20.1.2 Regulação da síntese do glicogênio muscular

2 ADP ⇋ ATP + AMP

favorece a formação de ATP, fornecendo energia adicional para o trabalho muscular, e faz aumentar a concentração de AMP. A ligação de AMP à forma b da glicogênio fosforilase torna-a ativa, intensificando a degradação do glicogênio. Com efeito, alguns músculos são capazes de mobilizar glicogênio, sem conversão detectável de fosforilase b em a.

Embora a regulação da glicogênio fosforilase por modificação covalente seja a mais importante e de resultados mais radicais, o conjunto das duas regulações converge todas as formas da enzima para as formas ativas.

A degradação do glicogênio libera glicose 1-fosfato1, que, isomerizada a glicose 6-fosfato, é metabolizada nas células musculares pela via glicolítica que também está estimulada. A contração muscular, por períodos curtos, é sustentada pelo ATP produzido na glicólise. É importante lembrar que a glicose proveniente da glicogenólise muscular destina-se sempre a uso interno, ao contrário do que acontece no fígado.

20.1.2 Regulação da síntese do glicogênio muscular

cAMP e Ca2+ estimulam a degradação e inibem a síntese do glicogênio

muscular

Quando a degradação de glicogênio está estimulada, a síntese está inibida. Esta regulação oposta e simultânea acontece porque (1) a enzima que catalisa a glicogenólise (glicogênio fosforilase) é ativa na forma fosforilada, ao passo que a enzima que catalisa a glicogênese (glicogênio sintase) é inativa na forma fosforilada e (2) as duas enzimas são substratos da mesma cascata enzimática que determina a fosforilação de proteínas. A adrenalina, portanto, determina o estímulo da degradação e a inibição da síntese de glicogênio muscular; estes mesmos efeitos são desencadeados

por íons Ca2+, liberados em resposta a estímulos nervosos (Figura 20.2).

Figura 20.2 Esquema resumindo os eventos de fosforilação provocados por adrenalina e estímulo nervoso que acarretam o estímulo da degradação e a inibição da síntese do glicogênio muscular.

A regulação da síntese de glicogênio é mais complexa e menos conhecida do que a regulação da degradação. A forma fosforilada e inativa da glicogênio sintase é chamada de glicogênio sintase b (GS b) ou glicogênio sintase D (GSD), por ser dependente de glicose 6-fosfato como efetuador alostérico positivo; a forma desfosforilada e ativa é a glicogênio sintase a (GS a) ou glicogênio sintase I (GSI), por ser independente de glicose 6-fosfato. Como acontece com a glicogênio fosforilase, a regulação da glicogênio sintase por modificação covalente é a mais importante, mas a regulação alostérica pode ser significativa em algumas situações. Por

exemplo, quando a fosfofrutoquinase 1 está inibida (Seção 20.2), há acúmulo de glicose 6-fosfato que ativa a GSD, promovendo a síntese de glicogênio.

A glicogênio sintase de músculos pode ser fosforilada em nove resíduos de serina, pela ação de onze proteína quinases. Neste aspecto, difere da glicogênio fosforilase que é regulada pela fosforilação de um único resíduo de serina e catalisada por uma única enzima, a fosforilase quinase.

A inativação da glicogênio sintase, por conversão da forma GSI em GSD, é acionada pelos mesmos sinais, hormonal e nervoso, que causam a

estimulação da glicogenólise (Figura 20.3). Neste caso, além das proteína quinases da cascata da degradação do glicogênio — PKA e fosforilase quinase —, são consideradas importantes a glicogênio sintase quinase-3 (GSK-3), a proteína quinase dependente de Ca2+ · calmodulina e a proteína quinase dependente de AMP (AMPK).

Figura 20.3 Cascata enzimática de inibição da síntese de glicogênio muscular. A conversão da forma ativa, GSI, na inativa, GSD, é promovida pela PKA e pela fosforilase quinase, como na glicogenólise, e também pela proteína quinase dependente deCa21⋅ calmodulina, glicogênio sintase quinase-3 (GSK-3) e proteína quinase dependente de AMP (AMPK). As formas ativas das enzimas estão representadas em vermelho.

A síntese de glicogênio muscular ocorre quando as enzimas são desfosforiladas

Cessado o estímulo por adrenalina, seus efeitos metabólicos desaparecem graças à ação coordenada de um conjunto de enzimas. O quadro vigente, e que deve ser revertido para que a célula volte à situação de repouso e esteja preparada para a síntese de glicogênio, caracteriza-se por:

1. Adenilato ciclase ativada.

2. Concentração de cAMP alta.

3. Proteína quinase dependente de cAMP (PKA) ativa.

4. Enzimas da glicogenólise fosforiladas pela PKA e estimuladas;

glicogênio sintase fosforilada, porém inibida, devido à ação das diversas proteína quinases citadas.

Os eventos que ocorrem para reverter cada uma destas condições são os seguintes:

1. Graças à atividade GTPásica da subunidade α da proteína G, o

GTP a ela associado é hidrolisado a GDP. Esta mudança de nucleotídios diminui a afinidade da subunidade α pela adenilato ciclase e as duas se separam: a subunidade α associa-se às outras subunidades da proteína G e a adenilato ciclase fica inativa,

cessando a produção de cAMP (Figura 19.4 a).

2. A fosfodiesterase hidrolisa o cAMP a 5′-AMP, reduzindo a

concentração celular do nucleotídio cíclico.

3. Desligada do cAMP, a subunidade reguladora da PKA volta a

associar-se à subunidade catalítica e a enzima torna-se inativa.

4. As enzimas fosforiladas têm seus grupos fosfato removidos por

hidrólise catalisada pela fosfoproteína fosfatase-1 (PP-1). Durante o tempo em que prevaleceu a ação da adrenalina, a PP-1 estava bloqueada por fosforilação de sua subunidade GM e do seu

Inibidor I-1 catalisada pela PKA (Figura 19.6).

Desta forma, quando termina o estímulo de adrenalina, as condições prevalecentes não permitem que aconteçam novas fosforilações de proteínas. A mudança decisiva no sentido do metabolismo do glicogênio dá-se quando as enzimas então fosforiladas têm os seus grupos fosfato removidos, por intervenção da insulina.

A insulina promove a síntese de glicogênio

A síntese de glicogênio depende, de forma essencial, da insulina. O exato mecanismo de sua atuação apresenta pontos obscuros, mas um de

seus efeitos reconhecidos é causar a desfosforilação de proteínas (Seção

19.6.3). Este efeito seria devido à estimulação da proteína quinase B (PKB), o componente final da via da fosfatidilinositol 3-quinase (PI3K), uma das vias de transdução de sinal de insulina. PKB fosforila enzimas reguladoras, causando mudanças em suas atividades. A glicogênio sintase quinase-3 (GSK-3) e a proteína quinase dependente de AMP (AMPK) são bloqueadas,

deixando de fosforilar suas proteínas-substrato (Figura 20.3); a ativação da fosfodiesterase determina a queda do nível de cAMP, resultando no

bloqueio da PKA (Figura 20.1); da estimulação de PP-1 decorre a remoção

de grupos fosfato de suas enzimas-alvo (Figura 20.4). Todas estas alterações fazem predominar as formas enzimáticas desfosforiladas, inativas no caso da degradação do glicogênio e ativa na síntese. A insulina também promove a síntese da glicogênio sintase.

Para que a glicogenogênese possa ser levada a cabo, é obviamente necessário que, além da adequação das atividades enzimáticas, haja disponibilidade do substrato precursor, a glicose. As fibras musculares são insulinodependentes, só podendo receber glicose quando, em virtude de glicemia elevada, o pâncreas libera insulina. Isto é o que ocorre após as refeições, permitindo que a maior parte da glicose plasmática seja captada e convertida a glicogênio, já que, nesta situação, o transporte de glicose é estimulado e as regulações das enzimas inibem a degradação do glicogênio e ativam a sua síntese.