Glucogenólisis: etapas, destino de la glucosa, regulación, enfermedades
La glucogenólisis es el proceso de lisis o ruptura del glucógeno. Es una ruta enzimática de tipo catabólica (destrucción) que implica la degradación del glucógeno y la liberación de glucosa-6-fosfato.
El glucógeno es una sustancia que se utiliza como reserva de glucosa. Se encuentra en el citoplasma de las células y es especialmente abundante en las células hepáticas y musculares de los animales.
Es una molécula que algunos autores definen como un “árbol de glucosa”, ya que tiene una estructura ramificada. Se trata de un homopolímero compuesto por unidades repetidas de residuos de glucosa, que se unen entre sí a través de enlaces α-1,4, y α-1,6.
Cuando se necesita glucosa, esta puede obtenerse de varias fuentes: por glucogenólisis, de la glucosa que circula en sangre o de los mecanismos de producción de glucosa por medio de sustancias no glucosídicas. Este último mecanismo se denomina gluconeogénesis y ocurre principalmente en el hígado y el riñón.
Índice del artículo
- 1 ¿De dónde proviene y a dónde se dirige la glucosa?
- 2 Etapas de la glucogenólisis
- 3 Destino de glucosa
- 4 Regulación
- 5 Enfermedades relacionadas con el almacenamiento del glucógeno
- 6 Referencias
– La glucosa sanguínea proviene del sistema digestivo y de los procesos de aporte casi exclusivos del hígado.
– Cuando la glucogenólisis ocurre en el músculo, la glucosa liberada ingresa a los procesos metabólicos que tienen como finalidad la producción de ATP (energía celular).
– En el hígado la glucosa procedente de la glucogenólisis pasa a la sangre, produciendo concomitantemente un aumento de la glucemia (concentración de glucosa en sangre).
La glucogenólisis es un proceso que no puede considerarse como el reverso de la síntesis del glucógeno o glucogénesis, es una vía diferente.
La degradación del glucógeno comienza con la acción de una enzima específica denominada glucógeno fosforilasa, que se encarga de “romper” los enlaces α-1,4 del glucógeno, liberando glucosa 1-fosfato. El mecanismo de escisión es una fosforólisis.
Gracias a esta enzima, se van escindiendo los residuos glicosídicos de las cadenas más externas del glucógeno, hasta que quedan unos cuatro residuos de glucosa a cada lado de cada ramificación.
En el glucógeno, las moléculas de glucosa están unidas mediante enlaces α-1,4, pero en los sitios de ramificación los enlaces son de tipo α-1,6.
Cuando quedan cuatro residuos de glucosa cercanos a los puntos de ramificación, una enzima, la α-1,4→ α-1,4 glucano transferasa, transfiere una unidad de trisacárido de una a otra rama, dejando expuesto el punto de ramificación 1→6.
La enzima desramificante, específicamente la amilo 1→6 glucosidasa, hidroliza los enlaces α-1,6. De esta forma, por la acción secuencial de estas tres enzimas (la fosforilasa, la glucano transferasa y la enzima desramificante) ocurre la escisión completa del glucógeno.
La glucosa 1-fosfato procedente del glucógeno se transforma en glucosa 6-fosfato a través de una reacción reversible catalizada por una fosfoglucomutasa. En esta reacción el fosfato del carbono 1 se “muda” al carbono 6 por efecto de esta enzima y es así como finaliza la glucogenólisis.
En el hígado existe una enzima llamada glucosa 6-fosfatasa que remueve el fosfato del carbono 6 de glucosa y la convierte en glucosa “libre”, la cual es transportada a través de las paredes celulares y pasa hacia la sangre.
El músculo no puede aportar glucosa al torrente circulatorio, ya que no posee dicha enzima y la glucosa fosforilada queda “atrapada” en el interior de las células musculares.
La glucosa 6-fosfato en el músculo ingresa a la glucólisis, proceso catabólico destinado a la producción de ATP (adenosín trifosfato), especialmente importante durante la contracción muscular anaeróbica.
El metabolismo del glucógeno se regula por medio del balance de la actividad de dos enzimas; una que se utiliza para la síntesis, que es la glucógeno-sintetasa y otra que se utiliza para la escisión, que es la glucógeno-fosforilasa.
El balance en la actividad de estas enzimas estimulará la síntesis o la degradación del glucógeno. Los mecanismos de regulación se dan a través de sustratos y a través de un complejo sistema hormonal que involucra, en el hígado, al menos cuatro hormonas:
– la adrenalina
– la noradrenalina
– el glucagón y
– la insulina
Las hormonas pueden actuar a través de un segundo mensajero que puede ser el AMPc o los iones de calcio.
El AMPc activa a la glucógeno-fosforilasa y, al mismo tiempo, inactiva a la glucógeno-sintetasa. Por esta razón incrementa el catabolismo y disminuye o se inhibe la síntesis de glucógeno (anabolismo).
Adrenalina y noradrenalina
La adrenalina y noradrenalina, actuando a través de receptores β-adrenérgicos, y el glucagón, actuando a través de receptores específicos, aumentan los niveles de AMPc en las células hepáticas. Este aumento de AMPc activa a la glucógeno-fosforilasa y se inicia el catabolismo del glucógeno.
La adrenalina y noradrenalina también estimulan la glucogenólisis por un mecanismo independiente del AMPc y a través de receptores α1-adrenérgicos. Este mecanismo estimula la movilización del calcio desde las mitocondrias.
Insulina
La insulina incrementa la actividad de una enzima llamada fosfodiesterasa, encargada de destruir al AMPc. Como consecuencia del efecto de la insulina en el hígado, disminuyen los niveles de AMPc, por lo que se reduce la actividad de la fosforilasa y aumenta la de la sintetasa.
El balance de esta actividad hormonal es el que determina la “dirección” del metabolismo del glucógeno.
La glucogenólisis en el músculo se incrementa inmediatamente después del inicio de la contracción muscular. El calcio es el intermediario que sincroniza la activación de la fosforilasa con la contracción.
El calcio activa una fosforilasa quinasa que, a su vez, activa a la glucógeno-fosforilasa muscular o miofosforilasa, esta enzima es diferente a la que se encuentra en el hígado, pero tiene la misma función.
La insulina aumenta los niveles de glucosa 6-fosfato dentro de las células musculares, al promover el ingreso de glucosa proveniente del torrente circulatorio. Al aumentar la glucosa 6-fosfato se estimula la desfosforilación de la glucógeno-sintetasa y su consecuente activación.
El resultado neto es un aumento de la glucogénesis muscular y una disminución o inhibición de la glucogenólisis.
La insuficiencia hereditaria de algunas enzimas específicas necesarias para los metabolismos hepático y muscular del glucógeno es una de las causas de las enfermedades por almacenamiento de glucógeno.
Estas enfermedades se nombran en conjunto como glucogenosis. Dependiendo de la falla enzimática presente se enumeran por tipos del I al VIII y se van agregando en la medida que se van descubriendo.
Algunas glucogenosis son mortales en etapas muy tempranas de la vida, a continuación, algunos ejemplos.
Las fallas enzimáticas presentes en las glucogenosis generan un aumentando o acumulación excesiva de glucógeno, principalmente en el hígado, el músculo y/o el riñón. Sin embargo, existen unas glucogenosis que provocan este efecto en los eritrocitos o en los lisosomas.
La glucogenosis tipo I se denomina enfermedad de Von Gierke y se acompaña de una insuficiencia de la glucosa 6-fosfatasa, lo que aumenta la carga de glucógeno en los hepatocitos y en las células tubulares renales. El paciente presenta hipoglucemia, cetosis, lactacidemia e hiperlipidemia.
En la glucogenosis tipo V o enfermedad de McArdle existe un déficit de la glucógeno- fosforilasa muscular, lo que se traduce en una falla de la glucogenólisis muscular. Consecuentemente hay poca tolerancia al ejercicio, bajos niveles de lactato sanguíneo después del ejercicio y niveles de glucógeno muy altos dentro de las células musculares.
En la glucogenosis tipo VI o enfermedad de Hers, el déficit es de la enzima glucógeno- fosforilasa hepática. En estos casos existe un aumento del glucógeno hepático con tendencia a la hipoglucemia.
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