Metabolismo do Glicogênio - Resumo Bioquímica

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Bioquímica: Metabolismo do Glicogênio
 Introdução:
A glicose é a fonte preferencial de energia para o encéfalo e fornece a energia necessária para células com poucas 
ou nenhuma mitocôndria, como os eritrócitos maduros. Ela é também essencial como fonte de energia para o 
músculo em exercício, onde se constitui em substrato para a glicólise anaeróbica. A glicose sangüínea pode ser 
obtida de três fontes principais: 
- Dieta: a ingestão, através dos alimentos, de glicose é esporádica e, dependendo do tipo de alimentação, nem 
sempre é uma fonte segura de glicose para o sangue.
- Degradação do glicogênio: corpo desenvolveu mecanismos para armazenar um suprimento de glicose em uma 
forma rapidamente mobilizável, o glicogênio.
- Gliconeogênese: é um processo que supre as necessidades de glicose, mas é muito lento para responder a uma 
redução no nível sanguíneo dessa substância.
O excesso de glicose é convertido em formas poliméricas de armazenamento, como o glicogênio nos vertebrados 
esse é encontrado principalmente no fígado e no músculo esquelético. Desse modo, na ausência de uma fonte de 
glicose na alimentação, esse composto é rapidamente liberado a partir do glicogênio hepático e renal. Da mesma 
forma, o glicogênio muscular é degradado em grande quantidade durante o exercício, proporcionando uma 
importante fonte energética a esse tecido. No caso, os mecanismos gerais de armazenamento e mobilização do 
glicogênio são os mesmos no músculo e no fígado, mas as enzimas diferem em aspectos sutis, mas importantes, 
que refletem os papeis diferentes do glicogênio nesses dois tecidos. 
 Estrutura e função do glicogênio:
- A função do glicogênio muscular: é servir como reserva de combustível para a síntese de ATP durante a 
contração muscular. 
- A função do glicogênio hepático: é manter a concentração de glicose sanguínea, especialmente durante o 
início do jejum.
- A estrutura do glicogênio: o glicogênio é um homopolissacarídeo de cadeia altamente ramificada (o que facilita 
sua captação) formado, exclusivamente, por alfa-d-glicose. A união glicosídica primária é uma ligação alfa(1 4), 
que é não ramificada . Após uma média de 8 a 10 resíduos glicosil, há uma ramificação contendo uma ligação alfa( 
16). Uma única molécula de glicogênio pode ter 
uma massa molecular de até 10^8 dáltons. Essas 
moléculas existem em grânulos citoplasmáticos 
diferenciados, que contêm a maioria das enzimas 
necessárias para a síntese e para a degradação 
de glicogênio.
- Os estoques de glicogênio hepático aumentam 
durante o estado alimentado e são diminuídos 
durante o jejum. O glicogênio muscular não é afetado por períodos curtos (alguns dias) de jejum e só diminui 
moderadamente em jejuns prolongados (semanas). O glicogênio muscular é sintetizado para repor os estoques dos 
músculos, depois de terem sido esgotados, por exemplo, após um exercício extenuante.
- A síntese e a degradação de glicogênio são processos que acontecem de forma contínua. As diferenças entre as 
velocidades desses dois processos determinam os níveis de glicogênio armazenado durante estados fisiológicos 
específicos. Ademais, o metabolismo do glicogênio é coordenado pela glicemia sanguínea:
 Hiperglicemia: logo após uma refeição, ou seja, em estado alimentado com alta de glicose no sangue.
Fígado (nesse caso ele não depende de insulina), tem GLUT com alto Km para glicose, isso me indica que 
precisa de muita glicose para conseguir entrar no fígado.
Músculo já depende de insulina. 
Quando há ↓ hiperglicemia, começo a pegar glicose no sangue e transformo-a em glicogênio.
 Hipoglicemia: Baixa de glicose no sangue.
Fígado possui receptores para glucagon, desse modo, esse ao se ligar ao fígado estimula a degradação de 
glicogênio em glicose, e é enviada para a corrente sanguínea.
 Em caso de estresse: luta ou fuga; são casos que necessitam de energia, desse modo, 
adrenalina/epinefrina se liga a fígado(leva glicose pro sangue) e músculo(usa glicose adquirida pela quebra 
de glicogênio) para quebrar glicogênio em glicose. 
 Degradação do Glicogênio  GLICOGENÓLISE:
- Primeiramente é necessário ressalvar que a via de degradação, que mobiliza o glicogênio armazenado no fígado 
e no músculo esquelético, não é o inverso das reações de síntese. Pois há o uso de um conjunto de enzimas 
citosólicas diferentes. 
- A degradação do glicogênio consiste na remoção sucessiva de resíduos de glicose, a partir das extremidades não 
redutoras (hidroxila livre em um carbono não anomérico), essas extremidades não redutoras facilitam a captação do 
glicogênio, pois as enzimas tem sua atividade apenas nessas extremidades. 
- Quando o glicogênio é degradado, o produto primário é a glicose-1-fosfato, obtida pela clivagem das ligações 
glicosídicas a(1 4). Além disso, glicose livre é liberada a partir de cada resíduo glicosil unido por ligações a(16).
- Encurtamento de cadeias: 
A glicogênio-fosforilase é uma enzima que catalisa a glicogenólise. Ela cliva, 
sequencialmente, as ligações glicosídicas a(14) entre os resíduos glicosil, a partir 
das extremidades não-redutoras das cadeias de glicogênio, por meio de fosforólise 
simples, até que restem quatro unidades glicosil em cada cadeia antes do ponto de 
ramificação.
Na fosforólise, parte da energia da ligação glicosídica e preservada pela formação 
do éster de fosfato, glicose-1-fosfato. 
O piridoxal-fosfato é um cofator essencial na reação da glicogênio- fosforilase; seu 
grupo fosfato atua como catalisador ácido geral, promovendo o ataque pelo Pi sobre 
a ligação glicosídica.
A glicogênio-fosforilase age repetidamente sobre as extremidades não redutoras 
das ramificações do glicogênio até que alcance um ponto a quatro resíduos de 
glicose de um ponto de ramificação a(16), onde interrompe sua ação.
- Remoção das ramificações:
 Lehninger: A degradação pela glicogênio –fosforilase continua somente 
depois que a enzima de desramificação, conhecida formalmente como 
oligo (a16) a (a14) glican-transferase, catalisa duas reações 
sucessivas que removem as ramificações. Logo que as ramificações são 
removidas e o resíduo glicosil na posicao C-6 e hidrolisado, a atividade da 
glicogenio-fosforilase pode continuar.
 Ilustrada: As ramificações são removidas por duas atividades 
enzimáticas primeiro lugar, a oligo-a(16) a a(14)- glican-transferase 
remove os três resíduos glicosil mais externos, entre os quatros unidos na 
ramificação. A seguir, ela os transfere para a extremidade não-redutora de 
outra cadeia, alongando a. Dessa forma, uma ligação a(1 4) é rompida e 
outra ligação a(1 4) é formada. Logo após, o resíduo de glicose restante, 
unido por ligação a(16), é removido por hidrólise, pela atividade da amilo- 
alfa-(16)-glicosidase, liberando glicose livre.
Tanto a transferase quanto a glicosidase são domínios de uma mesma 
cadeia polipeptídica, a "enzima de desramificação".
A cadeia glicosídica está, novamente, disponível para a degradação pela 
glicogênio- fosforilase, até que sejam alcançadas quatro unidades glicosil 
antes da próxima ramificação.
- Conversão de glicose-1-fosfato em glicose-6-fosfato
A glicose-1-fosfato, produzida pela glicogênio-fosforilase, é convertida no citosol em glicose-6-fosfato.
No fígado, a glicose-6-fosfato é transposta para o retículo endoplasmático (RE) pela glicose-6-fosfato-translocase. 
Nessa estrutura, ela é convertida em glicose pela glicose-6-fosfatase a mesma enzima utilizada na última etapa 
da gliconeogênese . A glicose resultante é, então, transportada para fora do RE até o citosol. Os hepatócitos 
liberam as moléculas de glicose derivadas do glicogênio no sangue, para ajudar a manter os níveis sanguíneos de 
glicose até que a via gliconeogênica esteja, ativamente, produzindo glicose. Aqui a glicose 6P pode ser enviada 
para a via das pentoses também!
No músculo, a glicose-6-fosfato não pode ser desfosforilada devidoà ausência da glicose- 6-fosfatase. Em vez 
disso, ela entra na via glicolítica (LACTATO ou C.A.C), fornecendo a energia necessária para a contração muscular. 
- Depois de tudo isso ter acontecido, sobra glicogênio restante, com 3 pedaços sem ser degradado, esses ficam 
estocados para servirem de núcleos para formação de um novo glicogênio. 
- Vale a pena usar o glicogênio como reserva energética de glicose?  Saldo de 3 ATP. 
 O que acontece com metabolismo do glicogênio após uma refeição? 
SINTESE DE GLIGOGÊNIO  GLICOGÊNESE.
O glicogênio é sintetizado a partir das moléculas de alfa-d-glicose. O processo ocorre no citosol e requer energia 
fornecida pelo ATP (para a fosforilação da glicose) e trifosfato de uridina (UTP).
De glicose para  Glicose 6 P o músculo usa da enzima: hexoquinase, enquanto que o fígado usa da enzima: 
glicoquinase. Essa glicose 6p pode ser encaminhada para três locais:
- Pode “descer” até piruvato.
- Pode ir para a via das pentoses.
- Pode ser isomerizado em glicose 1P. 
1) Síntese de UDP-glicose (glicose ativada):
A a-d-glicose ligada ao difosfato de uridina (UDP) é a fonte de todos os resíduos glicosil que são adicionados à 
molécula de glicogênio em formação.
A UDP-glicose é sintetizada a partir da glicose-1-fosfato e de UTP pela UDP-glicose-pirofosforilase. A ligação rica 
em energia do pirofosfato (PPi), o segundo produto da reação, é hidrol isada em dois fosfatos inorgânicos (P,) pela 
pirofosfatase, garantindo que uma reação de síntese se dê na direção da produção de UDP-glicose. 
2) Síntese de um iniciador (segmento inicial) para principiar a síntese de glicogênio:
A glicogênio-sintase é responsável pela formação das ligações a(14) no glicogênio. Essa enzima não pode 
iniciar a síntese da cadeia homopolissacarídica usando glicose livre como aceptora de uma molécula de glicose a 
partir de UDP-glicose. Em vez disso, ela só pode alongar cadeias já existentes de glicose. Sendo assim, um 
fragmento de glicogênio pode servir como segmento inicial (iniciador) em células cujos estoques de glicogênio não 
estejam totalmente esgotados. 
Na ausência de um fragmento de glicogênio, uma proteína chamada glicogenina pode servir como aceptora de 
resíduos de glicose. O grupo hidroxila da cadeia lateral de uma tirosina específica serve como local onde a unidade 
glicosil inicial é unida. A transferência das primeiras moléculas de glicose da UDP-glicose à glicogenina é catalisada 
pela própria glicogenina, que pode, então, transferir outras unidades glicosil a(14) para a cadeia em formação. 
Essa cadeia curta serve para receber futuros resíduos de glicose, como descrito a seguir.
3) Alongamento das cadeias do glicogênio pela glicogênio-sintase:
O alongamento de uma cadeia de glicogênio envolve a transferência de um resíduo de glicose a partir da UDP-
glicose para a extremidade não-redutora da cadeia em crescimento, formando uma nova ligação glicosídica entre a 
hidroxila do carbono anômero da glicose ativada (UDP-glicose) e a hidroxila do carbono 4 do resíduo glicosil 
aceptor .
A enzima responsável pela formação de ligações alfa(14) no glicogênio é a glicogênio-sintase. 
Nota: O UDP liberado quando a nova ligação glicosídica a(14) é formada pode ser convertido novamente em 
UTP pela nucleosídeo-difosfato cinase (UDP + ATP  UTP + ADP). 
4) Formação das ramificações no glicogênio:
O glicogênio possui ramificações localizadas, em média, a cada oito resíduos glicosil de intervalo, resultando em 
uma estrutura altamente ramificada,
semelhante a uma árvore, e que, por sua vez, é muito mais solúvel do que uma cadeia não-ramificada. As 
ramificações aumentam o número de extremidades não-redutoras às quais se podem acrescentar novos resíduos 
glicosil, acelerando assim a velocidade em que podem ocorrer a síntese e a degradação de glicogênio. Além disso, 
as ramificações aumentam muito o tamanho dessa molécula.
UDP- Glicose: uridina difosfato é estocada, é a 
glicose ativada, que é usada para a síntese de 
Lactose e glicogênio. 
 Formação das ramificações: As ramificações são formadas pela ação da "enzima de ramificação" glicosil 
(46) transferase. Essa enzima transfere uma cadeia de 5 a 8 resíduos glicosil da extremidade não-redutora da 
cadeia do glicogênio, clivando uma ligação a(14) para outro resíduo na cadeia, unindo-a por meio de uma ligação 
a(16). 
 Formação de ramificações adicionais: Após o alongamento dessas duas extremidades por ação da 
glicogênio-sintase, os seus 5 a 8 resíduos glicosil terminais podem ser removidos e utilizados para formar outras 
ramificações.
Os processos citados acima, podem ser observados nessa imagem: