Síntesis y Degradación del Glucógeno

El glucógeno es la principal forma de almacenamiento de glucosa en los animales, un polímero ramificado de gran tamaño que se encuentra principalmente en el hígado y el músculo esquelético. Su síntesis (glucogénesis) almacena glucosa cuando el suministro es abundante, y su degradación (glucogenólisis) libera unidades de glucosa cuando la demanda aumenta. Ambos procesos son catalizados por enzimas separadas y están regulados de forma recíproca para que la célula almacene o movilice glucosa según las condiciones lo requieran, sin realizar ambas acciones simultáneamente.

Definition

El metabolismo del glucógeno es el conjunto coordinado de reacciones que construyen glucógeno a partir de glucosa-1-fosfato a través de la glucógeno sintasa y la enzima ramificante (glucogénesis) y lo degradan a glucosa-1-fosfato a través de la glucógeno fosforilasa y la enzima desramificante (glucogenólisis), bajo un control hormonal y alostérico recíproco.

Scope

Este tema abarca las rutas enzimáticas de la síntesis y degradación del glucógeno, la estructura de la partícula de glucógeno, y el control hormonal y alostérico que alterna entre el almacenamiento y la movilización. Se contrastan los roles distintos del glucógeno hepático y muscular y se aborda la bioquímica del recambio de glucógeno en lugar del manejo clínico de las enfermedades por almacenamiento de glucógeno.

Core questions

• ¿Cómo se construye y extiende el polímero de glucógeno ramificado?
• ¿Cómo se libera la glucosa del glucógeno bajo demanda?
• ¿Cómo se evita que la síntesis y la degradación ocurran simultáneamente?
• ¿Por qué el glucógeno hepático y muscular cumplen funciones diferentes?

Key concepts

• Glucógeno sintasa
• Glucógeno fosforilasa
• Enzimas ramificantes y desramificantes
• Cebador de glucogenina
• Control recíproco por fosforilación
• Regulación hormonal por insulina y glucagón/adrenalina
• Roles del glucógeno hepático frente al muscular

Mechanisms

La síntesis de glucógeno comienza en la proteína glucogenina, después de lo cual la glucógeno sintasa añade unidades de glucosa de UDP-glucosa para formar cadenas lineales y la enzima ramificante introduce los puntos de ramificación que hacen que la molécula sea compacta y rápidamente movilizable. La degradación del glucógeno procede por la glucógeno fosforilasa, que escinde unidades de glucosa como glucosa-1-fosfato, con la enzima desramificante manejando los puntos de ramificación. La sintasa y la fosforilasa están reguladas recíprocamente por fosforilación covalente y por efectores alostéricos, de modo que la cascada de fosforilación impulsada por hormonas activa simultáneamente una e inactiva la otra. La insulina favorece la síntesis, mientras que el glucagón (en el hígado) y la adrenalina (en el músculo) favorecen la degradación; el glucógeno hepático sirve para mantener la glucosa en sangre, mientras que el glucógeno muscular satisface la propia demanda contráctil del músculo.

Clinical relevance

Los defectos hereditarios en las enzimas del metabolismo del glucógeno producen las enfermedades por almacenamiento de glucógeno, un grupo de trastornos que ilustran las consecuencias de una síntesis o degradación alterada. El conocimiento del recambio normal de glucógeno sustenta la comprensión de estas afecciones y del uso de combustible en el ejercicio y el ayuno. Esta entrada tiene fines educativos y no constituye una base para el diagnóstico o tratamiento.

History

El metabolismo del glucógeno fue un tema fundamental de la bioquímica del siglo XX. Carl y Gerty Cori caracterizaron la degradación del glucógeno y la enzima fosforilasa, y el trabajo de Earl Sutherland sobre la activación hormonal de la fosforilasa condujo al descubrimiento del AMP cíclico y la señalización por segundos mensajeros. Trabajos posteriores aclararon el papel de la glucogenina como cebador sintético y refinaron el modelo regulador del control enzimático recíproco.

Key figures

• Carl Cori
• Gerty Cori
• Earl Sutherland
• Peter Roach

Seminal works

• roach-2012
• shulman-1992

Frequently asked questions

¿Por qué el glucógeno es ramificado en lugar de una cadena lineal?

La ramificación hace que la molécula sea más compacta y crea muchos extremos no reductores, de modo que la glucosa puede añadirse o eliminarse rápidamente en muchos puntos a la vez, permitiendo un almacenamiento y una movilización rápidos.

¿En qué se diferencia el glucógeno hepático del glucógeno muscular en cuanto a su función?

El glucógeno hepático se degrada para liberar glucosa en la sangre y mantener la glucemia para todo el cuerpo, mientras que el glucógeno muscular se utiliza localmente para alimentar la propia contracción del músculo.