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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.
Estr
uctura
del
Glu
cógen
o
Estr
uctura
del
Glu
cógen
o
Extremos no
reductores
Unión α-1,6
Unión 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 otra
Actividad 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).
