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6.5: Síntesis de glucógeno - Biología


Aunque la glucosa es el combustible principal de las células, no es una molécula eficiente para el almacenamiento a largo plazo en complejos (es decir, tanto en plantas como en animales, las moléculas de glucosa se unen para formar polisacáridos conocidos como glucanos. En los animales, el glucano se forma glucógeno, que consta de moléculas de glucosa unidas por enlaces α (1-> 4) glucosídicos y enlaces α (1-> 6) ramificados con una separación aproximada de 8 a 14 residuos. El tamaño medio de una unidad de glucógeno es un gránulo citoplasmático que contiene más de 100000 moléculas de glucosa La adición de una glucosa-1-fosfato a otra (oa una cadena de glucógeno) es energéticamente desfavorable, por lo que debe ir acompañada de una reacción suficientemente exergónica para continuar.

La síntesis de glucógeno comienza con UDP-glucosa fosforilasa, que combina el nucleótido uridina trifosfato (UTP) con glucosa-1-fosfato para liberar pirofosfato (PPI) y forman UDP-glucosa.

La reacción de intercambio de fosfoanhídrido catalizada por UDP-glucosa fosforilasa es mínimamente exergónica. Sin embargo, el pirofosfato liberado es rápidamente hidrolizado por la pirofosfatasa inorgánica, una enzima citosólica ubicua, en una reacción altamente exergónica. Esta hidrólisis de pirofosfato es un mecanismo utilizado en muchas vías biosintéticas para proporcionar energía para reacciones de otro modo endergónicas.

En el siguiente paso, la glucógeno sintasa une la UDP-glucosa a la cadena de glucógeno preexistente con un enlace α (1-> 4). No puede unir dos glucosas individuales, solo agregar a una cadena preexistente. Esto significa que debe haber alguna solución para las dos primeras glucosas: la glucogenina es una enzima que cataliza la adición de glucosa UDP a sí misma, y ​​puede hacerlo para hasta siete moléculas de glucosa UDP, formando así un cebador corto para la glucógeno sintasa. trabajar con. Además, la glucógeno sintasa solo puede agregar glucosas con un enlace α (1-> 4). Para que se produzca la ramificación, se necesita una enzima de ramificación (específicamente, amilo- (1,4-> 1,6) -transglicosilasa. Esta enzima puede transferir segmentos de cadena terminal al hidroxilo de 6 carbonos de cualquier glucosa en una cadena de glucógeno. Sin embargo, , las ramas solo se pueden agregar si hay al menos 4 residuos de glucosa entre ellas, y si la cadena de origen tenía al menos 11 residuos de longitud.

Síntesis de oligosacáridos

Al igual que la síntesis de glucógeno, la síntesis de oligosacáridos también requiere el paso inicial de acoplar el azúcar con un nucleótido. En los mamíferos, un disacárido importante es la lactosa, que es el enlace de una galactosa y una glucosa, y la formación es catalizada por lactosa sintasa. Sin embargo, antes de que la lactosa sintasa pueda actuar, la galactosa debe estar primero en forma de UDP-galactosa. De manera similar, en las plantas, el disacárido principal es la sacarosa, formado por la unión de UDP-glucosa y fructosa-6-fosfato. Esto da como resultado sacarosa-6-fosfato, que luego se desfosforila fácilmente a sacarosa. Este tipo de mecanismos también se utilizan en la glicosilación de proteínas y lípidos, que se discutirán principalmente en el capítulo de procesamiento y tráfico de proteínas.

La mutación de la uridililtransferasa de galactosa-1-fosfato o las mutaciones de otras enzimas en esta vía (las mutaciones de la uridililtransferasa son las más comunes y generalmente más graves) pueden provocar galactosemia, una enfermedad genética humana cuyos síntomas comienzan en la infancia y pueden incluir retraso mental, daño hepático , ictericia, vómitos y letargo. La causa de estos síntomas es generalmente una acumulación de galactosa-1-fosfato, especialmente en el hígado y el tejido nervioso. Afortunadamente, con un diagnóstico temprano, los síntomas se pueden prevenir evitando los productos lácteos (lactosa).

Las principales especies de hexosa además de la glucosa son fructosa, manosa y galactosa. La interconversión entre estas hexosas puede ocurrir a través de intermedios, como se demuestra en la glucólisis (glucosa-6-P en fructosa-6-P). La manosa-6-P se puede convertir en fructosa-6-P mediante la fosfomanosa isomerasa. De manera similar, la galactosa se puede convertir en galactosa-1-P y luego en glucosa-1-P. La conversión de galactosa a glucosa también puede tener lugar por epimerización de UDP-Glucosa a UDP-galactosa a través de un intermedio redox usando NAD+/ NADH.


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