Metabolismo del Glucógeno y Gluconeogénesis: Procesos Clave de la Glucosa

El glucógeno es un polisacárido de reserva energética, formado por enlaces glucosídicos alfa-1,4 lineales y alfa-1,6 en las ramificaciones.

Degradación del Glucógeno

Ante una hipoglucemia, se activa la degradación del glucógeno almacenado en el hígado y el músculo esquelético.

Enzimas Clave en la Degradación:

• Glucógeno Fosforilasa: Rompe los enlaces alfa-1,4 y une un grupo fosfato (Pi) al carbono 1 (C1) de la glucosa, liberando Glucosa-1-P (G1P). Esta es una reacción irreversible.
• Enzima Desramificante (Actividad Transferasa): Cuando quedan 4 unidades de glucosa en una ramificación, transfiere las últimas 3 unidades a la cadena principal.
• Enzima Desramificante (Actividad Glucosidasa): Rompe el enlace alfa-1,6 de la glucosa restante en la ramificación, liberando una molécula de glucosa libre. Esto deja un polímero lineal sobre el cual la Glucógeno Fosforilasa puede seguir actuando.
• Fosfoglucomutasa: Convierte la Glucosa-1-P (G1P) en Glucosa-6-P (G6P), la cual se incorpora a la glucólisis.

Rendimiento Energético de la Glucólisis desde Glucógeno:

• Rendimiento neto en un proceso anaeróbico de la glucólisis (desde glucógeno): 3 ATP y 0 NADH.
• Rendimiento neto en un proceso aeróbico de la glucólisis (desde glucógeno): 3 ATP y 2 NADH.

Regulación de la Glucógeno Fosforilasa:

La Glucógeno Fosforilasa actúa como un sensor de los niveles de glucemia. Ante una hipoglucemia, su estado es:

• Enzima Activa: Bolsillos de glucosa vacíos y bolsillos de fosfato (P) llenos (forma fosforilada). Esto ocurre en hipoglucemia.
• Enzima Inactiva: Bolsillos de glucosa llenos y bolsillos de fosfato (P) vacíos (forma desfosforilada).

La Fosforilasa Alfa Fosfatasa es la enzima encargada de eliminar los grupos fosfato (P) de los bolsillos, desfosforilando la enzima.

Síntesis del Glucógeno

Para la síntesis de glucógeno, es necesaria la presencia de Glucosa-1-P (G1P).

Pasos y Enzimas Clave en la Síntesis:

• Formación de UDP-Glucosa: Es el primer sustrato necesario para la síntesis. Se obtiene a partir de Glucosa-1-P (G1P) y UTP, mediante la enzima UDP-Glucosa Pirofosforilasa.
• Glucógeno Sintasa: Esta enzima es la principal responsable de sintetizar glucógeno. Toma la UDP-Glucosa, une monómeros, formando los enlaces alfa-1,4 y elongando la cadena.
• Enzima Ramificante: Forma las ramificaciones del glucógeno, creando los enlaces alfa-1,6.
• Glucogenina: Es la encargada de iniciar la síntesis de glucógeno, sirviendo como cebador (primer). Posee un residuo de tirosina con un grupo hidroxilo (-OH) en su cadena, al cual se une la primera molécula de UDP-Glucosa, iniciando así la síntesis.

La Glucogenina, con su residuo de tirosina, une el primer monómero de glucosa a partir de UDP-Glucosa, liberando UDP. Una vez unido el primer monómero de glucosa, la Glucógeno Sintasa se une y se forma un complejo.

La Glucogenina une hasta 8 monómeros de glucosa. A partir de ahí, la Glucógeno Sintasa comienza a elongar el glucógeno, y la Enzima Ramificante actúa para formar las ramificaciones.

Metabolismo de la Galactosa y su Conexión con el Glucógeno:

La galactosa, proveniente de la hidrólisis de la lactosa, es fosforilada por una galactoquinasa con gasto de ATP, formando Galactosa-1-P.

La Galactosa-1-P reacciona con UDP-Glucosa (mediante la UDP-Glucosa:Galactosa-1-P Uridiltransferasa), siendo convertida en UDP-Galactosa y liberando Glucosa-1-P. Esta Glucosa-1-P tiene dos opciones: ser reconvertida en UDP-Glucosa o ser convertida en Glucosa-6-P.

La UDP-Galactosa, por acción de una epimerasa (UDP-Galactosa-4-Epimerasa), es convertida en UDP-Glucosa. Esta UDP-Glucosa puede entonces ir a la síntesis de glucógeno o ser reutilizada para el metabolismo de la galactosa.

Reacciones clave resumidas:

• Galactosa + ATP → Galactosa-1-P
• Galactosa-1-P + UDP-Glucosa → UDP-Galactosa + Glucosa-1-P
• UDP-Galactosa es convertida en UDP-Glucosa.

Regulación de la Glucógeno Sintasa y Glucógeno Fosforilasa

Hipoglucemia (Glucagón)

En condiciones de hipoglucemia, ambas enzimas se encuentran fosforiladas:

• Glucógeno Sintasa: Inactiva
• Glucógeno Fosforilasa: Activa

El glucagón activa dos enzimas clave:

• Proteína Quinasa: Fosforila la Glucógeno Sintasa (con hidrólisis de ATP).
• Fosforilasa b Quinasa: Fosforila la Glucógeno Fosforilasa.

Hiperglucemia (Insulina)

En condiciones de hiperglucemia, se activan las fosfoproteína fosfatasas, lo que resulta en enzimas desfosforiladas:

• Glucógeno Sintasa: Activa
• Glucógeno Fosforilasa: Inactiva

Gluconeogénesis

La gluconeogénesis es el proceso de síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos, como lactato, piruvato, algunos aminoácidos (AA), intermediarios del ciclo de Krebs y glicerol.

Ocurre principalmente en el hígado. También, en menor medida, en la corteza renal.

Pasos Clave de la Gluconeogénesis:

1. Conversión de Piruvato a Fosfoenolpiruvato (PEP)

   El proceso implica la conversión de Piruvato a Oxalacetato, luego a Malato (para cruzar la membrana mitocondrial), de nuevo a Oxalacetato en el citosol, y finalmente a Fosfoenolpiruvato.

   Enzimas clave:

   • Piruvato Carboxilasa: Activada por Acetil-CoA.
   • Malato Deshidrogenasa (mitocondrial y citoplasmática).
   • PEP Carboxiquinasa: Su control hormonal es: inhibida por insulina y activada por glucagón.

   Nota: El oxalacetato no cruza directamente la membrana mitocondrial, pero el malato sí, lo que permite la producción de NADH en el citosol. La frase original "2° RQ fosforilación a nivel de sustrato" es una nota que podría referirse a un punto de regulación, aunque la reacción de la PEP Carboxiquinasa no es una fosforilación a nivel de sustrato.

2. Conversión de Fructosa-1,6-bisfosfato a Fructosa-6-fosfato

   Reacción: Fructosa-1,6-bisfosfato → Fructosa-6-fosfato

   Enzima: Fructosa-1,6-Bisfosfatasa-1. Inhibida por: AMP, Fructosa-2,6-bisfosfato. Activada por: Glucagón (indirectamente).

3. Conversión de Glucosa-6-fosfato a Glucosa

   Reacción: Glucosa-6-P → Glucosa

   Enzima: Glucosa-6-Fosfatasa. Controlada por sustrato: activada por Glucosa-6-P.

Regulación Clave: Fructosa-2,6-bisfosfato y PFK-2

La Fructosa-2,6-bisfosfato es un regulador clave de la glucólisis y la gluconeogénesis. Activa a la PFK-1 e inhibe a la Fructosa-1,6-Bisfosfatasa.