Glicogenolisi
La glicogenolisi è un processo metabolico che avviene nel fegato e nei muscoli in cui si ottiene glucosio a partire dal glicogeno, polisaccaride di riserva negli organismi animali. Il glicogeno è un polimero ramificato del glucosio e la forma di riserva del glucosio nelle cellule la cui scoperta nel 1857 è attribuita a Claude Bernard. Il processo di glicogenolisi che avviene nel fegato mantiene adeguati livelli di glucosio nel sangue, mentre quello che avviene nei muscoli conserva l’energia necessaria alla contrazione.
Il glucosio prodotto dalla glicogenolisi può essere ulteriormente utilizzato dal corpo per generare energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP) che trasporta energia all’interno delle cellule per alimentare vari processi cellulari.
Nel metabolismo dei carboidrati la glicogenesi è il processo di immagazzinamento del glucosio in eccesso per un uso successivo, mentre la glicogenolisi si verifica quando il corpo ha bisogno di energia. Quando le riserve di glicogeno sono esaurite e il corpo richiede glucosio, il fegato avvia la produzione di glucosio da amminoacidi, lattato e glicerolo in un processo chiamato gluconeogenesi.
Glicogeno
Il glicogeno è un polimero del glucosio ramificato che gli animali usano come riserva energetica ed è l’analogo animale dell’amido che si trova concentrato nel fegato, sebbene i muscoli scheletrici contengano la maggior parte del glicogeno in peso ma è presente anche in quantità minori in altri tessuti, come reni, cuore e cervello.
I residui di glucosio all’interno del glicogeno si collegano tramite due legami principali ovvero i legami glicosidici alfa-1,4 e alfa-1,6 nei filamenti lineari e nei punti di giunzione. La ramificazione è un aspetto cruciale del glicogeno poiché aumenta la sua solubilità e gli consente di essere metabolizzato più rapidamente.
Il glicogeno serve a mantenere l’omeostasi del glucosio nel corpo animale che consente di mantenere il rifornimento al tessuto nervoso di una adeguata quantità di glucosio in condizioni di digiuno. L’omeostasi del glucosio consente inoltre di immagazzinare i substrati energetici come il glucosio in eccesso introdotti con i pasti, impedendo l’eccessivo aumento della glicemia e la loro dispersione con le urine.
Per questo motivo, il metabolismo del glicogeno è regolato principalmente dall’insulina, dal glucagone e dalle molecole nei loro percorsi di segnalazione a valle. L’insulina e il glucagone promuovono rispettivamente la sintesi e la degradazione del glicogeno.
Meccanismo della glicogenolisi
La prima fase della glicogenolisi avviene grazie all’enzima glicogeno fosforilasi appartenente alla classe delle transferasi che agisce distaccando una molecola di glucosio dall’estremità non riducente della catena di glicogeno.
L’attività della fosforilasi è regolata dalla fosforilazione: nella forma fosforilata è attiva, mentre nella forma non fosforilata è inattiva. L’enzima è attivato nel fegato dall’ormone glucagone, ormone peptidico secreto dal pancreas che svolge un’azione di antagonista all’insulina e dall’ adrenalina sia nel fegato che nei muscoli.
Il glucagone e l’epinefrina si legano ai rispettivi recettori sulla superficie cellulare, innescando una cascata di segnalazione che attiva la proteina chinasi A o proteina chinasi cAMP-dipendente (PKA), enzima oligomerico appartenente alla famiglia delle protein-chinasi. La PKA quindi fosforila e attiva la fosforilasi chinasi, che a sua volta fosforila e attiva la glicogeno fosforilasi.
La glicogeno fosforilasi attivata agisce sui legami α-1,4-glicosidici tra le molecole di glucosio nel polimero del glicogeno e rimuove uno ad uno i residui di glucosio dalle estremità non riducenti della catena del glicogeno, liberando glucosio-1-fosfato.
Quando la catena del glicogeno viene degradata, entra in gioco l’enzima deramificante amilo-(1,4→1,6)-transglicosilasi appartenente alla classe delle transferasi che sposta un blocco di 3 o 4 unità di glucosio dalla catena principale a un punto di ramificazione, generando una nuova estremità non riducente e consentendo un’ulteriore azione della glicogeno fosforilasi.
Una volta che la catena del glicogeno si accorcia a circa quattro unità di glucosio nella ramificazione, un enzima deramificante idrolizza il legame α-1,6-glicosidico, rilasciando una molecola di glucosio libera.
