INTEGRACION DE LAS RUTAS METABOLICAS

1. GLUCOGENOGENESIS: La Glucosa se convierte en glucosa-6-fosfato mediante una reacción

irreversible catalizada por la glucoquinasa o hexoquinasadependiendo del tejido en cuestión.

glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP Glucosa-6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato por la acción de

la Fosfoglucomutasa, mediante la formación obligada de un compuesto intermediario, glucosa-1,6-bisfosfatasa.

glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P Glucosa-1-fosfato se convierte en UDP-glucosa por la acción de la UDP-

glucosa pirofosforilasa (llamada también uridil transferasa). glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi Las moléculas de glucosa son acopladas en cadena por la glucógeno

sintasa, este paso debe realizarse sobre un primer preexistente de glucógeno. La glucógeno sintasa actúa es decir formando alargamientos lineales de ramas preexistentes, solamente formando uniones α1-4 permitiendo la union de glucosa a glucógeno preexistente

Las ramificaciones son producidas por la enzima ramificadora del glucógeno, la cual transfiere un fragmento de 6 a 8 unidades del extremo no reductor y lo une a una glucosa por un enlace α-1,6. Esto posibilita que ambas cadenas puedan continuar alargándose mediante uniones α-1,4 de glucosas hasta poder producir nuevas ramificaciones.

Es la vía generadora de glucógeno.

2. GLUCOGENOLISIS

Es la vía por la cual se degrada glucógeno para la obtención de glucosa de una

forma rápida, esta vía se estimula por niveles bajos de glucosa, glucagon y

catecolaminas (adrenalina, noradrenalina y norepinefrina)

1. El glucogeno es degradado a glucosa 1 fosfato por la enzima glucogeno

fosforilasa que es la enzima reguladora de esta vía y la enzima

desramificante que rompe los enlaces alfa 1-4 y alfa 1-6

2. La glucosa 1 fosfato pasa a glucosa 6 fosfato por la enzima

fosfoglucomutasa

3. La glucosa 6 fosfato pasa a glucosa por la enzima glucosa 6 fosfatasa

3. GLUCOLISIS

eso se puede deducir de la formula de la glucolisis la cual es

Glucosa+2NAD(+) +2ADP+2Pi ----> 2piruvato+2NADH+2ATP+2H(+)+2H20

Los productos de esta reacción, mostrados arriba, son utilizados por la

célula en muchas funciones:

El ATP (Adenosín trifosfato) es la fuente de energía universal de la célula. 

NADH y H+, otorgan la capacidad de reducir otros compuestos

pertenecientes a otras vías metabólicas, o bien para sintetizar ATP. 

El piruvato es la molécula que seguirá oxidandose en el ciclo de Krebs,

como parte de la respiración aeróbica, donde dará origen a más moléculas

NADH, que podrán pasar a sintetizar ATP en la mitocondria. 

1. El primer paso es HEXOQUINASA

Glucosa + ATP ----> Glucosa-6-fosfato + ADP

2do Paso: Fosfohexosa isomerasa 

Glucosa-6-fosfato ---------> Fructosa-6-fosfato (este es un proceso

reversibible)

3er paso: Fosfofructoquinasa

Fructosa-6-fosfato + ATP ---> Fructosa-1,6-bifosfato + ADP

4to Paso: Aldolasa 

Fructosa-1,6-bifosfato ----> Dihidroxiacetona-fosfato + Gliceraldehido-3-

fosfato (tmb reversible)

5to Paso: Triosa-fosfato-Isomerasa 

Dihidroxiacetona-fosfato------> Gliceraldehido-3-fosfato (reversible)

6to Paso: Gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa 

7mo Paso: Fosfoglicerato quinasa 

8vo Paso: Fosfoglicerato mutasa

9no Paso: Enolasa

10mo Paso: Piruvato quinasa 

4. VIA PENTOSA FOSFATO

La ruta de la pentosa fosfato tiene una gran flexibilidad, de hecho, es

un módulo ideal del metabolismo, que se adapta continuamente a las

cantidades requeridas de ATP, NADPH, ribosa-5-

fosfato, piruvato o acetil-CoA, según las necesidades de la célula.

Esta ruta se ve regularizada mediante la enzima glucosa-6-fosfato

deshidrogenasa. El regulador más importante es la oferta deNADP+, el

cual actúa como activador alostérico, mientras que

el NADPH disminuye la actividad de la enzima como inhibidor

competitivo. En condiciones fisiológicas el NADPH se encuentra en

mayor proporción (70:1) respecto NADP+, si hubiese una utilización de

equivalentes de reducción conduciría rápidamente a la estimulación de

la deshidrogenasa debido al aumento de la cantidad de NADP+.

Consecuentemente, esta ruta metabólica transcurre fuertemente en

el tejido adiposo, donde hay una gran oferta de glucosa y una alta

necesidad de NADPH, requerido para la biosíntesis de ácidos grasos.

Por el contrario, en el tejido muscular, se encuentra una baja necesidad

de NADPH, por lo que se realiza la inversión de la ruta.

En el caso del tejido adiposo, se dará lugar a NADPH para las células

del tejido, pero, la formación de ribosa-5-fosfato no dará suficiente

síntesis de nucleótidos, hecho que provocará la conversión de las

pentosas en gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato. Por lo

general, estas biomoléculas se incorporarán en la glucólisis, con la

ayuda de la enzima piruvato deshidrogenasa, para formar,

finalmente, acetil-CoA necesario para la síntesis de ácidos grasos. Así

pues, en la glucólisis simultáneamente se forman equivalentes de

reducción (NADPH, NADH) y también de energía (ATP). Este proceso

se detiene cuando ya hay suficiente y, además, se han cubierto las

necesidades de ATP. En este momento, los productos finales de la fase

no oxidativa de esta ruta metabólica podrán incorporarse en la

gluconeogénesis, para formar nuevamente glucosa-6-fosfato y cerrar el

ciclo.

Por último, hay otro tipo de células, las proliferantes que también se

aprovechan de la gran flexibilidad de este proceso metabólico. Éstas

necesitan una gran cantidad de ribosa-5-fosfato para poder sintetizar

ácidos nucleicos y, así, replicarse con facilidad y rapidez. De este modo,

la ruta puede invertirse, gracias a la reversibilidad de sus reacciones y, a

partir de una molécula de gliceraldehído-3-fosfato y dos de fructosa-6-

fosfato, obtendremos como producto tres moléculas de ribosa-5-

fosfato, sin formarse ningún NADPH.3

5. FERMENTACION LACTICA

En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación

responde a la necesidad de la célula de generar la molécula deNAD+, que

ha sido consumida en el proceso energético de la glucólisis. En la glucólisis

la célula transforma y oxida la glucosa en un compuesto de tres átomos de

carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos moléculas de ATP; sin embargo,

en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+ que actúan como

receptores de electrones y se reducen a NADH+H+. Para que puedan tener

lugar las reacciones de la glucólisis productoras de energía es necesario

reoxidar el NADH+H+; esto se consigue mediante la cesión de dos

electrones del NADH+H+ al ácido pirúvico, que se reduce a ácido láctico

6. FERMENTACION ALCOHOLICA

En esta fermentación a partir de la glucosa y con la participación de diferentes enzimas, se origina el ácido pirúvico, el cual es descarboxilado hasta CO2 y acetaldehído y este último reducido por la acción de la deshidrogenada hasta alcohol etílico.

7. CICLO DE KREBS

El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos

tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones

químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células

aeróbicas En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía

catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos

hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y

GTP).

Reacción 1: condensación del oxalacetato con la acetil CoA

La enzima citrato sintasa condensa a la acetil-CoA (2C) con el oxalacetato (4C)

para dar una molécula de citrato (6C). Como consecuencia de esta

condensación se libera la coenzima A (HSCoA). La reacción es fuertemente

exergónica: es irreversible.

• Reacción 2: isomerización del citrato a isocitrato

La isomerización del citrato en isocitrato ocurre por dos reacciones, que se

resumen en una.

• Reacción 3: oxidación y decarboxilación del isocitrato

El isocitrato es sustrato de la isocitrato deshidrogenasa, enzima que tiene como

cofactor un NAD, que forma parte de la cadena respiratoria. En la reacción 3 se

resumen dos reacciones a partir de las cuales el isocitrato forma α-

cetoglutarato (5C). Para lograr ese producto ocurre una decarboxilación, es

decir la liberación de una molécula de CO2, y la reducción de un NAD que

permite la formación de 3 ATP.

• Reacción 4: el α-cetoglutarato se transforma en succinil-CoA

Este paso implica la segunda decarboxilación oxidativa, catalizada por la α-

cetoglutarato deshidrogenasa, que lleva a la formación de succinil-CoA (4C). El

NAD es la coenzima de la deshidrogenasa, de manera que se formarán 3 ATP

como consecuencia de la actividad de cadena respiratoria.

• Reacción 5: la succinil-CoA rinde succinato y GTP

La succinil-CoA, es un tioéster de alta energía con un ∆G°′ de hidrólisis de -

33.5 KJ.mol-1 aproximadamente. La energía liberada por la ruptura de ese

enlace se utiliza para generar un enlace fosfoanhidro entre un fosfato y un GDP

para dar 1GTP por fosforilación a nivel de sustrato. En la reacción se libera

HSCoA.

El GTP se puede convertir en ATP según la siguiente reacción:

GTP + ADP GDP + ATP ∆G°′ = 0 KJ.mol- 1

• Reacción 6: el succinato se transforma en fumarato

El succinato es oxidado a fumarato por la succinado deshidrogenasa, enzima

que tiene como cofactor al FAD: se producen 2ATP en la cadena respiratoria.

La enzima usa FAD porque la energía asociada a la reacción no es suficiente

para reducir al NAD.

El complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa es el único del ciclo

que está asociado a la membrana mitocondrial de eucariotas, y en la

membrana plasmática de procariotas.

• Reacción 7: el fumarato se hidrata y genera malato

La fumarasa cataliza la adición de agua, es decir la hidratación del fumarato. El

producto de la reacción es el malato.

• Reacción 8: el malato se oxida a oxalacetato

Dada la naturaleza cíclica de la vía, las reacciones en su conjunto conducen a

la regeneración del oxalacetato. La malato deshidrogenasa cataliza la

oxidación del malato a oxalacetato, con la reducción de un NAD: se forman 3

ATP en la cadena respiratoria.

7. CICLO DE LA UREA

El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco libre intramitocondrial. El amoníaco producido en las mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la respiración celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.

2.  El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina, para formar citrulina y liberar Pi. Reacción catalizada por la ornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.

3.  El segundo grupo amino procedente del aspartato (producido en la mitocondria por transaminación y posteriormente exportado al citosol) se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato. Reacción catalizada por la argininosuccinato sintetasacitoplasmática. Enzima que necesita ATP y produce como intermediario de la reacción citrulil-AMP.

4.  El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.

5.  El fumarato ingresa en el ciclo de Krebs y la arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina.

6.  La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.

En resumen, el ciclo de la urea consta de dos reacciones mitocondriales y cuatro citoplasmáticas

8. TRANSAMINACION Y DESAMINACION DE LOS AMINOACIDOSLa transaminación es catalizada por transaminasas que transfieren el grupo amino desde el aminoácido a un cetoácido que normalmente es el -cetoglutarato. El resultado es otro cetoácido y el ácido glutámico (Glu). El objetivo de las reacciones de transaminación es precisamente obtener Glu, ya que este aminoácido puede intervenir en la siguiente etapa.

Mediante la desaminación oxidativa e Glu pierde su grupo amino, obteniéndosa amoniaco y regenerándose el -cetoglutarato. La reacción es catalizada por la

glutamato deshidrogenasa, que se encuentra en la matriz mitocondrial y precisa NAD+ como aceptor de electrones.

Por tanto, como resultado de los procesos de desaminación e obtienen aminoácidos desaminados y amoniaco.

10.CETOGENESIS

Cuando ocurre la oxidación de los ácidos grasos el acetil-CoA es excesivo lo

cual genera que esta ruta se active la cual sirve para disminuir el acetil-CoA

mediante la producción de cuerpos cetónicos que son usados para energía, la

síntesis de colesterol y otros como la acetona se desechan en la orina.

Principalmente ocurre en hígado.

11.B- OXIDACION DE ACIDOS GRASOS

se denomina así porque la oxidación ocurre en la posición del C3 o beta del

grupo acilo graso, al unirse la coenzima A con el grupo carboxílico en el C1,

dicha oxidación ocurre en las mitocondrias, y se producen en tres fases:

1)      La Beta oxidación propiamente dicha.

2)     Oxidación de los acetil CoA a CO2 a través del ciclo del acido cítrico.

3)   Los productos generados (transportadores electrónicos reducidos NADH y

FADH2) tanto de la beta oxidación como del ciclo del acido cítrico donarán sus

electrones a la cadena respiratoria mitocondrial con acción del ADP para

generar agua.

Son 4 pasos básicos y las enzimas que participan en cada paso, a

continuación:

1)      Deshidrogenación: Acil-CoA deshidrogenasa.

2)      Hidratación: Enoil-CoA hidratasa.

3)      Deshidrogenación: Beta hidroxiacil-CoA deshidrogenasa.

4)      Acción de una tiolasa: Acil CoA acetiltransferasa (tiolasa).

Luego suponiendo para el palmitil-Coa que tiene 16 carbonos, luego de estos 4

pasos básicos se genera para su oxidación completa 7 productos de Acetil-

CoA, esto quiere decir que se repite los 4 pasos mencionados 6 veces

12. GLUCONEOGENESIS

Piruvato carboxilasa es un enzima mitocondrial, mientras que el resto de

enzimas de la gluconogénesis son citosólicos: Se debe transportar el

oxalacetato producido fuera de la mitocondria:

1. Oxalacetato es reducido a malato por una malatodeshidrogenasa

mitocondrial ligada a NADH

2. Malato es transportado al citosol por el sistema lanzadera malato-

aspartato

3. Una vez en el citosol, el malato es reoxidado a oxalacetato por una

malato deshidrogenasa citosólicaligada a NAD+ Oxalacetato es �descarboxilado y fosforilado simultaneamente por

FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA (PEP

carboxiquinasa). La hidrólisis del GTP y liberación de CO2desplazan al

reacción hacia la formación de PEP.

Conversión de Fructosa-1,6-bifosfato en Fructosa-6-fosfato

Una vez formado, el Fosfoenolpiruvato es metabolizado por los enzimas �de la glicolisis pero en sentido inverso (reacciones en equilibrio).

El siguiente paso irreversible es la hidrólisis de Fructosa-1,6-bifosfato en �Fructosa- 6-fosfato y Pi:

13. FOSFORILACION OXIDATIVA

Se forman 2 NADH en la glicolisis: cada uno produce 1.5 ATP (suponiendo el

transporte de NADH por la lanzadera de glicerol fosfato).

Se forman 2 NADH en la descarboxilacion oxidativa del piruvato; cada uno

produce 2.5 de ATP.

Se forman FADH2 en el ciclo de acido cítrico; cada uno produce 1.5 de ATP.

Se forman 6 NADH en el ciclo del acido cítrico; cada uno produce 2.5 de ATP.

14. SISTEMAS LANZADERA

el NADH+H+ formado en el citosol, no puede atravesar directamente la

membrana mitocondrial interna, pero los electrones pueden incorporarse a la

cadena respiratoria mitocondrial por rutas indirectas llamadas lanzaderas de

sustrato. Se conocen dos tipos:

LANZADERA DEL GLICEROL FOSFATO. Los electrones del NADH+H+

citosólico pasan al FADH2 mitocondrial, con lo que la cadena respiratoria sólo

rendirá 2 ATP Se encuentra por ejemplo en células del cerebro y del músculo

esquelético

LANZADERA MALATO-ASPARTATO. Los electrones del NADH+H+ citosólico

pasan al NADH + H+ mitocondrial, con lo que la cadena respiratoria rendirá 3

ATP Se encuentra por ejemplo en células del corazón y del hígado.