GLUCÓLISIS

La glucólisis es un conjunto de reacciones que transforman la glucosa en piruvato. Es una vía casi universal. La glucólisis es una vía íntegramente citosólica.

Se distinguen 3 partes:

-Entrada de glucosa de todas las células. Sobretodo a músculos e hígado. Es el primer punto de control de la vía.

-Una vez ha entrado dentro del hepatocito:

 

 

 

 

Se puede estructurar en 2 etapas:

1. Pasar de Glucosa a Fructosa-1,6-difosfato.

2. Pasar de Fructosa-1,6-difosfato a dihidroxiacetona y gliceraldehido.

La primera fase es una fase  de alteración química para dejar la molécula útil para la célula.

Primera fase de la glucólisis

1. La glucosa se fosforila en el alcohol por la hexoquinasa. La hexoquinasa une el fosfato del ATP mediante un enlace fosfoéster y la transforma en Glucosa-6-fosfato. La Glucosa-6-P está preparada para los procesos que continúan en la glucólisis. La fosforilación transforma 1 molécula neutra en una molécula cargada negativamente. Hace que ahora, la glucosa-6-P no pueda volver a salir por la membrana debido a su carga negativa.

2. A la célula no le gusta la forma aldosa y hace la forma cetosa (Fructosa-6-P). Es realizado por la fosfoglucosa isomerasa.

3. Implica la adquisición de un segundo fosfato que va a parar al C1 y forma la fructosa-1,6-bisfosfato. Lo relaiza la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1). La fructosa-1,6-bisfosfato es completamente simétrica. La PFK-1 es un enzima clave en la glucólisis.

4. La fructosa-1,6-bisfosfato se parte por la mitad y da dos moléculas (dihidroxiacetona-fosfato(DHAP) y gliceraldehido-3-fosfato (G3P)). La glucólisis se da a partir del gliceraldehido-3-P. El equilibrio está desplazado hacia la dihidroxiacetona-fosfato. Sólo un 5% es Gliceraldehido-3-P. La desaparición contínua de G3P transforma la DHAP en G3P. Todo acaba siendo G3P.

Segunda fase de la glucólisis

 A partir del G3P comienzan las transformaciones que dan lugar a Piruvato (Pyr) (reacciones de oxidación).

1. La primera reacción es que el enzima Gliceraldehido-3-Fosfatodeshidrogenasa oxida el grupo aldehido a ácido (gasta un NAD, que se reduce a NADH). Produce un enzima que es capaz de incorporar un fosfato al ácido carboxílico correspondiente. Se forma un éster. La fosforilación a nivel de sustrato se consigue porque hay ATP con un fosfato ya activado.

2. El 1,3-Bisfosfoglicerato cede 1 fosfato para sintetizar ATP. La reacción la cataliza la fosfogliceratoquinasa. El producto de la síntesis de ATP es el 3-fosfoglicerato. Sufre transformaciones que dan lugar a la síntesis de Pyruvato. El P3 debe pasar a la posición 2. Se consigue mediante el enzima fosfogliceromutasa. La mutasa tiene un fosfato activo, que se lo da a la posición 2. En un momento hay dos fosfatos, pero luego, se lo quita de la posición 3. Todas las mutasas funcionan así. Se hace para liberar el OH en la posición 3.

3. Se produce la deshidratación del OH. Se transforma el alcohol en enol, por la enolasa. Es parecido a Pyruvato, pero con enol y un fosfato. Se llama fosfoenolpiruvato (PEP). Es una molécula muy inestable que se transforma en Pyruvato por la Pyruvatoquinasa y se acopla la energía que se desprende para sintetizar ATP.

ANÁLISIS ESTEQUIOMÉTRICO DE LA GLUCÓLISIS

Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+      2 Pyr + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

La glucólisi es una vía que transforma la glucosa en Pyruvato y, a su vez, reduce 2 NAD+ del citosol a NADH y usa 2 Adp para formar 2 ATP.

La célula en cuanto puede, transforma otros monosacáridos a moléculas que están en la vía de la glucólisi.

Fructosa

Se encuentra en el  azúcar, se metaboliza según:

· En el hígado: la fructosa se transforma en fructosa-1-P. Se gasta 1 ATP que pasa a ADP. Lo realiza la fructoquinasa. La fructosa-1-P es degradada por una aldolasa, que da lugar a dihidroxiacetona-P y a gliceraldehido. El gliceraldehido es fosforilado con gasto de ATP a G3P. Se produce el mismo rendimiento que en la glucosa.

· En el tejido adiposo: la fructosa es fosforilada a fructosa-6-P a partir de la transformación de ATP a ADP por la hexoquinasa. La hexoquinasa tiene mucha menos afinidad por la fructosa que por la glucosa. Por eso, en el hígado, la hexoquinasa fosforila glucosa. En el tejido adiposo la hexoquinasa (HK) actúa sobre la fructosa porque no hay tanta glucosa.

Galactosa

La galactosa se fosforila en Gal-1-P y se gasta ATP que pasa a ADP. Lo hace la galactoquinasa. La Gal-1-P es transferida al Uridindifosfoglucosa (UDPglucosa), que es la forma activada de la glucosa, por la Gal-1-P-uridiltransferasa y se genera UDPgalactosa y se libera Glucosa-1-P Después se transforma la Glucosa-1-P en Glucosa-6-P mediante la fosfoglucomutasa.

Para que el circuito funcione correctamente, hay que regenerar UDPglucosa. Hay una epimerasa que retransforma UDP-galactosa en UDPglucosa.

 

 

 

 

 

 

 

La galactosa rinde igual que la glucosa.

REGULACIÓN DE FOSFOFRUCTOQUINASA

Hay tres posibles reguladores de la glucólisis:

· Hexoquinasa: no puede ser porque también se regula la síntesis de glicerol, la síntesis de glucógeno(G-1-P), la síntesis de ribosa-5-P. La hexoquinasa es sensible al exceso de Glucosa-6-P.

· Fosfofructoquinasa-1: la reacción que produce es fructosa-1,6-bisfosfato. La PFK-1 es sensible a la concentración celular de moléculas como ATP (efecto negativo sobre el enzima) y por niveles elevados del citrato (efecto negativo). Se activa alostéricamente cuando hay mucho AMP (efecto positivo), la fructosa-2,6-bisfosfato (activador positivo, se fabrica a partir de fructosa-1,6-bisfosfato (1 millón de veces más)), provoca que cuando hay poco, se active la PFK-1.

· La PFK-2/FBP (fosfobisfostato fosfatasa) fosforila F6P a F-2,6-P2 y también la puede desfosforilar. La actividad del enzima PFK-2/FBPfosfatasa es regulada por fosforilación mediante la serinquinasa, de forma que cuando se fosforila, se aumenta la actividad fosfatasa y se disminuye la actividad quinasa. La serinquinasa se activa indirectamente por incrementos de glucagón. Se une a receptores de la membrana y se emite una señal. El glucagón se activa cuando la concentración de glucosa desciende mucho.

Todo el mecanismo está diseñado para que el enzima sepa que hay menos glucosa en sangre.

La Piruvato Quinasa es un enzima que se regula de muchas formas diferentes. Se regula de forma alostérica, siendo inhibida por altas concentraciones de ATP y altas concentraciones de Alanina. El piruvato se puede transformar en Alanina por una transaminasa.

La disponibilidad de Fructosa-1,6-bisfosfato activa la piruvato quinasa. Cuando hay mucha Fructosa-1,6-bisfosfato, se abre la llave de la Piruvato quinasa y se metaboliza correctamente. Los mamíferos también fabrican diversos isoenzimas de piruvato quinasa que se expresan de forma diferente según el órgano.

Hígado.................. L Piruvato quinasa.

Músculo................. M Piruvato quinasa.

La forma hepática es regulable por fosforilación (inhibe). La proteína responsable es la proteína quinasa A, que es activable por niveles altos de glucagón circulante.

Los genes que codifican la piruvato quinasa son regulables en su expresión, de forma que dietas muy elevadas en carbohidratos, levan a un incremento en el mRNA que codifica la piruvato quinasa.

La piruvato quinasa está controlada de forma alostérica, por la transcripción génica y por fosforilación.

El hígado tiene un enzima capaz de fosforilar glucosa (glucoquinasa). Se caracteriza porque su Km es aproximadamente 5 mM, mientras que la hexoquinasa la tiene de 0´1 mM y no es inhibible por Glucosa-6-Fosfato. Cuando la concentración de glucosa es elevada, la glucosa es fosforilada por la hexoquinasa, pero cuando la glucosa exterior sube a 10-12 mM, hay un enzima que funciona por encima de su Km, porque pasa del freno que es la Glucosa-6-Fosfato.

La entrada de Glucosa en la célula no es por difusión pasiva, pero no requiere energía. Se produce un transporte pasivo. Estos transportadores están en la membrana celular. Desde el punto de vista estructural, tiene 12 dominios transmembrana. Son aminoácidos hidrofóbicos.

Existen diferentes tipos de transportadores de glucosa (GLUTn; donde n es un número que define el tipo de transportador).

Hay diferencias funcionales en los diferentes GLUT.

GLUT1/GLUT3: están prácticamente en cualquier célula de mamífero. Tienen una Km de 1 mM. Si se considera que los niveles de glucemia pueden ser de 4´5-5 mM, transportan glucosa sin ningún problema.

Hay otros transportadores como los GLUT2, que tienen una Km de 10-20 mM para la glucosa. Sólo existe en el hígado o células b del páncreas. Son importantes cuando hay cantidades muy grandes de glucosa. Por eso, el GLUT2 está en el hígado, porque es el órgano recaptador de glucosa. El páncreas responde produciendo insulina gracias a que el GLUT2 se vuelve activo.

Las células hacen con el piruvato, energéticamente, transformarlo en:

1. Etanol (EtOH).

2. Lactato

3. Acetil Co-A: vía aeróbica.

Las levaduras producen EtOH en dos reacciones:

 

 

 

 

Las levaduras lo hacen para regenerar el NAD que consumieron pasando glucosa a piruvato.

El paso de piruvato a lactato ocurre en microorganismos y mamíferos cuando no hay O2. Se cataliza por la lactato deshidrogenasa y tiene como obligación que una molécula de NADH regenera una molécula de NAD+ para seguir haciendo la glucólisis.

El piruvato, en la mayoría de células, con O2, lo transforman en Acetil Co-A. Supone una descarboxilación y gasta una molécula de NAD+, que pasa a NADH.

 

 

 

 

 

 

Estos procesos están catalizados por un complejo multienzimático (3 diferentes proteínas, que se asocian dentro de la célula para llevar a cabo esas reacciones de forma muy efectiva: piruvato deshidrogenasa; que no es citosólica, sino que está en la matriz mitocondrial (debe atravesar la membrana externa (poco selectiva) y la interna (muy selectiva))).

COMPONENTE

GRUPO PROSTÉTICO

FUNCIÓN

Piruvato deshidrogenasa (E1)

Tiaminpirofosfato (TPP)

Descarboxilasa del piruvato

 

Dihidrolipiltransacetilasa

(E2)

 

Lipoamida

Oxida el hidroxiacil (forma el enlace acil sobre un átomo de azufre) y lo transfiere al Co-A

DHLP deshidrogenasa (E3)

FAD

Oxidar lipoamida

El procedimiento que sigue es el siguiente:

1. E1 transforma en acetaldehido a hidroxitiaminpirofosfato.

2. El hidroxitiaminpirofosfato es transferido a E2. Tiene un grupo disulfuro que es el receptor del hidroxiacilo y lo va a unir covalentemente a 1 S y, después, lo transfiere al Acetil Co-A.

3.La lipoamida ha quedado reducida y no puede coger hidroxiacilo. Hay que recargar el enlace disulfuro.

El FADH se oxida a FAD, que provoca que el NAD se reduzca a NADH.

En E. Coli hay 24 E1, 24 E2 y 12 E3.

La ventaja de ese complejo es que el tráfico de substratos y productos está optimizado.

Este complejo requiere 5 enzimas diferentes (TPP, Lipoamida, FAD, NAD y Co-A). De estos 5 enzimas, 4 son o contienen vitaminas:

Tiamina......B1

Ácido pantoténico  (Co-A).

Nicotinamida (NAD).

Riboflavina (FAD).

El complejo se regula por producto de forma negativamente, por NADH y por acetil Co-A.

También es sensible a la carga energética de la célula. Niveles elevados de AMP son activadores y niveles elevados de GTP son inhibidores.

La fosforilación también lo regula y es regulada por la insulina.

Ciclo de Krebs

También se llama ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del citrato.

Es una vía muy importante que ocurre en la matriz mitocondrial. Es un mecanismo que incorpora el Acetil del Acetil Co-Enzima-A sobre un oxaloacetato y resulta en la eliminación de 2 C más oxidados (CO2), a expensas del paso de algunas moléculas de NAD a NADH y de FAD a FADH. Es un proceso central en el metabolismo de carbohidratos y de lípidos y de muchos aminoácidos.

Las reacciones que implica el ciclo de Krebs son:

-Una molécula de Acetil Co-A se incorpora en una molécula de oxaloacetato, dando el ácido cítrico. La condensación se da por el enzima citratosintasa. Esta reacción tiende hacia la incorporación de Acetil Co-A incluso en concentraciones muy pequeñas.

-El citrato tiene un OH central, que se transfiere a un C adyacente mediante la aconitasa. Se forma un intermedio, que es el cis-aconitato. Es una reacción de deshidratación, seguida de rehidratación. El agua que entra, entra en el otro C involucrado en el proceso.

-El isocitrato se deshidrata formando NADH por la isocitrato deshidrogenasa. Da lugar al oxalosuccinato (es químicamente inestables porque es un b-cetoácido (descarboxilan muy fácilmente) y un a-cetoácido, y pierde el carboxilo de la posición b y pasa de 6 a 5 C). Da lugar al a-cetoglutarato.

-El a-cetoglutarato, mediante la a-cetoglutarato deshidrogenasa, es descarboxilado, reduciendo un NAD, y se genera succinil co-A. Se trata de la misma reacción que realiza la piruvato deshidrogenasa. El a-cetoglutarato es un complejo proteico con 4 aminoácidos y 5 coenzimas.

-La hidrólisis del tioéster (succinil Co-A), se acopla a la síntesis de una molécula de GTP a partir de GDP. Lo hace la Succinil Co-A sintetasa). El GTP está informando a la piruvato deshidrogenasa de como va el metabolismo. El GTP pasa a ATP gracias a la nucleósidodifosfoquinasa:

 

 

 

-Lo que queda del ciclo, sirve para regenerarel oxaloacetato. El succinato con grupo ceto, da lugar a un oxaloacetato. Se va a oxidar este C a cetona. Se hace introduciendo 1 doble enlace entre los C centrales del succinato mediante la succinato deshidrogenasa. Se reduce FAD a FADH2. Es el único enzima que está en la membrana interna mitocondrial. Se relaciona con la cadena de transporte de electrones. Se forma el ácido fumaral.

-El fumaral es hidratado por la fumarasa, que es estereoespecífica. Forma la L-Malato, que es oxidada a cetona para dar oxaloacetato mediante la malatodeshidrogenasa, que reduce NAD a NADH.

 

 

 

 

 

BALANCE ESTEQUIOMÉTRICO

 

 

 

 

 

 

La energía sale cuando las formas reducidas de FADH2 y NADH van a la cadena de transporte de electrones. Cada NADH rendirá 2´5 y cada FADH2, 1´5.

El ciclo de Krebs no requiere O2 en ningún lado. Sólo se necesita para regenerar FAD y NAD. Es un mecanismo anaeróbico.

Los Carbonos que entran en el ciclo de Krebs no son los mismos que salen en forma de CO2.

RELACIÓN DEL CICLO DE KREBS Y OTRAS VÍAS

El ciclo de Krebs es un punto intermedio para formar moléculas de otras vías.Es una vía anfibólicas (catabólica o anabólica).

El Acetil Co-A es también inicio de síntesi de ácidos grasos. El oxaloacetato es inicio para la síntesi de algunos aminoácidos. El a-cetoglutarato produce el esqueleto carbonado de la síntesi de algunos aminoácidos y la síntesi de purina (DNA y RNA).

El succinato es sobretodo para formar algunas porfirinas.

El fumarato se usa en la síntesi de aminoácidos y esqueletos de las pirimidinas.

La capacidad del ciclo de Krebs para regular, depende de:

     -La cantidad de moléculas de oxaloacetato.

     -Regulación de algún enzima.

La manera de meter Carbonos en el ciclo de Krebs es a nivel del oxaloacetato. Son 2 reacciones de relleno del ciclo de Krebs. También se llaman reacciones anapleróticas.

El paso de Acetil co-A a oxaloacetato no es posible en animales.

1. Se transforma el piruvato en oxaloacetato, catabolizado por el enzima piruvatocarboxilasa. Esta reacción es muy importante, sobretodo, cuantitativamente en riñón e hígado de mamífero.

 

 

 

 

2. Del fosfoenolpiruvato (PEP), se transforma en oxaloacetato. El PEP capta CO2 y utiliza GTP en vez de ATP. Da lugar a OAA. Esta reacción puede ser reversible. Se da en músculo esquelético y cardíaco. La reacción es catalizada por la fosfoenolpiruvatocarboxiquinasa (PEPCK).

 

 

 

Estos Carbonos pueden venir de glucosa y pueden rellenar componentes del ciclo de Krebs. Dota a la célula de un mecanismo que permite retroceder la glucólisis a través de PEP. El Pyruvato puede pasar a OAA y luego a PEP invirtiendo un poco de energía.

REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS

Hay varios puntos de control:

1. Las tres reacciones importantes (2 descarboxilaciones y entrada de Acetil co-A), se inhiben por carga energética alta (ATP).

2. La a-cetoglutaratodeshidrogenasa (oxida citrato en a-cetoglutarato) y la succinil co-A deshidrogenasa (oxida a-cetoglutarato en succinato) también se inhiben por concentraciones elevadas de NADH.

3. La regulación definitiva es si hay o no acetil co-A disponible. La capacidad del ciclo suele venir dada por la cantidad de acetil co-A. Viene regulada por la actividad de la piruvatodeshidrogenasa (desde el punto de vista de la glucosa). La piruvato deshidrogenasa puede ser regulada por su producto (Acetil co-A y NADH). Un incremento en los triglicéridos da un aumento en Acetil co-A. La piruvatodeshidrogenasa, nota que hay mucho acetil co-A y deja de gastar glucosa como fuente energética .Se activa cuando hay mucha concentración de AMP y se inhibe por altos niveles de GTP. Los altos niveles de GTP son captados como hiperactividad debido al ciclo de Krebs. La fosforilación también inhibe la actividad piruvatodeshidrogenasa.

El acetil co-A es un producto de degradación de los ácidos grasos y de los esqueletos ácidos carbonados. Cuando hay un excesode Acetil co-A, se frena el uso de glucosa para fabricar Acetil co-A porque los diferentes órganos de un animal son diferentes metabólicamente. La forma de obtener energía es diferente. Hay órganos que pueden obtener energía usando acetil co-A, productos de aprovechamiento de acetil co-A (cuerpos cetónicos). Otros tejidos son muy dependientes de glucosa y se avienen muy mal a otras moléculas. Ej: cerebro.

Siempre que se pueda evitar malgastar Glucosa, se evitará, usando combustibles alternativos.

El acúmulo de Acetil co-A informa a la piruvatodeshidrogenasa de que se acumula acetil co-A. Esto provoca que no se use más glucosa para formar Acetil co-A, porque hay órganos glucosadependientes.

Ciclo del Glyoxilato

Es una variante del ciclo de Krebs que se da en algunos tejidos vegetales. Introduce materia neta en el sistema. Es menos oxidativo que Krebs. Sólo tiene 2 reacciones extras a Krebs.

A partir del isocitrato es diferente. La isocitratoliasa rompe la molécula de isocitrato en succinato y glyoxilato. El glyoxilato actúa como receptor de un segundo Acetil co-A y da una molécula de 4 C, que es el malato.

El malato se oxida por la malatodeshidrogenasa a oxaloacetato.

 

 

 

Puede fabricar succinato a partir de 2 moléculas de Acetil co-A. El succinato puede dar por sí mismo OAA.

El OAA puede dar lugar a PEP, que en última estancia, puede regenerar gucosa. Los animales no lo pueden hacer. Ej: semillas vegetales meten Acetil co-A de sus reservas lipídicas en los glioxisomas y acaban haciendo glucosa.

Los Carbonos que entran por el acetil co-A son diferentes a los que salen por CO2. El primero que se pierde es b y el segundo es a.

En 1 ciclo de Krebs, ninguno de los Carbonos del Acetil co-A se pierde en CO2 ¿Y en el segundo ciclo?

Energéticamente:

En un organismo aeróbico, los electrones que se desprenden del NADH y FADH2 se utilizan para respirar. El NADH y FADH transfieren electrones al Oxígeno y forman H2O (O2 reducido) y forma energía.

Actualizado el Viernes, 12 Julio, 2002 19:32

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