Resumo Glicogênio

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Aula 5 – Bioquimica II / Noturno
Glicogênio
O glicogênio é um polissacarídeo de reserva. 
Levedura: a ideia é multiplicar, como qualquer organismo unicelular. Como estoca glicogênio?
Se ela tem tudo que precisa, ela não estoca, ela replica. So vai estocar quando as condições não forem ótimas para a replicação. Se ela só tem fonte energética, ela não estoca, pois vai fermentar... se dá condições ótimas, ela vai replicar.
Mamíferos: quando as condições (nutrientes) são ótimas, eles armazenam glicogênio.
O glicogênio é um polissacarídeo formado todo por unidades de glicose ligadas entre si, e cada unidade é uma molécula. As ligações são do tipo A1,4 para a extensão do polissacarídeo e A1,6 para a ramificação do polissacarídeo.
O amido é constituído por dois polissacarídeos: a amilose, que não é ramificada, e a amilopectina, que é basicamente igual ao glicogênio de mamíferos. Amilopectina e glicogênio tem a mesma razão de reação, diferindo apenas no tamanho global que a molécula pode atingir. 
O glicogênio é armazenado no citosol em grânulos, e existe um limite de grânulos de glicogênio que o citosol pode ter. o importante é saber que se separa em vários grânulos para ter maior superfície de contato, otimizando desta forma a sua degradação. Esse raciocínio também é valido para explicar porque existem ramificações, ao invés de ser uma molécula de cadeia única. 
Outro motivo de não ser uma cadeia única, é que chegaria a um ponto que a molécula iria bater na extremidade da célula. Desta forma, a forma ramificada e organizada em grânulos otimiza a sua organização dentro da célula. 
A degradação de glicogênio se dá no citosol e ocorre nas pontas não disponíveis, chamadas pontas não redutoras quando as enzimas podem se ligar a elas e começar a quebra das mesmas, esse é o momento da reação de fosforolise, onde o fosfato é incorporado num dos lados da molécula. Assim, de um lado incorpora-se um fosfato, de outro uma hidroxila, e quando o glicogênio quebra uma unidade de glicose-1-fosfato é liberada e assim se forma uma nova ponta.
Se fosse uma hidrolise, seria liberado uma glicose. Mas como é uma fosforolise, a glicose vem acompanhada de um fosfato na posição 1 da cadeia, por isso é uma molécula de glicose-1-fosfato. O fato de ser liberado uma molécula de glicose ancorada a um fosfato é bom devido ao fato de que para sair da membrana, é necessária a ligação com o fosfato. Se o objetivo é entrar na célula e ser gasta na via glicolítica, essa ligação com o fosfato é extremamente necessária para que a molécula saia da membrana, pois caso ela não existisse, seria preciso fazer tal ligação, o que acarretaria num gasto energético de 1atp. 
A quebra da molécula de glicogênio gerando uma glicose-1-fosfato é feita pela glicogênio fosforilase. Quando a glicogênio fosforilase chega perto de uma ramificação, ela não consegue mais fazer a quebra do glicogênio, então ela se solta da ponta em que está e vai em busca de outra ponta para conseguir fazer a quebra.
Essa ponta liberada fica livre para que a enzima desramificadora arranque a ramificação, transferindo uma parte das moléculas para a ponta do polissacarídeo que está mais próximo dela, então arranca a ramificação deixando a cadeia linear. 
Essa enzima possui vários padrões de ação enzimáticos:
- pode quebrar ligações A1,4, desde que esteja nas ramificações, ou seja, se não existir uma ramificação de quatro unidades, ela não consegue encaixar na ponta.
- pode sintetizar ligações A1,4;
- pode quebrar ligações A1,6, liberando uma Glicose sem fosfato. Neste caso, a enzima desramificadora não faz fosforolise, e sim hidrolise. Ocorre numa quantidade muito pequena (em torno de uma em cada 5mil unidades).
Isso tudo envolve vários sítios catalíticos. Desta forma, as ramificações vão sendo arrancadas e assim novas pontas vão ficando disponíveis. 
Uma vez que a glicose-1-fosfato é liberada, ela é isomerizada a glicose-6-fosfato pela enzima isomerase, que muda a posição do fosfato. Essa enzima troca de fosfato com o açúcar: ela pega o fosfato da posição 1 da glicose e coloca outro fosfato na posição 6 da glicose. 
A quantidade de glicose formada na quebra de glicogênio é desprezível comparada a quantidade de glicose-1-fosfato.
A degradação do glicogênio ocorre em momento de jejum no fígado, com objetivo de fazer glicose-1-fosfato para ser isomerizada a glicose-6-fosfato e direcionada para a gliconeogênese.
Quebra do glicogênio acontece no fígado em jejum, e o estoque de glicogênio lá ocorre para doar elétrons para a corrente sanguínea no jejum, logo ele não usa o glicogênio como fonte de elétrons para uso próprio.
O musculo estoca glicogênio com objetivo de gastar em jejum, no esforço físico. No musculo, a quebra de glicogênio gera glicose-1-fosfato, isomerizado a glicose-6-fosfato que tem destino a via glicolítica para gerar piruvato. Assim, o musculo consegue acetil coa a partir da degradação de lipídeo e piruvato a partir do glicogênio, aumentando exponencialmente a capacidade do ciclo de Krebs dele. 
Síntese de glicogênio sempre ocorre quando tem disponibilidade energética, ou seja, no estado alimentado. Ocorre a partir da glicose-6-fosfato, que será isomerizada para glicose-1-fosfato pela fosfoglicomutase. A partir da glicose-1-fosfato, um intermediário ligado a um nucleotideo é gerado, para formar uma ligação altamente energética que possibilite a inscrição daquela unidade de glicose dentro do polissacarídeo. 
Primeiramente, gasta-se energia gerando intermediário de base. Depois, substitui o nucleotídeo temporário pelo polissacarídeo e então consegue-se ligar a glicose ao polissacarídeo. Tais intermediários são moléculas de UTP, que se ligam a glicose 1 fosfato pelos fosfatos. Então, o fosfato da glicose 1 fosfato se liga ao prmeiro fosfato da utp, liberando pirofosfato e uma dupla de fosfatos, gerando udp-glicose.
Uma segunda reação garante a irreversibilidade desta primeira, e essa é a quebra do pirofosfato. Qualquer reação que libere pirofosfato vai ter acoplada a ela a quebra de pirofosfato, pela pirofosfatase, gerando dois fosfatos separados.
Glicose-6-fosfato > glicose-1-fosfato > udp glicose (primeiro intermediário) > (glicogênio-sintase gerando) glicogênio
Uma vez que se começa a sintetizar glicogênio, também se começam as ramificações através da enzima ramificadora. 
“Regras” para as ramificações: A ramificação deve ter tamanho necessário para a glicogênio-sintase se apropriar e continuar produzindo a cadeia. Ela sempre é criada transferindo um pedaço da cadeia principal. Ela precisa ter 7 unidades, logo somente cadeias com 14 unidades ou mais podem te-las, para que a glicogênio-sintase seja apta a estender qualquer uma das duas pontas. As ramificações distam umas das outras em 4 unidades.
Regulação da via
Apesar da glicose 1 fosfato ser produzida a partir da quebra de glicogênio tanto no musculo quanto no fígado, ela tem destinos bastante diferentes. 
Quando o fígado quebra o glicogênio, ele quer expulsar a glicose. Já o musculo quer usa-la. 
O mecanismo de regulação do glicogênio é bem similar nos dois órgãos, mesmo quando disparados por hormônios diferentes.
O mecanismo disparado pelo glucagon é quase igual ao disparado pela adrenalina: a única diferença é o receptor, mas os efeitos na célula são exatamente os mesmos. 
No músculo também há resposta à insulina.
Tanto glucagon e adrenalina quanto insulina ativam a produção de AMPciclico, que ativa a ptn quinase A (pka), que vai fosforilar suas enzimas alvos. Sempre glucagon, adrenalina ou ambos vão promover essa cascata de sinalização que levará a ativação da pka. Ela que fosforila a frutose-2-6-bifosfatase à pfk2. Ela fosforila a enzima que degrada lipídeos. Ela fosforila praticamente todas as enzimas de controle do metabolismo energético. Essa proteína é um sinal de jejum ou stress! Neste momento espera-se que ocrra degradação de glicogênio, quebrado a glicose 1-fosfato. Pra isso, deve-se ativar a glicogênio fosforilase. 
Ramificação e isomerização não são reguladas!
Pka vai ativar a glicogênio fosforilase e ao mesmo tempo vai inibir a glicogênio sintase. 
Pka vai fosforilar alguém e isso vai levar a ativação da glicogênio fosforilase e inibição da glicogênio sintase. Isso não ocorre diretamente: tem um intermediário, que é a fosforilase quinase. Uma vez ativada, a enzima pode ativar varias na etapa seguinte. A logica da regulação por fosforilação é importante mas não pode sobrepor momentos característicos da célula. Não adianta dizer para a enzima que ela está inativa quando a carga energética exigir outra coisa! Ou ainda a ausência ou presença de glicose ‘pedindo’ outra coisa dela.
Se a glicogênio fosforilase está inativa, ela pode ficar parcialmente ativa se a carga energética exigir isso dela. 
Ex: num musculo com carga energética desfavorável, faltando atp e com mt amo, a célula começará a degradar glicogênio, desde que o sinal de fosforilação não tenha acontecido. Ou seja, não tem sinal, mas a carga energética tá dizendo que precisa de glicose para entrar na via glicolítica e ser degradada... isso vai regular a via e fazer com que haja a quebra do glicogênio.
Sendo assim, a quebra do glicogênio só ocorre em baixa concentração de glicose! Já que não há necessidade de se gerar mais glicose quando há alta concentração disponível.
Adrenalina em estado alimentado: ao levar um susto, ativa a pka, levando a fosforilação da fosforilase quinase, que vai fosforilar a glicogênio fosforilase, tornando-a ativa. Porem, há grande concentração de glicose disponível, o que a impede de permanecer ativa.
Assim, tem-se a primeira regulação macro, que é a hormonal, por fosforilação. Neste caso a regulação vai depender das condições da célula. 
Se ta sem sinal de adrenalina, ou em jejum, então minha quebra de glicogênio está desabilitada. Mas se o balanço energético está desfavorável, pode haver um pouco de quebra.
Quando se tem muito atp, tem-se baixo amp e adp. Conforme vou gastando atp, primeiro gera-se adp, mas se não conseguir pegar adp e de maneira eficiente produzir atp, ele acaba sendo degradado a amp. Quando a situação fica feia pode pegar adp+adp e gerar amp+atp. Enzima fosforilase ativa. Enzima de quebra do glicogênio está ativa (glicogênio fosforilase) e eu tenho glicose disponível, alterando a conformação da enzima que passa ao estado inativo (pela presença da glicose) além de inativo, esse estado é passível de ser degradado com mais facilidade para pegar os fosfatos. A presença de glicose expõe os fosfatos, permitindo que a enzima os arranque. Neste caso os fosfatos voltados para dentro são mais difíceis de serem arrancados pela enzima. Sempre que há glicose, esta se liga a uma enzima vazia e então pegam fosfatos. Essa é a maneira natural de como a enzima é desligada no momento alimentado. A glicose entra na célula e fosforila, deixando de ser glicose, e assim não fica muito tempo disponível na forma de glicose.
Enzimas principais do metabolismo do glicogênio são a de degradação (glicogênio fosforilase) e a de síntese (glicogênio sintase). 
A sinalização que leva a fosforilação dessas enzimas é a partir do glucagon e da adrenalina. 
Eles ativam a proteína quinase A , que vai ativar a fosforilase quinase, que ira fosforilar as duas enzimas, ativando a de degradação e inibindo a de síntese. 
O sinal é revertido da seguinte maneira: ao mesmo tempo que a quinase ativa a fosforilase, levando a degradação, essa quinase fosforila um regulador chamado de inibidor da proteína fosfatase. Esse regulador quando ativo bloqueia a produção de uma enzima, que removeria os fosfatos, desfosforilando todo mundo. Ela é ativada e remove o fosfato da glicogênio sintase, ativando tal enzima. Remove também o fosfato da fosforilase quinase, inibindo-a. ou seja, assim como a proteína quinase A dispara a degradação do glicogênio, a proteína fosfatase 2 dispara a síntese do glicogênio. So que essa enzima é constitutiva, ou seja, tá o tempo todo presente e disponível, podendo ser inibida ou não por algumas coisas. Uma das coisas é o inibidor dela, que está embaixo. Ele tem que estar disponível no momento em que se ativa a fosforilação, para se evitar o gasto energético desnecessário de se ter dois processos inversos ocorrendo ao mesmo tempo (fosforilação e desfosforilação). 
Ao fosforilar o inibidor, ele fica bloqueando a enzima, então ela está inativa. A proteína quinase a ativa a quinase intermediaria, a quebra do glicogênio e ao mesmo tempo libera o inibidor que impede a desfosforilação de todas as enzimas que foram fosforiladas e ativadas. Em suma, ela ativa a fosforilação e bloqueia a desfosforilação das enzimas. O bloqueio é feito pela inibição da proteína fosfatase 1, que se da porque o inibidor dela é liberado ao ser fosforilado.
Uma proteína quinase so sabe fosforilar, então ela fosforila uma enzima que ativa a fosforilação e fosforila outra que bloqueia a desfosforilação. 
Primeiro alvo é a quinase, que ela ativa.
Segundo alvo é o inibidor da fosfatase (a fosfatase 1), então ela ativa a quinase especifica do glicogênio, que é a fosforilase quinase, e produz o inibidor da fosfatase. Com isso eu tenho quinase funcionando e fosfatase inibida, assim a fosforilação geral esta ativa e leva a degradação de glicogênio.
A ativação da quinase é direta e a inibição da fosfatase não... um inibidor é produzido para então inibir a fosfatase 1.
Com isso, eu levo a fosforilação das enzimas que levam ao metabolismo do glicogênio.
Como o sinal é desfeito?
Primeiro o sinal cessa. Quando isso ocorre, a proteína quinase a não está ativa, só que está todo mundo fosforilado. Enquanto tenho sinal de glucagon ou adrenalina, o sinal de fosforilação prevalece.
Para desfazer, tem que ter duas coisas: 
Ausência de sinal
“paciência”: Fosfatase vai começar a fosforilar o próprio inibidor para se liberar, e depois vai fosforilar todo mundo, mas tem que esperar um pouquinho
Insulina da uma força, ativando a ptn fosfatase 1. Esta, além de capacidade autocatalitica de degradar o próprio inibidor, ainda pode ser ativada pela insulina.
Quando quero degradar, a enzima principal passa a ser a fosfatase, que vai limpando o fosfato de todo mundo. 
Musculo: incapacidade de captar glicose no jejum . com a insulina, ele é ativado para colocar os transportadores de glicose na membrana, e só nesse momento ele consegue transportar glicose. Quando o sinal cessa, todos os transportadores são removidos da membrana e guardados e vesículas internas, ou seja, o tecido muscular não tem transportadores de glicose na membrana no momento de jejum.
Diabéticos:
São recomendados a fazerem atividade física moderada pois assim aumenta a concentração do transportador de glicose que é independente de insulina, porque eles não conseguem captar glicose do sangue mesmo em estado alimentado, por não terem insulina. Assim, a concentração de glicose na corrente sanguínea aumenta.
A sinalização no musculo:
Além da insulina favorecer a entrada de glicose pelo transportador colocado na membrana, também favorece a expressão de hexoquinase e também de glicogênio sintase, com isso a entrada de glicose muscular pode ser usada tanto para gerar energia quanto para estoque. Se tiver com aporte de o2 suficiente, provavelmente há produção de lipídeo e estoque de glicose como glicogênio. Quando não tiver mais espaço disponível para o glicogênio, ele começa a usar aquilo na glicólise e ciclo de Krebs, gerando aas e o que precisar. Mas ele tem ao mesmo tempo opção de gastar ou estocar.
Estado alimentado:
Almoçou, dormiu e oi jantar, então ta cheio de glicogênio não tem onde estocar, não tem problema! Ele vai pegar essa glicose toda e gastar. O que pode acontecer é o musculo ta cheio de glicogênio, com aporte energético tão bom,que ele diminuí a entrada de glicose. Assim, começa a sobrar glicose no sangue, e o fígado da um jeito nisso produzindo lipideose jogando-os para o tecido adiposo estocar. 
Bloqueio de uma quinase que tava inativando a glicogênio sintase > ode ser fosforilada por outras quinases. Quando fosforilada pela
fosforilase quinase, é inibida. Dentre outras, gfk3, que é uma quinase que faria o bloqueio da glicogênio sintase, quando tem sinal de insulina ela morre, consequentemente deixa de bloquear a glicogênio sintase, logo não há fosforilação da mesma e a minha fosfatase fica cada vez mais liberta para desfosforilar geral. Assim a glicogênio sintase fica ativa. 
Tanto a ausência do glucagon, que evita o sinal de fosforilação, quanto a presença d insulina, que bloqueia outro sinal de fosforilação, a fosfatase estando liberta desfosforila todo mundo e ai o momento metabólico passa a ser síntese de glicogênio.
Ausência de glucagon e adrenalina ativam uma quinase. Presença de insulina bloqueia outra.
A síntese ativa vai ser estimulada por insulina, seria bloqueada por glucagon ou adrenalina, presença de substrato leva a ativação da sintase assim como a presença de glicose também leva a ativação da sintase, e praticamente tudo isso ocorre através da fosfatase. 
Essas regulações todas vao interferir ou deixando de fosforilar ou ativando a fosfatase, para que ela remova os fosfatos. No caso da glicogênio sintase, a presença de glicose favorece ainda mais. No caso da degradação, o glicogênio está estocado, já na síntese ele depende de ter substrato disponível. Glicogênio sintase vai ser fosforilado por cfk3 e pela glicogênio fosforilase. 
Presença de insulina ativa fosfatase, levando ao momento de atividade, que é o momento alimentado (dieta com carboidrato! Dieta sem carboidrato, só com lipídeo, AA e ptn, é considerado jejum !!)
No jejum, a glicogênio sintase sendo fosforilada : Quinase 2, gfk3 e fosforilase quinase são enzimas que vao fosforilar a glicogênio sintase . porque tem tanta necessidade de bloquea-la?
Receptor de insulina no fígado não tem papel significativo nessa reação. Receptor glut2: é constitutivo, ou seja, esta sempre na membrana. não existe receptor e regulação de insulina, nem expressão para enzimas da via glicolitica, como existe no musculo. Então o hepatócito responde majoritariamente a presença de glicose e aos hormônios glucagon e adrenalina, mas não responde a insulina. Sinal: presença/ausência de glucagon e ou adrenalina.
O grande aporte de glicose no estado alimentado já da um impacto tao grande no fígado, pois o receptor glut2 está sempre presente, logo, a insulina se torna desprezível.
Se está no estado alimentado, com muita glicose disponível, e recebo sinal de adrenalina, todas as fosforilações que ocorrerem então não serão suficientes para mudar de síntese para degradação de glicogênio. Posso até parar de sintetizar por um tempo, mas não há degradação.
Resumão
Glicogênio começa a degradar pela glicogenolise com sinal de glucagon e adrenalina, gerando gli 1 fosfato que será isomerizada a glicose 6 fosfato. No fígado é transformado em glicose e transportada, e no musculo vira piruvato e pode entrar no ciclo de Krebs como oxaloacetato ou acetil coa, dependendo da disponibilidade de acetil coa e da necessidade do musculo naquele momento.
Dinâmica do gasto energético: primeiro: disponibilidade energética praticamente zera; depois durante alguns segundos tem-se a creatina-fosfato que é um estoque de fosfatos que podem ser transoformados em atp (durante 20, 30”). Em 30 segundos não se tem mais nada.
Depois, há produção de atp por metabolismo anaeróbico, através da fermentação mais rápida, gerando 2 atps. Isso acontece rápido, mas por pouco tempo, pois tem uma serie de limitações. Ai, o metabolismo aeróbico tem que assumir a produção de atp.
Exercício muito intenso desde o inicio ativa outras reservas. Em exercícios leves, quase não degrada glicogênio, pois há degradação de lipídeos, e o aporte de o2 é suficiente. Assim, degrada só lipídeo. O problema começa se tiver que fermentar um pouquinho ou se tiver que aumentar a velocidade do ciclo de Krebs para usar mais lipídeos, ai começa a acessar o glicogênio. Isso ocorre no exercício moderado, e começa a acessar primeiro para aumentar a intensidade do ciclo de Krebs gerando mais intermediários, permitindo trabalhar com mais energia e explorar toda a capacidade respiratória. No limite desta, se usa o que vem do glicogênio para fermentar e isso acaba sendo acessado no exercício mais intenso, que o glicogênio acaba mais rápido. 30 a 60’ de exercício intenso já acaba com o glicogênio muscular, e dali em diante só usa o que conseguir respirar. O limite é sua capacidade respiratória e o aporte lipídico, que praticamente não acaba nunca. O estoque lipídico mobilizado no jejum não acaba nunca!
Glicogênio sustenta muito tempo em exercício? A principio não. Emagrecer: não adianta fazer exercício acima da respiração (muito intenso).
Dieta de carboidrato: repõe glicogênio
Dieta lipídeos: baixo glicogênio
Deve-se comer regularmente entre 3/4h !
No fígado, a síntese e degradação do glicogênio é regulada principalmente em resposta a glicose. A fosforilase A cai de atividade e a glicogênio sintase sbe de atividade simplesmente pela presença de glicose. 
Jejum: baixa concentração de glicose e alta de glucagon = proteína quinase A a tiva. Vai ter alguns braços de ação:
Ativa fosforilase quinase, fosforila inibidor da fosfatase.
A ativação da quinase é direta, enquanto que a inibicção da fosfatase é indireta.
Quinase ativa e fosfatase inibida tem a fosforilação de glicogênio fosforilase e da glicogênio sintase promovendo a quebra do glicogênio. Além disso vou ter outros alvos sendo ativados para inibir via glicolitica no fígado (o musculo continua sendo apto a fazer glicose. Quando quebra glicogênio, é para consumo próprio). Um sinal voltado para a quebra do glicogênio e outro voltado para a inibição da via glicolitica no fígado levando a quebra de glicogênio e exportação de glicose, assim como gliconeogênese.
Alimentado: alta de glicose, alto de insulina. Transportador de glicose presente nos músculos promovendo grande entrada de glicose para que a glicólise seja feita e a síntese do glicogênio também. Varias enzimas produzidas. A regulação de tais enzimas se da por expressão de insulina, que inibe a fosforilação da glicogênio sintase, ativa a fosfatase e leva a inibição da gfk3, permitindo a desfosforilação.
 Assim, a síntese de glicogênio é ativada.
Fosfatase ativada desfosforila o próprio inibidor, auto catalizando a liberação dela para desfosforilar ainda mais. Com isso, a síntese é ativada e a inibição é desativada, gerando a degradação do glicogênio.