¿Cómo se regula la enzima glucógeno sintasa con respecto a la síntesis de glucógeno? Creo entender que la fosforilación disminuye su actividad (¿a través de la glucógeno sintasa cinasa?), pero ¿qué papel juegan moléculas como la insulina, el glucagón (o epinefrina), la proteína cinasa A y la proteína fosfatasa 1 (PP1)? ¿Activan o inhiben la síntesis de glucógeno y cómo?
La respuesta a esta pregunta se puede encontrar fácilmente en textos de bioquímica estándar, por ejemplo, uno disponible en línea (aunque sea una edición antigua): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22444/ . Presumiblemente, esta es la razón por la cual esta pregunta no ha sido respondida previamente. Sin embargo, creo que vale la pena proporcionar una respuesta resumida para enfatizar algo que siento que quizás no recibe suficiente énfasis en los textos y se ignora en la pregunta.
Esto es que la regulación del metabolismo del glucógeno (y de hecho otros aspectos del metabolismo de los carbohidratos) difiere en diferentes tejidos debido a las diferentes situaciones en las que su síntesis y descomposición es apropiada en relación con el metabolismo integrado del organismo. Si solo consideramos el músculo esquelético y el hígado, el músculo almacena glucógeno para usarlo cuando necesita generar ATP para potenciar la contracción, mientras que el hígado almacena glucógeno para que pueda proporcionar glucosa a otros tejidos cuando lo requieran para el trabajo (por ejemplo, el músculo esquelético) o en inanición (por ejemplo, eritrocitos y cerebro).
La adecuada integración la proporcionan en primera instancia las hormonas mencionadas (los llamados primeros mensajeros), y la presencia o ausencia de receptores en los tejidos para que respondan a estas hormonas o sean refractarios a ellas, según corresponda.
Tanto el hígado como el músculo esquelético tienen receptores para la epinefrina (adrenalina), que se secreta como respuesta al estrés. Esto da como resultado la descomposición del glucógeno, utilizado internamente por el músculo esquelético y liberado como glucosa por el hígado, como ya se mencionó.
El hígado también tiene receptores para el glucagón, la hormona que se secreta en la inanición o el ayuno, y también provoca la descomposición del glucógeno. El músculo esquelético no tiene receptores de glucagón porque el estado nutricional es irrelevante para sus requerimientos energéticos.
Tanto el hígado como el músculo esquelético tienen receptores para la insulina, la hormona del estado de alimentación, y responden a esto aumentando la síntesis de glucógeno para acumular suministros que estén disponibles cuando sea necesario.
¿Cómo funcionan estas hormonas?
El glucagón y la epinefrina (adrenalina) funcionan activando la adenil ciclasa (un llamado segundo mensajero) de manera acoplada a la proteína G para generar AMP cíclico. Este actúa mediante una cascada de fosforilación para activar la glucógeno fosforilasa e inhibir la glucógeno sintasa como se describe en cualquier texto estándar. (La proteína fosfatasa 1 también está involucrada.) La descomposición del glucógeno se intensifica.
La insulina actúa de manera diferente. La unión a su receptor activa la tirosina quinasa intrínseca de la proteína, y hay una cadena de autofosforilaciones de proteínas posteriores que culminan en la fosforilación de la proteína fosfatasa 1. Esto hace que desfosforile tanto la glucógeno sintasa como la glucógeno fosforilasa, lo que lleva a la activación de la primera y la inactivación de este último. De este modo se potencia la síntesis de glucógeno.
Es importante comprender los mecanismos moleculares del control metabólico, pero también es importante verlos en el contexto del metabolismo tisular integrado. Así que terminaré con una pregunta para el lector. El cerebro (que es absolutamente dependiente de la glucosa para parte de su metabolismo) almacena una pequeña cantidad de glucógeno. ¿Cómo esperaría que el cerebro respondiera a las tres hormonas mencionadas y cuál esperaría que fuera el destino del producto de la descomposición del glucógeno? Si ha entendido los principios anteriores para el hígado y el músculo, debería poder hacer predicciones racionales para el cerebro (incluso si los hechos resultan ser más complejos).