O glicogênio é uma macromolécula (massa molecular de cerca de 400 milhões de daltons) de α-glicose na qual existem principalmente ligações glicosídicas α-1,4 e ramificações na proporção de 1:10, devido às ligações glicosídicas α-1,6.
O glicogênio constitui material de reserva e é continuamente degradado e reconstituído; em toda a massa celular corporal, existem cerca de 100 g de glicogênio: a maior parte está no fígado, onde é móvel e pode, portanto, ser usado como reserva para outros órgãos (o glicogênio nos músculos não é móvel).
As enzimas que catalisam a degradação e síntese de glicogênio estão todas no citoplasma, portanto, é necessário um sistema de regulação que torne uma via inativa quando a outra está ativa: se houver glicose disponível, esta é convertida em glicogênio (anabolismo) que é uma reserva, vice-versa, se c "for necessário para a glicose, o glicogênio é degradado (catabolismo).
A enzima envolvida principalmente na quebra do glicogênio é o glicogênio fosforilase; esta enzima é capaz de clivar uma ligação α-1,4 glicosídica usando um ortofosfato inorgânico como agente lítico: a clivagem ocorre por via fosforolítica e a glicose 1-fosfato é obtida.
A cinco ou seis unidades de um ponto de ramificação, a enzima glicogênio fosforilase não é mais capaz de atuar, portanto, ela se separa do glicogênio e é substituída por uma enzima deramificação que é uma transferase: no sítio catalítico desta enzima c "está uma" histidina que permite a transferência de três unidades de sacarídeo para a cadeia glicosídica mais próxima (a histidina ataca o primeiro carbono de uma molécula de glicose). A enzima que acabamos de mencionar é a glicosiltransferase; ao final da ação dessa enzima, apenas uma unidade de glicose permanece na cadeia lateral com o primeiro carbono ligado ao sexto carbono de uma glicose na cadeia principal. A última unidade de glicose na cadeia lateral é liberada pela ação de "enzima α-1,6 glicosidase (esta enzima constitui a segunda parte da enzima deramificação); dado que as ramificações do glicogênio estão em uma proporção de 1:10, a partir da degradação completa da macromolécula obtemos cerca de 90% de glicose 1-fosfato e cerca de 10% de glicose.
A ação das citadas enzimas permite a eliminação de uma cadeia lateral da molécula de glicogênio, podendo a atividade dessas enzimas ser repetida até que ocorra a degradação completa da cadeia.
Vamos considerar um hepatócito; a glicose (assimilada pela dieta), quando entra na célula é convertida em glicose 6-fosfato e, assim, é ativada. Glicose 6-fosfato, pela ação de fosfoglucomutase, é transformado em glicose 1-fosfato: este último é um precursor não imediato da biossíntese; na biossíntese, uma forma ativada de açúcares é usada, que é representada por açúcar ligado a um difosfato: geralmente uridildifosfato (UDP). Glicose 1-fosfato é então convertido em UDP-glicose, este metabólito sob a ação de glicogênio sintase que é capaz de ligar UDP-glicose a uma extremidade não redutora do glicogênio em crescimento: glicogênio alongado de uma unidade glucosídica e UDP são obtidos. UDP é convertido pela enzima difosfoquinase nucleosidada em UTP que retorna à circulação.
A degradação do glicogênio ocorre pela ação de glicogênio fosforilase que libera uma molécula de glicose e a transforma em glicose 1-fosfato. Posteriormente, a fosfoglucomutase converte a glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato.
O glicogênio é sintetizado, sobretudo, no fígado e nos músculos: no organismo há 1-1,2 hectogramas de glicogênio distribuídos por toda a massa muscular.
O glicogênio de um miócito representa uma reserva de energia apenas para essa célula, enquanto o glicogênio contido no fígado também é uma reserva para outros tecidos, ou seja, pode ser enviado, na forma de glicose, para outras células.
A glicose 6-fosfato obtida nos músculos a partir da degradação do glicogênio é então enviada, no caso de necessidade de energia, para a glicólise; no fígado, a glicose 6-fosfato é convertida em glicose pela ação de glicose 6-fosfato fosfatase (enzima característica dos hepatócitos) e é transportada para a corrente sanguínea.
A glicogênio sintase e a glicogênio fosforilase atuam nas unidades não redutoras do glicogênio, então deve haver um sinal hormonal que comanda a ativação de uma via e o bloqueio da outra (ou vice-versa).
No laboratório, foi possível alongar a cadeia de glicogênio explorando a glicogênio fosforilase e usando glicose 1-fosfato em concentração muito alta.
Nas células, a glicogênio fosforilase apenas catalisa a reação de degradação porque as concentrações dos metabólitos são tais que mudam o equilíbrio da seguinte reação para a direita (ou seja, em direção à degradação do glicogênio):
Vejamos o mecanismo de ação do glicogênio fosforilase: o oxigênio acetal (que atua como uma ponte entre as unidades de glicose) se liga ao hidrogênio do fosforil: um intermediário de reação é formado por um carbocátion (na glicose que é tudo " extremidades) ao qual o fosforil (Pi) se liga muito rapidamente.
A glicogênio fosforilase requer um cofator que é o fosfato de piridoxal (esta molécula também é um cofator para as transaminases): tem um fosforil parcialmente protonado (o fosfato de piridoxal é circundado por um ambiente hidrofóbico que justifica a presença de prótons ligados a ele). O fosforil (Pi) é capaz de transferir um próton para o glicogênio porque este fosforil então readquire o próton do fosforil parcialmente protonado do fosfato de piridoxal. A probabilidade de que, em pH fisiológico, o fosforil perca seu próton e permaneça completamente desprotonado é muito baixa.
Vamos agora ver como funciona a fosfoglucomutase. Esta enzima apresenta, no sítio catalítico, um resíduo de serina fosforilada; a serina produz fosforila em glicose 1-fosfato (na posição seis): a glicose 1,6-bifosfato é formada por um curto período de tempo, então a serina é refosforilada levando o fosforila na posição um. A fosfogluco mutase pode atuar em ambas as direções, isto é, convertendo a glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato ou vice-versa; se a glicose 6-fosfato é produzida, ela pode ser enviada diretamente para a glicólise, nos músculos, ou transformada em glicose no fígado.
A enzima uridil fosfogluco transferase (ou UDP glicose pirofosforilase) catalisa a reação de transferência de glicose 1-fosfato para UTP por ligação ao fosforil a.
A enzima que acabamos de descrever é uma pirofosforilase: esse nome se deve ao fato de que a reação oposta à que acabamos de descrever é a pirofosforilação.
A glicose UDP, obtida conforme descrito, é capaz de alongar a cadeia de glicogênio, por meio de uma unidade monossacarídica.
É possível fazer a reação evoluir para a formação de glicose UDP pela eliminação de um produto que é o pirofosfato; a enzima pirofosfatase converte o pirofosfato em duas moléculas de ortofosfato (hidrólise de um anidrido) e, ao fazê-lo, mantém a concentração de pirofosfato tão baixa que torna o processo de formação da glicose UDP termodinamicamente favorecido.
Como mencionado, a glicose UDP, graças à ação da glicogênio sintase, é capaz de alongar a cadeia de glicogênio.
As ramificações (na proporção de 1:10) devem-se ao fato de que, quando uma cadeia de glicogênio é composta por 20-25 unidades, uma enzima ramificada (tendo uma "histidina em seu sítio catalítico) intervém, capaz de transferir uma série de 7 -8 unidades glicosídicas mais a jusante de 5-6 unidades: assim, uma nova ramificação é gerada.
Por motivos de origem nervosa ou se a energia for necessária devido ao esforço físico, a adrenalina é secretada pelas glândulas supra-renais.
As células-alvo da adrenalina (e da noradrenalina) são as do fígado, músculos e tecido adiposo (neste último ocorre a degradação dos triglicerídeos e a circulação dos ácidos graxos: conseqüentemente, a glicose é produzida na mitocôndria 6-fosfato, a ser enviada para a glicólise, enquanto nos adipócitos, a glicose 6-fosfato é transformada em glicose pela ação da enzima glicose 6-fosfato fosfatase e exportada para os tecidos).
Vejamos, agora, as modalidades de ação da adrenalina. A adrenalina se liga a um receptor colocado na membrana celular (de miócitos e hepatócitos) e isso determina a tradução do sinal de fora para dentro da célula. A proteína quinase é ativada e atua simultaneamente nos sistemas que regulam a síntese e a degradação do glicogênio:
A glicogênio sintase existe em duas formas: uma forma desfosforilada (ativa) e uma forma fosforilada (inativa); a proteína quinase fosforila a glicogênio sintase e bloqueia sua ação.
A glicogênio fosforilase pode existir em duas formas: uma forma ativa em que uma serina fosforilada está presente e uma forma inativa em que a serina é desfosforilada. A glicogênio fosforilase pode ser ativada pela enzima glicogênio fosforilase quinase. A glicogênio fosforilase quinase é ativa se for fosforilada e inativa se desfosforilada; a proteína quinase tem como substrato o glicogênio fosforilase quinase, ou seja, é capaz de fosforilar (e, portanto, ativar) esta que, por sua vez, ativa o glicogênio fosforilase.
Uma vez que o sinal de adrenalina termina, o efeito que ele tem na célula também deve terminar: as enzimas fosfatase então intervêm nas espécies de proteína.
