O que é Glicogênio: metabolismo, síntese, estrutura
Entenda o metabolismo do glicogênio, tipos, o glicogênio muscular e muito mais
Os animais precisam armazenar energia que esteja disponível rapidamente, para isso, o nosso organismo metaboliza e armazena um polissacarídeo chamado de glicogênio
Estruturalmente, o glicogênio é um grande polissacarídeo ramificado. Quando a energia é requerida pelo organismo, o glicogênio é decomposto em glicose quando entra na via glicolítica, em pentose fosfato ou é liberado na corrente sanguínea.
O glicogênio também é uma forma importante de armazenamento de glicose em fungos e bactérias.
O que é glicogênio
Glicogênio é um polissacarídeo formado por glicose e sua principal função é servir de reserva energética para células animais. Nos animais, esse polissacarídeo é metabolizado e armazenado no fígado. Pode ser armazenado nos músculos como glicogênio muscular.
Função do glicogênio
Em animais e humanos, esse polissacarídeo é encontrado principalmente nas células musculares e hepáticas.
É sintetizado a partir da glicose quando os níveis no sangue estão altos e serve como uma fonte pronta para os tecidos do corpo quando os níveis de glicose no sangue diminuem.
Células hepáticas
O glicogênio compõe 6-10% do fígado em peso. Quando os alimentos são ingeridos, os níveis de glicose no sangue aumentam e a insulina liberada no pâncreas promove a captação de glicose nas células do fígado.
A insulina também ativa enzimas envolvidas na síntese de glicogênio, como a glicogênio sintase.
Enquanto os níveis de glicose e insulina são suficientemente altos, as cadeias de glicogênio são alongadas pela adição de moléculas de glicose, um processo denominado gliconeogênese.
À medida que os níveis de glicose e insulina diminuem, a síntese de glicogênio cessa. Quando os níveis de glicose no sangue caem abaixo de um certo nível, o glucagon liberado pelo pâncreas sinaliza para as células do fígado para decompor o glicogênio.
Ele então é decomposto por glicogenólise em glicose-1-fosfato, que é convertido em glicose e liberado na corrente sanguínea.
Assim, o glicogênio serve como o principal amortecedor dos níveis de glicose no sangue, armazenando glicose quando os níveis estão altos e liberando quando os níveis estão baixos.
A quebra de glicogênio no fígado é fundamental para o fornecimento de glicose para atender às necessidades energéticas do corpo. Além do glucagon, cortisol, epinefrina e norepinefrina também estimulam a degradação do glicogênio.
Glicogênio muscular
Ao contrário das células hepáticas, o glicogênio muscular é responsável por apenas 1-2% do músculo em peso.
No entanto, dada a maior massa muscular do corpo, a quantidade total armazenada no músculo é maior do que a armazenada no fígado.
O músculo também difere do fígado, pois o glicogênio muscular fornece apenas glicose à própria célula muscular.
As células musculares não expressam a enzima glicose-6-fosfatase, necessária para liberar na corrente sanguínea. A
glicose-1-fosfato produzido a partir da quebra do glicogênio nas fibras musculares é convertida em glicose-6-fosfato e fornece energia ao músculo durante uma sessão de exercícios ou em resposta ao estresse, como na resposta de luta ou fuga.
Outros tecidos
Além do fígado e dos músculos, essa macromolécula é encontrado em quantidades menores em outros tecidos, incluindo glóbulos vermelhos, glóbulos brancos, células renais e algumas células da glia.
Além disso, o glicogênio é usado para armazenar glicose no útero para suprir as necessidades energéticas do embrião.
Estrutura de glicogênio
Trata-se de é um polímero ramificado de glicose. Esses resíduos são ligados linearmente por ligações a-1,4 glicosídicas, e aproximadamente a cada dez resíduos uma cadeia de resíduos se ramifica através de ligações a-1,6 glicosídicas.
As ligações α-glicosídicas dão origem a uma estrutura polimérica helicoidal. Essa molécula é hidratada com três a quatro partes de água e forma grânulos no citoplasma com 10-40 nm de diâmetro.
A proteína glicogenina, que está envolvida na síntese de glicogênio, está localizada no núcleo de cada grânulo. O glicogênio é um análogo do amido, que é a principal forma de armazenamento de glicose na maioria das plantas, mas o amido possui menos ramificações e é menos compacto.
Esta figura mostra a estrutura do glicogênio. Círculos verdes representam ligações α-1,6 nos pontos de ramificação e círculos vermelhos representam as extremidades não redutoras da cadeia.
Metabolismo do glicogênio
O metabolismo do glicogênio é um processo altamente regulado que permite ao corpo armazenar ou liberar glicose, dependendo de suas necessidades energéticas.
As etapas básicas no metabolismo da glicose são a glicogênese ou síntese de glicogênio e a glicogenólise ou a degradação do glicogênio.
Glicogênese
A síntese de glicogênio requer energia, que é fornecida pelo trifosfato de uridina (UTP).
As hexoquinases ou glucocinase primeiro fosforilam a glicose livre para formar glicose-6-fosfato, que é convertida em glicose-1-fosfato pela fosfoglucomutase.
A uridililtransferase de UTP-glicose-1-fosfato catalisa a ativação da glicose, na qual a UTP e a glicose-1-fosfato reagem para formar a UDP-glicose.
Na síntese de novo de glicogênio, a proteína glicogenina catalisa a ligação da UDP-glicose a si mesma. A glicogenina é um homodímero contendo um resíduo de tirosina em cada subunidade que serve como ponto de ancoragem ou ligação à glicose.
Moléculas de glicose adicionais são subsequentemente adicionadas à extremidade redutora da molécula de glicose anterior para formar uma cadeia de aproximadamente oito moléculas.
O glicogênio sintase então estende a cadeia adicionando glicose através de ligações α-1,4 glicosídicas.
A ramificação é catalisada pela amilo- (1,4 a 1,6) -transglucosidase, também chamada enzima de ramificação do glicogênio.
A enzima ramificadora de glicogênio transfere um fragmento de seis a sete moléculas de glicose do final de uma cadeia para o C6 de uma molécula de glicose localizada ainda mais dentro da molécula de glicogênio, formando ligações α-1,6 glicosídicas.
Glicogenólise
A glicose é removida do glicogênio pelo glicogênio fosforilase, que remove uma molécula de glicose da extremidade não redutora, produzindo glicose-1-fosfato.
Essa molécula pela quebra do glicogênio é convertida em glicose-6-fosfato, um processo que requer a enzima fosfoglucomutase.
A fosfoglucomutase transfere um grupo fosfato de um resíduo de serina fosforilada no local ativo para C6 de glicose-1-fosfato, produzindo glicose-1,6-bifosfato. O fosfato do C1 é então ligado ao local ativo da serina na fosfoglucomutase e a glicose-6-fosfato é liberada.
O glicogênio fosforilase não é capaz de clivar a glicose dos pontos de ramificação; a remoção de ramificação requer amilo-1,6-glucosidase, 4-α-glucanotransferase ou enzima de remoção de glicogênio (GDE), que possui atividades de glucotransferase e glucosidase.
Cerca de quatro resíduos de um ponto de ramificação, a glicogênio fosforilase é incapaz de remover resíduos de glicose.
O GDE cliva os três resíduos finais de um ramo e os anexa ao C4 de uma molécula de glicose no final de um ramo diferente e remove o resíduo de glicose final ligado a 1,6 a partir do ponto de ramificação.
A glicose ligada ao α-1,6 não é removida pelo GDE do ponto de ramificação fosforicamente, o que significa que a glicose livre é liberada.
Essa glicose livre poderia, em teoria, ser liberada do músculo para a corrente sanguínea sem a ação da glicose-6-fosfatase; no entanto, esta molécula livre é rapidamente fosforilada pela hexoquinase,
A glicose-6-fosfato resultante da quebra do glicogênio pode ser convertida em glicose pela ação da glicose-6-fosfatase e liberada na corrente sanguínea.
Isso ocorre no fígado, intestino e rim, mas não no músculo, onde esta enzima está ausente
No músculo, a glicose-6-fosfato entra na via glicolítica e fornece energia para a célula. A glicose-6-fosfato também pode entrar na via da pentose fosfato, resultando na produção de NADPH e cinco açúcares de carbono.
Atividades físicas de resistência e esgotamento
No exercício de resistência, os atletas podem sofrer depleção, na qual a maior parte do glicogênio é esgotada do músculo.
Isso pode resultar em fadiga severa e dificuldade de movimentação. A depleção pode ser mitigada pelo consumo contínuo de carboidratos com um alto índice glicêmico durante o exercício, que substituirá parte da glicose utilizada durante o exercício.
Regimes especializados de exercícios também podem ser empregados para condicionar os músculos a utilizar ácidos graxos como fonte de energia a uma taxa maior, quebrando assim menos glicogênio.
Os atletas também podem usar a carga de carboidratos, o consumo de grandes quantidades de carboidratos, para aumentar a capacidade de armazenamento de glicogênio.
O glicogênio em Fungos e bactérias
Os micro-organismos possuem mecanismos para armazenar energia para lidar com recursos ambientais limitados, e o glicogênio representa a principal forma de armazenamento de energia.
A limitação de nutrientes (baixos níveis de carbono, fósforo, nitrogênio ou enxofre) pode estimular a formação de glicogênio em leveduras, enquanto as bactérias sintetizam em resposta a fontes de energia de carbono prontamente disponíveis com limitação de outros nutrientes.
O crescimento bacteriano e a esporulação de leveduras também foram associados ao acúmulo de glicogênio.
Exemplos de doenças ligadas ao armazenamento energético
Existem duas categorias principais de doenças de armazenamento de glicogênio: as resultantes da homeostase defeituosa no fígado e as resultantes da homeostase defeituosa do glicogênio muscular.
As doenças resultantes do armazenamento defeituoso de glicogênio no fígado geralmente causam hepatomegalia (fígado aumentado), hipoglicemia e cirrose (cicatrizes no fígado).
As doenças resultantes do armazenamento defeituoso de glicogênio muscular geralmente causam miopatias e comprometimento metabólico.
Exemplos dessas doenças incluem a doença de Pompe, a doença de McArdle e a doença de Andersen.
Doença de Pompe
A doença de Pompe é causada por mutações no gene GAA , que codifica a α-glucosidase do ácido lisossômico, também conhecida como maltase ácida, e afeta os músculos esquelético e cardíaco.
A maltase ácida está envolvida na quebra do glicogênio, e mutações causadoras de doenças resultam no acúmulo prejudicial dessa molécula na célula.
Existem três tipos de doença de Pompe: a forma adulta, a juvenil e a infantil, que são progressivamente mais graves. A forma infantil leva à morte de um a dois anos de idade, se não for tratada.
Doença de McArdle
A doença de McArdle é causada por mutações no gene PYGM, que codifica a miofosforilase.
Os sintomas são frequentemente observados em crianças, mas a doença pode não ser diagnosticada até a idade adulta.
Os sintomas incluem dor muscular e fadiga, e a doença pode ser fatal se não for tratada adequadamente.
Doença de Andersen
A doença de Andersen é causada por uma mutação no gene GBE1, que codifica a enzima ramificação do glicogênio e afeta o músculo e o fígado.
Os sintomas geralmente são observados aos poucos meses de idade e incluem crescimento atrofiado, aumento do fígado e cirrose. As complicações da doença podem ser fatais.
Exercícios e Questionário
- Qual melhor descreve a função do glicogênio?
- A – Fornece suporte estrutural às células musculares
- B – Um fator de transcrição que regula a diferenciação celular
- C – Armazena glicose nas plantas
- D – Protege os níveis de glicose no sangue e serve como fonte de energia prontamente mobilizada
Resposta à pergunta nº 1
D está correto.
O glicogênio é a principal forma de armazenamento de glicose em animais e seres humanos. Essa molécula é sintetizada quando os níveis de glicose no sangue estão altas e quebrada quando os níveis no sangue estão baixos, tornando-o um importante marcador para medir a glicemia no sangue.
- Qual é o principal hormônio que estimula a degradação do glicogênio?
- A – Glucagon
- B – Tireóide
- C – Insulina
- D – Estrogênio
Resposta à Pergunta 2
A está correto.
O glucagon, produzido em resposta ao baixo nível de açúcar no sangue, estimula a degradação. A insulina, produzida em resposta ao alto nível de açúcar no sangue.
- Quais são os destinos possíveis da glicose-1-fosfato produzido pela glicogenólise?
- A – Conversão em glicose-6-fosfato seguida de entrada na via glicolítica
- B – Conversão em glicose-6-fosfato seguida de entrada na via de pentose fosfato
- C – Conversão em glicose seguida de liberação na corrente sanguínea
- D – Todas as alternativas acima
Resposta à Pergunta # 3
D está correto.
Nas células musculares, a glicose-1-fosfato é convertida em glicose-6-fosfato pela fosfoglucomutase, após a qual pode entrar nas vias glicolítica ou pentose de fosfato.
Nas células hepáticas, a glicose-6-fosfato é convertida pela glicose-6-fosfatase e liberada na corrente sanguínea.
Leitura sugerida
- O que é glicoproteína: função, estrutura
- Respiração Celular: aeróbica, anaeróbica, etapas – Resumo
- O que é ATP – Adenosina trifosfato
- Composição química das células
- Sistema digestório
Você sabia que tem bastante gente que envia posts, artigos, ou algo qualquer texto relacionado a ciências, educação ou biologia? Você gostaria de participar? Entre em contato.
Se você encontrar algo indevido nos textos, nas imagens, vídeos que recebemos, por favor, relate nos comentários que assim que puder será feita uma revisão.
Referências
- LIMA-SILVA, Adriano Eduardo et al. Metabolismo do glicogênio muscular durante o exercício físico: mecanismos de regulação. Revista de Nutrição, v. 20, n. 4, p. 417-429, 2007. – Link
- Eicke, S., Seung, D., Egli, B., Devers, EA e Streb, S. (2017) “Aumentando a capacidade de armazenamento de carboidratos das plantas, criando um pool de polímeros do tipo moleculares no citosol.” Engenharia metabólica. 40: 23-32.
- Hargreaves, M. e Richter, EA (1988) “Regulação da glicogenólise do músculo esquelético durante o exercício”. Jornal Canadense de Ciências do Esporte. 13 (4): 197-203.
- Ivy, JL (1991). “Síntese de glicogênio muscular antes e após o exercício.” Medicina Esportiva. 11 (1): 6-19.
Fonte
