Metabolismo do Glicogênio

• O excesso de glicose é convertido em formas poliméricas de armazenamento, e no caso dos animais vertebrados e muitos micro-organismos, em forma de glicogênio.

• Nos vertebrados, o glicogênio, a reserva energética dos animais, é encontrado principalmente no fígado e no músculo esquelético, podendo apresentar até 10% do peso do fígado e 1 a 2% do peso do músculo.

• O glicogênio é armazenado em grandes grânulos citosólicos, na forma de partículas elétron-densas. A ele são agregados complexos do glicogênio junto às enzimas que o sintetizam e o degradam (e sua maquinaria de regulação) continuamente.

• A partícula básica do glicogênio é a partícula β, com cerca de 55.000 resíduos de glicose (interligados por ligações α-1,4 e ramificações α-1,6).

• O glicogênio armazenado no músculo esquelético encontra-se sob forma de ATP, uma moeda energética, sendo, portanto uma fonte de energia rápida para o metabolismo aeróbico e anaeróbico. Já o glicogênio hepático serve para a manutenção de glicemia, com um reservatório de glicose para os outros tecidos quando não há glicose disponível (entre as refeições ou no jejum); isto especialmente importante para os neurônios do cérebro, que não podem usar ácidos graxos (gordura) como combustíveis.

• O glicogênio do fígado esgota-se no intervalo de 12h e 24h.

• A quantidade de glicogênio armazenada nos mamíferos é bem menor que a quantidade de gordura armazenada.

• O glicogênio também pode ser obtido através da dieta, sendo degradado no intestino, e para isso é necessário um conjunto específico de enzimas hidrolíticas que convertem glicogênio em glicose livre.

• Para o metabolismo do glicogênio há dois processos essenciais: a sua degradação e síntese. A estes processos, dá-se o nome de glicogenólise e glicogênese, respectivamente.

• Em linhas gerais, para que ocorra a degradação de glicogênio a glicose-1-fosfato, pela glicogenólise, o indivíduo deve estar no estado de jejum breve/curto (cerca de 18h) - quando o organismo necessita utilizar as reservas devido à ausência de glicose.

• Para que ocorra, portanto, a síntese de glicogênio, pela glicogênese, o indivíduo deve estar no estado alimentado, pós-absortivo, onde se há o excesso de glicose, como reserva energética.

• A maioria dos músculos esqueléticos do corpo humano é uma mistura de fibras vermelhas (possuem muita mitocôndria e mioglobina; fluxo sanguíneo rico; conversão

de glicogênio em gás carbônico e água) e fibras brancas (menos mioglobina e mitocôndrias; conversão de glicogênio à lactato). Desta forma, o exercício físico mobiliza glicogênio muscular para formação de ATP.

DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO: GLICOGENÓLISE

• Glicogênio hepático: é degradado produzindo glicose para manter a glicemia.• Glicogênio muscular: é degradado para produzir energia para a própria fibra muscular

em contração intensa.

• No músculo esquelético e no fígado, as unidades de glicose das ramificações externas (equivalente às extremidades redutoras, possuem hidroxila heterosídica livre) entram na via glicolítica pela ação de três enzimas:

1) Glicogênio-fosforilase;2) Enzima de desramificação;3) Fosfoglicomutase;

• A degradação do glicogênio é catalisada pela glicogênio-fosforilase. Esta enzima catalisa a reação na qual uma ligação α-1,4 entre dois resíduos de glicose em suas extremidades não redutoras é atacada por um fosfato inorgânico (P i), removendo o resíduo terminal na forma de glicose-1-P – esta reação é de fosforólise, onde parte da energia da ligação glicosídica é preservada pela formação do éster de fosfato, que é a glicose-1-fosfato. Um importante cofator na reação da glicogênio-fosforilase é o piridoxal-fosfato, onde o seu grupo Pi é quem promove o ataque (resulta na clivagem) à ligação glicosídica.

• A glicogênio-fosforilase vai agindo repetidamente sobre as ligações α-1,4 das extremidades não redutoras até que, ao findar 4 resíduos de glicose de um ponto de ramificação, ela pára (a enzima) para sofrer ação de outra enzima, a de desramificação (formalmente chamada de oligo α-1,6 a α-1,4 glican-transferase). A enzima de desramificação catalisa duas reações sucessivas (é bifuncional) que removem as ramificações: primeiro na forma de transferase, removendo um bloco de três resíduos de glicose da ramificação para uma extremidade não redutora próxima, a qual é religado por uma ligação α-1,4; segundo, na forma de glicosidase, onde o resíduo remanescente no ponto de ramificação, em ligação α-1,6, é então liberado como glicose livre.

• A glicose-1-fosfato (glicose livre, produto final da glicogênio-fosforilase) é convertida em glicose-6-fosfato pela terceira enzima envolvida no processo de glicogenólise, a fosfoglicomutase (catalisa uma reação reversível) – doa um grupo fosforil ao C6 e aceita um grupo fosforil em C1.

• Quando formada no músculo esquelético, a glicose-6-P pode entrar na glicólise e servir como fonte de energia para a contração muscular.

• Quando no fígado, a degradação de glicogênio serve para liberar glicose para o sangue quando o nível glicêmico no mesmo encontra-se diminuído (como entre as refeições), por isso requer a enzima glicose-6-fosfatase presente neste órgão e nos rins. A G6P,

Glic

ogên

io-f

osfo

rila

se a

ou

b (

GPa

ou

GPb

)

está

se

ndo

de

nom

inad

a po

ster

iorm

ente

com

o fo

sfor

ilase

a o

u b.

FIK

A D

IKA

A P

P1 (

fosf

orila

se-

-fos

fata

se)

atu

aα

so

bre

o m

m e

m r

epou

so, r

emov

endo

os

grup

os f

osfo

ril

da G

Pa,

conv

erte

ndo-

a em

GPb

. FIK

A D

IKA

que é formada no citosol, sofre hidrólise da glicose-6-fosfatase na superfície do lúmen do retículo endoplasmático após ser transportada para o mesmo através de um transportador específico T1. Acredita-se que os produtos resultantes, Pi e glicose sejam transportados de volta para o citosol por transportadores também específicos, o T2 e T3, sendo que a glicose deixa o hepatócito por um outro transportador, o GLUT2 presente na membra plasmática.

• Os músculos e tecido adiposo não podem converter glicose-6-P em glicose através da degradação de glicogênio porque não possuem a enzima glicose-6-fosfatase; portanto, estes tecidos não fornecem glicose para o sangue.

• REGULAÇÃO DA GLICOGÊNIO-FOSFORILASE: esta enzima no músculo esquelético existe em duas formas interconversíveis: glicogênio-fosforilase a, cataliticamente ativa, e glicogênio-fosforilase b, menos ativa. A GPb predomina no mm em repouso, mas que numa atividade muscular intensa, a adrenalina é capaz de converter a GPb em GPa, sua forma mais ativa. Ainda há a atuação do glucagon na ativação da GPb em GPa, sendo o local desta conversão nos hepatócitos e não nos miócitos.

• Como ocorre? Em síntese, o glucagon/adrenalina liga-se a um receptor proteico específico na membrana plasmática dos hepatócitos/miócitos, estimulando a proteína Gs, que através de uma conformação proteica, sua subunidade α liga-se a adenilato ciclase, que converte ATP em cAMP, que por sua vez ativa proteínas-quinases (mais especificamente PKA), que através de tantas outras cascatas de sinalizações vai ativando e/ou desativando, por fosforilação, outras moléculas.

• A PKA ativa será responsável pela fosforilação da fosforilase-b-quinase, que catalisa e fosforila os resíduos presentes nas duas subunidades idênticas da glicogênio-fosforilase, ativando-a e estimulando, desta forma, a degradação de glicogênio. Esse resultado no músculo corresponde ao combustível para a glicólise sustentar a contração muscular para a resposta de luta ou fuga sinalizada pela adrenalina. No fígado, a degradação do glicogênio age contra a baixa glicose sanguínea sinalizada pelo glucagon, liberando glicose.

• No músculo ocorre regulação da glicogênio-fosforilase por modificações covalentes. O Ca2+, que é o sinal para a contração muscular, liga-se à fosforilase-b-quinase deixando-a em sua forma mais ativa, que é a fosforilase-a-quinase, pela ação da calmodulina. O acúmulo de cAMP devido contração vigorosa no músculo, resultado da degradação de ATP, se liga a PKA ativando-a, acelerando a liberação da glicose-1-P a partir do glicogênio. Quando os níveis de ATP estão normais, o ATP bloqueia o sítio alostérico para conversão em cAMP, causando a inativação da fosforilase-quinase.

• No fígado, a glicogênio-fosforilase é regulada hormonalmente. Aqui, a forma desfosforilada é totalmente inativa. ↓ glicose no sangue, o glucagon ativa a fosforilase-b-quinase, convertendo-se em sua forma mais ativa, a fosforilase-a-quinase, que dá início a liberação da glicose para o sangue. Quando os níveis de glicose estão normalizados, a glicose entra nos hepatócitos ligando-se a um sítio alostérico inibitório da fosforilase a. O sítio alostérico para a glicose permite a glicogênio-

fosforilase hepática atuar como seu próprio sensor de glicose e responder adequadamente às alteraçãoes na glicose sanguínea.

MECANISMO DE CASCATA DA AÇÃO DA ADRENALINA E DO GLUCAGON

Tanto a adrenalina nos miócitos quanto o glucagon nos hepatócitos ligam-se a receptores específicos de superfície e ativam uma proteína de ligação a GTP, Gsα. Esta proteína quando ativada provoca uma elevação na [cAMP], mediante conversão do ATP em cAMP pela adenilato ciclase, o que ativa PKA. Isto inicia uma cascata de fosforilações; PKA ativa a fosforilase-b-quinase, que ativa a gligogênio-fosforilase. Sendo que nos miócitos, para que a PKA possa ativar a fosforilase-b-quinase que se encontra inativa nessas células, há necessidade de ↑[Ca2+]. Na forma de GPa ativa, o ↑[cAMP] nos miócitos permite a posterior degradação de glicogênio em glicose-1-P, enquanto que nos hepatócitos a forma ativa de GPa já encaminha para a degradação de glicogênio em glicose. Tais características causam amplificação do sinal inicial. A degradação de glicogênio decorrente fornece glicose, que no miócito pode suprir o ATP (via glicólise) para a contração muscular e no hepatócito é liberada para o sangue para se opor à glicose sanguínea baixa.

GLICOGÊNSE

• Corresponde à síntese de glicogênio, que ocorre em quase todos os tecidos animais, mas é mais importante no fígado e no músculo esquelético.

• A condensação de um nucleosídeo-trifosfato com uma hexose-1-fosfato para formar um nucleotídeo de açúcar tem uma pequena variação de energia livre positiva, mas a reação libera pirofosfato (PPi) que é rapidamente hidrolisado pela pirofosfatase inorgânica, reação esta que é fortemente exergônica.

• O ponto de partida para a síntese de glicogênio é a glicose-6-P: a primeira reação é a da glicoquinase no fígado ou hexoquinase em tecidos periféricos que converte a glicose livre na presença de ATP em glicose-6-P + ADP.

REVIEW ~ TRÊS FORMAS DE REGULAÇÃO DA GLICOGÊNIO-FOSFORILASE1) Alostérica;2) Modificação Covalente;3) Hormonal;

A regulação alostérica dá-se da seguinte forma (resumidamente, sem detalhes):1) A adrenalina une-se ao seu receptor específico;2) O receptor ocupado causa troca do GDP ligado à proteína Gs (estimulatória e

neste caso inativa) por GTP, ativando a Gs;3) A subunidade α da Gs move-se até a adenilato ciclase, ativando-a;4) A adenilato ciclase catalisa a formação de cAMP a partir de ATP;5) O cAMP ativa a PKA;6) A fosforilação das proteínas celulares pela PKA causa resposta celular à

adrenalina;7) Quando ocorre a degradação do cAMP, não há ativação da PKA (pela ação da

enzima fosfodiesterase, um nucleotídeo cíclico).

• Para dar início à síntese do glicogênio, a fosfoglicomutase transforma glicose-6-fosfato em glicose-1-fosfato.

• O produto da ação da fosfoglicomutase, a glicose-1-P é convertida na presença de UTP (nucleotídeo carreador da glicose para a síntese de glicogênio) pela ação da UDP-glicose-pirofosforilase a UDP-glicose (um nucleotídeo de açúcar) + PPi.

• O UDP formado é convertido de volta a UTP pela enzima nucleosídeo difosfato quinase (UDP + ATP ↔ UTP + ADP).

• UTP perde 2Pi → UMP. O UMP por sua vez pega o P i da glicose-1-P e transforma-se em UDP-glicose (UDPG), através da ação enzimática da UDPG pirofosforilase.

• Quando ocorre a formação de UDPG a partir da junção do UMP com o grupo fosforil da glicose, este apresenta consigo o grupamento pirofosfato (PP i), que sofre ação de uma enzima denominada de pirofosfatase inorgânica, transformando o PPi em 2 moléculas de fosfato inorgânico 2Pi (processo irreversível).

• A insulina, um hormônio anabólico, é importante por aqui: seu aumento acarreta o aumento da síntese de glicogênio, que faz com que ocorra a ativação da enzima glicogênio sintase em seu sítio alostérico.

• A glicogênio sintase transfere o resíduo glicosil ativado de UDPG para o C4 de um resíduo da cadeia de glicogênio em crescimento para formar nova ligação glicosídica do grupo hidroxilado C1 do açúcar ativado.

• A glicogênio sintase não forma as reações glicosídicas α-1,6, quem as forma é a glicosil-4,6-transferase (a enzima de ramificação).

• Ramificação: uma vez formada uma cadeia com pelo menos 11 resíduos, uma enzima ramificadora remove um bloco de cerca de 7 resíduos e transfere para a outra cadeia para produzir ligação α-1,6. Resíduos adicionais de glicose podem ser ligados à nova ramificação pela glicogênio-sintase.

• O efeito biológico da ramificação é tornar a molécula mais solúvel e aumentar o número de sítios acessíveis à glicogênio-fosforilase e à glicogênio-sintase, as quais agem somente nas extremidades não redutoras.

• A glicogenina é uma proteína iniciadora ou “primer” necessário para a síntese de glicogênio, assim como a enzima que catalisa essa montagem. Assim, só ocorre ação da glicogênio sintase caso aja previamente a atuação da glicogenina.

• Esta enzima é capaz de se auto glicosidar, ou seja, forma uma cadeia de resíduos glicosil nela mesma com ligações α-1,4.

• A glicogenina catalisa duas reações diferentes: o ataque inicial pelo grupo hidroxílico da Tyr194 sobre o C1 da parte glicosil da UDP-glicose resulta em um resíduo de Tyr glicosilado. O C1 de outra molécula de UDP-glicose é agora atacado pelo grupo hidroxílico do C4 da glicose terminal, e essa sequência se repete até formar uma molécula nascente de glicogênio com oito resíduos de glicose unidos por ligações glicosídicas α-1,4.FORMA HEPÁTICA

• O fígado é responsável por sintetizar, armazenar e degradar o glicogênio, além de manter estáveis as taxas de glicemia.

• A ocorrência de uma disfunção hepática é devido ao depósito de glicogênio com hepatomegalia e hipoglicemia.