
Tyr194 UDP-Glc
Glucógeno Sintasa
Actividad glucosiltransferasa
UDP
UDP-Glc
UDP
UDP-Glc La Glucógeno Sintasa requiere un cebador de 7 Glc para su acción
UDP
UDP-Glc
UDP
Enzima ramificadora
Nueva molécula de Glucógeno
Enzima ramificadora
Glucógeno
UDP-Glc
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucógeno sintasa
Glucogenogénesis
G6P G1P
Fosfogluco- mutasa
Punto de regulación
Regulación de la síntesis de glucógeno
GS b Menos activa
↑ Glucogenogénesis
GS a Activa
Glucógeno Sintasa: Regulación Alostérica
Glc Hígado
G6P
Músculo
Moduladores positivos
Glucógeno
Modulador negativo
GS b Menos activa
↑ Glucogenogénesis
Kinasa
2ADP
2ATP
2H2O
2Pi GS a
Activa
Fosfatasa
Glucógeno Sintasa: Regulación Covalente
Glucagón Hígado
Adrenalina Músculo
Insulina Hígado
y Músculo
Glucógeno sintasa
Glucógeno fosforilasa
Período de latencia
Act
ivid
ad e
nzim
átic
a (%
)
Tiempo (min) Tiempo=0
Suministro de glucosa
La actividad de la Glucógeno fosforilasa y la Glucógeno sintasa están relacionadas
Glucógeno
UDP-Glc
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucógeno sintasa
Glucogenogénesis
G6P G1P
Fosfogluco- mutasa
Glucógeno fosforilasa Glucogenólisis
Punto de regulación
Punto de regulación
- G6P, Glc Insulina
La actividad de la Glucógeno fosforilasa y la Glucógeno sintasa están reguladas recíproca y coordinadamente
+ G6P, Glc Insulina
+ glucagón
adrenalina
- glucagón
adrenalina
Síntesis del glucógeno
Hígado
Músculo
Glucógeno
− consumo de Glc ↑ entrada de Glc a la célula
Insulina
Páncreas
Glucogenogénesis Glucogenogénesis
Glucógeno
Insulina
Glc
Degradación del glucógeno
Hígado
Músculo
Lactato
Hipoglucemia Glucagón
Páncreas
G6P Glc Glucogenólisis
Glucógeno Glucógeno
GLÁNDULA ADRENAL SNC
Estrés Adrenalina
G6P
Lactato
ATP
Glucogenólisis
Regulación del metabolismo glucocídico
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.
Resumen
GLUCÓGENO SINTASA Regulación alostérica���� + G6P en músculo y Glc en hígado - Glucógeno. Regulación covalente ���� Insulina ���� Desfosforilación ���� Activación. ���� Adrenalina y Glucagón ���� Fosforilación����inactivación.
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 α1�6.
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.
