El glucógeno es una macromolécula (masa molecular de aproximadamente 400 millones de daltons) de α-glucosa en la que hay principalmente enlaces α-1,4 glucosídicos y ramificaciones en una proporción de 1:10, debido a enlaces α-1,6 glucosídicos.
El glucógeno constituye material de reserva y se degrada y reconstituye continuamente; en toda la masa celular del cuerpo hay alrededor de 100 g de glucógeno: la mayor parte se encuentra en el hígado, donde es móvil y, por tanto, puede utilizarse como reserva para otros órganos (el glucógeno de los músculos no es móvil).
Las enzimas que catalizan la degradación y síntesis del glucógeno están todas en el citoplasma, por lo que se necesita un sistema de regulación que inactive una vía cuando la otra está activa: si hay glucosa disponible, esta última se convierte en glucógeno (anabolismo) que es una reserva, viceversa, si se requiere c "para la glucosa, entonces el glucógeno se degrada (catabolismo).
La enzima que interviene principalmente en la degradación del glucógeno es la glucógeno fosforilasa; esta enzima es capaz de escindir un enlace α-1,4 glicosídico utilizando un ortofosfato inorgánico como agente lítico: la escisión se produce por vía fosforolítica y se obtiene glucosa 1-fosfato.
A cinco o seis unidades de un punto de ramificación, la enzima glucógeno fosforilasa ya no puede actuar, por lo que se desprende del glucógeno y es reemplazada por una enzima desramificante que es una transferasa: en el sitio catalítico de esta enzima c "hay" una histidina que permite la transferencia de tres unidades de sacáridos a la cadena glucosídica más cercana (la histidina ataca el primer carbono de una molécula de glucosa). La enzima que acabamos de mencionar es la glicosiltransferasa; al final de la acción de esta enzima, solo queda una unidad de glucosa en la cadena lateral con el primer carbono unido al sexto carbono de una glucosa en la cadena principal. La última unidad de glucosa en la cadena lateral es liberada por la acción de "enzima α-1,6 glicosidasa (esta enzima constituye la segunda parte de la enzima desramificante); dado que las ramas en el glucógeno están en una proporción de 1:10, de la degradación completa de la macromolécula obtenemos alrededor del 90% de glucosa 1-fosfato y alrededor del 10% de glucosa.
La acción de las enzimas mencionadas permite la eliminación de una cadena lateral de la molécula de glucógeno; la actividad de estas enzimas puede repetirse hasta que se produzca la degradación completa de la cadena.
Consideremos un hepatocito; La glucosa (asimilada a través de la dieta), cuando ingresa a la célula se convierte en glucosa 6-fosfato y así se activa. Glucosa 6-fosfato, por la acción de fosfoglucomutasa, se transforma en glucosa 1-fosfato: esta última es un precursor no inmediato de la biosíntesis; en la biosíntesis se utiliza una forma activada de azúcares que está representada por un azúcar unido a un difosfato: generalmente uridildifosfato (UDP). La glucosa 1- fosfato es luego convertido en UDP-glucosa, este metabolito bajo la acción de glucógeno sintasa que es capaz de unir UDP-glucosa a un extremo no reductor del glucógeno en crecimiento: se obtienen glucógeno alargado de una unidad glucosídica y UDP La UDP es convertida por la enzima difosfoquinasa nucleosidada en UTP que vuelve a la circulación.
La degradación del glucógeno se produce por la acción de glucógeno fosforilasa que libera una molécula de glucosa y la transforma en glucosa 1-fosfato. Posteriormente, la fosfoglucomutasa convierte la glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato.
El glucógeno se sintetiza, sobre todo, en el hígado y los músculos: en el organismo hay 1-1,2 hectogramos de glucógeno distribuidos por toda la masa muscular.
El glucógeno de un miocito representa una reserva de energía solo para esta célula mientras que el glucógeno contenido en el hígado también es una reserva para otros tejidos, es decir, puede enviarse, como glucosa, a otras células.
La glucosa 6-fosfato obtenida en los músculos a partir de la degradación del glucógeno se envía, en caso de requerimiento energético, a la glucólisis; En el hígado, la glucosa 6-fosfato se convierte en glucosa por la acción de glucosa 6-fosfato fosfatasa (enzima característica de los hepatocitos) y se transporta al torrente sanguíneo.
Tanto la glucógeno sintasa como la glucógeno fosforilasa actúan sobre las unidades no reductoras del glucógeno, por lo que debe haber una señal hormonal que comande la activación de una vía y el bloqueo de la otra (o viceversa).
En el laboratorio fue posible alargar la cadena de glucógeno aprovechando la glucógeno fosforilasa y utilizando glucosa 1-fosfato en una concentración muy alta.
En las células, la glucógeno fosforilasa solo cataliza la reacción de degradación porque las concentraciones de los metabolitos son tales que desplazan el equilibrio de la siguiente reacción hacia la derecha (es decir, hacia la degradación del glucógeno):
Veamos el mecanismo de acción de la glucógeno fosforilasa: el oxígeno acetal (que actúa como puente entre las unidades de glucosa) se une al hidrógeno del fosforilo: se forma un intermedio de reacción dado por un carbocatión (sobre la glucosa que es todo " extremidades) a las que el fosforilo (Pi) se une muy rápidamente.
La glucógeno fosforilasa requiere un cofactor que es el piridoxal fosfato (esta molécula también es cofactor de las transaminasas): tiene un fosforilo parcialmente protonado (el piridoxal fosfato está rodeado por un ambiente hidrofóbico que justifica la presencia de protones unidos a él). El fosforilo (Pi) es capaz de transferir un protón al glucógeno porque este fosforilo luego vuelve a adquirir el protón del fosforilo parcialmente protonado del fosfato de piridoxal. La probabilidad de que, a pH fisiológico, el fosforilo pierda su protón y permanezca completamente desprotonado es muy baja.
Veamos ahora cómo funciona la fosfoglucomutasa. Esta enzima presenta, en el sitio catalítico, un residuo de serina fosforilada; la serina produce fosforilo en glucosa 1-fosfato (en la posición seis): se forma 1,6-bisfosfato de glucosa durante un corto tiempo, luego la serina se refosforila tomando el fosforilo en la posición uno. La fosfogluco mutasa puede actuar en ambas direcciones, es decir, convertir la glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato o viceversa; si se produce glucosa 6-fosfato, puede enviarse directamente a la glucólisis, en los músculos, o transformarse en glucosa en el hígado.
La enzima uridil fosfogluco transferasa (o pirofosforilasa de glucosa UDP) cataliza la reacción de transferencia de glucosa 1-fosfato a UTP mediante la unión al fosforilo a.
La enzima que se acaba de describir es una pirofosforilasa: este nombre se debe al hecho de que la reacción opuesta a la que se acaba de describir es una pirofosforilación.
La glucosa UDP, obtenida como se describe, es capaz de alargar la cadena de glucógeno, por una unidad de monosacárido.
Es posible hacer que la reacción evolucione hacia la formación de glucosa UDP eliminando un producto que es el pirofosfato; la enzima pirofosfatasa convierte el pirofosfato en dos moléculas de ortofosfato (hidrólisis de un anhídrido) y, al hacerlo, mantiene la concentración de pirofosfato tan baja como para favorecer termodinámicamente el proceso de formación de glucosa UDP.
Como se mencionó, la glucosa UDP, gracias a la acción de la glucógeno sintasa, es capaz de alargar la cadena de glucógeno.
Las ramificaciones (en una proporción de 1:10) se deben al hecho de que, cuando una cadena de glucógeno consta de 20-25 unidades, interviene una enzima ramificadora (que tiene una "histidina en su sitio catalítico), capaz de transferir una serie de 7-8 unidades glucosídicas más aguas abajo de 5-6 unidades: así se genera una nueva ramificación.
Por motivos de origen nervioso o si se necesita energía debido al esfuerzo físico, la adrenalina es secretada por las glándulas suprarrenales.
Las células diana de la adrenalina (y la noradrenalina) son las del hígado, los músculos y el tejido adiposo (en este último se produce la degradación de los triglicéridos y la circulación de los ácidos grasos: en consecuencia, la glucosa se produce en las mitocondrias 6-fosfato, al ser enviada a la glucólisis, mientras que en los adipocitos, la glucosa 6-fosfato se transforma en glucosa por la acción de la enzima glucosa 6-fosfato fosfatasa y se exporta a los tejidos).
Veamos, ahora las modalidades de acción de la adrenalina. La adrenalina se une a un receptor situado en la membrana celular (de miocitos y hepatocitos) y este determina la traducción de la señal desde el exterior al interior de la célula. Se activa la proteína quinasa que actúa simultáneamente sobre los sistemas que regulan la síntesis y degradación del glucógeno:
La glucógeno sintasa existe en dos formas: una forma desfosforilada (activa) y una forma fosforilada (inactiva); La proteína quinasa fosforila la glucógeno sintasa y bloquea su acción.
La glucógeno fosforilasa puede existir en dos formas: una forma activa en la que está presente una serina fosforilada y una forma inactiva en la que la serina está desfosforilada. La glucógeno fosforilasa puede ser activada por la enzima. glucógeno fosforilasa quinasa. La glucógeno fosforilasa quinasa es activa si está fosforilada e inactiva si está desfosforilada; la proteína quinasa tiene como sustrato la glucógeno fosforilasa quinasa, es decir, es capaz de fosforilar (y, por tanto, activar) esta última que, a su vez, activa la glucógeno fosforilasa.
Una vez terminada la señal de adrenalina, el efecto que tiene en la célula también debe terminar: las enzimas fosfatasa intervienen entonces sobre la especie de proteína.
