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