Sintesi del glicogeno: enzimi, meccanismo

La sintesi del glicogeno è un processo che avviene nel citoplasma delle cellule del fegato e dei muscoli e consiste nella conversione del glucosio in glicogeno

L’equilibrio glicemico è regolato dal fegato: il glucosio assunto tramite i pasti arriva nel sangue dall’intestino e viene prelevato dal fegato e dai muscoli che agiscono da sito di stoccaggio conservandolo sotto forma di glicogeno, polimero ramificato del glucosio in cui sono presenti legami glicosidici α-(1,4) e α-(1,6).

Sintesi

La sintesi del glicogeno, che contiene oltre 120000 unità monomeriche, avviene a partire dal glucosio-6 -fosfato ottenuto dalla fosforilazione del glucosio in posizione 6. Questo processo è una fase della sintesi del glicogeno poiché l’aggiunta di un gruppo fosfato intrappola il glucosio all’interno della cellula.

Tale reazione è catalizzata dalla esochinasi, enzima appartenente al gruppo delle transferasi, che è responsabile del trasferimento di un gruppo fosfato dall’ATP a un substrato; il substrato è in genere in D-esoso:

ATP + D-esoso ⇄ ADP + D-esoso 6-fosfato

Il glucosio-6-fosfato si trasforma in glucosio-1-fosfato che presenta il gruppo fosfato legato al carbonio anomerico ad opera della fosfoglucomutasi enzima appartenente alla classe delle isomerasi.

La sintesi del glicogeno a partire dal glucosio-1-fosfato è energeticamente sfavorita e quindi richiede energia per poter avvenire.
Tale energia viene fornita dall’ uridintrifosfato (UTP), nucleotide pirimidinico avente per base azotata l’uracile legato tramite l’atomo di azoto e con legame glicosidico all’atomo C1′ del ribosio;  questo a sua volta è legato tramite l’atomo C5′ ad un gruppo trifosfato, per cui la molecola prende anche il nome di uridin-5′-trifosfato. L’ uridintrifosfato reagisce con il glucosio-1-fosfato per dare l’UDP-glucosio  secondo la reazione:

glucosio-1-fosfato + UTP ⇄UDP-glucosio + PP_i

tale reazione è catalizzata dall’enzima UDP-glucoso pirofosforilasi che accelera la liberazione di un gruppo pirofosfato PP_i dall’UTP. La reazione è reversibile, ma la successiva idrolisi irreversibile del pirofosfato in due ioni idrogeno fosfato:

P₂O₇⁴⁻ + H₂O → 2 HPO₄^2-

sposta l’equilibrio verso i prodotti.

L’ UDP-glucosio è il donatore di glucosio nella biosintesi del glicogeno e costituisce una forma attivata del glucosio analogamente a come l’ATP e l’acetilCoA sono rispettivamente forme attivate rispettivamente dell’ortofosfato e dell’acetato.

La reazione di conversione del glucosio-1-fosfato a UDP-glucosio è riportata in figura:

Enzimi nella sintesi del glicogeno

La sintesi del glicogeno da monomeri dell’UDP-glucosio avviene grazie  all’enzima chiave di questo processo biochimico che è la glicogeno sintasi che catalizza il transfer del glucosio dall’UDP-glucosio  a residui terminali di glicogeno secondo la reazione

La glicogeno sintasi può catalizzare la sintesi del glicogeno solo se la catena polisaccaridica contiene almeno quattro residui. La sintesi del glicogeno richiede quindi un primer costituito dalla glicogenina che catalizza la autoglicosilazione  di otto residui derivanti dall’UDP-glucosio; il successivo intervento della glicogeno sintasi porta all’accrescimento della molecola che, tuttavia risulta essere lineare  e costituita da legami α-1,4.

Un ulteriore enzima è necessario affinché si formino legami α-1,6 che rendono il glicogeno ramificato. Una ramificazione deriva dalla rottura di un legame α-1,4 e dalla formazione di un legame α-1,6.  L’enzima ramificante catalizza la reazione che porta al glicogeno; la ramificazione è di fondamentale importanza non solo perché si verifica una maggiore solubilità del glicogeno, ma anche perché aumenta la velocità della sintesi del glicogeno e della sua degradazione.