O que é glicogênio fosforilase?

É uma enzima quinase dependente de AMP cíclico que é regulada por fosforilação. Ela atua como catalisador na degradação do glicogênio intracelular em glicose-1-fosfato (primeira etapa da glicogenólise).

Mecanismo da Enzima

A glicogênio-fosforilase catalisa a adição de fosfato em uma ligação glicosídica (α1→4) na extremidade não redutora de uma molécula de glicogênio, resultando em uma glicose-1-fosfato e um glicogênio com uma glicose a menos (Figura 1). Ocorre a conservação de energia da ligação glicosídica da glicose-1-fosfato. A glicogênio-fosforilase repete essa ação até chegar a um ponto de ramificação (α1→6) onde para a atividade (Figura 2). Essa reação é chamada de fosforólise. ¹

Em solução, a reação mostrada na figura 1, é reversível, porém dentro da célula a enzima funciona apenas na direção da formação da glicose-1-fosfato, devido a maior concentração de fosfato inorgânico do que glicose-1-fosfato.²

Figura 1

Figura 2

Estrutura

Seu monômero é composto por 842 aminoácidos e com uma massa de 97,434 kDa, embora também possa existir como tetrâmero inativo, a glicogênio fosforilase é ativa como um dímero com duas subunidades idênticas, no meio biológico.³ Esse dímero tem muitas regiões biologicamente significativas como sítios de catálise, sítios de ligação com o glicogênio, sítios alostéricos e de resíduos de serina que pode ser fosforilado⁴, neste último sítio que ocorre a alteração estrutural da molécula e a conversão da fosforilase b (inativa) em fosforilase a (ativa), essa alteração ocorre devido a ordenação em α-hélice dos resíduos 10 a 22 que antes estavam desordenados. Devido a mudança de conformação, a atividade da enzima aumenta em até 25% mesmo quando há ausência de AMP.⁵

Figura 3 - (a) Estrutura R, glicogênio fosforilase a; (b) Estrutura T, glicogênio fosforilase b.⁶

Regulação Alostérica

Músculo

Quando o músculo está em repouso ele está na sua configuração inativa, ou seja, na forma de fosforilase b, mas quando há uma grande atividade muscular a fosforilase b é transformada pela adrenalina em fosforilase ɑ, isto é, na forma mais ativa.

A transformação de fosforilase ɑ em fosforilase b é feita por perda enzimática dos resíduos Ser14 , reação feita pela fosforilase-ɑ-fosfatase. A reação inversa é feita pela fosforilase-b-cinase. O cálcio também é um indutor da fosforilase-b-cinase, fazendo com que o glicogênio fosforilase seja mais ativo (figura 4).⁷

Figura 4 - (Figura 15-36, Lehninger)

Fígado

Assim como no músculo, a fosforilase ɑ é mais ativa e mais fosforilada que a b devido a baixa glicose. Esse pequeno nível de glicose no sangue faz com que o glucagon ative a fosforilase-b-cinase que converte a fosforilase b em fosforilase ɑ para que então a glicose vá para o sangue. A glicose quando não está mais em baixa quantidade, seu nível considerado normal, entra nos hepatócitos para poder se ligar a um sítio inibitório na fosforilase ɑ expondo os resíduos fosforilados de Ser para PP1(fosfoproteína-fosfatase 1) (Figura 5). ⁸

Figura 5 - (Figura 15-38, Lehninger)

Regulação Hormonal

A glicogênio fosforilase também pode ser regulada por hormônios. Ela é ativada pelos altos níveis de glucagon (que ocorre quando há baixo nível glicêmico) e também pelo aumento da secreção de epinefrina/adrenalina (ocorre quando o organismo é exposto a algum tipo de estresse, como exercício ou susto). Por outro lado, a glicogênio fosforilase é inativada pelos altos níveis de insulina no sangue.

O hormônio glucagon estimula o funcionamento da glicogênio fosforilase, pois, ele se liga ao seu receptor na membrana de hepatócitos ativando a enzima Proteína Quinase A (PKA), a qual, através de fosforilação, irá ativar a responsável pela degradação do glicogênio (glicogênio fosforilase) e inativar a enzima responsável pela síntese de glicogênio (glicogênio sintetase) (Figura 6). ⁹

Figura 6

Fonte original: glicogênio fosforilase. Compartilhado com Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License