O glicogênio é uma macromolécula (massa molecular de cerca de 400 milhões de daltons) de α-glicose na qual há principalmente ligações α-1, 4 glicosídicas e ramificações em uma proporção de 1:10, devido a ligações glicosídicas α-1, 6.
O glicogênio é um material de reserva e é continuamente degradado e reconstituído; em toda a massa celular do corpo, há cerca de 100 g de glicogênio: a maior parte é no fígado, onde é móvel e pode, portanto, ser usada como reserva para os outros órgãos (o glicogênio nos músculos não é móvel).
As enzimas que catalisam a degradação e a síntese do glicogênio estão todas no citoplasma, por isso precisamos de um sistema de ajuste que torne um inativo inativo quando o outro estiver ativo: se houver disponibilidade de glicose, o último é convertido em glicogênio (anabolismo) que é uma reserva, vice-versa, se houver demanda por glicose, então o glicogênio é degradado (catabolismo).
A enzima envolvida principalmente na degradação do glicogênio é a glicogênio fosforilase ; esta enzima é capaz de clivar uma ligação α-1, 4 glicosídica usando, como agente lítico, um ortofosfato inorgânico: a divisão ocorre por via fosfatolítica e o 1-fosfato de glicose é obtido.
Em cinco ou seis unidades de um ponto de ramificação, a enzima glicogênio fosforilase não é mais capaz de agir, portanto se desprende do glicogênio e é substituída por uma enzima darificadora que é uma transferase : no sítio catalítico dessa enzima há um histidina que permite a transferência de três unidades sacarídeas para a cadeia glicosídica mais próxima (a histidina ataca o primeiro carbono de uma molécula de glicose). A enzima mencionada é a glicosiltransferase ; no final da acção desta enzima, permanece apenas uma unidade de glucose com o primeiro carbono ligado ao sexto carbono de uma glicose da cadeia principal. A última unidade de glicose da cadeia lateral é liberada pela ação da enzima α-1, 6 glicosidase (esta enzima constitui a segunda parte da enzima desproporcionada); Como as ramificações no glicogênio estão em uma proporção de 1:10, da completa degradação da macromolécula, obtemos cerca de 90% de glicose 1-fosfato e cerca de 10% de glicose.
A ação das enzimas acima mencionadas permite eliminar uma cadeia lateral da molécula de glicogênio; a atividade destas enzimas pode ser repetida até que ocorra a completa degradação da cadeia.
Considere um hepatócito; A glicose (assimilada pela dieta), quando entra na célula, é convertida em glicose 6-fosfato e, portanto, é ativada. A glicose 6-fosfato, devido à ação da fosfoglicomutase, é transformada em glicose-1-fosfato: este último é um precursor não imediato da biossíntese; na biossíntese usa-se uma forma ativada de açúcares que é representada pelo açúcar ligado a um difosfato: usualmente uridilfosfato (UDP). A glicose 1-fosfato é então convertida em UDP-glicose; este metabólito entra na ação da glicogênio sintase, que é capaz de ligar a UDP-glicose a uma extremidade não redutora do glicogênio em crescimento: o glicogênio alongado de uma unidade glicosídica e a UDP são obtidos. UDP é convertido pela enzima nucleosidedifosfochinasi em UTP que retorna à circulação.
A degradação do glicogênio ocorre pela ação da glicogênio fosforilase que libera uma molécula de glicose e a transforma em glicose-1-fosfato. Posteriormente, a fosfoglucomutase converte 1-fosfato de glicose em glicose 6-fosfato.
O glicogênio é sintetizado, sobretudo, no fígado e nos músculos: no organismo há 1-1, 2 hectolitros de glicogênio distribuídos ao longo da massa muscular.
O glicogênio de um miócito representa uma reserva de energia somente para aquela célula, enquanto o glicogênio contido no fígado também é uma reserva para outros tecidos, isto é, pode ser enviado, como a glicose, para outras células.
O glicose-6-fosfato obtido nos músculos a partir da degradação do glicogênio é então enviado, em caso de necessidade de energia, para a glicólise; no fígado, o 6-fosfato de glicose é convertido em glicose pela ação da fosfatase 6-fosfato de glicose (enzima característica dos hepatócitos) e é canalizado para a corrente circulatória.
A glicogênio sintase e a glicogênio fosforilase funcionam tanto em unidades de glicogênio não redutoras, portanto, deve haver um sinal hormonal que comanda uma ativação do caminho e o outro bloco (ou vice-versa).
No laboratório, foi possível alongar a cadeia de glicogênio, explorando a glicogênio fosforilase e usando 1-fosfato de glicose em uma concentração muito alta.
Nas culas, a fosforilase de glicogio catalisa apenas a reaco de degradao porque as concentraes dos metabolitos s de modo a deslocar o equilrio da seguinte reaco para a direita (i.e. para a degradao do glicogio):
Vemos o mecanismo de ação da glicogênio fosforilase: o oxigênio acetal (que atua como uma ponte entre as unidades de glicose) se liga ao hidrogênio fosforilado: uma reação intermediária é formada por um carbocátio (na glicose que é extremidade) à qual o fosforil (Pi) é ligado muito rapidamente.
Glicogênio fosforilase requer um cofator que é fosfato de piridoxal (esta molécula também é um co-fator para transaminases): tem próton parcialmente fosforilado (o fosfato de piridoxal é circundado por um ambiente hidrofóbico que justifica a presença de prótons ligados a ele) . O fosforil (Pi) é capaz de produzir um próton para o glicogênio porque esse fosforil então readquire o próton do fosforil parcialmente protegido do fosfato de piridoxal. A probabilidade de que, em pH fisiológico, o fosforil perde o próton e permanece completamente desprotonado é muito baixo.
Vamos ver agora como funciona a fosfoglucomutase. Esta enzima possui um resíduo de serina fosforilado no sítio catalítico; a serina produz fosforilo em relação à glicose 1-fosfato (na posição seis): por um curto período de tempo, a glicose é formada em 1, 6-bisfosfato, em seguida a serina é refrosforilada tomando o fosforil na posição um. O phosphoglucus mutase pode funcionar em ambas as direções, ou seja, converter 1-fosfato de glicose em 6-fosfato de glicose ou vice-versa; se a glicose 6-fosfato for produzida, ela pode ser enviada diretamente para a glicólise, para os músculos ou transformada em glicose no fígado.
A enzima uridil fosfoglucose transferase (ou pirofosforilase de glicose UDP) catalisa a reação de transferência de glicose-1-fosfato à UTP atacando o fosforilo a.
A enzima descrita acima é uma pirofosforilase: esse nome deve-se ao fato de que a reação oposta à que acabamos de descrever é a pirofosforilação.
A glicose UDP, obtida como descrito, é capaz de aumentar a cadeia de glicogênio, de uma unidade monossacarídica.
É possível evoluir a reação para a formação de glicose UDP pela eliminação de um produto que é o pirofosfato; a enzima pirofosfatase converte o pirofosfato em duas moléculas de ortofosfato (hidrólise de um anidrido) e, ao fazê-lo, mantém a concentração de pirofosfato tão baixa que o processo de formação da glicose UDP é promovido termodinamicamente.
Como mencionado, a glicose UDP, graças à ação da glicogênio sintase, é capaz de aumentar a cadeia de glicogênio.
As ramificações (em uma proporção de 1:10) são devidas ao fato de que, quando uma cadeia de glicogênio é composta de 20-25 unidades, uma enzima ramificadora (com uma istidina em seu sítio catalítico) intervém, capaz de transferir uma série de 7 -8 unidades glicosídicas a jusante de 5-6 unidades: uma nova ramificação é assim gerada.
Para questões de origem nervosa ou se a energia é necessária devido ao esforço físico, a adrenalina é secretada pelas glândulas supra-renais.
As células-alvo da adrenalina (e norepinefrina) são as do fígado, músculos e tecido adiposo (neste último há a degradação dos triglicérides e a circulação de ácidos graxos: na mitocôndria é, conseqüentemente, produzida a glicose 6). -fosfato, para ser enviado à glicólise, enquanto nos adipócitos, a glicose-6-fosfato é transformada em glicose pela enzima glicose 6-fosfato fosfatase e exportada para os tecidos).
Vamos ver agora os modos de ação da adrenalina. A adrenalina vai se ligar a um receptor localizado na membrana celular (de miócitos e hepatócitos) e isso determina a tradução do sinal de fora para dentro da célula. A proteína quinase é ativada e age simultaneamente nos sistemas que regulam a síntese e a degradação do glicogênio:
A glicogênio sintase existe em duas formas: uma forma desfosforilada (ativa) e uma forma fosforilada (inativa); A proteína quinase fosforila a glicogênio sintase e bloqueia sua ação.
A glicogênio fosforilase pode existir em duas formas: uma forma ativa na qual uma serina fosforilada está presente e uma forma inativa na qual a serina é desfosforilada. Glicogênio fosforilase pode ser ativada pela enzima glicogênio fosforilase quinase . Glicogênio fosforilase cinase é ativa se é fosforilada e inativa se for desfosforilada; a proteína quinase tem como substrato a glicogênio fosforilase cinase, ou seja, é capaz de fosforilar (e, portanto, ativar) esta última que, por sua vez, ativa a glicogênio fosforilase.
Uma vez terminado o sinal da adrenalina, deve também terminar o seu efeito na célula: as enzimas fosfatase intervêm, então, nas espécies proteicas.
