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GLUCOGÉNESIS Y GLUCOGENÓLISIS - Coggle Diagram
GLUCOGÉNESIS Y GLUCOGENÓLISIS
GLUCOGÉNESIS
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL GLUCÓGENO
Los principales depósitos de glucógeno del organismo se encuentran en el músculo esquelético y en el hígado
Aunque la mayoría de las demás células almacenan pequeñas cantidades de glucógeno para su propio uso
La función del glucógeno del músculo es servir como reserva de combustible
Para la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP) durante la contracción muscular
La del glucógeno hepático es mantener la concentración de glucosa en sangre, en particular durante las primeras etapas del ayuno
A. Cantidades de glucógeno hepático y muscular
Aproximadamente 400 g de glucógeno constituyen del 1 % al 2 % del peso fresco del músculo en reposo
100 g de glucógeno constituyen hasta el 10 % del peso fresco del hígado de un adulto bien alimentado.
No está claro qué limita la producción de glucógeno a estos niveles.
Sin embargo, en algunas glucogenosis la cantidad de glucógeno en el hígado o el músculo puede ser significativamente superior.
B. Estructura del glucógeno
El glucógeno es un polisacárido de cadena ramificada formado exclusivamente a partir de α-D-glucosa.
El enlace glucosídico principal es un enlace α (1→4).
Después de unos 8 a 10 residuos glucosilo, de promedio, hay una ramificación que contiene un enlace α (1→6)
Una sola molécula de glucógeno puede tener un peso molecular de hasta 108 Da
Estos polímeros de glucosa existen en gránulos citoplasmáticos discretos que también contienen la mayor parte de las enzimas necesarias para la síntesis y la degradación del glucógeno
C. Fluctuación de las reservas de glucógeno
Las reservas hepáticas de glucógeno aumentan durante un estado posprandial y se agotan durante el ayuno
El glucógeno muscular no se ve afectado por períodos cortos de ayuno y sólo disminuye moderadamente en el ayuno prolongado
El glucógeno muscular se sintetiza para restaurar las reservas musculares una vez han sido agotadas tras un ejercicio extenuante.
SÍNTESIS DE GLUCÓGENO (GLUCOGÉNESIS)
B. Síntesis de un cebador para iniciar la síntesis de glucógeno
La glucógeno sintasa establece los enlaces α (1→4) en el glucógeno
Esta enzima no puede iniciar la síntesis en cadena usando glucosa libre como aceptor de una molécula de glucosa de la UDP-glucosa
En lugar de ello, sólo puede alargar las cadenas ya existentes de glucosa y, en consecuencia, requiere un cebador
En ausencia de un fragmento de glucógeno, una proteína llamada glucogenina puede actuar como aceptor de residuos de glucosa de la UDP-glucosa
El grupo hidroxilo de la cadena lateral de una tirosina específica en la proteína actúa como el sitio al que se une la unidad glucosilo inicial
La glucogenina cataliza a continuación la transferencia de las siguientes moléculas de glucosa desde la UDP-glucosa
Produciendo una cadena glucosídica corta con enlaces α (1→4)
C. Elongación de las cadenas de glucógeno por acción de la glucógeno sintasa
La elongación de una cadena de glucógeno requiere la transferencia de glucosa desde la UDP-glucosa al extremo no reductor de la cadena en crecimiento
Formando un nuevo enlace glucosídico entre el hidroxilo anomérico del carbono 1 de la glucosa activada y el carbono 4 del residuo glucosilo acepto
A. Síntesis de difosfato de uridina-glucosa
La α-D-glucosa unida al difosfato de uridina (UDP) es la fuente de todos los residuos glucosilo que se van añadiendo a la molécula de glucógeno en crecimiento
La UDPglucosa es sintetizada a partir de la glucosa 1-fosfato y el UTP por acción de la UDP-glucosa pirofosforilasa
El pirofosfato (PPi), el segundo producto de la reacción, es hidrolizado en dos fosfatos inorgánicos (Pi) por la pirofosfatasa.
La hidrólisis es exergónica, lo que garantiza que la reacción de la UDPglucosa pirofosforilasa avance en la dirección de la producción de UDP-glucosa
D. Formación de las ramificaciones en el glucógeno
Síntesis de más ramificaciones
Una vez finalizada la elongación de estos dos extremos
Pueden retirarse sus 6 a 8 residuos glucosilo terminales y usarse para generar más ramificaciones
Síntesis de las ramificaciones
Las ramificaciones se generan por la acción de la enzima ramificadora amilo-α (1→ 4)→α (1→ 6)-transglucosidasa
Esta enzima retira un grupo de 6 a 8 residuos glucosilo del extremo no reductor de la cadena de glucógeno
Rompiendo un enlace α (1→4) con otro residuo de la cadena y uniéndola por medio de un enlace α (1→6), de modo que funciona como una transferasa 4:6.
GLUCOGENÓLISIS
DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO
Cuando se degrada el glucógeno, el producto principal es la glucosa 1-fosfato, que se obtiene al romper los enlaces α (1→4
Además, se libera glucosa libre a partir de cada residuo glucosilo unido por un enlace α (1→6)
A. Acortamiento de las cadenas
La glucógeno fosforilasa escinde secuencialmente los enlaces glucosídicos α (1→4)
Establecidos entre los residuos glucosilo de los extremos no reductores de las cadenas de glucógeno mediante fosforólisis simple
Hasta que quedan 4 unidades glucosilo en cada cadena antes de un punto de ramificación
B. Eliminación de las ramificaciones
Las ramificaciones se eliminan gracias a dos tipos de actividad enzimática de una única proteína bifuncional, la enzima desramificadora
En primer lugar, la oligo-α (1→ 4)→α (1→ 4)-glucanotransferasa retira de la parte externa de la ramificación,
Los transfiere al extremo no reductor de otra cadena y, en consecuencia, lo alarga
Por consiguiente, se rompe un enlace α (1→4) y se forma un enlace α (1→4), y la enzima funciona como una transferasa
A continuación, el residuo de glucosa que queda unido en un enlace α (1→6) es retirado hidrolíticamente por la actividad amilo-α (1→ 6)-glucosidasa
Liberándose glucosa libre
C. Conversión de la glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato
La glucosa 1-fosfato, producida por la glucógeno fosforilasa, se convierte en el citosol en glucosa 6-fosfato por medio de la fosfoglucomutasa
En el hígado, la glucosa 6-fosfato es translocada hacia el interior del retículo endoplásmico (RE) por la glucosa 6-fosfato translocasa.
La glucosa es transportada a continuación desde el RE hacia el citosol
Los hepatocitos liberan glucosa derivada del glucógeno a la sangre para ayudar a mantener los niveles de glucemia
Hasta que la vía gluconeogénica produzca glucosa de manera activa.
D. Degradación lisosómica del glucógeno
La enzima lisosómica α (1→ 4) glucosidasa (maltasa ácida) degrada continuamente una pequeña cantidad del glucógeno (1 % a 3 %)
Se desconoce el propósito de esta vía
REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS Y LA DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO
B. Inhibición de la síntesis del glucógeno
La enzima regulada en la glucogénesis es la glucógeno sintasa
Existe también en dos formas, la forma «a» activa y la forma «b» inactiva
La forma activa de la glucógeno sintasa está desfosforilada, mientras que la forma inactiva está fosforilada
La fosforilación es catalizada por diversas proteína cinasas reguladas por el AMPc
A. Activación de la degradación del glucógeno
Activación de la glucógeno fosforilasa
La glucógeno fosforilasa existe también en dos formas:
La forma «b» desfosforilada e inactiva
La forma «a» fosforilada y activa.
Resumen de la regulación de la degradación del glucógeno
La cascada de reacciones presentadas anteriormente da como resultado la glucogenólisis
La gran cantidad de etapas secuenciales sirve para amplificar el efecto de la señal hormonal
Esto causa la producción de muchas moléculas de glucógeno fosforilasa a activas que pueden degradar el glucógeno
Activación de la fosforilasa cinasa
La fosforilasa cinasa existe en dos formas
Una forma inactiva «b» y una forma activa «a».
La PKA activa fosforila la forma inactiva «b» de la fosforilasa cinasa y produce la forma «a», activa
Mantenimiento del estado fosforilado
Los grupos fosfato añadidos a la fosforilasa cinasa y a la fosforilasa para responder al AMPc
Se mantienen porque la enzima que elimina hidrolíticamente el fosfato, la proteinfosfatasa-1 (PP1),
Es inactivada por proteínas inhibidoras que también son fosforiladas y se activan en respuesta al AMPc
Activación de la proteína cinasa A:
La unión del glucagón o la adrenalina a sus GPCR hepatocíticos, o de la adrenalina a GPCR miocítico específico
Da por resultado la activación de adenilato ciclasa mediada por proteína G.
La PKA es un tetrámero formado por dos subunidades reguladoras (R) y dos subunidades catalíticas (C)
El AMPc se une a las subunidades reguladoras y libera subunidades catalíticas individuales activas
C. Regulación alostérica de la síntesis y la degradación del glucógeno
La glucógeno sintasa y la glucógeno fosforilasa responden a los niveles de metabolitos y a las necesidades de energía de la célula
Se estimula la glucogénesis cuando la disponibilidad de sustrato y los niveles de energía son altos, mientras
Que la glucogenólisis aumenta cuando la glucosa y los niveles de energía son bajos.
Regulación de la síntesis y la degradación del glucógeno en el estado posprandial
En estado posprandial, la glucosa 6-fosfato activa alostéricamente en hígado y músculo la glucógeno sintasa b
Que se encuentra en concentraciones elevadas
Por el contrario, la glucosa 6-fosfato y el ATP inhiben alostéricamente la glucógeno fosforilasa a.
Activación de la degradación del glucógeno por el calcio
Se libera Ca2+ en el citoplasma muscular en respuesta a estimulación neural, y en el hígado en respuesta a la unión de adrenalina a receptores adrenérgicos α1
a. Activación por calcio de la fosforilasa cinasa muscular
Durante la contracción muscular hay una necesidad rápida y urgente de ATP.
Esta energía es suministrada por la degradación de glucógeno muscular a glucosa,
La cual entonces puede someterse a glucólisis.
b. Activación por calcio de la fosforilasa cinasa hepática
En situaciones de estrés fisiológico, se libera adrenalina desde la médula suprarrenal y señaliza la necesidad de glucosa sanguínea.
Esta glucosa proviene inicialmente de la glucogenólisis hepática.
Activación de la degradación del glucógeno muscular
La glucógeno fosforilasa muscular está activa en presencia de las elevadas concentraciones de AMP
Que se dan en condiciones extremas de anoxia y de agotamiento de ATP.
El AMP se une a la glucógeno fosforilasa b y la activa sin fosforilación
GLUCOGENOSIS
Las glucogenosis constituyen un grupo de enfermedades genéticas causadas por defectos en enzimas necesarias para la degradación síntesis del glucógeno.
Dan lugar a la formación de glucógeno con una estructura anómala o a la acumulación de cantidades excesivas de glucógeno normal en tejidos
Como resultado de un deterioro de su proceso degradativo.