Metabolismo de glúcidos: degradación y biosíntesis del glucógeno

Metabolismo de Glúcidos: Parte B

T.13. Metabolismo de glúcido parte B Irene Sarrión Sos Bioquímica-1º Veterinaria UCV ad Catolica de Valencia San Vicente MártirMETABOLISMO DEL GLUCÓGENO Degradación y biosíntesis

Destinos de la Glucosa y del Piruvato

GLUCÓGENO ALMACENAMIENTO GLUCOSA OXIDACIÓN VIA PENTOSAS-P OXIDACIÓN VIA GLUCOSISIS RIBOSA-5-P NADPH PIRUVATO anabolismo COND. ANAEROBICAS (COND. ANAEROBICASY COND AEROBICAS ETANOL+ CO2 ACETIL-COA LACTATO Fermentación del ácido láctico (músculo, eritrocitos, etc.) Fermentación alcohólica (levadura) 1 CO2 + H2O Modificado del "Lehninger Principios de Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L. y Cox, M.M. Omega. 2006.Metabolismo de glúcidos

Importancia y Función del Glucógeno

• Importancia y función del glucógeno:
  • Forma de almacenamiento de glucosa fácilmente movilizable.
  • El exceso de glucosa de la dieta se almacena como glucógeno. Se moviliza cuando surge una necesidad: actividad muscular, entre comidas (reserva energética 12 - 24 h).
  • Se encuentra en el citosol: gránulos de 10-40nm. Contiene las enzimas para su degradación y biosíntesis y las enzimas reguladoras.
  • Lugares principales de almacenamiento: hígado y músculo esquelético.
  • Funciones diferentes:
  1. Regular el nivel de Glucosa en sangre (hígado)
  2. Suministrar glucosa para la actividad muscular vigorosa (músculo)
  • Existen defectos enzimáticos congénitos que alteran el metabolismo del glucógeno: enfermedades de almacenamiento del glucógeno.Metabolismo de glúcidos

Contenido de Glucógeno del Hígado

EL CONTENIDO DE GLUCÓGENO DEL HÍGADO VARÍA A LO LARGO DEL DÍA Liver Glycogen Content Breakfast Lunch Dinner 8 AM Noon 4 PM 8 PM Midnite 4 AM 8 AM 30 Glycogen granulesMetabolismo de glúcidos

Funciones del Glucógeno en Hígado y Músculo

• Funciones del glucógeno en hígado y músculo:

  GLUCÓGENO GLUCÓGENO ) Glucosa-1-P Glucosa-1-P 1 Glucosa-6-P Glucosa-6-P Glucosa-6- fosfatasa Glucosa GLUCOLISIS Gluconeogénesis ATP CO2 Lactato Glucosa en sangre MÚSCULO HIGADOMetabolismo de glúcidos

Glucógeno Muscular

• Funciones del glucógeno en hígado y músculo:

  GLUCÓGENO Glucosa-1-P 1 Glucosa-6-P GLUCOLISIS ATP CO2 Lactato MÚSCULO Su glucógeno solo es para el consumo del propio músculo, de manera que el músculo lo va a gastar cuando haga ejercicio (sobre todo intenso o prolongado). Lo acumula en período de reposo y lo gasta cuando haga ejercicio.Metabolismo de glúcidos

Glucógeno Hepático

• Funciones del glucógeno en hígado y músculo:

  GLUCÓGENO ) Glucosa-1-P Glucosa-6-P Glucosa-6- fosfatasa Glucosa Gluconeogénesis Glucosa en sangre HIGADO Mantener la homeostasis de glucosa en sangre, es decir, mantener siempre una [glucosa] constante en sangre, lo que resulta vital para la vida, pues la glucosa es la fuente principal de energía de todos los órganos, y en especial del cerebro y de los glóbulos rojos o eritrocitos, ya que constituye su única fuente de energía. El glucógeno del hígado se "rompe" en situación de ayuno (Ø de glucosa en sangre) ~ expresión de su función de reserva de energía.COMPARACIÓN DE LAS FUNCIONES DEL GLUCÓGENO HEPÁTICO Y MUSCULAR

Comparación de Glucógeno Hepático y Muscular

GLUCÓGENO HEPÁTICO GLUCÓGENO MUSCULAR

Función Principal

Función principal Mantenimiento de la concentración de glucosa en sangre Combustible de reserva para la contracción muscular

Otras Funciones

Otras Funciones Utilizado como combustible para cualquier tejido: el hígado contiene glucosa-6-fosfatasa que desfosforila la Glu y permite que salga a sangre. Ninguna, el músculo carece de glucosa- 6- fosfatasa y la glucosa-6-P no puede abandonarlo.

Depósitos

Depósitos Aprox. 10% del peso del hígado. Sólo duran 12-24 h durante el ayuno Aprox. 1-2% del peso del músculo (pero tenemos mucha más masa muscular, por lo que hay el doble de glucógeno que en el higado)

Control Hormonal

Control hormonal El glucagón y la adrenalina estimulan la glucogenolisis. La insulina estimula la sintesis La adrenalina estimula la glucogenolisis La insulina estimula la síntesisMetabolismo de glúcidos

Estructura del Glucógeno

• Estructura del glucógeno:

  H OH 4 H HO H H H OH 1&1 H OH 4 H HO. -- H H H OH 1&1 H OH OH 4 H H HO H OH H HO ----- H OH - A Enlace a- H 0 I --- H 1,4 HO ----- > H エ H H OH H H OH 4 H Enlace a- 1,6 HO --- - H H OH H i H H OH 4 H .0.1 6 H エ ·2 Glucose subunit Glycogen Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de a-glucosas formadas por enlaces glucosídicos 1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace a-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina. Amylopectin (starch) O I OH I- CHZOH a (1 -- 6) bonds join two chains at a branch point. Glycogen 2 0 H H IT OH O 0 H H H OH H I- OH H OH Most residues are joined by a (1 -- 4) bonds. Cellulose CH2OH CHOH CH2OH CHOH 0 0 O 0 H H H H HI O OH H OH H H H H H OH H OH H OH H OH Residues are joined by b (1-+4) bonds. O OH H OH H H C O OH I 0 OH CH-OH OH CH,OH 0000 H I-7 H Su estructura puede parecerse a la de amilopectina del almidón, aunque mucho más ramificada que éste último. IGLUCOGENOLÍSISglucogenolisis

Glucogenólisis: Síntesis de Glucosa

Síntesis de glucosa a partir de glucógeno. Es antagónica de la glucogenogénesis. La glucogenólisis es un proceso catabólico llevado a cabo en el citosol que consiste en la remoción de un monomero de glucosa de una molécula de glucógeno mediante fosforilación para producir glucosa 1 fosfato, que después se convertirá en glucosa 6 fosfato, intermediario de la glucólisis. Estimulada por el glucagón en el hígado, epinefrina (adrenalina) en el músculo e inhibida por la insulina.

1. El glucógeno es degradado a glucosa 1 fosfato por la enzima glucógeno fosforilasa que es la enzima reguladora de esta vía y la enzima desramificante que rompe los enlaces alfa 1-4 y alfa 1-6 (después de la actuación de la enzima transferasa) .
2. La glucosa 1 fosfato pasa a glucosa 6 fosfato por la enzima fosfoglucomutasa (la cual puede hidrolizarse a glucosa (en hígado) o seguir la vía glucolítica (hígado y músculo)
3. La glucosa 6 fosfato pasa a glucosa por la enzima glucosa 6 fosfatasa(hígado) .Metabolismo de glúcidos

Glucogenólisis: Proceso Detallado

GLUCOGENÓLISIS Nonreducing ends Enlace (α 1 6) Glucógeno KPi glucógeno fosforilasa 1. FOSFOROLISIS Glucosa-1-P 4. fosfogluco mutasa 2. ACTIVIDAD TRANSFERASA Glucosa-6-P 3. ACTIVIDAD DESRAMIFICANTE (a-1,6) glucosidasa Glucose Polímero (a1 4) sin ramificaciones, sustrato para la acción posterior de la fosforilasaMetabolismo de glúcidos

Degradación y Biosíntesis del Glucógeno

• DEGRADACIÓN Y BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO

  Glucogenolisis GLUCÓGENO Glucogenogénesis Pi Glucógeno sintasa + Enzima ramificante Glucógeno fosforilasa + Enzima desramificante UDP-Glucosa UDP-glucosa pirofosforilasa 4 UTP Glucosa-1-P Fosfoglucomutasa Glucolisis, otras vías Glucosa-6-P Glucosa-6- fosfatasa Hexoquinasa músculo Pil Glucosa ATP Glucoquinasa OJO, solo en hígado hígado GlucosaMetabolismo de glúcidos

Regulación de la Glucógeno Fosforilasa

• Regulación de la glucógeno fosforilasa (I)

  ! - MÚSCULO. Objetivo: producción de ATP vía glucolisis A ) REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE Forma a (activa) (P) p Fosforilasa b quinasa Fosforilasa a fosfatasa 2 ADP 2 Pi 2 ATP Forma b (poco activa) C ) REGULACIÓN ALOSTÉRICA Forma b (poco activa) 2 AMP 2 AMP AMP AMP Forma a (activa) AMP = ACTIVADOR ALOSTÉRICO ATP = INHIBIDOR ALOSTÉRICO Forma activa: Forma poco activa: B ) REGULACIÓN HORMONAL ADRENALINA Cascada de fosforilaciones Forma a (activa)Metabolismo de glúcidos

Regulación en Hígado

• Regulación de la glucógeno fosforilasa (II)

  ! - HÍGADO. Objetivo: mantener la [glucosa] constante en sangre A ) REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE IGUAL QUE EN EL MÚSCULO Forma a (activa) P p Fosforilasa b quinasa Fosforilasa a fosfatasa 2 ADP 2 ATP 2 Pi Forma b (poco activa) B ) REGULACIÓN HORMONAL GLUCAGÓN Cascada de fosforilaciones Forma a (activa) C ) REGULACIÓN ALOSTÉRICA P P Forma a (activa) 2 GLU (p p GLU GLU 2 Pia fosfatasa GLU GLÙ Forma b (poco activa) GLUCOSA = INHIBIDOR ALOSTÉRICOGLUCOGENOGÉNESISMetabolismo de glúcidos

Glucogenogénesis: Síntesis de Glucógeno

Tyr194 Glycogenin UDP-glucose protein-tyrosine- glucosyltransferase (glycogenin) UDP glycogenin 2 Glycogen synthase UDP-glucose 3 Mg2+ glycogenin UDP UTP AGº'= - 25KJ/mol UDP-Glucosa- pirofosforilasa PPi UDP-glucose glycogen synthase 4 UDP (Glucosa)n 2. ELONGACIÓN Glucógeno sintasa VIDP (Glucosa)n+1 3. RAMIFICACIÓN Enzima ramificante (glucosiltransferasa) GLUCÓGENO glycogen synthase, glycogen- branching enzyme UDP-glucose 5 UDP 00 Glycogen particle GLUCOGENOGÉNESIS Glucosa (dieta) Gluconeogénesis HK, GK Glucosa-6-P 1. INICIACIÓN fosfoglucomutasa Glucosa-1-P 2Pi pirofosfatasa UDP-GlucosaMetabolismo de glúcidos

Glucógeno Sintasa

• Glucógeno sintasa:

  La glucógeno sintasa Enzima que participa en la síntesis del glucógeno Cataliza la reacción de transferencia del grupo glucosil de la UDP-glucosa al polímero glucógeno en formación mediante un enlace glucosídico a(1->4). "CH OH 5 0 H H H 4K 1 OH H HO O 3 H HO 0 O-P-O-P-O 0 0-CH2 Uracil O 0 H H H H UDP-glucosa H H OH H OH H H H HO 0 0 OH OH H OH OH 1 Glucógeno (n) Glucógeno sintasa UDP CH_OH CH2OH CH2OH O 0 0 H H H H H H H H H 1 4 1 4 1 OH H OH H OH H HO O -0 0 H OH H OH H ỞH Glucógeno (n+1) CH_OH CH_OH 0 H H 4 1 H H -0. H H H OH C OH H OH OH H OH Glucógeno H OH H OH CH-OH CH2 CH-OH CH-OH H H C .C 1 C H CH-OHACCIÓN DE LA ADRENALINA Y EL GLUCAGÓN SOBRE EL METABOLISMO DEL GLUCÓGENO

Acción de Adrenalina y Glucagón

ADRENALINA (músculo e hígado) GLUCACÓN (solo en hígado) 0 Adenilato ciclasa AC NH2 N N c R CAMP ATP Z 5 O CH, O H H H H 0-P 0 OH -C PKA PKA c P ATP Glucógeno sintasa Glucógenos sintasal Į GLUCOGENOGENESIS Glucógeno fosforilasa b P Glucógeno fosforilasa a GLUCÓGENO GLUCOSA-1-P 1 GLUCOGENOLISIS Las hormonas adrenalina y glucagón activan las proteínas quinasas que fosforilan ambas enzimas, provocando activación de la glucógeno fosforilasa, estimulando la degradación del glucógeno; mientras que la glucógeno sintasa disminuye su actividad, lo que inhibe la síntesis de glucógeno. La hormona insulina provoca la desfosforilación de las enzimas, en consecuencia la glucógeno fosforilasa se hace menos activa, y la glucógeno sintasa se activa, lo que favorece la síntesis de glucógeno. Es decir, que hormonas como la adrenalina y el glucagón favorecen la degradación del glucógeno, mientras que la insulina estimula su síntesis. PKA c R CAMP ATP P fosforilasa quinasa fosforilasa quinasa ATP OCGLUCONEOGÉNESIS Síntesis de "novo" glucosa (Síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos)Metabolismo de glúcidos

Importancia y Función de la Gluconeogénesis

• Importancia y Función de la gluconeogénesis:
  • Cerebro, eritrocitos, ... necesitan glucosa como principal fuente de energía.
  • Ayuno de más de un día o ejercicio muy intenso: las reservas de glucógeno se agotan.
  • El hígado sintetiza glucosa a partir de distintos sustratos (lactato, piruvato, aminoácidos glucogénicos, glicerol ... )
  • Tejidos: HÍGADO>>>corteza renal
  • Localización: Citosol y mitocondria
  • Destinos de la GLU sintetizada: sistema nervioso y músculo esquelético; formación de glucógeno, glucoproteínas, disacáridos, etc