QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

1. QUIMICA BIOLOGICALic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. • BOLILLA 5 (Lic. en Biol. Molec.):METABOLISMO DEL GLUCOGENO. Glucogenólisis. Enzimas. Regulación. Glucogeno-génesis. Enzimas. Glucogenina. Control hormonal.BIOSÍNTESIS DE GLUCOSA: Gluconeogénesis. Compartimentalización. Reacciones. Costo energético. • BOLILLA 6 (Ing. en Alim.): Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis: Ubicación celular, reacciones irreversibles, su regulación. Importancia metabólica. Regulación recíproca de glucólisis y gluconeogénesis. Metabolismo del glucógeno: Síntesis y degradación. Regulación enzimática. Metabolismo del almidón. Síntesis y degradación.

2. Unión α-1,6 Extremos no reductores Unión α-1,4 Estructura del Glucógeno

3. El Glucógeno • abunda en el hígado (10% peso) y en músculo esquelético (3% peso), • es un polímero de la glucosa y, por tanto, una forma de almacenamiento de glucosa dentro de la célula que le sirve de reservorio energético, • es de elevado peso molecular, y sin embargo es soluble en agua, • una función similar la desempeña el almidón en el mundo vegetal. El hepatocito muestra abundantes gránulos de glucógeno Tinción de PAS

4. Glucógeno fosforilasa (dímero)

5. DEGRADACION BIOSINTESIS GLUCOGENOLISIS GLUCOGENOGENESIS METABOLISMO DEL GLUCOGENO La síntesis y degradación de glucógeno está cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula.

6. NECESIDAD DE GLUCOSA: - ENTRE COMIDAS - ACTIVIDAD MUSCULAR INTENSA HIGADO Y MÚSCULO: DEPOSITOS O RESERVA DE GLUCÓGENO GLUCOGENOLISIS

7. GLUCOGENOLISIS • La degradación de glucógeno a glucosa disponible metabólicamente (Glu-6-P) tiene lugar en el citosol y precisa de la acción combinada de tres enzimas diferentes: • Glucógeno fosforilasa • 2) Enzima desramificante o Amilo-α (1,6)-glucosidasa • 3) Fosfoglucomutasa

9. Glucógeno fosforilasa DEGRADACION DE GLUCOGENO DE RESERVA (Músculo esquelético e hígado) E.C 2.4.1.1

10. Fosforilasa “degradación limitada”: 5 residuos de una rama y 3 de la otra, antes del punto de ramificación. • Enlaces a(1,6) no susceptibles a fosforilasa (1,6)

11. Enzima desramificante: Actividad transferasa: traslada un bloque de 3 residuos desde una rama a la otra Actividad glucosidasa: enlaces a(1,6).

12. Glucógeno fosforilasa (1,41,4) glucantransfersa Transferencia: Enzima desramificante (16) glucosidasa Enzima desramificante

13. REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISIS • REGULACION ALOSTERICA: AMP (+), ATP(-), Glu-6-P (-) la Glucógeno fosforilasa. • REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno fosforilasa. • REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

14. Glucagón (higado) (+) Fosforilasa fosfatasa (PPT) Insulina Fosforilasa quinasa Adrenalina Ca2+, AMP (músculo) REGULACIÓN POR MODIFICACIÓN COVALENTE Consiste en modificar la actividad de la glucógeno fosforilasa mediante fosforilación: la fosforilasa B (poco activa) no está fosforilada, mientras que la fosforilasa A (muy activa) se encuentra FOSFORILADA. Esta regulación está sometida a control hormonal.

15. REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISISMUSCULAR El glucógeno del músculo esquelético tiene como finalidad suministrar glucosa para que sea degradada oxidativamente y se pueda obtener ATP para la actividad muscular.

16. REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISISHEPÁTICA El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, incluido el músculo esquelético, ante un descenso de la glucemia.

17. Debido al diferente papel del glucógeno muscular y el hepático, la regulación hormonal es diferente en estos órganos.

18. Hormona (primer mensajero) Regulación hormonal Espacio extracelular Efector (Adenilato ciclasa) Transductor (Proteína G) AMPc (segundo mensajero) Fosfodiesterasa Teofilina Cafeina Proteína quinasa A (inactiva) Proteína quinasa A (activa) Efecto activador Fosforilación de la proteína blanco Respuesta Metabólica Efecto inhibidor

19. REGULACIÓN HORMONAL: El segundo mensajero (celular) de la acción hormonal es el AMP cíclico (AMPc), que es sintetizado por la adenilato ciclasa.

20. Adrenalina (músculo) Glucagón (hígado)

21. Músculo Hígado

22. Glucemia PANCREAS Insulina Fosforilasa fosfatasa Regulación por Insulina Luego de una comida

23. Glucógeno Glucogenogénesis Glucosa-6-fosfatasa (solo en hígado) Via de las Pentosas Glucosa Ribosa-5-P Via Glicolitica Piruvato Destinos metabólicos de la glucosa GLUCOSA-6-P

24. GLUCOGENOGÉNESIS (Síntesis de glucógeno) El exceso de glucosa es convertido en formas poliméricas (reserva)

25. GLUCOGENOGÉNESIS La biosíntesis del glucógeno consiste en la adición sucesiva de restos de glucosa, utilizando una molécula donadora de restos de glucosa: la UDP-glucosa.

26. GLUCOGENOGÉNESIS • Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: • UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) • Glucógeno sintasa • Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

27. Activación de las unidades de glucosa a UDP-Glucosa Fosfoglucomutasa Glu-6-P UDP-glucosa pirofosforilasa

28. GLUCOGENOGÉNESIS • Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: • UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) • Glucógeno sintasa • Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

29. Glucógeno sintasa Polimerización: adición de las unidades de glucosa

30. Tyr194 El cebador de la glucógeno sintasa es una cadena corta de residuos de glucosa ensamblados por una proteína denominada glucogenina: GLUCOGENINA + Protein-Tyr glucosil transferasa GLU-Glucogenina UDP

31. GLUCOGENINA Tyr194 O UDP UDP UDP

32. GLUCOGENOGÉNESIS • Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: • UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) • Glucógeno sintasa • Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

33. Amilo α(1,4 →1,6)-glucosil transferasasa Punto de ramificación (α-1,6) Extremos no reductores Ramificación: una enzima ramificante [amilo (1,4 →1,6)-transglucosidasa] traslada una cadena terminal de unos seis o siete residuos de glucosa, a un grupo hidroxilo situado en la posición 6 de un residuo de glucosa en el interior del polímero. Se forman enlaces (1->6) en los puntos de ramificación.

34. …

35. REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOGENESIS • REGULACION ALOSTERICA: Glu-6-P (+), Ca++ (-), Glucogeno (-) la Glucógeno sintasa. • REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno sintasa. • REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

36. P (+) Sintasa B (poco activa) P (+) ATP ADP REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN COVALENTE Cuando la Glucógeno sintasa (GS) está fosforilada es poco activa (GSb), mientras que cuando se encuentra desfosforilada es muy activa (GSa). Esta regulación está sometida a control hormonal. Fosfatasa INSULINA Sintasa A (muy activa) Quinasa ADRENALINA GLUCAGÓN

37. Hígado y Músculo Glu-6-P (+) Glu-6-P (-) ATP (-) Ca++ (+) AMP (+) Hígado y Músculo Músculo

38. SNC MEDULA ADRENAL PANCREAS Glucemia Entre comidas Dieta libre de carbohidratos Músculo Hígado Carrera Estrés emocional Agresión física Activación de la Glucogenolisis Inhibición de la Glucogenogénesis

40. Bibliografia 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis. 4- MURRAY R y col., “Bioquimica de Harper”, Ed. El Manual Moderno, 14º ed. (1997). Bibliografía Complementaria 1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005). 2- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).