QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

• BOLILLA 5 (Lic. en Biol. Molec.): METABOLISMO DEL GLUCOGENO. Glucogenólisis. Enzimas. Regulación. Glucogeno-génesis. Enzimas. Glucogenina. Control hormonal. BIOSÍNTESIS DE GLUCOSA: Gluconeogénesis. Compartimentalización. Reacciones. Costo energético.

• BOLILLA 6 (Ing. en Alim.): Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis: Ubicación celular, reacciones irreversibles, su regulación. Importancia metabólica. Regulación recíproca de glucólisis y gluconeogénesis. Metabolismo del glucógeno: Síntesis y degradación. Regulación enzimática. Metabolismo del almidón. Síntesis y degradación.

Estru

ctura

del Glucó

geno

Estru

ctura

del Glucó

geno

Extremos no

reductores

Unión α-1,6Unión α-1,4

El hepatocito muestra abundantesgránulos de glucógeno

Tinción de PAS

El Glucógeno

abunda en el hígado (10% peso) y en músculo esquelético (3% peso),

es un polímero de la glucosa y, por tanto, una forma de almacenamiento de glucosa dentro de la célula que le sirve de reservorio energético,

es de elevado peso molecular, y sin embargo es soluble en agua,

una función similar la desempeña el almidón en el mundo vegetal.

Glucógeno fosforilasa(dímero)

METABOLISMO DEL GLUCOGENOMETABOLISMO DEL GLUCOGENO

BIOSINTESISBIOSINTESISDEGRADACIONDEGRADACION

GLUCOGENOLISISGLUCOGENOLISIS GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS

La síntesis y degradación de glucógeno está La síntesis y degradación de glucógeno está cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con las cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula.necesidades energéticas de la célula.

NECESIDAD DE GLUCOSA:

- ENTRE COMIDAS

- ACTIVIDAD MUSCULAR

INTENSA

HIGADO Y MÚSCULO:

DEPOSITOS O RESERVA DE GLUCÓGENO

GLUCOGENOLISIS

GLUCOGENOLISIS GLUCOGENOLISIS

La degradación de glucógeno a glucosa disponible metabólicamente (Glu-6-P) tiene lugar en el citosol y precisa de la acción combinada de tres enzimas diferentes:

1)1) Glucógeno fosforilasaGlucógeno fosforilasa

2) Enzima desramificante o Amilo-Enzima desramificante o Amilo-αα (1,6)-glucosidasa (1,6)-glucosidasa

3) FosfoglucomutasaFosfoglucomutasa

DEGRADACION DE GLUCOGENO DE RESERVADEGRADACION DE GLUCOGENO DE RESERVA (Músculo esquelético e hígado)(Músculo esquelético e hígado)

Glucógeno fosforilasa

E.C 2.4.1.1

Fosforilasa “degradación limitada”: 5 residuos de una rama y 3 de la otra, antes del punto de ramificación.

Enlaces 1,6) no susceptibles a fosforilasa

(1,6)

Enzima desramificante:Actividad transferasa: traslada un bloque de 3 residuos desde una rama a la otraActividad glucosidasa: enlaces (1,6).

Glucógeno fosforilasa

Transferencia:Enzima desramificante

Enzima desramificante

(1,41,4) glucantransfersa

(16) glucosidasa

REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISISREGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISIS

- REGULACION ALOSTERICA: AMP (+), ATP(-), Glu-6-P (-) la Glucógeno fosforilasa.

- REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno fosforilasa.

- REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTEREGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE

Consiste en modificar la actividad de la glucógeno fosforilasa mediante fosforilación: la fosforilasa B (poco activa) no está fosforilada, mientras que la fosforilasa A (muy activa) se encuentra FOSFORILADA. Esta regulación está sometida a control hormonal.

Fosforilasa fosfatasa

(PPT)Fosforilasa quinasa

Glucagón(higado)

AdrenalinaCa2+, AMP(músculo)

Insulina(+)

REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISIS MUSCULAR

El glucógeno del músculo esquelético tiene como finalidad suministrar glucosa para que sea degradada oxidativamente y se pueda obtener ATP para la actividad

muscular. 

REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISIS HEPÁTICA

El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, incluido el músculo esquelético, ante un

descenso de la glucemia.

Debido al diferente papel del glucógeno muscular y el hepático, la regulación hormonal es diferente en estos órganos.

RegulacióRegulación n

hormonalhormonal

Hormona(primer

mensajero)

Espacio extracelular

Transductor(Proteína G)

AMPc(segundo

mensajero)

Efector(Adenilato

ciclasa)

Proteína quinasa A(inactiva)

Proteína quinasa A

(activa)

Fosforilación de la proteína

blanco

Respuesta Metabólica

Fosfodiesterasa

TeofilinaCafeina

Efecto activador

Efecto inhibidor

REGULACIÓN HORMONAL:

El segundo mensajero (celular) de la acción hormonal es el AMP cíclico (AMPc), que es sintetizado por la adenilato ciclasa.

Adrenalina (músculo)Glucagón (hígado)

Músculo Hígado

Regulación por InsulinaRegulación por Insulina

Glucemia PANCREAS Insulina

Fosforilasafosfatasa

Luego de una comida

GLUCOSA-6-P

Destinos metabólicos de la glucosa Destinos metabólicos de la glucosa

Glucogenogénesis

Glucógeno

Via de las PentosasRibosa-5-P

Piruvato

Via Glicolitica

Glucosa

Glucosa-6-fosfatasa(solo en hígado)

GLUCOGENOGÉNESISGLUCOGENOGÉNESIS(Síntesis de glucógeno)

El exceso de glucosa es convertido en formas poliméricas (reserva)

La biosíntesis del glucógeno consiste en la adición sucesiva de restos de glucosa, utilizando una molécula donadora de restos de glucosa: la UDP-glucosa.

GLUCOGENOGÉNESISGLUCOGENOGÉNESIS

Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno:

1) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa)

2) Glucógeno sintasa

3) Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

GLUCOGENOGÉNESISGLUCOGENOGÉNESIS

UDP-glucosa pirofosforilasa

Activación de las unidades Activación de las unidades de glucosa a UDP-Glucosade glucosa a UDP-Glucosa

Glu-6-PFosfoglucomutasa

Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno:

1) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa)

2) Glucógeno sintasa

3) Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

GLUCOGENOGÉNESISGLUCOGENOGÉNESIS

Polimerización: adición de las unidades de Polimerización: adición de las unidades de glucosaglucosa

Glucógeno sintasa

El cebador de la glucógeno sintasa es una cadena corta de residuos de glucosa ensamblados por una proteína denominada glucogenina:

GLUCOGENINA

Tyr194

+

UDP GLU-Glucogenina

Protein-Tyr glucosil

transferasa

GLUCOGENINA

Tyr194

UDP

O

UDP UDP

Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno:

1) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa)

2) Glucógeno sintasa

3) Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

GLUCOGENOGÉNESISGLUCOGENOGÉNESIS

Amilo α(1,4 →1,6)-glucosil transferasasa

Extremos no reductores

Punto de ramificación

(α-1,6)

RamificaciónRamificación: una enzima ramificante [amilo (1,4 →1,6)-transglucosidasa] traslada una cadena terminal de unos seis o siete residuos de glucosa, a un grupo hidroxilo situado en la posición 6 de un residuo de glucosa en el interior del polímero. Se forman enlaces (1->6) en los puntos de ramificación.

…

REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOGENESISREGULACIÓN DE LA GLUCOGENOGENESIS

- REGULACION ALOSTERICA: Glu-6-P (+), Ca++ (-), Glucogeno (-) la Glucógeno sintasa.

- REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno sintasa.

- REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN COVALENTECOVALENTE

Cuando la Glucógeno sintasa (GS) está fosforilada es poco activa (GSb), mientras que cuando se encuentra desfosforilada es muy activa (GSa). Esta regulación está sometida a control hormonal.

Sintasa A(muy activa)

Sintasa B (poco activa)P

Fosfatasa P

Quinasa

ATPADP

INSULINA

ADRENALINAGLUCAGÓN

(+)

(+)

Glu-6-P (-)ATP (-)

Ca++ (+)AMP (+)

Hígado y Músculo

Músculo

Glu-6-P (+)Hígado y Músculo

Músculo Hígado

Glucemia

Entre comidasDieta libre de carbohidratos

PANCREAS

CarreraEstrés emocionalAgresión física

SNC MEDULA ADRENAL

Inhibición de la Glucogenogénesis

Activación de la Glucogenolisis

Bibliografia Bibliografia

1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).3- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis.4- MURRAY R y col., “Bioquimica de Harper”, Ed. El Manual Moderno, 14º ed. (1997).

Bibliografía Complementaria

1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).2- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).