La glucogenogénesis es una vía metabólica para la síntesis de glucógeno a partir de glucosa , que se produce con el gasto de energía en forma de ATP y UTP . La glucogénesis ocurre en todos los tejidos de los animales , pero principalmente en el hígado y los músculos . La síntesis de glucógeno ocurre durante la digestión (durante el período de absorción, es decir, 1-2 horas después de la ingesta de carbohidratos [1] [2] .
El "punto de partida" de la glucogenogénesis es la glucosa-6-fosfato . La glucosa-6-fosfato se puede producir a partir de glucosa en una reacción catalizada por las isoenzimas hexoquinasa I y hexoquinasa II en el músculo y la hexoquinasa IV ( glucoquinasa ) en el hígado:
D-glucosa + ATP → D-glucosa-6-fosfato + ADP .Sin embargo, la glucosa de la dieta puede tomar una ruta más compleja hacia la glucosa-6-fosfato. Primero ingresa a los eritrocitos , donde se convierte glicolíticamente en lactato . Luego, el lactato ingresa al hígado, donde durante la gluconeogénesis se convierte en glucosa y luego en glucosa-6-fosfato [2] .
Para iniciar la síntesis de glucógeno, la glucosa-6-fosfato debe convertirse en glucosa-1-fosfato por la enzima fosfoglucomutasa :
Glucosa-6-fosfato ⇌ glucosa-1-fosfato [2] .La glucosa-1-fosfato se convierte posteriormente en UDP-glucosa mediante la UDP-glucosa pirofosforilasa , que es un paso clave en la síntesis de glucógeno [3] .
Glucosa-1-fosfato + UTP → UDP-glucosa + PP iEsta reacción de formación de nucleótido-azúcar en condiciones celulares es irreversible , por lo tanto, la glucogenogénesis también es irreversible. La condensación de trifosfato de uridina con glucosa-1-fosfato tiene un ligero cambio positivo en la energía de Gibbs , sin embargo, durante esta reacción, se libera pirofosfato (PPi ) , que es rápidamente hidrolizado por la pirofosfatasa , y esta reacción es altamente exergónica (ΔG'o = −19,2 kJ/mol). Por lo tanto, la concentración de pirofosfato en la célula se mantiene baja y la formación de nucleótidos de azúcar es energéticamente beneficiosa para la célula. De hecho, la rápida participación del producto de reacción en otras reacciones, facilitada por el gran valor negativo del cambio de energía de Gibbs durante la hidrólisis del pirofosfato, estimula más reacciones de biosíntesis [4] .
La UDP-glucosa es un donante directo de residuos de glucosa en la reacción catalizada por la glucógeno sintasa , que cataliza la transferencia de un residuo de glucosa desde la UDP-glucosa al extremo no reductor de una molécula ramificada de glucógeno [3] .
La glucógeno sintasa crea enlaces glucosídicos (α1→4), sin embargo, no puede crear enlaces glucosídicos (α1→6) , que se encuentran en los puntos de ramificación del glucógeno. Estos enlaces están formados por la enzima ramificadora de glucógeno , o amil-(1→4)-(1→6)-transglicosilasa , o glicosil-(4→6)-transferasa . La enzima ramificadora de glucógeno cataliza la transferencia de un fragmento terminal de 6 o 7 residuos de glucosa desde el extremo no reductor de una rama de glucógeno de al menos 11 residuos al grupo hidroxilo en el sexto átomo del residuo de glucosa ubicado debajo, y puede pertenecer a la misma cadena o a otra. Así, se crea una nueva rama de glucógeno [5] .
Se pueden agregar residuos de glucosa adicionales a la nueva rama de glucógeno mediante la acción de la glucógeno sintasa. El punto biológico de la ramificación de la molécula de glucógeno es que aumenta la solubilidad del glucógeno y aumenta el número de sus extremos no reductores, que son los sitios de actividad de la glucógeno fosforilasa (la enzima principal de la glucogenólisis ) y la glucógeno sintasa [5] .
La glucógeno sintasa no puede iniciar la síntesis de una nueva cadena de glucógeno desde cero. Para hacer esto, necesita una semilla, que puede ser una cadena de (α1→4)-poliglucosa o una rama que contenga al menos 8 residuos de glucosa. La formación de la semilla la proporciona la proteína glucogenina , que es tanto el sitio de síntesis de la semilla como el catalizador de este proceso. El primer paso en la síntesis de una nueva molécula de glucógeno es la transferencia de un residuo de glucosa de la UDP-glucosa al grupo hidroxilo del residuo del aminoácido tirosina Tyr 194 de la glucogenina, debido a la actividad glucosil transferasa de la proteína. La cadena de crecimiento se alarga mediante la adición sucesiva de 7 o más residuos de glucosa, cada uno de UDP-glucosa, una reacción también catalizada por la glucogenina. En esta etapa, la glucógeno sintasa se incluye en la síntesis de glucógeno, lo que proporciona una mayor elongación de la cadena de glucógeno. Después de eso, la glucogenina como parte de una partícula β, unida covalentemente al único extremo no reductor de la molécula de glucógeno [5] .
La regulación de la glucogenogénesis se lleva a cabo junto con la glucogenolisis (descomposición del glucógeno) según el tipo de cambio. Este cambio ocurre durante la transición del estado de absorción al estado de post-absorción, así como cuando el estado de reposo cambia al modo de trabajo físico. En el hígado, se lleva a cabo con la participación de las hormonas insulina , glucagón y adrenalina , y en los músculos, insulina y adrenalina. Su efecto sobre la síntesis y descomposición del glucógeno está mediado por una inversión de la actividad de dos enzimas clave: la glucógeno sintasa (glucogenogénesis) y la glucógeno fosforilasa (glucogenólisis) a través de su fosforilación /desfosforilación [6] .