RESUMO METABOLISMO DO GLICOGÊNIO

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METABOLISMO DO GLICOGÊNIO
A glicose sangüínea pode ser obtida de três fontes principais: dieta, degradação do glicogênio e gliconeogênese. A ingestão, através dos alimentos, de glicose e de seus precursores (como o amido, os monossacarídeos e os dissacarídeos) é esporádica e, dependendo do tipo de alimentação, nem sempre representa uma fonte segura de glicose para o sangue. Em contraste, a gliconeogênese pode fornecer uma síntese sustentada de glicose, mas é um tanto lenta para responder a uma redução no nível sangüíneo dessa substância. Sendo assim, o corpo desenvolveu mecanismos para armazenar um suprimento de glicose em uma forma rapidamente mobilizável, o glicogênio. 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. Quando os estoques de glicogênio se esgotam, determinados tecidos sintetizam glicose de novo, usando aminoácidos das proteínas teciduais como principal fonte de carbonos para a via gliconeogênica.
ESTRUTURA E FUNÇÃO DO GLICOGÊNIO:
Os principais estoques de glicogênio no corpo se encontram nos músculos esqueléticos e no fígado, embora a maioria das outras células armazene pequenas quantidades para uso próprio. 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 sangüínea, especialmente durante o início do jejum.
Aproximadamente 400 g de glicogênio compõem 1 ou 2% do peso do músculo em repouso, e cerca de 1 00 g perfazem até 1 0% do peso do fígado de um adulto bem alimentado. Não se sabe ao certo o que limita a produção de glicogênio a esses níveis. Contudo, em algumas doenças vinculadas ao armazenamento de glicogênio, sua quantidade no fígado e/ou no músculo pode ser significativamente mais elevada.
O glicogênio é um homopolissacarídeo de cadeia ramificada formado, exclusivamente, por a-d-glicose. A união glicosídica primária é uma ligação a(1 -> 4) . Após uma média de 8 a 1 O resíduos glicosil, há uma ramificação contendo uma ligação a( 1-> 6). Uma única molécula de glicogênio pode ter uma massa molecular de até 108 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 depletados 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. (Nota: 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.)
GLICOGÊNESE:
O glicogênio é sintetizado a partir das moléculas de ex-o-glicose. O processo ocorre no citosol e requer energia fornecida pelo ATP (para a fosforilação da glicose) e trifosfato de uridina (UTP).
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 (PP;), 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. (Nota: A glicose- 6-fostato é convertida em glicose-1-fosfato pela fosfoglicomutase. A glicose-1,6-bisfosfato é um intermediário obrigatório nessa reação.
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. (Nota: A glicogenina continua associada à molécula completa de glicogênio e se encontra em seu centro.)
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 glicosidica entre a hidroxila do carbono anômero (carbono 1) da glicose ativada (UDP-glicose) e a hidroxila do carbono 4 do resíduo glicosil aceptor (veja a Figura 11.5). (Nota: A extremidade "não-redutora" de uma cadeia de carboidrato é aquela em que o carbono anômero do açúcar terminal está unido por uma ligação glicosídica a outro composto, tornando o açúcar terminal em "não-redutor''. A enzima responsável pela formação de ligações a(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).
Se nenhuma outra enzima de síntese agir sobre a cadeia, a estrutura resultante será uma molécula linear de resíduos de glicosil, unidos por ligações a.(1-> 4). Em vez disso, 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 a cadeia não-ramificada da amilose. As ramificações aumentam o número de extremidades não-redutoras às quais se podem acrescentar novos resíduos glicosil (e, como descrito posteriormente, das quais se podem remover esses resíduos), 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. As ramificações são formadas pela ação da "enzima de ramificação" amilo-a(1 -> 4)->a{l -> 6)-transglicosidase. Essa enzima transfere uma cadeia de 5 a 8 resíduos gl icosil 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). A nova extremidade não-redutora, bem como a antiga extremidade não-redutora, da qual 5 a 8 resíduos foram removidos, pode, agora, ser ainda mais alongada pela glicogênio-sintase.
	
GLICOGENÓLISE:
A via de degradação, que mobiliza o glicogênio armazenado no fígado e no músculo esquelético, não é o inverso das reações de síntese. Em vez disso, um conjunto de enzimas citosólicas diferentes é necessário. 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 cliva, seqüencialmente, 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.(Nota: Essa enzima contém uma molécula de piridoxal-fosfato
ligada covalentemente, que é necessária como coenzima.) A estrutura resultante é chamada de dextrina-limite e a fosforilase não consegue degradá-la mais.
	-REMOÇÃO DAS RAMIFICAÇÕES: As ramificações são removidas por duas atividades enzimáticas. Em primeiro lugar, a oligo-a(1->4)->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-a (1 ->6)-glicosidase , liberando glicose livre. (Nota: 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 pela fosfoglicomutase - uma reação que produz glicose-1 ,6-bisfosfato como intermediário temporário, mas essencial. 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 g/icose-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 sangüíneos de glicose até que a via gliconeogênica esteja, ativamente, produzindo glicose. (Nota: No músculo, a glicose-6-fosfato não pode ser desfosforilada devido à ausência da glicose-6-fosfatase. Em vez disso, ela entra na via glicolítica, fornecendo a energia necessária para a contração muscular.)
	-DEGRADAÇÃO LISOSSÔMICA DO GLICOGÊNIO: Uma pequena quantidade de glicogênio é, continuamente, degradada pela enzima lisossômica a(1->4)-glicosidase (maltase ácida). O objetivo dessa via é desconhecido. Entretanto, a deficiência dessa enzima gera
um acúmulo de glicogênio em vacúolos no citosol, resultando na grave doença de armazenamento do glicogênio tipo 11 (doença de Pompe).
	REGULAÇÃO:
		-GLICOGÊNIO FOSFORILASE:
	No fígado, a síntese do glicogênio é acelerada quando o corpo está bem alimentado, enquanto a degradação do glicogênio
é acelerada em períodos de jejum. No músculo esquelético, a degradação do glicogênio ocorre durante o exercício, e a síntese começa assim que o músculo entra novamente em descanso. A regulação da síntese e da degradação do glicogênio ocorre em dois níveis. Em primeiro lugar, a glicogênio-sintase e a glicogênio-fosforilase são controladas alostericamente. Em segundo, as vias de síntese e de degradação do glicogênio são reguladas hormonalmente. (Nota: A regulação da síntese e da degradação de glicogênio é extremamente complexa, envolvendo muitas enzimas [por exemplo, proteínacinases e fosfatases], cálcio e inibidores de enzimas, entre outros moduladores. 
	Conforme foi visto, a mobilizacao dos estoques de glicogênio e realizada pela glicogenio-fosforilase, que degrada glicogenio a glicose-1-fosfato. A glicogenio-fosforilase proporciona um caso especialmente esclarecedor de regulacao enzimatica. Esse foi um dos primeiros exemplos conhecidos de uma enzima regulada alostericamente e a primeira enzima que se revelou ser controlada por fosforilacao reversivel. Ela foi tambem uma das primeiras enzimas alostericas cuja estrutura tridimensional detalhada das formas ativa e inativa foi esclarecida por estudos de cristalografia por raios X. A glicogenio-fosforilase e também outro exemplo de como as isoenzimas desempenham seu papel tecido-específico.
	A glicogenio-fosforilase do musculo esqueletico existe em duas formas interconversiveis: glicogênio-fosforilase a, cataliticamente ativa, e glicogênio-fosforilase b, menos ativa. A fosforilase b predomina no musculo em repouso, mas que durante uma atividade muscular vigorosa a adrenalina desencadeia a fosforilação de um residuo especifico de Ser na fosforilase b, convertendo-a em sua forma mais ativa, fosforilase a. (Observe que a glicogenio-fosforilase com frequência e referida simplesmente como fosforilase).
	A enzima (fosforilase-b-cinase) responsavel pela ativação da fosforilase pela transferencia de um grupo fosforil para seu residuo de Ser e, ela propria, ativada por adrenalina ou glucagon por uma serie de etapas mostradas na. Sutherland descobriu o segundo mensageiro cAMP, cuja concentracao aumenta em resposta ao estimulo pela adrenalina (no musculo) ou pelo glucagon (no figado). Concentracoes elevadas de cAMP iniciam uma cascata enzimática, na qual um catalisador ativa um segundo catalisador que ativa mais um catalisador. Tais cascatas permitem uma grande amplificação do sinal inicial. O aumento da [cAMP] ativa a proteina-cinase dependente de cAMP, tambem chamada de proteina-cinase A (PKA). Por sua vez, a PKA fosforila e ativa a fosforilase-b-cinase, que catalisa a fosforilação dos residuos de Ser nas duas subunidades identicas da glicogenio-fosforilase, ativando-a e estimulando, assim, a degradacao do glicogenio. No musculo, isso fornece combustível para a glicolise sustentar a contracao muscular para a resposta de luta ou fuga sinalizada pela adrenalina. No figado, a degradacao do glicogenio age contra a baixa glicose sanguinea sinalizada pelo glucagon, liberando glicose. Essas diferentes funcoes se refletem em diferenças sutis nos mecanismos reguladores no musculo e no figado. As glicogenio-fosforilases do figado e do musculo são isoenzimas, codificadas por genes diferentes, e diferem em suas propriedades reguladoras. No musculo, ha dois mecanismos alostericos de controle que se sobrepoem a regulacao da fosforilase por modificação covalente. O Ca21, o sinal para a contração muscular, se liga a fosforilase-b cinase, ativando-a, promovendo a conversao da fosforilase b para sua forma ativa a. O Ca21 se liga a subunidade d da fosforilase-b-cinase, uma calmodulina. O AMP, que se acumula no musculo em contracao vigorosa como resultado da degradação do ATP, se liga a fosforilase e a ativa, acelerando a liberacao da glicose-1-fosfato a partir do glicogenio. Quando os niveis de ATP estão adequados, o ATP bloqueia o sitio alosterico ao qual o AMP se liga, causando a inativacao da fosforilase. Quando o musculo retorna ao repouso, uma segunda enzima, a fosforilase-a-fosfatase, tambem chamada de fosfoproteína-fosfatase 1 (PP1), remove os grupos fosforil da fosforilase a, convertendo-a em sua forma menos ativa, a fosforilase b. A semelhanca da enzima do musculo, a glicogenio-fosforilase do figado e regulada hormonalmente (por fosforilacao/desfosforilacao) e alostericamente. A forma desfosforilada e totalmente inativa. Quando o nivel de glicose sanguinea esta muito baixo, o glucagon (agindo por meio do mecanismo de cascata) ativa a fosforilase-b-cinase, que, por sua vez, converte a fosforilase b em sua forma ativa a, iniciando a liberacao
da glicose para o sangue. Quando o nivel retorna ao normal, a glicose entra nos hepatocitos e se liga a um sitio alosterico inibitorio na fosforilase a. Essa ligacao também produz uma mudanca de conformacao que expoe os residuos fosforilados de Ser a PP1, que catalisa a desfosforilacao da fosforilase, causando sua inativacao. O sitio alosterico para a glicose permite a glicogenio-fosforilase hepatica atuar como seu proprio sensor de glicose e responder adequadamente as alteracoes na glicose sanguinea.
		-GLICOGÊNIO-SINTASE:
	Sua forma ativa, glicogênio-sintase a, e nao fosforilada. A fosforilacao das cadeias laterais hidroxilicas de varios residuos de Ser de ambas as subunidades converte a glicogenio-sintasea em glicogênio-sintase b, que e inativa na ausencia da glicose, seu ativador alosterico. A cinase reguladora mais importante e a glicogênio-sintase-cinase 3 (GSK3), que adiciona grupos fosforil a tres residuos de Ser proximos a extremidade carboxilica da glicogenio-sintase, inativando-a fortemente. A acao da GSK3 é hierarquica; ela so pode fosforilar a glicogenio- sintase depois que outra proteina-cinase, caseína-cinase II (CKII), tenha fosforilado a glicogenio-sintase em um residuo proximo, evento chamado de preparação.
No figado, a conversao da glicogenio-sintase b em sua forma ativa e promovida pela PP1, que se encontra ligada a particula de glicogenio. A PP1 remove os grupos fosforil dos tres residuos fosforilados pela GSK3. A glicose-6-fosfato se liga a um sitio alosterico na glicogenio-sintase b, tornando a enzima um substrato melhor para a desfosforilacao pela PP1 e causando sua inativacao. Por analogia com a glicogenio-fosforilase, que age como sensor de glicose, a glicogenio-sintase pode ser considerada um sensor de glicose-6-fosfato. No musculo, uma fosfatase diferente pode ter o mesmo papel desempenhado pela PP1 no figado, ativando a glicogenio-sintase por desfosforilacao.
		-GLICOGÊNIO-SINTASE-CINASE-3 (GSK3): controla algumas ações da insulina
A insulina desencadeia mudanças intracelulares pela ativacao de uma proteina-cinase (PKB) que, por sua vez, fosforila e inativa a GSK3. A fosforilacao de um residuo de Ser proximo da extremidade aminoterminal da GSK3 converte esta regiao da proteina em um pseudossubstrato, que se dobra para dentro do sitio ao qual normalmente se liga o residuo de Ser fosforilado (Figura 15-40b). Isso impede a GSK3 de se ligar ao sitio de preparacao do substrato verdadeiro, inativando, assim, a enzima e fazendo pender o equilibrio em favor da desfosforilacao da glicogenio- sintase pela PP1. A glicogenio-fosforilase tambem pode afetar a fosforilacao da glicogenio-sintase: a glicogenio-fosforilase ativada inibe PP1 diretamente, impedindo-a de ativar a glicogenio-sintase. A GSK3 tem um papel muito mais abrangente que
o de regulacao da glicogenio-sintase. Ela e responsavel por mediar a sinalizacao pela insulina e outros fatores de crescimento e nutrientes, atuando na especificacao dos destinos celulares durante o desenvolvimento embrionario. Entre os seus alvos estao proteinas do citoesqueleto e proteínas essenciais para a sintese de mRNA e de proteinas. Esses alvos, assim como a glicogenio-sintase, precisam sofrer uma
fosforilacao preparatoria por outra proteina-cinase para que possam ser fosforilados pela GSK3.
		-FOSFOPROTEÍNO-FOSFATASE-1 (PP1):
	Uma unica enzima, PP1, pode remover grupos fosforil das tres enzimas que sao fosforiladas em resposta ao glucagon (no figado) e a adrenalina (no figado e no musculo): fosforilase- cinase, glicogenio-fosforilase e glicogenio-sintase. A insulina estimula a sintese do glicogenio por ativar a PP1 e inativar a GSK3. A fosfoproteino-fosfatase 1 nao existe livre no citosol. Ela esta firmemente ligada as suas proteinas-alvo por uma proteina da familia das proteínas de associação ao glicogênio que se liga ao glicogenio e as tres enzimas glicogenio-fosforilase, fosforilase-cinase e glicogenio-sintase. A propria PP1 esta sujeita a
regulacao covalente e alosterica: ela e inativada quando fosforilada pela PKA e e ativada alostericamente pela glicose-6-fosfato.