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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. Glucogenogénesis. 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.
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.
Tinción de PAS
Glucógeno fosforilasa
(dímero)
METABOLISMO DEL GLUCOGENO
DEGRADACION
GLUCOGENOLISIS
BIOSINTESIS
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
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) 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
 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
a(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
Transferencia:
Enzima desramificante
Enzima
desramificante
(a1,4a1,4)
glucantransfersa
(a16)
glucosidasa
REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISIS
- REGULACION ALOSTERICA: AMP (+), ATP(-), Glu-6P (-) 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.
Glucagón
(higado)
Insulina
(+) Fosforilasa
fosfatasa
(PPT)
Fosforilasa quinasa
Adrenalina
Ca2+, AMP
(músculo)
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.
Hormona
(primer
mensajero)
Regulación
hormonal
Espacio extracelular
Transductor
(Proteína G)
Fosfodiesterasa
Efector
(Adenilato
ciclasa)
AMPc
(segundo
mensajero)
Teofilina
Cafeina
Proteína
quinasa A
(inactiva)
Efecto activador
Efecto inhibidor
Respuesta
Metabólica
Proteína
quinasa A
(activa)
Fosforilación de
la proteína
blanco
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
Glucemia
PANCREAS
Fosforilasa
fosfatasa
Insulina
Destinos metabólicos de la glucosa
Glucógeno
Glucogenogénesis
Glucosa-6-fosfatasa
Via de las Pentosas
(solo en hígado)
GLUCOSA-6-P
Glucosa
Ribosa-5-P
Via Glicolitica
Piruvato
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 UDPglucosa.
GLUCOGENOGÉNESIS
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
Activación de las unidades de
glucosa a UDP-Glucosa
Fosfoglucomutasa
Glu-6-P
UDP-glucosa
pirofosforilasa
GLUCOGENOGÉNESIS
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
Polimerización: adición de las unidades de glucosa
Glucógeno sintasa
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
UDP
GLU-Glucogenina
GLUCOGENINA
Tyr194
O
UDP
UDP
UDP
GLUCOGENOGÉNESIS
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
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 (a1->6) en los puntos de
ramificación.
Amilo α(1,4 →1,6)-glucosil
transferasasa
Punto de
ramificación
(α-1,6)
Extremos
no reductores
…
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.
INSULINA
(+)
Fosfatasa
Sintasa B
(poco
P activa)
ADRENALINA
GLUCAGÓN
(+)
ADP
P
Sintasa A
(muy activa)
Quinasa
ATP
Hígado y
Músculo
Glu-6-P (-)
ATP (-)
Músculo
Ca++ (+)
AMP (+)
Glu-6-P (+)
Hígado y
Músculo
SNC
MEDULA ADRENAL
Músculo Hígado
PANCREAS
Carrera
Estrés emocional
Agresión física
Glucemia
Entre comidas
Dieta libre de
carbohidratos
Activación de la
Glucogenolisis
Inhibición de la
Glucogenogénesis
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).