Primera etapa: reacción de fosforólisis
La etapa inicial y más extensa de la degradación de la molécula es llevada a cabo por la enzima glucógeno fosforilasa. Esta enzima actúa sobre los denominados extremos no reductores de la cadena polimérica.
El proceso se lleva a cabo mediante un mecanismo de fosforólisis. A diferencia de la hidrólisis, donde se utiliza agua para romper los enlaces químicos, aquí entra en juego una molécula de fosfato inorgánico (ácido ortofosfórico, $H_3PO_4$).
La enzima ataca y rompe secuencialmente los enlaces $\alpha$-1,4-glucosídicos entre los residuos de glucosa. Como resultado de cada rotura, se escinde un fragmento de carbohidrato de la molécula polimérica, el cual queda inmediatamente unido a un grupo fosfato. De este modo, el producto directo de esta reacción es la glucosa-1-fosfato.
Sin embargo, la glucógeno fosforilasa tiene una restricción espacial estrita. La molécula de la enzima es bastante masiva y no puede acercarse directamente a los puntos de ramificación del polímero. Tan pronto como quedan exactamente cuatro residuos de glucosa antes del punto de ramificación (donde las cadenas de carbohidratos se unen de otra manera), la glucógeno fosforilasa detiene por completo su actividad en esa zona.
Segunda etapa: transferencia de la rama lateral
Dado que la glucógeno fosforilasa se ha detenido, entra en acción otra enzima especializada: la oligosacaridotransferasa. Su tarea principal consiste en remodelar la molécula y hacerla nuevamente accesible para su degradación.
El mecanismo de acción de esta enzima se reduce a un desplazamiento a gran escala de fragmentos de carbohidratos:
- La enzima capta un bloque completo compuesto exactamente por tres residuos de glucosa. Estos son precisamente los residuos que quedaron sin escindir en la rama lateral tras la detención de la enzima anterior.
- El bloque capturado se transfiere desde la rama lateral hasta el extremo no reductor libre de la cadena principal.
Como resultado de esta reestructuración masiva, se produce un alargamiento significativo de la cadena principal de carbohidratos. Lo más importante es que, tras la transferencia del bloque de tres residuos, se abre un acceso directo al enlace $\alpha$-1,6-glucosídico que forma el punto de ramificación en sí. Ahora la estructura del polímero se modifica de tal manera que ya no existen obstáculos para las siguientes reacciones enzimáticas.
Regulación: cómo se activa y desactiva la degradación
La velocidad de los procesos descritos anteriormente depende del estado de la enzima principal de la degradación. La glucógeno fosforilasa puede existir en dos formas fundamentalmente diferentes, cuya transición se realiza mediante la modificación química de la molécula proteica.
- Forma activa (Glucógeno fosforilasa-℗). La enzima se encuentra en estado operativo cuando está fosforilada. El proceso de activación es desencadenado por una enzima especial: la fosforilasa kinasa (la cual a su vez debe estar en estado activo). La kinasa toma un grupo fosfato de una molécula de ATP y lo transfiere a la estructura de la glucógeno fosforilasa.
- Forma inactiva (Glucógeno fosforilasa-OH). La enzima está «apagada» cuando se encuentra desfosforilada. De este proceso se encarga la FP-fosfatasa (Gr), una fosfoproteína fosfatasa de los gránulos de glucógeno. Esta enzima lleva a cabo una reacción de hidrólisis: con la participación de una molécula de agua ($H_2O$), el enlace fosfato se rompe y el fosfato inorgánico ($P_i$) se desprende de la proteína enzimática.
Por lo tanto, la alternancia de reacciones de fosforilación y desfosforilación sirve como un interruptor molecular preciso que enciende o apaga la generación de glucosa-1-fosfato según las necesidades actuales.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzima destruye los enlaces α-1,6-glucosídicos en los puntos de ramificación del glucógeno?
La enzima que destruye los enlaces α-1,6-glucosídicos en los puntos de ramificación del glucógeno es la amilo-1,6-glucosidasa, también conocida como enzima desramificante.
Previamente, la oligosacaridotransferasa transfiere un bloque de tres residuos de glucosa desde la rama lateral hasta el extremo no reductor de la cadena principal, lo que alarga la cadena principal y abre el acceso al enlace α-1,6.
En caso de un defecto de la amilo-1,6-glucosidasa, se produce la glucogenosis tipo III (enfermedad de Cori), caracterizada por la acumulación de glucógeno en los músculos esqueléticos con ramas externas cortas, denominadas límite-dextrinas.
¿Qué hormonas estimulan la degradación del glucógeno en el hígado y los músculos?
La degradación del glucógeno es estimulada por la adrenalina y el glucagón.
- En el hígado, el glucagón activa la glucógeno fosforilasa y, por lo tanto, estimula la movilización de glucógeno durante el período posabsortivo y en ayunas.
- La adrenalina, ante un estrés agudo, desencadena una cascada de reacciones a través del sistema de la adenilato ciclasa, lo que lleva a la fosforilación de las enzimas: la glucógeno fosforilasa pasa a su forma activa, mientras que la glucógeno sintasa pasa a la inactiva.
- En el período posabsortivo, el glucagón en el hígado y la adrenalina en los músculos activan la cascada de la adenilato ciclasa, lo que conduce a la fosforilación de la glucógeno sintasa y la glucógeno fosforilasa.
Para recordar fácilmente la esencia de la segunda etapa, utilice la frase «Tres se trasladan, uno se queda». La oligosacaridotransferasa transfiere exactamente un bloque de tres residuos de glucosa, abriendo el acceso al punto de ramificación restante.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre fosforólisis e hidrólisis?
En la fosforólisis, para romper el enlace químico entre los residuos de glucosa se utiliza fosfato inorgánico ($H_3PO_4$) en lugar de una molécula de agua. Gracias a esto, el fragmento escindido se convierte inmediatamente en un producto fosforilado (glucosa-1-fosfato).
¿Por qué la glucógeno fosforilasa no puede degradar la molécula por completo?
La enzima presenta restricciones espaciales y detiene la escisión de monosacáridos (ruptura de enlaces $\alpha$-1,4) cuando quedan 4 residuos de glucosa antes del punto de ramificación. A partir de ahí, la estructura de la propia rama le impide continuar.
¿Cómo se activa la glucógeno fosforilasa?
Pasa a su forma activa mediante la adición de un grupo fosfato. Esta reacción es llevada a cabo por la fosforilasa kinasa activa, la cual transfiere un fosfato desde una molécula de ATP hacia la enzima.
¿Qué enzima detiene la degradación del glucógeno?
La inactivación es realizada por la FP-fosfatasa (Gr), una fosfoproteína fosfatasa de los gránulos de glucógeno. Esta hidroliza el enlace fosfato, convirtiendo la enzima en su forma inactiva desfosforilada (Glucógeno fosforilasa-OH).
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de degradación del enlace α-1,6 abierto (acción de la enzima desramificante)
- Mecanismo en cascada de activación de la fosforilasa kinasa
- Destino de la glucosa-1-fosfato formada
- Regulación hormonal de los procesos de fosforilación
- Diferencias entre la FP-fosfatasa de los gránulos de glucógeno y otras fosfatasas celulares
Domina el tema por completo en el curso de «Bioquímica»
Aquí tienes un resumen. En el curso encontrarás todo lo que preguntan en clase y en el examen.
- Guía metodológica completa sobre «Glucogenólisis» y otras 3.616 páginas de la asignatura
- Ejercicios y pruebas después de cada tema, igual que en el examen práctico
- El tutor de IA responderá a tus preguntas sobre el tema en cualquier momento
- 115 videotutoriales de la asignatura
Otros temas de la sección «Metabolismo de los carbohidratos»
Videotutoriales gratuitos: bioquímicaLecciones cortas con resúmenes, sin necesidad de registro.
Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.