TEMA 13-Metabolisme del glucogen 2024 PDF

TEMA 13: Metabolisme del glicogen El glicogen és un polímer ramificat de la glucosa i representa una forma d’emmagatzemar glucosa per poder disposar-ne quan es necessiti de forma ràpida. Tipus d'enllaços glicosídics: alfa-1,4 (polímer lineal) i alfa-1,6 (ramificacions) A les...

TEMA 13: Metabolisme del glicogen El glicogen és un polímer ramificat de la glucosa i representa una forma d’emmagatzemar glucosa per poder disposar-ne quan es necessiti de forma ràpida. Tipus d'enllaços glicosídics: alfa-1,4 (polímer lineal) i alfa-1,6 (ramificacions) A les cèl·lules, el glicogen es deposita en forma de grànuls al citoplasma Els principals teixits on trobem glicogen són el fetge i el múscul esquelètic DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN Per la degradació del glicogen es necessiten tres tipus d’accions (4 enzims): 1. Escissió de G-1-P de la molècula de glicogen (1 enzim) Glucógeno fosforilasa 2. Remodelatge del glicogen per poder seguir amb la seva degradació (2 enzims) Transferasa α-1,6-glicosidasa 3. Conversió de la G-1-P a G-6-P per seguir diferents destins metabòlics (1 enzim) Fosfoglucomutasa Pas 1: La glicogen fosforilasa és l’enzim encarregat de la degradació seqüencial del glicogen i ho fa per una reacció de fosforòlisi (addició d’ortofosfat) glicogen fosforilasa El trencament de l’enllaç glicosídic per fosforòlisi és millor que per hidròlisi ja que així el sucre resultant ja esta fosforilat i, per tant, no pot difondre a fora de la cèl·lula (important en la cèl.lula muscular); a més no s’ha de gastar una molècula d’ATP per fosforilar-lo posteriorment. Estructura de la glicogen fosforilasa: és un homodímer amb subunitats de 97 kD. Té com a grup prostètic el piridoxal fosfat (PLP), un derivat de la piridoxina És un enzim amb una alta processivitat ja que no ha de dissociar-se del glicogen desprès de cada reacció. La glicogen fosforilasa ha d’excluir a l’aigua de seu centre catalític per tal de que la reacció que tingui lloc sigui de fosforolisi i no d’hidròlisi Mecanisme de la reacció: La glicogen fosforilasa només pot trencar enllaços glicosídics 1-4, però no 1-6. De fet, la glicogen fosforilasa para la degradació del glicogen quan arriba a un residu de glucosa que dista 4 esglaons d’un punt de ramificació Pas 2: dues activitats enzimàtiques, la transferasa i la 𝛂-1,6-glucosidasa (enzim desramificador) són les encarregades de modificar la molècula de glicogen per fer-la susceptible a ser degradada per la glicogen fosforilasa. En eucariotes, ambdues activitats estan en un únic polipeptid de 160 kD La glucosa alliberada és fosforilada a G-6-P per l’hexoquinasa Pas 1 Pas 2 Pas 3: La fosfoglucomutasa converteix a la G-1-P (alliberada per la glicogen fosforilasa en el pas 1) en G-6-P La fosfoglucomutasa és un fosfoenzim i el seu mecanisme de reacció es similar al del enzim de la glicòlisi fosfoglicerat mutasa i en el que la G-1,6-BP té un paper similar al del 2,3-bisfosfoglicerat SÍNTESI DEL GLICOGEN 1. formar glucosa activada (UDP-glucosa) Per a la síntesi de glicogen necessitem: 2. elongar la cadena de glicogen (afegint glucosa) 3. ramificar el glicogen (α-1,6) Pas 1: per a la síntesi del glicogen no s’utilitza la glucosa UDP-glucosa pirofosforilasa 1-fosfat sinó que s’utilitza una forma activada de la glucosa: UDP-glucosa Pas 2: L’enzim encarregat de la síntesi del glicogen és la glicogen sintasa en una reacció en la que el C1 de la glucosa activada en forma d’UDP-glucosa es enllaçat mitjançant un enllaç 𝛂-1,4-glucosídic amb el grup hidroxil de C4 d'una glucosa terminal del glicogen Glicogen sintasa UDP Pas 2: La glicogen sintasa només afegeix nous residus de glucosa a la molècula de glicogen si la cadena de polisacàrid conté més de 4 residus (concepte de “primer”). La glicogenina té la funció de creació dels primers. La glicogenina és una proteína homodimèrica amb subunitats de 37 kD, cada una de les quals conté un oligosacàrid de glucosa amb enllaços 𝛂-1,4-glicosídics i unit covalentment a una Tyr de la cadena polipeptídica Cada subunitat de la glicogenina catalitza l'addició de 8 unitats de glucosa a l’altra subunitat del dimer en una reacció d’autoglicosilació. El donador de glucosa es l’UDP-glucosa. A partir d’aquest punt, la glicogen sintasa segueix amb la síntesi del grànul de glicogen Pas 3: Les ramificacions tenen lloc pel trencament d’un enllaç 𝛂-1,4-glicosídic i la formació d’un enllaç 𝛂-1,6-glicosídic. Generalment un grup de 7 residus de glucosa són escindits a partir d’una branca que com a mínim té 11 residus i transferits a una part més interne del grànul de glicogen sempre a més de 4 residus d’un lloc de ramificació ja existent à es forma un enllaç 𝛂-1,6-glicosídic. L’enzim encarregat de la formació del es branques es l’enzim ramificador o glicogen transferasa La ramificació del glicogen és important ja que: -augmenta la solubilitat de la molècula de glicogen -augmenta el nombre de residus terminals per on seguir la síntesi i/o degradació. Per tant,la ramificació fa augmentar les velocitats tant de síntesi com de degradació del glicogen  REGULACIÓ DE LA SÍNTESI I DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN 3 1 1 Enzim desramificador: 2 transferasa + 𝛂-1,6-glucosidasa + glycogenin 2 3 Enzim ramificador (glicogen transferasa)  REGULACIÓ DE LA DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN El metabolisme del glicogen esta altament regulat i una part important d’aquest control té lloc mitjançant la regulació de la glicogen fosforilasa. La glicogen fosforilasa està regulada per: Efectors alostèrics que són indicadors de l'estat energètic de la cèl.lula: ATP, AMP, glucosa… Modificació covalent reversible per fosforilació/desfosforilació que esta sota control hormonal (insulina, glucagó i adrenalina): a la glicogen fosforilasa la trobem en dues formes interconvertibles per fosforilació/desfosforilació en la serina 14 de cada subunitat a: fosforilada à més activa b: desfosforilada à menys activa -L’enzim encarregat de la fosforilació és la fosforilasa quinasa Tant la quinasa com la fosfatasa son -L’enzim encarregat de la desfosforilació és la fosfatasa PP1 regulables mediant control hormonal. REGULACIÓ HORMONAL DE LA GLICOGEN FOSFORILASA Glucagón: -activa a la fosfosilasa kinasa -inactiva la fosfatasa PP1 à glucógeno fosforilasa estará fosforilada (a) Insulina: -activa la fosfatasa PP1 à PP1 desfosforila a la fosforilasa kinasa y a la glucogeno fosforilasa àinactivas à la glucógeno fosforilasa estará desfosforilada (b) REGULACIÓ HORMONAL DE LA GLICOGEN FOSFORILASA  La fosforilasa quinasa és activada per fosforilació i per ions Ca2+ La fosforilació esta promoguda per senyals hormonals com l’adrenalina o per estimulació elèctrica de múscul. Els enzims poden estar en forma relaxada (R) (ACTIVA) i en forma tensa (T) (INACTIVA)à tant la glicogen fosforilasa fosforilada (a) com la forma desfosforilada (b) poden estar en una forma relaxada o en una forma tensa: bR aR ACTIVAS bT aT INACTIVAS Les dues formes de la glicogen fosforilasa (a i b) poden presentar un equilibri conformacional entre els estats R i T però l’equilibri afavoreix la forma R/activa en la fosforilasa a i la forma T/inactiva en la fosforilasa b  REGULACIÓ DE LA DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN: TEIXITS Les glicogen fosforilasas de fetge i múscul són isozimas codificades per gens diferents à es regulen de manera diferente: Múscul: insulina, adrenalina (control hormonal), i efectors al·lostèrics Fetge: insulina/glucagó, adrenalina (control hormonal) La regulació de la glicogen fosforilasa és teixit específica i reflexa les diferencies funcionals d’aquests dos teixits respecte al metabolisme de la glucosa:  -efectors al·lostèrics: ATP, G6-P REGULACIÓ DE LA DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN AL MÚSCUL -control hormonal: adrenalina, insulina La posició de l’equilibri de la fosforilasa b La fosforilasa a no està subjecta a pot modificarse per efectors al·lostèrics la regulació per aquests efectors que reflexen l’estat energètic de la al·lostèrics cèl.lula muscular La G-6-P actua con un mecanisme de retro- inhibició o inhibició per producte final  REGULACIÓ DE LA DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN AL MÚSCUL En el múscul es troba sobre tot la fosforilasa B (desfosforilada). La regulació de la glicogen fosforilasa al múscul respon a la demanda energética: modificació per efectors al·lostèrics Cascada de transducció de senyals que activa la fosforilasa muscular en resposta a l’adrenalina Regulació coordinada de la degradació de glicogen i la contracció en múscul esquelètic  REGULACIÓ DE LA DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN AL FETGE El fetge no té Control hormonal: adrenalina, La glicogen fosforilasa a regulació al·lostèrica glucagón, insulina hepàtica és inhibida per AMP ni per ATP. alostèricament per la glucosa. La regulació de l’activitat de la glicogen fosforilasa hepàtica respon a les necessitats d’exportar glucosa al torrent sanguini.  REGULACIÓ DE LA DEGRADACIÓ DEL GLICOGEN AL FETGE En el fetge es troba sobre todo la fosforilasa A (fosforilada). La fosforilasa hepàtica és sensible als nivells de glucosa a la sang: la fosforilasa a actua com un sensor de glucosa al fetge.  Comparació de la glicogen fosforilasa de fetge i múscul a nivell al·lostèric En humans la glicogen fosforilasa muscular i hepàtica comparteixen un 90% d’aminoàcids idèntics. En el múscul es troba sobre tot la fosforilasa B (desfosforilada). En el múscul quan hi ha poca energia (nivells elevats d’AMP) s’afavoreix la transició de bT a bR, activant l’enzim à el glicogen es mobilitza. En el fetge es troba sobre tot la fosforilasa A (fosforilada). En el fetge quan hi ha molta glucosa, canvia l’equilibri de la forma aR a la forma aT, inactivant l’enzim à el glicogen no es mobilitza.  REGULACIÓ DE LA SÍNTESI DEL GLICOGEN La síntesi del glicogen està regulada a nivell de l’activitat de la glicogen sintasa La glicogen sintasa es regula per: fosforilació reversible (hormonal) per al·losterisme REGULACIÓ DE LA SÍNTESI DEL GLICOGEN: CONTROL HORMONAL L’activitat de la glicogen sintasa està regulada per fosforilació/desfosforilació a múltiples llocs per la PKA i altres proteïna quinases. Al contrari de la glicogen fosforilasa, la fosforilació de la glicogen sintasa té com a resultat la inactivació de l’activitat enzimática: Fosforilada (inactiva): b Desfosforilada (activa): a  REGULACIÓ DE LA SÍNTESI DEL GLICOGEN CONTROL HORMONAL - L’adrenalina i el glucagó inactiven la sintasa per fosforilació (forma bT) - La insulina activa la sintasa per defosforilació (forma aR) CONTROL PER AL·LOSTERISME La glicogen sintasa inactiva (forma bT) necessita de una major concentració de l’activador alostèric (G-6-P) per ser activa (bR) mentre que la forma a és activa independentment de la presencia de la G-6-P (aR) a b b  Regulació coordinada de la síntesi i de la degradació del glicogen, via hormonal: la adrenalina y el glucagó activen la PKA Fosforilada=activa Fosforilada=inactiva La síntesi i degradació del glicogen estan regulades de forma recíproca per la via adrenalina-cAMP-PKA: L’activació hormonal de la ruta de la PKA promou la degradació del glicogen i inhibeix la síntesi.  Regulació coordinada de la síntesi i de la degradació del glicogen, via hormonal: la insulina activa la fosfatasa PP1 Els efectes de la fosforilació per la PKA sobre dels enzims del metabolisme del glicogen són revertits per la proteïna fosfatasa 1 (PP1) que és capaç d’hidrolizar el fosfats incorporats per acció de la PKA a residus de Ser o Thr La PP1 inactiva la fosforilasa quinasa i la glicogen fosforilasa a i activa a la glicogen sintasa per tant, inhibeix la degradació i promou la síntesi del glicogen La activitat de la PP1 esta també regulada per la PKA i per tant, es troba sota control hormonal Regulació coordinada de la síntesi i de la degradació del glicogen, via hormonal: la adrenalina inactiva la PP1 La adrenalina inactiva la PP1 à promou la degradació del glicogen Regulació coordinada de la síntesi i de la degradació del glicogen, via hormonal: la insulina activa la PP1 La insulina activa la PP1 à promou la síntesi del glicogen A més de la insulina, la glucosa regula el metabolisme hepàtic del glicogen  Síntesi i degradació del glicogen Degradació del glicogen: Glicogenn + Pi Glicogenn-1 + G-1-P Síntesi del glicogen: Glicogenn + UDP-glucosa Glicogenn+1 + UDP El UDP-glucosa és una forma activada de la glucosa que actua com a donador de glucosa en la síntesis del glicogen. Es sintetitza a partir de G-1-P i UTP en una reacció catalitzada per la UDP-glucosa pirofosforilasa: G-1-P + UTP UDP-glucosa UDP-glucosa + PPi pirofosforilasa Pirofosfatasa PPi + H2O 2 Pi inorgánica  El glicogen és una manera molt eficient d’emmagatzemar glucosa: La incorporació de la G-6-P al glicogen només li costa a la cèl.lula un ATP G-6-P G-1-P G-1-P + UTP UDP-Glucosa + PPi PPi + H2O 2 Pi UDP-Glucosa + Glicogenn Glicogenn+1 + UDP UDP + ATP UTP + ADP G-6-P + ATP + Glicogenn + H2O Glicogenn+1 + ADP + 2 Pi En la degradació quasi be el 90% del residus s’escindeixen per fosforolisi per tant, el cost energètic de la degradació és molt baix. Per tant, l’energia de síntesi i degradació del glicogen li costa a la cèl.lula poc mes d’un ATP per cada G-6-P, de la que un cop oxidada completament en treu 31 molècules d’ATP. Per tant, l'eficiència global del procés d’emmagatzematge és d’aproximadament el 97%. Hi han malalties associades a anomalies en l‘emmagatzematge del glicogen