Glicogênio: estrutura, síntese, degradação, funções - Ciência - 2023

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o glicogênio é o carboidrato de armazenamento da maioria dos mamíferos. Os carboidratos são comumente chamados de açúcares e são classificados de acordo com o número de resíduos causados pela hidrólise (monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos).

Monossacarídeos são os carboidratos mais simples, classificados de acordo com o número de carbonos contidos em sua estrutura. Existem então trioses (3C), tetroses (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptose (7C) e octoses (8C).

Dependendo da presença do grupo aldeído ou do grupo cetona, esses monossacarídeos também são classificados como aldoses ou cetoses, respectivamente.

Os dissacarídeos dão origem, por hidrólise, a dois monossacarídeos simples, enquanto os oligossacarídeos produzem de 2 a 10 unidades de monossacarídeos e os polissacarídeos produzem mais de 10 monossacarídeos.

O glicogênio é, do ponto de vista bioquímico, um polissacarídeo composto por cadeias ramificadas de uma aldose de seis carbonos, ou seja, uma hexose conhecida como glicose. O glicogênio pode ser representado graficamente como uma árvore de glicose. Isso também é chamado de amido animal.

A glicose nas plantas é armazenada como amido e nos animais como glicogênio, que é armazenado principalmente no fígado e no tecido muscular.

No fígado, o glicogênio pode representar 10% de sua massa e 1% de sua massa muscular. Como em um homem de 70kg o fígado pesa cerca de 1800g e os músculos cerca de 35kg, a quantidade total de glicogênio muscular é muito maior que a do fígado.

Estrutura

O peso molecular do glicogênio pode chegar a 108 g / mol, o que equivale a 6 × 105 moléculas de glicose. O glicogênio é composto por várias cadeias ramificadas de α-D-glicose. A glicose (C6H12O6) é uma aldohexose que pode ser representada na forma linear ou cíclica.

O glicogênio tem uma estrutura altamente ramificada e compacta com cadeias de 12 a 14 resíduos de glicose na forma de α-D-glicose que estão ligados a ligações α- (1 → 4) glucosídicas. Os ramos da cadeia são formados por ligações α- (1 → 6) glucosídicas.

O glicogênio, assim como o amido na dieta, fornece a maioria dos carboidratos de que o corpo necessita. No intestino, esses polissacarídeos são decompostos por hidrólise e então absorvidos pela corrente sanguínea principalmente como glicose.

Três enzimas: ß-amilase, α-amilase e amil-α- (1 → 6) -glucosidase são responsáveis pela degradação intestinal de glicogênio e amido.

A Α-amilase hidrolisa aleatoriamente as ligações α- (1 → 4) das cadeias laterais do glicogênio e do amido e, portanto, é chamada de endoglicosidase. A Ss-amilase é uma exoglicosidase que libera dímeros de ß-maltose ao quebrar as ligações glicosídicas α- (1 → 4) das extremidades das cadeias mais externas sem atingir os ramos.

Visto que nem a ß-amilase nem a α-amilase degradam os pontos de ramificação, o produto final de sua ação é uma estrutura altamente ramificada de cerca de 35 a 40 resíduos de glicose chamada dextrina de fronteira.

A dextrina limite é finalmente hidrolisada nos pontos de ramificação que possuem ligações α- (1 → 6) por meio da amil-α- (1 → 6) -glucosidase, também conhecida como enzima "desramificadora". As cadeias liberadas por esta desramificação são então degradadas pela ß-amilase e α-amilase.

À medida que o glicogênio ingerido entra na forma de glicose, aquele encontrado nos tecidos deve ser sintetizado pelo corpo a partir da glicose.

Síntese

A síntese de glicogênio é chamada de glicogênese e ocorre principalmente no músculo e no fígado. A glicose que entra no corpo com a dieta passa para a corrente sanguínea e daí para as células, onde é imediatamente fosforilada pela ação de uma enzima chamada glucoquinase.

A glicocinase fosforila a glicose no carbono 6. O ATP fornece o fósforo e a energia para essa reação. Como resultado, a glicose 6-fosfato é formada e um ADP é liberado. Então, a glicose 6-fosfato é convertida em glicose 1-fosfato pela ação de uma fosfoglucomutase que move o fósforo da posição 6 para a posição 1.

A glicose 1-fosfato é ativada para a síntese de glicogênio, que envolve a participação de um conjunto de três outras enzimas: UDP-glicose pirofosforilase, glicogênio sintetase e amil- (1,4 → 1,6) -glicosiltransferase.

A glicose-1-fosfato, juntamente com o trifosfato de uridina (UTP, um nucleosídeo do trifosfato de uridina) e por ação da UDP-glicose-pirofosforilase, forma o complexo uridina difosfato-glicose (UDP Glc). No processo, um íon pirofosfato é hidrolisado.

A enzima glicogênio sintetase forma então uma ligação glicosídica entre C1 do complexo UDP Glc e C4 de um resíduo terminal de glicogênio, e o UDP é liberado do complexo de glicose ativado. Para que essa reação ocorra, deve haver uma molécula de glicogênio pré-existente chamada "glicogênio primordial".

O glicogênio primordial é sintetizado em uma proteína primer, a glicogenina, que tem 37 kDa e é glicosilada em um resíduo de tirosina pelo complexo UDP Glc. A partir daí, os resíduos de α-D-glicose são ligados com ligações 1 → 4 e uma pequena cadeia é formada na qual a glicogênio sintetase atua.

Uma vez que a cadeia inicial liga pelo menos 11 resíduos de glicose, a enzima ramificada ou amil- (1,4 → 1,6) -glicosiltransferase transfere um pedaço da cadeia de 6 ou 7 resíduos de glicose para a cadeia adjacente na posição 1 → 6, estabelecendo assim um ponto de ramificação. A molécula de glicogênio assim construída cresce pela adição de unidades de glicose com 1 → 4 ligações glicosídicas e mais ramificações.

Degradação

A quebra do glicogênio é chamada de glicogenólise e não é equivalente à via reversa de sua síntese. A velocidade dessa via é limitada pela taxa da reação catalisada pela glicogênio fosforilase.

A glicogênio fosforilase é responsável pela clivagem (fosforólise) das ligações 1 → 4 das cadeias de glicogênio, liberando glicose 1-fosfato. A ação da enzima começa nas extremidades das cadeias mais externas e são removidas sequencialmente até que 4 resíduos de glicose permaneçam em cada lado dos ramos.

Em seguida, outra enzima, α- (1 → 4) → α- (1 → 4) glucano transferase, expõe o ponto de ramificação ao transferir uma unidade de trissacarídeo de uma ramificação para outra. Isso permite que a amil- (1 → 6) -glucosidase (enzima de desramificação) hidrolise a ligação 1 → 6, removendo o ramo que sofrerá a ação da fosforilase. A ação combinada dessas enzimas acaba clivando totalmente o glicogênio.

Uma vez que a reação inicial de fosfomutase é reversível, a glicose 6-fosfato pode ser formada a partir dos resíduos clivados da glicose 1-fosfato do glicogênio. No fígado e nos rins, mas não no músculo, existe uma enzima, a glicose-6-fosfatase, capaz de desfosforilar a glicose 6-fosfato e convertê-la em glicose livre.

A glicose desfosforilada pode se difundir para o sangue e é assim que a glicogenólise hepática se reflete em um aumento nos valores de glicose no sangue (glicemia).

Regulação da síntese e degradação

Da síntese

Esse processo é exercido sobre duas enzimas fundamentais: glicogênio sintetase e glicogênio fosforilase, de forma que quando uma delas está ativa a outra fica inativa. Esta regulação evita que reações opostas de síntese e degradação ocorram simultaneamente.

A forma ativa e a forma inativa de ambas as enzimas são muito diferentes, e a interconversão das formas ativa e inativa da fosforilase e da glicogênio sintetase é estritamente controlada por hormônios.

A adrenalina é um hormônio liberado da medula adrenal e o glucagon é outro produzido na parte endócrina do pâncreas. O pâncreas endócrino produz insulina e glucagon. As células α das ilhotas de Langerhans são as que sintetizam o glucagon.

A adrenalina e o glucagon são dois hormônios liberados quando há necessidade de energia em resposta à diminuição dos níveis de glicose no sangue. Esses hormônios estimulam a ativação da glicogênio fosforilase e inibem a glicogênio sintetase, estimulando a glicogenólise e inibindo a glicogênese.

Enquanto a adrenalina exerce sua ação no músculo e no fígado, o glucagon age apenas no fígado. Esses hormônios se ligam a receptores de membrana específicos na célula-alvo, que ativa a adenilato ciclase.

A ativação da adenilato ciclase inicia uma cascata enzimática que, por um lado, ativa uma proteína quinase dependente de AMPc que inativa o glicogênio sintetase e ativa a glicogênio fosforilase por fosforilação (direta e indiretamente, respectivamente).

O músculo esquelético possui outro mecanismo de ativação da glicogênio fosforilase através do cálcio, que é liberado em conseqüência da despolarização da membrana muscular no início da contração.

De degradação

As cascatas enzimáticas descritas acima acabam aumentando os níveis de glicose e, quando atingem determinado nível, a glicogênese é ativada e a glicogenólise é inibida, inibindo também a liberação posterior de epinefrina e glucagon.

A glicogênese é ativada por meio da ativação da fosforilase fosfatase, enzima que regula a síntese de glicogênio por vários mecanismos, envolvendo a inativação da fosforilase quinase e da fosforilase α, que é um inibidor da glicogênio sintetase.

A insulina promove a entrada de glicose nas células musculares, aumentando os níveis de glicose 6-fosfato, que estimula a desfosforilação e ativação da glicogênio sintetase. Assim, a síntese começa e a degradação do glicogênio é inibida.

Características

O glicogênio muscular constitui uma reserva de energia para o músculo que, como as gorduras de reserva, permite que o músculo cumpra suas funções. Sendo uma fonte de glicose, o glicogênio muscular é usado durante o exercício. Essas reservas aumentam com o treinamento físico.

No fígado, o glicogênio também é uma importante fonte de reserva tanto para as funções orgânicas quanto para o fornecimento de glicose para o resto do corpo.

Essa função do glicogênio hepático se deve ao fato de o fígado conter glicose 6-fosfatase, enzima capaz de remover o grupo fosfato da glicose 6-fosfato e convertê-lo em glicose livre. A glicose livre, ao contrário da glicose fosforilada, pode se difundir através da membrana dos hepatócitos (células do fígado).

É assim que o fígado pode fornecer glicose para a circulação e manter os níveis de glicose estáveis, mesmo em condições de jejum prolongado.

Esta função é de grande importância, uma vez que o cérebro depende quase exclusivamente da glicose do sangue, então a hipoglicemia severa (concentrações muito baixas de glicose no sangue) pode levar à perda de consciência.

Doenças relacionadas

As doenças relacionadas ao glicogênio são genericamente chamadas de "doenças de armazenamento de glicogênio".

Essas doenças constituem um grupo de patologias hereditárias caracterizadas pela deposição nos tecidos de quantidades ou tipos anormais de glicogênio.

A maioria das doenças de armazenamento de glicogênio é causada por um déficit genético de qualquer uma das enzimas envolvidas no metabolismo do glicogênio.

Eles são classificados em oito tipos, a maioria deles com seus próprios nomes e cada um deles é causado por uma deficiência enzimática diferente. Alguns são fatais muito cedo na vida, enquanto outros estão associados a fraqueza muscular e déficits durante o exercício.

Exemplos apresentados

Algumas das doenças relacionadas ao glicogênio mais proeminentes são:

- A doença de Von Gierke ou doença de armazenamento de glicogênio Tipo I, é causada por um déficit de glicose 6-fosfatase no fígado e nos rins.

É caracterizada pelo crescimento anormal do fígado (hepatomegalia) devido ao acúmulo exagerado de glicogênio e hipoglicemia, uma vez que o fígado torna-se incapaz de fornecer glicose para a circulação. Pacientes com essa condição apresentam distúrbios de crescimento.

- A doença de Pompe ou Tipo II é devida a uma deficiência de α- (1 → 4) -glucano 6-glicosiltransferas no fígado, coração e músculos esqueléticos. Essa doença, como a de Andersen ou Tipo IV, é fatal antes dos dois anos de idade.

- A doença de McArdle ou Tipo V apresenta deficiência de fosforilase muscular e é acompanhada de fraqueza muscular, diminuição da tolerância ao exercício, acúmulo anormal de glicogênio muscular e falta de lactato durante o exercício.

Referências

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