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Metabolismo do glicogênio: síntese, degradação e as glicogenoses

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O glicogênio é a reserva de glicose do fígado e do músculo: a sintase e a ramificadora o montam, a fosforilase e a desramificadora o desmontam, e a fosforilação reversível, coordenada pela fosfatase PP1, decide entre guardar e liberar (insulina e glucagon no fígado, AMP e Ca2+ no músculo).

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O glicogênio é a reserva de glicose do fígado e do músculo: a sintase e a ramificadora o montam, a fosforilase e a desramificadora o desmontam, e a fosforilação reversível, coordenada pela fosfatase PP1, decide entre guardar e liberar (insulina e glucagon no fígado, AMP e Ca2+ no músculo). Só fígado, rim e intestino têm a glicose-6-fosfatase G6PC1 (em geral se aceita) que devolve glicose livre ao sangue, e a falta de cada enzima da via dá uma glicogenose, com o fenótipo do tecido em que ela age.

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Essential

  1. A glicose entra na célula pelos transportadores e é fosforilada a glicose-6-fosfato pelas hexocinases; a fosfoglicomutase-1 isomeriza a glicose-6-fosfato em glicose-1-fosfato.
  2. A UDP-glicose pirofosforilase forma UDP-glicose a partir da glicose-1-fosfato; a UDP-glicose é o doador imediato de glicose para o glicogênio.
  3. A glicogenina inicia a síntese por autoglicosilação: transfere glicose da UDP-glicose para si mesma e forma uma cadeia linear curta, de cerca de 10 a 20 glicoses.
  4. A glicogênio sintase alonga essa cadeia, transferindo a glicose da UDP-glicose para a fita em crescimento e formando ligações α-1,4.
  5. A enzima ramificadora transfere um segmento de 6 a 8 unidades para a fita e forma uma ligação α-1,6, o que faz do glicogênio um polímero multirramificado.
  1. A glicogênio fosforilase libera glicose-1-fosfato das cadeias lineares, rompendo as ligações α-1,4.
  2. A ação da fosforilase é bloqueada quando ela chega a quatro resíduos de glicose do ponto de ramificação (a dextrina limite).
  3. A enzima desramificadora resolve o ramo em dois passos: a atividade de transferase move três resíduos da fita lateral para outra fita linear; a atividade de glicosidase hidroliza a ligação α-1,6 do ponto de ramificação e libera glicose, o que devolve à fosforilase o acesso às ligações α-1,4.
  4. A glicose-1-fosfato liberada é isomerizada a glicose-6-fosfato pelas fosfoglicomutases.
  5. A glicose-6-fosfato é desfosforilada a glicose livre para poder sair da célula. Isso ocorre no retículo endoplasmático, pela ação conjunta do translocador de glicose-6-fosfato e das isoenzimas da glicose-6-fosfatase.

Proteína fosfatase-1 (PP1): subunidade catalítica ligada a uma subunidade regulatória, que a direciona a locais e substratos específicos.

Junto ao glicogênio: as subunidades regulatórias de direcionamento levam a PP1 à partícula de glicogênio.

  1. Fosforilação e desfosforilação são reversíveis: as cinases fosforilam e inativam a glicogênio sintase; as fosfatases desfosforilam e ativam.
  2. A insulina ativa a PP1, o que pode explicar, ao menos em parte, o aumento da síntese de glicogênio no fígado e no músculo; a PP1 ativa a sintase e, ao mesmo tempo, inativa a fosforilase.
  3. A glicose-6-fosfato também ativa a sintase, de forma alostérica, e a torna um melhor substrato das fosfatases.
  4. No sentido oposto, no fígado, o glucagon ativa a fosforilase, provavelmente por aumentar o cAMP.
  5. A fosforilase quinase (PHK) fosforila e ativa a fosforilase; sua subunidade δ é a calmodulina, que dá sensibilidade ao cálcio, e a PHK libera glicose em resposta ao aumento de cálcio e de cAMP.
  6. A fosforilase muscular é fortemente ativada por AMP.
  7. O AMP também ativa a AMPK (junto com o cálcio), que inibe a síntese de glicogênio ao fosforilar e inativar a sintase: uma co-regulação, em que o mesmo sinal favorece a degradação e freia a síntese.

In the clinic

Em geral se aceita que a isoforma G6PC1 da glicose-6-fosfatase, que desfosforila a glicose-6-fosfato no retículo endoplasmático, tem expressão restrita a fígado, rim e intestino.

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Glicogênio — a via cai em pontos diferentes conforme a enzima que falta (glicogenoses)

Tipo I (von Gierke) → glicose-6-fosfatase-1 (tipo Ia) ou translocador de glicose-6-fosfato (tipo Ib) deficiente; no tipo Ia, a glicose-6-fosfato não vira glicose livre, o que dá hipoglicemia de jejum, e o excesso de glicose-6-fosfato é desviado para triglicerídeos, lactato e urato; Tipo II (Pompe) → α-glicosidase ácida lisossômica (GAA) deficiente; o glicogênio se acumula nos lisossomos, sobretudo do músculo esquelético, cardíaco e liso; Tipo III (Cori-Forbes) → desramificadora deficiente; acúmulo de glicogênio de estrutura anormal no fígado, no músculo esquelético e no coração; Tipo V (McArdle) → atividade da fosforilase da isoforma muscular diminuída; a glicogenólise do músculo esquelético fica prejudicada; Tipo VI (Hers) → atividade da fosforilase da isoforma hepática perdida; fenótipo em geral leve, com hipoglicemia cetótica de jejum, acidemia láctica, hepatomegalia e atraso do crescimento

Na deficiência da fosforilase da isoforma muscular (doença de McArdle, tipo V), a glicogenólise do músculo esquelético fica prejudicada e limita a glicose disponível quando a contração começa: surgem fadiga, cãibras e frequência cardíaca desproporcional à carga de trabalho. Em repouso pode haver creatinoquinase sérica elevada e, com o exercício, episódios de rabdomiólise e mioglobinúria.

Depois de alguns minutos, a fadiga e a frequência cardíaca diminuem espontaneamente e a tolerância ao exercício melhora (o fenômeno do segundo fôlego, ou second wind), atribuída ao uso, pelo músculo ativo, de outros substratos, como a glicose trazida pelo sangue e o lactato.

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O glicogênio é a reserva de glicose do organismo. Em quais dois tecidos está a maior parte dele, e a que serve o glicogênio de cada um?

The answer stays in Assessment, with no spoiler here.

Answer in Assessment
Sources (1)
  1. Adeva-Andany MM, González-Lucán M, Donapetry-García C, Fernández-Fernández C, Ameneiros-Rodríguez E. Glycogen metabolism in humans. BBA Clin. 2016;5:85-100.
    Glucose enters the cells via glucose transporters, being phosphorylated to glucose 6-phosphate by hexokinase isoenzymes. The next step is the isomerization of glucose 6-phosphate into glucose 1-phosphate by phosphoglucomutase-1.

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