Metabolismo del glucógeno 3
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BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR II Dra. Irene Gavilanes Metabolismo del glucógeno
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BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR II
Dra. Irene Gavilanes
Metabolismo del glucógeno
ObjetivosGeneral: Determinar las vías Metabólicas del Glucógeno así como también
su proceso de regulación.
Específicos: Relacionar las características estructurales y metabólicas del
glucógeno con sus funciones biológicas. Explicar los mecanismos moleculares que ejercen el control
metabólico del balance entre la glucogenogénesis y glucogenólisis en la célula y en el organismo.
Diferenciar en términos moleculares las funciones biológicas del glucógeno hepático y el muscular
Realizar un Taller seminario resumen sobre los conocimientos aprendidos sobre el tema.
Estudiar desde la base bioquímica la enfermedad de Von-Gierke.
Sumario
•Estructura química del glucógeno.•Características generales•Metabolismo del glucógeno•Particularidades en el hígado y en el músculo.•Regulación del Metabolismo del Glucógeno.•Enfermedad de Von-Gierke
Bibliografía
Gavilanes. I. Texto Básico de Biología Celular y Molecular II , pp. 29-47Lehninger, A. 1993. Bioquímica. Las bases moleculares de la estructura y función celular.Murray R, Mayes P, Granner D y Rodwell V. 1988. Bioquímica de Harper, 21a edición. México, DF: 107-118. Bioquímica Médica. Tomo III. pp. 722-745. Cuba.
INTRODUCCIÓNEl ejercicio físico es la mejor terapia para
una vida saludable
¿Cuál es la principal función de los
carbohidratos en nuestro organismo?
¿Cuáles son los principales glúcidos de la dieta, ponga ejemplo de
ellos?
¿ por qué las infecciones intestinales están acompañadas con
problemas relacionados con la lactosa?
¿Cuáles son las principales enzimas que hidrolizan al almidón?
Caso Clínico
Jimmy es un físico culturista que fue llevado inconsciente al grupo de guardia, después de haber sido encontrado en su gimnasio. Al recobrar el conocimiento declaró haberse inyectado insulina antes de hacer ejercicios por recomendación de su amigo.¿Cuál es la explicación bioquímica de lo ocurrido con Jimmy?
Importancia Biológica• Las moléculas de glucógeno aportan
extremos no reductores, para los ataques enzimáticos
• La presión osmótica de las moléculas de glucógeno es menor
Estructurales
• Disposición rápida de glucosa para el torrente sanguíneo.
• Disposición rápida de energía en períodos inter alimentarios
Energía
• Se almacena mayor cantidad de energía en un menor volumen
• Las moléculas de glucógeno no difunden.
Glucógeno
Síntesis:Glucogénesis Degradación:
Glucogenólisis
Eficiencia del almacenamiento energético en forma de glucógeno
GLUCOGÉNESIS
Localización tisular
Hígado- Músculo
Enzima reguladora
Glucógeno sintasa
Biosíntesis de glucógeno- HiperglusemiaPrecursor Glucosa-6-P
Glucogenogénesis
Estructura biológicamente importante
Estado Hiperglicemia
Formación del enlace ramificadoEnlace amilopectina
Enzima ramificante
Formación del enlace linealEnlace amilosa Glucogeno
sintasa
Glucogénesis Ocurre en el citoplasma de todas las células animales,
especialmente en el hígado y los músculos. Formación del precursor activo Existen varios requerimientos para la síntesis de las
macromoléculas. Formación de UDP-glucosa Inicio de la síntesis etapa de iniciación Alargamiento de la cadena de glucógeno Acción concertada de la glucógeno sintasa y la enzima
ramificante Terminación
Requerimientos para la síntesisde Glucógeno
Las molécul
as de
glucosa
se añaden
una a una
Se requier
emolécula
molde
precursores activos
La síntesis
acompaña
hidrólisis de
pirofosfato
Primera etapa
Reacción simplificada:
UTP + glucosa-1-(P) UDP-glucosa + (P) (P)
Esquema de las reacciones deiniciación de la síntesis de glucógeno
Etapa de AlargamientoAcción de la glucógeno sintasa
Por la acción de la glucógeno sintasa de molécula de glucógeno crece en un residuo de glucosa por el extremo no reductor, aportado por la UDP-glucosa:
El UDP así formado puede de nuevo convertirse en UTP por la acción catalítica de las enzimas nucleósido difosfoquinasa:
UDP + ATP UTP + ADP
Glucogenogénesis
Terminación
•No existe límite preciso para la terminación de la síntesis de glucógeno.
Disminución de la síntesis
•A medida que se almacena glucógeno disminuye la actividad de la glucógeno sintasa y prevalece la forma b.
GLUCOGENÓLISIS Enzima fosforilasa Acción de la enzima fosforilasa Acción glucosidásica de la enzima
desramificante Acción concentrada de las enzimas
glucógeno fosforilasa y desramificante.
La glucógeno fosforilasa es la enzima principal de este proceso y cataliza la siguiente reacción:
Glucogenólisis
Acción de la glucógeno fosforilasa
La glucógeno fosforilasa escinde fosforolíticamente el enlace a 1-4 del extremo no reductor de la porción lineal de un cadena de glucógeno, y da como productos glucosa-1-(P) y una molécula de glucógeno con residuo de glucosa menos que la inicial.
La enzima desramificante es una enzima multifuncional con actividad transglicosilásica y glucosidásica.
Glucogenólisis
Diferencias metabólicas
entre glucógeno
hepático y muscular
El hígado puede almacenar glucógeno hasta el 10% de su peso seco y el músculo solo puede hacerlo hasta el 1 o 2%.
La presencia de la enzima glucosa-6-fosfatasa en el hígado y su ausencia en el músculo condicionan una importante diferencia metabólica.
glucosa-6-fosfatasahígado, riñón, intestino
Glucosa-6-(P) + H2O Glucosa + Pi
Destino de la glucosa-6-P
GLUCÓGENO MUSCULAR
Regulación de la glucógeno fosforilasa
Regulación Covalente Regulación Alostérica
La glucógeno fosforilasa posee 2 formas a y b se activa por la acción de la fosforilasa quinasa, la misma que es activada por la calmodulina que puede receptar iones Ca2+
Regulación Covalente
La forma b: inactiva
La forma a: activa
La glucógeno fosforilasa participa de una cascada enzimática que provoca la amplificación de la señal hormonal
La proteína calmodulina, al unirse a los iones Ca2+,
experimenta una transformación y se activa.
La subunidad delta de la fosforilasa quinasa resulta también activada por iones Ca2+ similar a la calmodulina.
La proteína Quinasa es activada por el AMPc
La unión de AMPc a las subunidades reguladoras de la proteína quinasa provoca la formación del complejo subunidad reguladora-AMPc y la separación de las 2 subunidades catalíticas activas.
Mecanismos de activación
e inactivación del
glucógeno fosforilasa
Activación e intactivación
de la fosfoproteína
fosfatasa
Regulación Alostérica
Regulación alostérica de la glucógeno fosforilasa
Regulación de la glucógeno sintasa
Regulación covalente Regulación hormonal
Regulación Covalente
Regulación Covalente
Regulación por modulación
covalente de la Glucógeno
sintasa.
Activación de la adenilato
ciclasa por la
adrenalina y el glucagón.
Enfermedad de Von Gierke
Enzima deficienteGlucosa 6-fosfatasa
Hepatomegalia
Hígado
Glucogenogénesis
activa
Hipoglicemia grave
La glucosa no puede salir del
hígado
Para mantener el estado normal
de glicemia sanguinea
HiperuricemeciaHiperlipidemia
Activación
Gluconeogénesis
DOAACTAG
Incapacidad de obtener glucosa por glucogénesis o glucogenólisis
Gluconeogénesis Activa
Degradación de Aminoácidos
Formación de Esqueletos carbonadosCiclo de la urea activoDegradación de Purinas
Degradación de TAG
• Formación de ácidos grasos
• Cetogénesis
Sintomatología y Tratamiento
Hepatomegalia
Negromegalia
Hipoglicemia graveAcidosis Láctica
Hipotrofia muscular
HiperlipidemiaHipercolesterol
emia
Bajos niveles de azúcares
El régimen de alimentación
debe incluir un 60% de
Hidratos de C.
Tratamiento con
alopurinol
AyunoEl ayuno
prolongado no es una condición
filosófica
Un individuo normal de 70 Kg de peso corporal tiene como reserva energética de 163-130 kcal/día.
Si asumimos que este individuo consume 160kcal/día como gasto mínimo.• Se puede concluir que esa energía
almacenada le alcanzaría para sobrevivir 101 días.
En una persona obesa la energía almacenada alcanzaría hasta para 10 meses
No obstante, esto no se cumple ya que mucho antes de que se agote la reserva energética se han producido desequilibrios metabólicos que comprometen
la vida del individuo
Ayuno prolongado
Segunda
etapa
Tercera etapa
Primera etapa
En el ayuno se pueden considerar 3 etapas, en dependencia del tiempo y de las fuentes principales de energía
empleada
Detiene el aporte exógeno de
nutrientes y la glicemia
desciende, pero se mantiene el consumo del
cerebroAumento del
glucagón, y la glucogenólisis hepática (12h)
Se observa en la sangre venosa
que proviene del músculo Ciclo de
Cahill
El ciclo de Cori y Cahill
El músculo libera
cetoácidos de cadena
ramificada hacia el hígado
Se incrementa la ureogénesis
Aguda perdida de peso porque:
Glúcidos y proteínas 4kcal/día
Están hidratados
Primera etapa
Las proteínas musculares son la
fuente de carbono , a medida
que se agota el glucógeno
almacenado , se aumenta la
movilización de proteínas
endógenas
Cuantitativamente las proteínas
musculares son las primeras en movilizarse: digestivo y hepático
relacionados con la transformación de
los alimentos
No aportan netamente glucosa
por lo que la glucosa que consume el
cerebro tiene que provenir de otra
fuente.
El ciclo de Cori y Cahill
Segunda etapa
• No hay piruvato por no haber Glucosa
• Estar estimulada la gluconeogénesis a apartir de intermediarios de Ciclo de Krebs.
• Provee de glicerol al hígado • Atenúa proteólisis muscular• Disminuye el ciclo de Cahill
La liberación de ácidos
grasos estimulados
por los tejidos:
• Se aumenta la B oxidación
Se liberan los c.c por el
hígado para el músculo cardiaco
Disminuye el Ac.
Oxalacético
1• Capacidad metabólica latente,
que no se pone de manifiesto en la diabetes por la hiperglucemia
2• Inducción del sistema
transportador de ácidos monocarboxílicos por el ayuno que le permite a los c.c franquear la barrera hematoencefálica
3• Disminuye las demandas de
Glucosa• Estabiliza la pérdida de
proteínas 10g/diarios• La Pérdida de peso se atenúa
Adaptaciones entre el tercero y sexto día del ayuno:
Las células cerebrales utilizan cuerpos cetónicos
Etapa final
La segunda etapa puede estabilizarse hasta que:
* Cuerpos cetónicos aumentan en sangre y orina
• Se activa aún más el catabolismo de las proteínas hísticas, especialmente las musculares
* pH desciende sin establecerse la acidosis metabólica
• La pérdida de proteínas conduce a la adinamia y postración * Síntesis de proteína hepática disminuye:
- Disminuya albumina Edema - Se hacen más susceptibles a las infecciones
La muerte sobreviene por el desgaste muscular que hace inoperante el complejo funcional cardiorespiratorio
Diabetes MellitusEs una enfermedad frecuente en la mayoría
de los países.
En estas afección se pone de manifiesto la
capacidad de adaptación del metabolismo en
condiciones patológicas.Es una enfermedad endócrino-metabólica que
se caracteriza por deficit de acción insulínica,
que cursa con alteración del metabolismo de
glúcidos, lípidos y proteínas y en la que es
típico la existencia de hiperglucemia
Clasificación
No insulino dependiente o del adulto
(NIDD)
Diabetes gestionalAparece
durante esta y desaparece al termino de
esta
Insulino dependiente o diabetes
juvenil(IDD)
La Diabetes Mellitus puede ser secundaria a otra patología como el
hipertiroidismo o puede ser primaria.
Síntomas clínicos
Se caracteriza por el cuadro clínico de las 3P:
* Polidipsia
* Poliuria
* Polifagia
* Perdida de peso.
Hay déficit de secreción de insulina, y su tratamiento requiere la administración
parenteral de esta hormona; se complica frecuentemente con cetoácidosis.
Tipo 1 (IDD)
Diabetes juvenil
Síntomas clínicos
Se presenta la obesidad
* Poliuria: La excreción de este soluto adicional incrementa la pérdida de agua
* Glucosuria: Cuando se sobrepasa el umbral renal
* Sensación de sed: Polidipsia por la deshidratación que estimula dicha sensación
*Resistencia periférica a la acción de la insulina , frecuentemente no requiere de
insulina para su control .SÓLO UNA DIETA APROPIADA
Es una diabetes de tipo muy frecuente.Es raro que se complique con cetoácidosis.
Tipo 2(NIDD)Diabetes del adulto
Causas
Se sabe que para que se instale una diabetes
son necesarios la concurrencia de varios
factores por lo que se dice que es
multifactorial.
Adaptaciones metabólicas
Hay que tener en cuente que en la Diabetes
se produce disminución de la secreción de
insulina y aumento de glucagón.
Adaptaciones metabólicas
En el metabolismo de los glúcidos se establecen los siguientes cambios
Disminuye la entrada de glucosa al tejido adiposo y muscular (50%)
(por ello disminuye la síntesis de TAG y Glucógeno en estos tejidos)
Aumenta la secreción de glucagón por lo tanto:
La gluconeogénesis
Aumenta
La glucogenólisis hepática
Aumenta
Todas las adaptaciones explican la hiperglucemia presente
en el diabético
En el metabolismo de los lípidos :
Recordar la forma en la que se activa la cetogénesis en estas
condiciones:
Aumenta la
cetogénesis
Aumenta la
lipólisis
Disminuye la
lipogénesis
hepática y
muscular
Disminuye la síntesis de
proteínas en el hígado
Aumenta la
ureogénesis
Aumenta la
captación hepática
de precursore
s de glucosa
En el metabolismo de las proteínas:
Complicaciones a corto plazo
Las complicaciones a corto plaza de la Diabetes
son:
La cetoacidosisEl coma
Hiperosmótico- hiperglicémico
Los cuerpos cetónicos son productos intermedios del metabolismo oxidativo de los ácidos grasos libres
• Que se forman en el organismo cuando se desencadenan una serie procesos, como la movilización de ácidos grasos desde el tejido adiposo o la proteolisis en el tejido muscular.
La cetoacidosis diabética se debe a un déficit grave de insulina
• Es una de las complicaciones agudas más habituales en los pacientes diabéticos insulinodependientes que no han sido diagnosticados.
El diagnóstico puede sospecharse por el olor característico a acetona que desprende el aliento del paciente y
• se confirma mediante la demostración de cuerpos cetónicos en sangre y orina.
La cetoacidosis
Complicaciones a largo plazo
Las complicaciones tardías que con mayor frecuencia se presentan en
la Diabetes son:
Hígado graso
Aterosclerosis
Angioesclerosis renal
Complicaciones oculares con cambios en la
retina
Complicaciones en la piel
Alteraciones del SNC y periférico
Se desconoce el mecanismo exacto, no obstante tras estos procesos degenerativos existen sin dudas cambios como consecuencia de la glicosilación de proteínas
Resolución del caso clínico
Jimmy necesita energía para realizar su ejercicio físico. Para ello se debe liberar glucosa del glucógeno hepático, el mismo que es usado como fuente de energía tanto en el músculo como en el cerebro.
La insulina ayuda a que la glucosa liberada ingrese al tejido hepático y muscular y se guarde como glucógeno, al ser imperante el uso de energía, la glucosa viaja al tejido muscular y la emplea como combustible metabólico, de tal forma que se da un estado de hipoglucemia.
El suministro de glucosa tiene gran importancia metabólica ya que suministra energía al cerebro. La hipoglucemia puede producir alucinaciones, y vértigo incluso provocar un coma, como resultado de un suministro disminuido de glucosa al cerebro por la lenta tasa de transporte de glucosa a través de la barrera hematoencefálica de la sangre al hígado y al cerebro.
RESUMENMetabolismo del
Glucógeno
AnabolismoGasto de energía
Glucogénesis
Glucógeno hepático mantiene la Glicemia
CatabolismoProduce energía
Glucogenólisis
Preguntas cortasVive para ser feliz
aliméntate sanamente
¿En un estado de hipoglucemia cuál es
la ruta metabólica activada?
¿Por qué no es recomendable hacer ejercicio después de
habernos alimentado?
¿ Cuál es la hormona encargada de
detener glucogenolisis
¿Cuáles son las principales enzimas
que hidrolizan al almidón?
GRACIAS
