Sintesi del glicogeno nel fegato e muscolo

La sintesi del glicogeno, che segue una via metabolica diversa da quella della sua degradazione, ha la funzione di ripristinarne le riserve nel fegato e nel muscolo e si verifica quando sono disponibili carboidrati con la dieta.
Nel fegato avviene nello stato alimentato ed è stimolata sia dalla aumentata disponibilità di glucosio che dall’insulina.
Nel muscolo nel post-esercizio è più rapida quando i livelli ematici di glucosio sono alti ed è disponibile insulina che va a stimolare sia il trasporto del glucosio nella cellula muscolare, grazie alla mobilizzazione degli specifici trasportatori detti GLUT4, che l’attività della glicogeno sintetasi.
La sintesi del glicogeno richiede un apporto energetico maggiore rispetto a quello che si recupera durante la sua degradazione: sono consumate due molecole di ATP contro una sola molecola recuperata grazie alla liberazione di glucosio-1-fosfato. Quindi il costo energetico pagato dalla cellula per immagazzinare il glucosio in forma di glicogeno è un legame ad alta energia per ogni molecola di glucosio.

Le tappe nella sintesi del glicogeno

Il primo passaggio è l’attivazione del glucosio a glucosio-6-fosfato nella reazione catalizzata dalla glucochinasi nel fegato e dalla esochinasi nel muscolo e negli altri organi e tessuti.

glucosio + ATP → glucosio-6-fosfato + ADP

Quando è in corso la sintesi del glicogeno la fosfoglucomutasi, lo stesso enzima che interviene anche nella glicogenolisi catalizzando al conversione del glucosio-1-fosfato a glucosio-6-fosfato, sposta il gruppo fosfato da C6 a C1 (quindi l’enzima catalizza una reazione reversibile).

glucosio-6-fosfato ↔ glucosio-1-fosfato

Il passaggio successivo è la sintesi dell’UDP-glucosio dal glucosio-1-fosfato e UTP nella reazione catalizzata dalla UDP-glucosio pirofosforilasi; la reazione, reversibile (e il nome dell’enzima è dovuto alla reazione inversa), è resa irreversibile dalla rapida idrolisi del pirofosfato a fosfato inorganico nella reazione catalizzata dalla pirofosfatasi.

Glucosio-1-fosfato + UTP → UDP-glucosio + PPi

PPi + H2O → 2 Pi

Da notare che sino ad ora sono state utilizzate due molecole di ATP per ogni molecola di glucosio attivata ad UDP-glucosio: una per la sintesi del glucosio-1-fospfato e l’altra per la risintesi dell’UTP dall’UDP nella reazione catalizzata dalla nucleoside disfosfato chinasi.

UDP + ATP → UTP + ADP

Di seguito la glicogeno sintetasi trasferisce lo zucchero attivato al gruppo 4-idrossilico di un residuo di glucosio (una estremità non riducente) della molecola catalizzando la formazione di un legame α-(1,4) e quindi allungando la catena di un’unità di glucosio.
L’equazione complessiva bilanciata per la sintesi del glicogeno è:

glicogeno(n residui di glucosio) + glucosio + 2 ATP → glicogeno(n+1 residui di glucosio) + 2 ADP + 2 Pi

Sintesi del Glicogeno: Enzima Ramificante
Fig. 1 – Enzima Ramificante

Le ramificazioni sono inserite nella reazione catalizzata dall’enzima ramificante, detto amilo-α-(1,4)→α-(1,6)-transglicosidasi che trasferisce in blocco un oligosaccaride, formato da 6-7 residui, da un’estremità non riducente di una catena neosintetizzata di almeno 11 residui su un’altra catena formando un nuovo legame glicosidico α-(1,6).
Le nuove ramificazioni sono inserite ad almeno 4 residui di distanza dal punto di ramificazione più vicino.
Di seguito la glicogeno sintetasi può aggiungere ulteriori residui di glucosio alla nuova catena.

Bibliografia

Berg J.M., Tymoczko J.L., and Stryer L. Biochemistry. 5th edition.  W. H. Freeman and Company, 2002

Nelson D.L., M. M. Cox M.M. Lehninger. Principles of biochemistry. 4th Ed. W.H. Freeman and Company, 2004

Rawn J.D. Biochimica. Mc Graw-Hill, Neil Patterson Publishers, 1990

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