Síntese e Degradação do Glicogênio

O glicogênio é a principal forma de armazenamento de glicose em animais, um grande polímero ramificado encontrado principalmente no fígado e nos músculos esqueléticos. Sua síntese (glicogênese) armazena glicose quando o suprimento é abundante, e sua degradação (glicogenólise) libera unidades de glicose quando a demanda aumenta. Os dois processos são catalisados por enzimas separadas e são regulados reciprocamente para que a célula armazene ou mobilize glicose conforme as condições exigem, sem realizar ambos simultaneamente.

Definition

O metabolismo do glicogênio é o conjunto coordenado de reações que constroem o glicogênio a partir da glicose-1-fosfato via glicogênio sintase e enzima ramificadora (glicogênese) e o degradam a glicose-1-fosfato via glicogênio fosforilase e enzima desramificadora (glicogenólise), sob controle hormonal e alostérico recíproco.

Scope

Este tópico aborda as vias enzimáticas de síntese e degradação do glicogênio, a estrutura da partícula de glicogênio e o controle hormonal e alostérico que alterna entre armazenamento e mobilização. Ele contrasta os papéis distintos do glicogênio hepático e muscular e trata da bioquímica do metabolismo do glicogênio, em vez do manejo clínico dos distúrbios de armazenamento de glicogênio.

Core questions

• Como o polímero de glicogênio ramificado é construído e estendido?
• Como a glicose é liberada do glicogênio sob demanda?
• Como a síntese e a degradação são impedidas de ocorrer simultaneamente?
• Por que o glicogênio hepático e muscular servem a propósitos diferentes?

Key concepts

• Glicogênio sintase
• Glicogênio fosforilase
• Enzimas ramificadoras e desramificadoras
• Iniciador glicogenina
• Controle recíproco por fosforilação
• Regulação hormonal por insulina e glucagon/adrenalina
• Papéis do glicogênio hepático versus muscular

Mechanisms

A síntese de glicogênio começa na proteína glicogenina, após o que a glicogênio sintase adiciona unidades de glicose da UDP-glicose para formar cadeias lineares e a enzima ramificadora introduz os pontos de ramificação que tornam a molécula compacta e rapidamente mobilizável. A degradação do glicogênio prossegue pela glicogênio fosforilase, que cliva as unidades de glicose como glicose-1-fosfato, com a enzima desramificadora lidando com os pontos de ramificação. A sintase e a fosforilase são reguladas reciprocamente por fosforilação covalente e por efetores alostéricos, de modo que a cascata de fosforilação impulsionada por hormônios ativa simultaneamente uma e inativa a outra. A insulina favorece a síntese, enquanto o glucagon (no fígado) e a adrenalina (no músculo) favorecem a degradação; o glicogênio hepático serve para manter a glicemia, enquanto o glicogênio muscular supre a demanda contrátil do próprio músculo.

Clinical relevance

Defeitos hereditários nas enzimas do metabolismo do glicogênio produzem as doenças de armazenamento de glicogênio, um grupo de distúrbios que ilustram as consequências da síntese ou degradação interrompida. O conhecimento do metabolismo normal do glicogênio sustenta a compreensão dessas condições e do uso de combustível no exercício e no jejum. Esta entrada é educacional e não serve como base para diagnóstico ou tratamento.

History

O metabolismo do glicogênio foi um tema fundamental da bioquímica do século XX. Carl e Gerty Cori caracterizaram a degradação do glicogênio e a enzima fosforilase, e o trabalho de Earl Sutherland sobre a ativação hormonal da fosforilase levou à descoberta do AMP cíclico e da sinalização por segundo mensageiro. Trabalhos posteriores esclareceram o papel da glicogenina como iniciador sintético e refinaram o modelo regulatório de controle enzimático recíproco.

Key figures

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

Seminal works

• roach-2012
• shulman-1992

Frequently asked questions

Por que o glicogênio é ramificado em vez de uma cadeia linear?

A ramificação torna a molécula mais compacta e cria muitas extremidades não redutoras, de modo que a glicose pode ser adicionada ou removida rapidamente em muitos pontos ao mesmo tempo, permitindo rápido armazenamento e mobilização.

Como o glicogênio hepático difere do glicogênio muscular em função?

O glicogênio hepático é degradado para liberar glicose na corrente sanguínea e manter a glicemia para todo o corpo, enquanto o glicogênio muscular é usado localmente para alimentar a própria contração do músculo.