BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

La capacidad de captar energía de diversas fuentes y canalizarla en trabajo biológico es una propiedad fundamental de todos los organismos vivos.

Todos los organismos vivos realizan transducciones de energía ( conversión de una forma de energía a otra)

FUENTES DE ENERGIA: -Energía lumínica -Oxidación de sustratos ( carbohidratos, lípidos y

proteinas)

Membranas transductoras de energía Membrana interna de la mitocondria Membrana tilacoidal Membrana citoplasmática En estas se impulsa procesos endergonicos tales como la

síntesis del ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico ( Pi) o la acumulación de iones.

Convierten la energía química de los diversos combustibles, en gradientes de concentración, gradientes electroquímicos.

Membrana interna de la mitocondria Membrana tilacoidal

En las condiciones existentes en los sistemas biológicos ( Temperatura y presión constante) , las variaciones de energía libre, entalpia y entropia estan relacionadas entre si por la ecuación:

∆G= ∆H- T ∆H Los organismos vivos conservan su orden interno tomando de su

entorno energía libre, en forma de nutrientes, luz solar y devolviendo al entorno una cantidad igual de energía en forma de calor y entropia.

Las transducciones de energía obedecen a las mismas leyes físicas que gobiernan todos los procesos naturales.

ATP

ATP como moneda energética:

Debido a la presencia de enlaces ricos en energía (enlaces anhídrido fosforico), esta molécula se utiliza en los seres vivos para proporcionar la energía que se consume en las reacciones químicas.

La reacción hidrólisis del ATP es una reacción exergónica donde la variación de entalpía libre estándar es igual a -30,5 kJ/mol:

Como tiene varios grupos cargados negativamente en solución neutra, puede quelar metales con una afinidad muy elevada. El ATP existe en la mayoría de las células en un complejo con Mg2+.

Mg 2+

∆G= - 30.5 Kj/ mol

Desfosforilación

Fosforilación

COMPUESTO∆Gº de Hidrólisis

(kcal/mol)

Fosfoenol-piruvato

-14.8

Carbamil-fosfato -12.3

Fosfocreatina -10.3

ATP ( --------> ADP + Pi)

-7.3

ADP ( --------> AMP + Pi)

-7.3

AMP (---------> Adenosina + Pi)

-3.4

Glucosa-6-fosfato -3.3

Glicerol-1-fosfato -2.2

OTROS COMPUESTOS FOSFORILADOS TRANSPORTADORES DE ENERGÍA

NADH, NADPH y FADH2

Los seres quimiotrofos, obtienen energía de molécula combustibles, producto de la oxidación de estos se forma: NADH, NADPH y FADH2 como transportadores de eletrones , estos transfieren sus electrones de alto potencial al O2, a través de la cadena de transporte de electrones, que dirige la ´sintesis de ATP, en un proceso denominado fosforilación oxidativa.

.

Funciones metabólicas de la mitocondria

Una buena parte de las funciones de la mitocondria es energética.

En ella ocurren rutas metabólicas

que generan una buena cantidad de energía proveniente del catabolismo de las moléculas combustibles.

Funciones metabólicas de la mitocondria

Piruvato

Piruvato

3 CO2

3 CO2

Acetil CoA

Krebs

NADFAD

Ca2+

Ca2+

nH+ nH+ nH+

4e(-)

O2

2H2O

P

AP P P

H+

H+

AP P+

AP P P

B-oxidación

Acil CoA

Acil CoA

Ciclo de la Urea

Urea

HCO3+

NH3

Ciclo de Krebs y los macronutrientes

CARBOHIDRATOS PROTEÍNAS GRASAS

GLUCOSA AMINOÁCIDOS ÁCIDOS GRASOS

Acetil CoA

Ciclo de Krebs

CO2ATP

GlicólisisMetabolismo del piruvato

La Glicólisis o vía de Embden Meyerhoff es la vía fundamental del metabolismo de los carbohidratos en el citosol de las células.

Comprende 10 etapas destinadas a la transformación de una molécula de glucosa en dos de ácido pirúvico, el que ulteriormente podrá transformarse en acetil CoA para su aprovechamiento energético máximo, siempre que exista abundante O2 en el medio o transformarse en ác. láctico, con discreto aprovechamiento energético, si no hay suficiente O2 en el medio.

Todas sus etapas son fosforiladas y su papel fundamental es producir energía bajo la forma de ATP y algunos intermediarios fundamentales en los tejidos.

En hematíes es fundamental para la síntesis de ATP. Ellos no tienen mitocondrias por lo que no tienen ciclo de Krebs.

En el músculo esquelético es fundamental como productor de energía (ATP), sobre todo en condiciones anaerobias.

En el tejido adiposo provee energía y dihidroxiacetona fosfato, necesario para la síntesis in situ de triglicéridos.

En el hígado es fundamental como paso previo al ciclo de Krebs, además puede generar precursores para la síntesis de ácidos grasos.

1ra.etapa: ingreso de glucosa al interior celular y su transformación en azúcar fosforilado, para evitar que la glucosa vuelva a trasponer la membrana en sentido inverso. Proceso diferente, según sea tejido muscular o hepático.

Glucoquinasa HexoquinasaKm 10mM < 100uMVmax Alta Baja

TejidoHígado Células Pancreáticas Demás tejidos

Regulación corto plazo

Responde a cambios en concentración de glucosa

Inhibido por la glucosa 6 fosfato

Regulación a largo plazo

Síntesis inducida por la insulina Constitutiva

La transformación de la glucosa en dos triosas interconvertibles. La transformación de glucosa en dos moléculas : gliceraldehido 3P y dihidroxiacetona P, pasa primero por la fosforilación de la glucosa, y de la fructosa 6P, con gasto de dos moléculas de ATP.

Ambas reacciones son exergónicas: hexoquinasa(-4 kcal/-mol) y P-fructoquinasa -3,4 kcal/mol).

La reacción de la P-fructo-quinasa es el paso limitante.

Aldolasa: liasa que rompe la fructosa 1, 6 Di P

Glucosa 6P

Fructosa 6P

Fructosa 1,6PP

isomerasa

fosfofructo

quinasa

DiHidroxiacetona P Gliceraldehido 3P

aldolasa

isomerasa

La etapa de conversión de Gliceraldehido 3P en 3 fosfoglicerato es la de formación de ATP.

El proceso de fosforilación es a nivel del sustrato.

La reacción más importante es la transformación de gliceraldehido 3P en 3 fosfoglicerato con producción de 1 ATP. Hay oxidación de C N°1 con reducción de NAD a NADH2, se forma un anhídrido entre COO- y Pi con suficiente energía para sintetizar 1 ATP.

OCH

OHCH

POCH 2

P-OCO

OHCH

POCH 2

OOHC

OHCH

POCH 2

NAD

NADH2

ADP

ATP

-18,8kcal/mol

Gliceraldehido 3Pdeshidrogenasa

Fosfogliceratoquinasa

Reacciones siguientes: tienen por finalidad transformar el 3Pglicerato en otro compuesto de alta energía, el fosfoenolpivato, para sintetizar otra molécula de ATP.

Una mutasa traslada el grupo P del 3er al 2do C, y una enolasa deshidrata formando un compuesto de muy alta energía, que por la piruvato quinasa sintetiza 1ATP =7,3 kcal/mol), libera energía y produce una

molécula de piruvato.

OOHC

OHCH

POCH 2

mutasa

OOHC

POCH

OHCH 2

3P Glicerato

2P Glicerato

H2Oenolasa

P enolpiruvatoOOH

C

POCH

2CH

-14,8 kcal/mol

OOHC

OC

3CHÁc. Pirúvico ADPATP

La anaerobiosis es el fenómeno resultante de no recibir suficiente oxígeno para metabolizar la glucosa por la vía aeróbica.

En un sujeto que no es deportista el ejercicio crea esa condición. Ciertos tejidos como los hematíes (sin mitocondrias) también

metabolizan la glucosa en condiciones anaeróbicas.

En condiciones aeróbicas, el NADH2 es dispuesto por las mitocondrias y el O2 para formar agua, produciendo 6 ATP por mol de glucosa, más el generado a nivel del sustrato. En anaerobiosis el NADH2 es transformado en NAD por la LDH con formación de ácido láctico.

ATPNADHPiruvADPPiNADGluc 2222222 G3PDH

NADLactatoNADHPiruvato 22222 LDH

Tres etapas de la Glicólisis son las que regulan esta vía metabólica: Glucoquinasa/Hexoquinasa Fosfofructoquinasa, la más importante. Piruvato quinasa

Además intervienen la concentración de los sustratos y el nivel de óxido reducción de la células, el nivel NAD/NADH y piruvato/lactato, que dependen de la concentración de oxígeno.

Enzima Regulación Efecto

Fosfofructoquinasa Alostérica

Activada por AMP y Fructosa 2,6 difosfato Inhibida por ATP y citrato

Piruvico quinasa Alostérica

Activada por fructosa 2,6 difosfato Inhibida por ATP y alanina

Hexoquinasa Alostérica Inhibida por glucosa 6 fosfatoGlucoquinasa Transcrip.genética Inducida por insulina

El equilibrio entre fosfofructoquinasa y fructosa 1,6 difosfatasa depende de la concentración de fructosa 2,6 difosfato.

El predominio marca el sentido de la reacción, Glucólisis o Gluco-neogénesis.

La razón del efecto es que reduce el Km de la quinasa. La insulina aumenta la concentración de Fructosa 2,6PP y el glucagon la disminuye.

Glucosa G6P F6P F1,6PP

PFK

FBPasa

PEP Pirúvico

F2,6PP

F2,6PP

+

-

+ Piruvato kinasahexok

fosfatasaCarboxilasa +carboxiquinasa

oxalacetato

El piruvato ocupa una posición central y fundamental entre los metabolismos de carbohidratos, grasas y proteínas, a través de su vinculación con lactato, alanina, acetil CoA y oxalacetato.

PIRUVATO

Glucosa Aminoácidos

Lactato Alanina

Acetil CoA Oxalacetato

CO2+H2O Ac.grasos Acetona Krebs Gluconeogénesis

La piruvato deshidrogenasa une la Glicólisis con el Ciclo de Krebs, mediante el procedimiento de Decarboxilación Oxidativa, en el cual el grupo carboxilo del piruvato es liberado como CO2 y los dos carbonos remanentes forman acetil CoA.

La PDH es un complejo multienzimático formado por tres enzimas y cinco coenzimas.

De las coenzimas, dos de ellas CoA y NAD, se asocian al sustrato, mientras que las otras TPP, ác.lipoico y FAD se asocian al complejo.

El complejo tiene además una quinasa y una fosfatasa que activan y desactivan a la PDH.

HNADHCOCoASCOCHNADSHCoACOOHCOCH 233

La Decarboxilación es iniciada por E1 en presencia de TPP, luego E2 en presencia de ác.lipoico oxida al compuesto y lo prepara para unirse a la CoA. El ác.lipoico es reoxidado por el FAD y E3

Enzimas Coenzimas ParticipaciónE1-Piruvato dehidrogenasa TPP DecarboxilaciónE2-dihidrolipoil transacetilasa Ac.lipoico Oxidación-Transferencia de aciloE3-dihidrolipoil deshidrogenasa CoA-SH Regeneración de ácido lipoicoPiruvato DH quinasa FAD Fosforilación e inactivación de E1Piruvato DH fosfatasa NAD Defosforilación y activación de E1

Regulación de la actividad de la PDH

PDH PDH P

AcetilCoA-NADH-ATP(+)

quinasa

Fosfatasa

Insulina(+)

Transformación de piruvato en lactato, con reoxidación del NADH a NAD (LDH).

Transaminación del piruvato a alanina (ALT).

Carboxilación de piruvato a oxalacetato, paso inicial de la neoglucogénesis.

NADCOOHCHOHCHHNADHCOOHCOCH 33

atocetoglutaralaninaGlutamatoPiruvato

Fructosa

Las dietas abundantes en sacarosa incrementan los niveles de fructosa.

La sacarosa se metaboliza más rápidamente que la glucosa por no requerir a la fosfofructoquinasa de control.

Favorece entonces la síntesis de ác. grasos y estimula la secreción de insulina.

La fructoquinasa es independiente del ayuno y la insulina por lo que la fructosa si se aprovecha en la diabetes.

La afinidad (Km) de la fructoquinasa hepática es alta, es decir tiene una Km baja.

CATABOLISMO DE OTRAS HEXOSAS

Fructosa : metabolismo

FRUCTOSA

D-Sorbitol

Sorbitol Deshidrog

NADH

NAD

Fructosa 1P

Gliceraldehido

Fructoquinasa

Aldolasa

Dihidroxiacetona P

Gliceraldehido 3P

Triosa fosfatoisomerasa

ATP

Trioquinasa

ATP

Glicólisis

Galactosa : metabolismo

Proviene de la hidrólisis de la lactosa. El hígado la convierte en glucosa

No es esencial, la glucosa se transforma en galactosa

Galactosa

GalactoquinasaATP

ADP

Galactosa 1P

Glucosa 1P

UDPGlc

UDPGal

Uridin transferasaEpimerasa

Glucógeno

Ciclo de Krebs:energía El Ciclo de Krebs es un conjunto de reacciones

químicas que se efectúa en las mitocondrias, para catabolizar los residuos de Acetil CoA producidos en el metabolismo de carbohidratos y grasas.

Este Ciclo libera energía que se guarda como ATP y moléculas de CO2 que se eliminan con la respiración.

Esas funciones se llevan a cabo en todos los tejidos pero con más importancia en el hígado.

Es responsable de 2/3 de la producción calórica del organismo.

Ciclo de Krebs: valor calórico

Durante la oxidación del Acetil CoA se forman equivalentes reductores como H+ o electrones en la matriz mitocondrial adyacente a la membrana interna.

Así, la transferencia a la cadena respiratoria que está en la membrana mitocondrial interna se realiza con facilidad.

Todo el proceso es aeróbico, luego sin oxígeno se inhibe total o parcialmente.

ETAPAS DEL CICLO DE KREBS

La acetil-CoA proveniente del catabolismo de hexosas, ácidos grasos, y algunos amoniácidos , se condensa con el oxalacetato para formar citrato y a partir de esta se inicia dos descarboxilaciones oxidativas con generación de potenciales de reducción ( NADH y FADH) , para luego continuar con la recuperación del oxalacetato e iniciar un nuevo ciclo.

O=C--COO-

H--C--COO-

H

HO--C--COO-

H--C--COO-

H

H

H--C--COO-

H--C--COO-

OH--C--COO-

H

H

H--C--COO-

H--C--H

O=C--COO-

H

H--C--COO-

H--C--H

O=C~SCoA

H

H--C--COO- H--C--H

COO-

COO-

H--C--H

H--C

COO-

COO-

C--H

H--C--H

COO-

COO-

HO-C--H

H2OCoA-SH

Citrato sintetasa

Aconit

asa

Isocitratodeshidrogenasa

NAD+

NADH+H+

Cetoglutarato

deshidrogenasa

NAD+

NADH+H+

CO2

GDP+PiGTP

Succ

inat

otio

quin

asa

FAD

FADH2

Succinato

deshidro

genasa

H2O Fumarasa

Malatodeshidrogenasa

HH-C-CO~SCoA H +

NAD

NADH+H+

Oxalacetato Citrato

Isocitrato

cetoglutarato

Succinil CoA

Succinato

Fumarato

Malato

Ciclo de KrebsCiclo de Krebs

CO2

REACCION DE LA CITRATO SINTASA

Oxalacetato Citrato ó Acido Cítrico

Acetil-CoA

Citrato sintasa

REACCION DE LA ISOCITRATO DESHIDROGENASA

Isocitrato-CetoglutaratoOxalosuccinato

REACCION DE LA -CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA

-cetoglutarato Succinil-CoA

REACCION DE LA Succinil-CoA sintetasa ó Succinato tioquinasa

Succinil-CoA

Succinato

Fosforilación a nivel de sustrato

Reacción de la Succinato deshidrogenasa

Succinato deshidrogenasa

Succinato Fumarato

Ciclo de Krebs: etapas 1 y 2

1.- Condensación inicial del Acetil CoA con el Oxalacetato con liberación de energía del enlace tioester por acción de la citrato sintetasa.

CoACitratoOHoOxalacetatAcetilCoA 2

2.- Conversión de citrato en isocitrato. Se forma transito-riamente cis

aconitato. La realiza la enzima aconitasa.

IsocitratoaconitatoCisCitrato

H2O H2O

Ciclo de Krebs: etapas 3 y 4

3.- Dehidrogenación del isocitrato, formando oxalsuccinato. Existen tres isoenzimas: la NAD específica de las mitocondrias, y las NADP específicas de mitocondrias y citosol. La NAD específica se acopla a la cadena respiratoria.

HNADHCOatocetoglutaratooxalsuccinNADIsocitratoenzimalaaunido

2

Esta reacción requiere Mg++ y genera 3ATP por Mol de acetilo

4.- El alfa ceto glutarato pasa por una decarboxilación oxidativa seme-jante a la del piruvato. Requiere los mismos cofactores y vitaminas tales como, difosfato de tiamina, ác.lipoico, NAD,FAD y CoA. La enzima es la cetoglutarato dehidrogenasa y forma Succinil CoA.

HNADHCOASuccinilCoCoANADatocetoglutar 2

Esta reacción genera 3ATP por Mol de acetilo.

Ciclo de Krebs: etapas 5 y 6

5.- La succinil CoA se convierte en succinato por acción de una tioquinasa. En esta reacción la energía liberada por la unión con la CoA permite la síntesis de una mol de ATP. A nivel del sustrato.

succinilCoA Pi ADP succinato ATP CoA

6.- El succinato es metabolizado por una deshidrogenasa, unida a la superficie interna de la membrana mitocondrial. En la única deshidrogenasa que transfiere hidrógeno al FAD sin pasar por el NAD. Genera fumarato.

succinato FAD Fumarato FADH 2

Esta reacción sólo genera 2 ATP en la cadena respiratoria.

Ciclo de Krebs: etapas 7 y 8

7.- La fumarasa cataliza la incorporación de una mol de agua para formar malato.Se elimina la doble ligadura anterior.

fumarato H2O malato

8.- El malato es convertido a oxalacetato por una deshidrogenasa en presencia de NAD.

HNADHooxalacetatNADmalato

Esta reacción genera 3ATP por mol de acetilo, en la cadena respi-ratoria y proporciona el oxalacetato necesario para reiniciar el ciclo con una molécula más de acetil CoA.

Ciclo de Krebs : balance calórico

Se producen tres moléculas de NADH y una de FADH2 por cada molécula de acetil CoA.

En la membrana mitocondrial interna se recibe estos equiva-lentes reductores por la cadena respiratoria.

Cada paso por la cadena genera 3 ATP a partir del NAD pero a partir de FAD sólo 2.

Un enlace de alta energía se genera a nivel del sustrato.

En total se forman 12 ATP por ciclo de Krebs.

Enzima ATPDeshidrogenasa isocítrica 3Deshidrogenasa del cetoglutarato 3Succinato tioquinasa 1Deshidrogenasa del succinato 2Malato deshidrogenasa 3Total 12

Generación de ATP por Ciclo

Control del ciclo de Krebs

. Como el organismo sólo tiene 3 a 4 g de nucleótidos (ATP

ADP,AMP ) cada molécula debe ser refosforilada miles de veces al día.

Si una célula no usa el ATP no habrá ADP disponible, luego el NADH no podrá ser reoxidado y la relación NADH/NAD se elevará y esto detendrá al ciclo de Krebs.

Acción de la relación NADH/NAD sobre el ciclo de Krebs

El incremento de NADH inhibe a las siguientes enzimas que regulan el ciclo de Krebs:

cetoglutarato deshidogenasa isocitrato deshidrogenasa piruvato deshidrogenasa.( regulación

externa)

Estas enzimas también se inhiben por el producto y se activan por el NAD+

REGULACION DEL CICLO DE KREBS

• Piruvato deshidrogenasa

• Citrato sintasa

-NADH

ATP

ADP+

.Cetoglutarato deshidrogenasa - NADH

-ATP

Ca++

+ ADP

+Ca++

Isocitrato deshidrogenasa

SCoA

SCoA y citrato-

ACoA y Ac.G.

-

CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Reacciones que proveen de NADH a la cadena respiratoria

• Piruvato deshidrogenasa

• Isocitrato deshidrogenasa

• Malato deshidrogenasa

• -cetoglutarato deshidrogenasa

CICLO DE KREBS

Sustrato + NAD+ Producto + NADH + HCR

Componentes de la Cadena de transporte electrónico

Complejo enzimático Grupos prostéticos

Complejo I (NADH deshidrogenasa) FMN, FeS

Complejo II ( succinato deshidrogenasa) FAD, FeS

Complejo III (citocromo bc1) Hemo, FeS

Citocromo c Hemo

Complejo IV (citocromo oxidasa) Hemo, Cu

Complejo V (ATP sintasa)

• La transferencia de electrones desde el NADH a través de la cadena respiratoria hasta el O2 es un proceso altamente exergónico.

• La mayor parte de esa energía se emplea para bombear protones fuera de la matriz.

• Por cada par de electrones transferidos al O2 los complejos I y III bombean 4 H+ y 2 el complejo IV.

• El complejo II no transfiere H+ ya que no atraviesa la membrana interna como los demás.

• Así esta energía electroquímica generada por el gradiente protónico impulsa la síntesis de ATP.

Lugar de translocación de protones

Inhibidores de la fosforilación

Oligomicina:

•Bloquea el flujo de protones a través de F0, impidiendo la fosforilación.•Se inhibe la síntesis de ATP•Se acumulan protones y se produce una fuerza inversa deteniéndose el transporte de electrones.

Desacoplantes: •Compuestos que impiden la síntesis de ATP, pero no bloquean el flujo de electrones, de esa manera desacoplan la cadena respiratoria de la fosforilación oxidativa.•El 2,3-dinitrofenol (DNF) transfiere iones hidrógeno desde el lado externo hacia la matriz y anula el gradiente de protones creado por la cadena respiratoria.

BALANCE ENERGETICO DE LA OXIDACION COMPLETA DE LA GLUCOSA

3 NADH 3 X 3 9 ATP

1 FADH2 1 X 2 2 ATP

1 GTP 1 ATP

12 ATP x 2 = 24 ATP

DESCARBOXILACION OXIDATIVA DE 2 PIRUVATO A ACETIL CoA

1 NADH 1 X 3 3 ATP x 2 = 6 ATP

TOTAL: 36 ó 38 ATP

VIA GLICOLITICA 2 ATP

2 NADH ( LANZADERA) 4 o 6 ATP

CICLO DE KREBS

Aprovechamiento de los NADH en la cadena respiratoria El NADH producido en el citosol por efecto de la

glicólisis (gliceradehido 3P deshidrogenasa) no puede atravesar la membrana mitocondrial.

En condiciones anaeróbicas se aprovecha en la transformación de piruvato a lactato.

En condiciones aeróbicas se aprovecha por la cadena respiratoria.

El ingreso a la mitocondria está regido por un mecanismo llamado de lanzadera de equivalentes

reductores.

Lanzadera del malato (1) El proceso de transaminación en el citosol genera

gran cantidad de oxalacetato que se transforma en una vía de ingreso para más NADH.

Sin embargo la membrana mitocondrial es impermeable al oxalacetato por lo que el transporte lo hace bajo la forma de malato. Es este el que lleva los equivalentes reductores al interior.

Dos transaminasas transforman al oxalacetato en cetoglutarato para permitir su paso de membrana.

Mas activa en hígado y corazón

Lanzadera del malato (2)

NAD

NADH

NAD

NADHoxalacetatooxalacetato

Malato Malato

Alfa KG Alfa KG

Aspártico AspárticoGlutamato Glutamato

H H

Transaminasa

Malato deshidrogenasa Malato deshidrogenasa

Transaminasa

Lanzadera del glicerofosfato

NAD

NADH

FAD

FADH

Glicerol 3P Glicerol 3P

Dihidroxiacetona P Dihidroxiacetona P

Glicerol 3Pdeshidrogenasa

Glicerol 3Pdeshidrogenasa

Vía de las Pentosas

Metabolismo de Fructosa

Metabolismo de Galactosa

Gluconeogénesis

Vía de la pentosa fosfato

No es una vía esencialmente energética. Tiene dos funciones importantes: generar NADPH

para la síntesis de ácidos grasos y de esteroles. Además provee ribosa para síntesis de nucleótidos.

Genera tres moléculas de CO2 y 3 pentosas las cuales producen dos hexosas y una triosa. Dos triosas pueden regenerar una hexosa que se metaboliza por la vía glicolítica.

Es una vía citosólica , usa NADP como receptor de H y tiene dos fases: oxidativa y no oxidativa

Vía de pentosas : metabolismo

3Glucosa 6P

NADP NADPH+H

deshidrog

3 6P-Gluconato

NADP NADPH+H

deshidrog 3CO2

+

3 Ribulosa 5P

Cetoisomerasa3-Epimerasa

Ribosa 5PXilulosa 5PTranscetolasas - TPP

Gliceraldehido3P Sedoheptulosa.7P

Fructosa 6P

Glucosa 6P

Transaldolasa

Eritrosa 4P

Transcetolasas

Glicerald. 3P + Glucosa 6P

Vía de las pentosas: características

La vía es activa en hígado, tejido adiposo, suprarrenal, tiroides, eritrocitos, testículos y glándulas mamarias durante la lactancia.

Su actividad es baja en el músculo.. En todos los tejidos se necesita ribosa, luego el músculo puede

producirla por vía inversa de la pentosas a partir de fructosa 6P.

El NADPH permite reducir el glutation. Este último remueve el H2O2 de los eritrocitos aumentando su vida.

NADP

NADPH2

2GSH

GS-SG

H2O2

2H2O

Gluconeogénesis

Es la síntesis de glucosa a partir de grasas o proteínas.

Por principio, gluconeogénesis y glicólisis son vías opuestas en el metabolísmo.

Existen en la glicólisis tres etapas que por su desnivel energético deben sobrepasarse mediante procedimientos alternos.

La gluconeogénesis usa cuatro reacciones diferentes para sobrepasar esas tres etapas.

Glicólisis y gluconeogénesis

Hígado y riñón tienen todas las enzimas de la gluconeogénesis, pero 80% se realiza en el hígado.

La 1ra. etapa se realiza en la mitocondria, transformando piruvato en oxalacetato.

Las siguientes en el citosol y la última en el retículo endoplasma

Para una mol de glucosa se requiere 4 ATP y 2 GTP y NADH

Glucosa

Glucosa 6P

Fructosa 6P

Fructosa 1,6 PP

2 x Gliceraldehido 3P

1,3 Difosfoglicerato

Fosfoenolpi-ruvato

ATP Pi

ATP Pi

Piruvato

oxalacetatoATPGTP

ATP

3 P Glicerato

Enzimas de la gluconeogénesis

Piruvato carboxilasa, enzima que transporta al grupo carboxilo, mediada por la biotina

Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa: fuera de la mitocondria trans-forma al oxalacetato en fosfoenolpirúvico. Requiere de GTP.

Fructosa difosfatasa: enzima citosólica

PiADPoOxalacetatATPHCOPiruvatoBiotina

3

2COGDPiruvatoFosfoenolpGTPoOxalacetat

PiPFOHPPFructosa 66,1 2

Glucosa 6 fosfatasa

Esta reacción sobrepasa la catalizada por la hexoquinasa o la glucoquinasa.

La enzima está localizada en el retículo endoplasma y tiene cinco subunidades.

G6P

G6P Glucosa+PiLuz del retículo endoplasma

Citosol

T1 T2 T3G6Fos.asa

Pro.Regulacon Ca++

De dónde provienen los precursores de la gluconeogénesis?

Del tejido adiposo, el glicerol (Glicerol fosfato-DHAP-glu-cosa) de los triglicéridos.

Del tejido muscular y los he-matíes, el ácido láctico (áci- do láctico-piruvato-glucosa).

De la proteína muscular, la alanina que se transamina a piruvato.

Otros aminoácidos, llamados glucogenéticos.

Glucosa

PEP

Oxalacetato Alfa cetoglutarato

Succinil CoA

Fumarato

aminoácidos

aminoácidos

aminoácidos

La ingesta dietética es esporádica y no siempre suficiente, luego el organismo debe suplementar la glicemia a partir del glucógeno.

8:00h 12:00h 16:00h 20:00h 24:00h 4:00h 8:00h

Contenido de glucógeno del hígado durante el día

Es la forma de almacenamiento de carbohidratos en los tejidos animales.

Corresponde del 6 al 10% del peso del hígado (aprox. 70 a 100 g) y del 1 al 2% del peso del músculo (aprox. 250 a 400g).

Es un polímero de la alfa D glucosa, con moléculas unidas por enlaces 1,4 y 1,6.

El glucógeno muscular es fuente de glucosa para este tejido, mientras que el glucógeno hepático mantiene la glicemia.

GLUCOGENO

El glucógeno se encuentra en el citosol de las células (musculares, hepáticas, renales, etc.)

En el músculo partículas beta con 60 000 residuos de glucosa.

El hígado gránulos grandes partículas alfa, agregados de partículas beta.

La estructura tiene una ramificación cada 10 moléculas lineares .

Cada molécula de glucógeno tiene una proteína llamada glucogenina, unida covalentemente al carbohidrato.

La cadena está formada por uniones glicosídicas alfa 1,4 y la ramificaciones por uniones alfa 1,6.

Está formado por múltiples moléculas de alfa D-glucosa unidas por enlaces glicosídicos del tipo 1,4 para formar cadenas lineares y, luego de 8 a 10 residuos lineales una ramificación

mediante un enlace 1,6. Enlace glucosídico 1,4 y 1,6

La glucosa 6P se convierte en glucosa 1P por una mutasa.

La glucosa 1,6 difosfato es un intermediario de la reacción.

La glucosa 1P reacciona con la UTP para formar una glucosa acivada : UDP-glucosa, que inicia la síntesis de glucogeno.

La hidrólisis del pirofosfato resultante por una pirofosfatasa garantiza la continuidad de la reacción, catalizada por la glucógeno sintetasa, encargada de la elongación de la cadena.

Requiere la tranferencia de una glucosa del UDP-glucosa, al extremo no reductor de la cadena.

La enzima responsable de formar los enlaces glicosídicos es la glucógeno sintetasa y la enzima ramificante es la glucosil transferasa.

La UDP resultante de la actividad de la sintetasa regenera UTP gracias a la enzima nucleósido difosfoquinasa.

UDP + ATP --------------UTP + ADP

sintetasa ramificante

El glucógeno tiene ramificaciones cada 8 unidades lineares de glucosa.

Se produce gracias a la actividad de la enzima ramificante o glucosil 4,6 transferasa

Dicha enzima transfiere 5 a 8 unidades de glucosa, rompiendo un enlace 1,4 y creando un enlace 1,6.

La ramificación incrementa la solubilidad del glucógeno y acelera el proceso de síntesis y degradación

Proteína de 332 aminoácidos con una tirosina terminal.

Ella se une a 8 glucosas expontáneamente que sirve como un cebador o iniciador de la síntesis de glucógeno por acción de la glucógeno sintetasa.

Tyr-OH

Glicogenina

Tyr-O-(glucosa)8

Tyr-O--

Glicosilación

expontánea

8 UDP-glucosa

8 UDP

Glicogenina primaria

(Glucosa) n –1,4- y

Glucógeno sintetasa

Enzima ramificantenUDP-glucosa

nUDP

Complejo Glucogenina-Glucógeno

La más importante enzima involucrada es la glucógeno fosforilasa.

Ella rompe los enlaces alfa 1,4 por simple fosforilación, generando glucosa 1 fosfato, posteriormente se isomeriza a glucosa 6-P

La glucógeno fosforilasa actúa secuencialmente hasta que quedan cuatro unidades antes de la ramificación . Dextrina limitante.

La enzima desramificante es la combinación de la glucosil 1,4---1,4 transferasa, que rompe tres glucosas de la ramificación y la anexa a un extremo para que actúe la fosforilasa y la amilo 1,6 glucosidasa rompe el punto de ramificación, que libera la única glucosa libre.

Glucosa 1P

Glucosa 6P

Glucosa

Glucosa 6Fosfatasa

Glucoquinasa

(ATP+Mg)(H2O)

Glucógeno sintetasa +Enz.ramificante

GlucógenoFosforilasa+Glucano transferasaEnz.desramificante

Glucógeno

UTP

2Pi

UDPglucosa

UDP

La fosforilasa existe bajo dos formas, activa o fosforilada e inactiva o defosforilada

Por lo tanto aquellas hormonas que estimulan la presencia de AMPc activan a la proteín quinasa y esta activa a la fosforilasa quinasa y esta a la glucógeno fosforilasa . Y la insulina que activa a la proteín fosfatasa inactiva a la glucógeno fosforilasa .

Glucagon Epinefrina, adrenalina +

ATP AMPcFosforilasa quinasainactiva

Fosforilasa quinasaactiva

Glucógeno fosforil.inactiva

Glucógeno fosforil.activa

Fosfatasa

Insulina +Inactiva a la glucogeno fosforilasa

La glucógeno sintetasa es inactivada por la proteín quinasa, que a su vez es activada por la presencia de AMPc, segundo mensajero del glucagon o epinefrina

La glucógeno sintetasa es activada por la proteín fosfatasa, activada a su vez por la insulina.

Glucagon Epinefrina+

ATP AMPc +Sintetasaactiva Sintetasa

inactiva

Insulina

+

Protein quinasa

Protein fosfatasa