O que é Glicogênio: metabolismo, síntese, estrutura

Glicogênio é um polissacarídeo cuja principal função é servir de reserva energética para células animais. Assim como o amido, é formada por monossacarídeos de glicose.

Estruturalmente, o glicogênio é um grande polissacarídeo ramificado. Quando a energia é requerida pelo organismo, o glicogênio é decomposto em glicose, que entra na via glicolítica ou pentose fosfato ou é liberado na corrente sanguínea.

O glicogênio também é uma forma importante de armazenamento de glicose em fungos e bactérias.

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.

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 .

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.

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.

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.

Questionário

1. 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.

2. 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.

3. 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

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

• https://biologydictionary.net/glycogen/