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.

Estructura del Glucógeno Extremos no reductores Unión α-1,6 Unión α-1,4

El Glucógeno El hepatocito muestra abundantes gránulos de 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. El hepatocito muestra abundantes gránulos de glucógeno Tinción de PAS

Glucógeno fosforilasa (dímero)

METABOLISMO DEL GLUCOGENO BIOSINTESIS DEGRADACION GLUCOGENOLISIS GLUCOGENOGENESIS La síntesis y degradación de glucógeno está cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula.

NECESIDAD DE GLUCOSA: - ENTRE COMIDAS - ACTIVIDAD MUSCULAR INTENSA HIGADO Y MÚSCULO: DEPOSITOS O RESERVA DE GLUCÓGENO GLUCOGENOLISIS

GLUCOGENOLISIS Glucógeno fosforilasa 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: Glucógeno fosforilasa 2) Enzima desramificante o Amilo-α (1,6)-glucosidasa 3) Fosfoglucomutasa

DEGRADACION DE GLUCOGENO DE RESERVA (Músculo esquelético e hígado) Glucógeno fosforilasa E.C 2.4.1.1

Enlaces a(1,6) no susceptibles a fosforilasa Fosforilasa “degradación limitada”: 5 residuos de una rama y 3 de la otra, antes del punto de ramificación. Enlaces a(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 a(1,6).

Glucógeno fosforilasa (1,41,4) glucantransfersa Transferencia: Enzima desramificante Enzima desramificante (16) glucosidasa

REGULACIÓN 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 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) Adrenalina Ca2+, 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.

Fosforilación de la proteína blanco Regulación hormonal Hormona (primer mensajero) Espacio extracelular Transductor (Proteína G) AMPc (segundo Efector (Adenilato ciclasa) Proteína quinasa A (inactiva) (activa) Fosforilación de la proteína blanco Respuesta Metabólica Fosfodiesterasa Teofilina Cafeina 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 Insulina Luego de una comida Insulina Glucemia PANCREAS Fosforilasa fosfatasa

Destinos metabólicos de la glucosa Glucogenogénesis Glucógeno Glucosa Glucosa-6-fosfatasa (solo en hígado) Via de las Pentosas Ribosa-5-P GLUCOSA-6-P Piruvato Via Glicolitica

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

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

GLUCOGENOGÉNESIS Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) Glucógeno sintasa Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

Activación de las unidades de glucosa a UDP-Glucosa UDP-glucosa pirofosforilasa Glu-6-P Fosfoglucomutasa

GLUCOGENOGÉNESIS Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) Glucógeno sintasa Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno 28

Polimerización: adición de las unidades de glucosa Glucógeno sintasa

Protein-Tyr glucosil transferasa El cebador de la glucógeno sintasa es una cadena corta de residuos de glucosa ensamblados por una proteína denominada glucogenina: GLUCOGENINA Tyr194 + Protein-Tyr glucosil transferasa GLU-Glucogenina UDP

GLUCOGENINA Tyr194 UDP O

Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: GLUCOGENOGÉNESIS Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) Glucógeno sintasa Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno 32

Ramificación: 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. Amilo α(1,4 →1,6)-glucosil transferasasa Extremos no reductores Punto de ramificación (α-1,6)

…

REGULACIÓN 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 COVALENTE 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. P (+) Fosfatasa INSULINA Sintasa B (poco activa) P Sintasa A (muy activa) (+) Quinasa ADRENALINA GLUCAGÓN ATP ADP

Glu-6-P (+) Hígado y Músculo Glu-6-P (-) ATP (-) Ca++ (+) AMP (+) Hígado y Músculo

Activación de la Glucogenolisis Inhibición de la Glucogenogénesis Músculo Hígado SNC MEDULA ADRENAL PANCREAS Carrera Estrés emocional Agresión física Glucemia Entre comidas Dieta libre de carbohidratos Activación de la Glucogenolisis Inhibición de la Glucogenogénesis

Bibliografia Bibliografía Complementaria 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).