Glicogênio

Glicose-6-fosfato

Lactato

Glicogenólise Glicogênese

Glicólise Gliconeogênese

Glicogênio: : polissacarídeo de reserva nas células animais

hepatócito

Glicogênio • Principal polissacarídeo de reserva das células animais. É encontrado

em todas as células mas é abundante no fígado e músculo esquelético onde ocorre como grânulos (agregados) citoplasmáticos.

• Como a amilopectina é um polímero de glicose com ramificação. • Os resíduos de glicose estão ligados por ligações α-1,4 e ramificações α-1,6 • Fígado (pode constituir cerca de 10 % peso úmido) e músculo

esquelético (1-2% peso úmido) • Como as reservas são pequenas a ingestão deve ser próxima da taxa

de utilização diária • Regula níveis de glicose no sangue e reserva de glicose

para atividade muscular intensa

Formação de hemiacetais e hemicetais

Formação das duas formas cíclicas da D-glicose

Aldeído do C-1 com OH do

C-5 forma a ligação Hemiacetal e produz dois

Estereoisômeros: anômero α e β

2/3 1/3

Glicogênio é estocado no músculo e fígado por razões diferentes

• Fígado – manutenção da glicemia

• Músculo – produção de ATP

• No homem, o glicogênio armazenado dura entre 12 e 24 h durante o jejum, dependendo de o indivíduo estar confinado ou correndo loucamente

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

O exercício físico mobiliza glicogênio muscular para formação de ATP

• Fibras musculares vermelhas têm um fluxo sanguineo rico. Têm muita mitocôndria e mioglobina.

• Glicogênio→ CO2 + H2O

• Fibras brancas têm menos mioglobina e menos mitocôndrias.

• Glicogênio → Lactato • Exemplo: peito e coxa de galinha • A maioria dos músculos esqueléticos do

corpo humano é uma mistura de fibras vermelhas e brancas- permite contração rápida e sustentada.

A glicogênio fosforilase inicia a glicogenólise por remoção de resíduos do terminal não-redutor

(Fosforólise do glicogênio)

Na fosforólise do glicogênio, o Pi é usado para clivar ligações α-1,4, Gerando glicose 1-fosfato

A fosforólise pode ser comparada a hidrólise Hidrólise: ROOR' + HOH ROOH + R’OH Fosforólise: R-O-R' + HO-PO3

2- R-OH + R'-O-PO32-

Glicogênio-fosforilase de músculo de coelho

Cofator, derivado da vitamina B6. Na fosforilase o grupo fosfato participa da catálise atuando como catalisador ácido-base geral

1- Formação do complexo Ternário E + Pi + glicogênio

2- Formação o oxônio intermediário Envolvendo catálise ácida pelo Pi facilitada pela transferência de Protons do PLP

Glicose 1-Fosfato

Fosfoglicomutase catalisa a reação reversível:: glicose-1-Fosfato glucose-6-fosfato Um grupo serine OH do sítio ativo doa e recebe o Pi O bifosfato não é liberado. A fosfoglicerato mutase tem um mecanismo similar mas utiliza His para a transferência do grupo fosfato.

glicose-1-fosfato glicose-6-fosfato

H O

OHH

OHH

OH

CH2OH

H

OPO32−

H H O

OHH

OHH

OH

CH2OPO32−

H

OH

HH O

OHH

OHH

OH

CH2OPO32−

H

OPO32−

H

Enzyme-Ser-OPO32− Enzyme-Ser-OPO3

2−Enzyme-Ser-OH

(Glicose)n + Pi → ( Glicose) n-1 + Glicose-1-Pi Glicogênio fosforilase Glicose-1-Pi → Glicose-6-Pi Fosfoglicomutase No fígado Glicose-6-Pi + H2O → Glicose + Pi Glicose-6-fosfatase

Uma enzima cortadora de ramos é necessária para a glicogenólise

4 resíduos antes da ramificação a Glicogênio fosforilase para. Entra a desramificadora

Glicogenólise e o destino do glicogênio degradado no fígado e tecidos periféricos

Regulação da Glicogênio Fosforilase Regulada Alostéricamente

Modificação Covalente Hormonal

Glicogênio fosforilase

Adrenalina- músculo Glucagon- fígado

Regulação por modificação covalente

Predomina no músculo em repouso

Regulação Alostérica No músculo, o sinal para a contração muscular [Ca2+] Ativa a fosforilase b quinase

Regulação alostérica

Insensível a regulação alostérica

Ativada alostericamente por AMP, contracões vigorosas Quando o nível de ATP aumenta, o ATP bloqueia o sítio alostérico inativando a fosforilase

Retorno ao repouso

• A fosforilase fosfatase remove o fosfato da fosforilase a

A fosforilase do glicogênio é um sensor do nível glicose no fígado Quando a glicemia está normal, A glicose entra no fígado e se liga a sítios alostéricos na fosforilase a Isso provoca uma mudança conformacional Que expõe as Ser fosforiladas a ação da fosfatase

A Síntese do Glicogênio

Repetidas adições de glicose às extremidades de um núcleo de glicogênio

degradação síntese

Glicogênese

Nucleotídeo de uracila

A primeira reação é a da glicoquinase no fígado ou hexoquinase em tecidos periféricos

Fosfoglicomutase transforma glicose 6-fosfato em glicose 1-fosfato

Glicose 6-fosfato → glicose 1-fosfato

glicose-1-fosfato glicose-6-fosfato

H O

OHH

OHH

OH

CH2OH

H

OPO32−

H H O

OHH

OHH

OH

CH2OPO32−

H

OH

HH O

OHH

OHH

OH

CH2OPO32−

H

OPO32−

H

Enzyme-Ser-OPO32− Enzyme-Ser-OPO3

2−Enzyme-Ser-OH

A energia de hidrólise do PPi é utilizada para promover a reação, torná-la exergônica

OO

OHOH

HH

H

CH2

H

HN

N

O

O

OP

O

O−

P

O

O−

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

O−P

O

O−

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

OO

OHOH

HH

H

CH2

H

HN

N

O

O

OP

O

O−

P

O

O−

OP−O

O

O−

PPi

+

UDP-glucose

glucose-1-phosphate UTP

UDP-Glucose Pyrophosphorylase

O papel dos nucleotídeos ligados a açúcar foi descoberto por Luis Leloir (1906-1987)

A hidrólise do PPi é Bastante exergônica (-33.5 KJ. Mol-1) Dirigindo a reação

A glicogênio sintase transfere o resíduo glicosil ativado de UDP-glicose para o C4 de um resíduo da cadeia de glicogênio em crescimento para formar nova ligação glicosídica do grupo hidroxila do C1 do açúcar ativado

O UDP formado e convertido de volta a UTP pela

nucleosídeo difosfato quinase

UDP + ATP UTP + ADP

• A glicogênio sintetase não forma as reações glicosídicas α-1,6

• 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 Enzima ramificadora 1,4- α-glucano

A extremidade redutora da glicose (C1) é sempre adicionada a uma extremidade não-

redutora (C4) • Cada molécula de glicogênio deveria ter

uma extremidade redutora mergulhada dentro do seu núcleo.

• Não tem extremidade redutora livre pq o único aldeído potencialmente livre é ligado covalentemente a uma proteína chamada glicogenina

Glicogenina é necessária para a síntese de Glicogênio

• Um iniciador ou “primer” é necessário para a síntese do glicogênio.

• O próprio glicogênio é o iniciador, uma vez que a síntese do glicogênio adiciona unidades glicosil a noléculas “núcleo”de glicogênio que estão quase que invariavelmente presentes em células.

• Glicogenina- um polipeptídeo de 332 aminoácidos funciona como iniciador.

• Glicogenina é uma enzima que se auto-glicosila. Ela forma uma cadeia de resíduos glicosil nela mesma com ligações α-1,4.

SÍNTESE DO GLICOGÊNIO

Balanço para a síntese do glicogênio

(Glicose)n + glicose + 2 ATP + H2O → (Glicose)n+1 +2 ADP + 2 Pi + 2H+

Regulação da Glicogênio Fosforilase Regulada Alostéricamente

Modificação Covalente Hormonal

Glicogênio fosforilase

Adrenalina- músculo Glucagon- fígado

Regulação por modificação covalente

Predomina no músculo em repouso

Regulação alostérica

Insensível a regulação alostérica

Ativada alostericamente por AMP, contracões vigorosas Quando o nível de ATP aumenta, o ATP bloqueia o sítio alostérico inativando a fosforilase

Retorno ao repouso

• A fosforilase fosfatase remove o fosfato da fosforilase a

A fosforilase do glicogênio é um sensor do nível glicose no fígado Quando a glicemia está normal, A glicose entra no fígado e se liga a sítios alostéricos na fosforilase a Isso provoca uma mudança conformacional Que expõe as Ser fosforiladas a ação da fosfatase

Regulação da Glicogênio Sintetase

ativa a

adrenalina

insulina

Glucagon (fígado)

(músculo)

Doenças do glicogênio

• Erros metabólicos determinados por deficiências enzimáticas que

repercutem na síntese ou degradação do glicogênio.

ou Glicogenoses

Deficiência de glicose-6-fosfatase -Há acumulo de glicogênio estruturalmente conservado no fígado e no rim - Hipoglicemia de jejum, fraqueza -Tratamento: Inibir absorção de glicose hepática Alimentação intragástrica contínua Transplante hepático

Doenças do Metabolismo de Glicogênio: von Gierke

Doenças do Metabolismo de Glicogênio: Cori Deficiência de enzima desramificadora (amilo - 1,6 - glicosidase) - Há acumulo de glicogênio com cadeias curtas no fígado e músculo - Hipoglicemia, fraqueza muscular -Menor gravidade que von Gierke (fosforólise e neoglicogênese conservadas)

-Tratamento: Alimentação freqüente, rica em proteínas

Doenças do Metabolismo de Glicogênio: Andersen -Deficiência de enzima ramificadora - Sintomas muito severos de disfunção hepática na infância -Acúmulo de glicogênio anormal no fígado, em forma de “agulhas” - Tratamento: transplante hepático

Doenças do Metabolismo de Glicogênio: McArdle - Deficiência de glicogênio fosforilase muscular - Cãibras musculares dolorosas durante esforço físico intenso e inicial -Recuperação após vasodilatação, que aumenta oferta de glicose e lipídeos - Tratamento: Evitar exercícios vigorosas

Classificação das Glicogenoses

Forma Hepática Forma Miopática Forma Generalizada

Glicogenose tipo

Órgãos afetados

Deficiência enzimática

fígado, rim

fígado, coração

generalizada

músculo

fígado

músculo

fígado, músculo

VII

VIII

D. von Gierke

D. de Cori

D. de Anderson

D. de McArdle

D. de Hers

glicose-6-fosfatase

fosforilase

fosfofrutoquinase

fosforilase quinase

fosforilase (50%)

desramificadora

amilo-1,6 1,4 transglicosilase

Resumo

Manifestações clínicas comuns nas Glicogenoses

Acúmulo de glicogênio normal. Glicogênio pouco ramificado. Glicogênio c/ ramificação excessiva. Hepatomegalia. Hipoglicemia. Hipoglicemia do jejum, convulsões e retardo mental. Hiperlactacidemia. Insuficiência hepática progressiva e morte. Cãibras musculares e hipolactacidemia após exercícios.

Forma Hepática:

Fígado: Sintetiza, armazena e degrada o

glicogênio Mantém a glicemia Disfunção hepática: Depósito de glicogênio com

hepatomegalia e hipoglicemia

Caso Clínico: Uma paciente com 12 anos apresentava o abdome

acentuadamente aumentado.Ela referia na história freqüentes episódios de fraqueza, sudorese e palidez que eram eliminados por alimentação. Seu desenvolvimento

fora relativamente lento; sentou-se com 1 ano, andou sozinha com 2 anos, e estava indo mal na escola.

O exame físico indicou pressão arterial 110/58 mmHg;38 graus; 22,4 Kg(baixo);estatura 122cm(baixo).A paciente

apresentava pulmões limpos e coração normal.Uma discreta distensão venosa estava presente em um abdome proeminente.O fígado estava aumentado,mas rins e baço

não foram sentidos à palpação.

Caso Clínico: Os resultados dos exames de laboratório, de uma amostra de

sangue colhida em jejum, foram os seguintes: Glicose 2.8 (normal 3.9-5.6 mmol/l) Lactato 6.6 (0.56-2.0) Ác. Graxos livres 1.6 (normal 0.3-0.8 mmol/l) Triglicerídios 3.15 (normal 1,5 g/l) Uma amostra de tecido hepático para biópsia foi obtida por

incisão abdominal. O fígado era muito grande, cor de camurça,firme, mas não cirrótico.Não havia reação inflamatória presente.Conteúdo de glicogênio era 11g/100g de fígado (normal 8%) e o conteúdo de lipídios era 20,2g/100g de fígado (normal é menos de 5%). A estrutura do glicogênio hepático era normal.

Caso Clínico:

As seguintes medidas enzimáticas foram obtidas do tecido hepático:

Glicose 6 fosfatase 22 (normal 214+/-45) Fosforilase 24 (normal 22 +/-3) Fosfoglicomutase 27 (normal 25 +/- 4)

Qual o diagnóstico ?

Caso Clínico:

Referências Baynes, J.; Dominiczak, M.H. Bioquímica Médica. São Paulo: Editora Manole Ltda., 2000. Campbell, Peter N. Biochemistry. Saunders College Publishing Harcourt Brace College Publishers, 2a Edição, 1995. Champe, P.C. e Harvey, R.A. Bioquímica ilustrada. Porto Alegre: Artes Médicas, 1996. Cohn, R. M.; Roth,Karl S. Biochemistry and Disease. Williams & Wilkins, 1996 Gillhan, B.; Papachristodoulou, D.K.; Thomas, J.H. Wills' Biochemical Basis of Medicine,. London, Arnold, 2001 Marks, D.B.; Marks, A.D.; Smith, C.M. Basic Medical Biochemistry, a Clinical Approach. Baltimore, Williams & Wilkins, 1996. Montgomery, R.; Conway, T.W.; Spector, A. A. Bioquímica: uma abordagem dirigida por casos. Porto Alegre: Artes Médicas, 1994. Siqueira, A.J.S.; Remião, J.O.R. e Azevedo, A.M.P. Bioquímica: Um Guia de Estudos. Porto Alegre, Sulina, 1990. Riegel, R. E.; Bioquímica.3ª Ed.São Leopoldo: Editora UNISINOS, 2003 Voet, D.; Voet, J.G.; Pratt, C.W. Fundamentals of Biochemistry. New York, John Wiley & Sons, Inc., 1999.

Glicogênio fosforilase

Adrenalina- músculo Glucagon- fígado

Regulação por modificação covalente

Predomina no músculo em repouso

Regulação alostérica

Insensível a regulação alostérica

Ativada alostericamente por AMP, contracões vigorosas