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Hormonas Eje hipotalámico – hipófisis Hormonas hipotalámicas Hormonas hipofisarias “Tropinas” o Promueven la liberación de otra hormona M.D. 44 Señalización Sistema de Adenilato Ciclasa Sistema de Fosfoinosítidos ZPittí Hidrófobas Hidrofilias Vida Media Horas a Días Minutos Requiere Prot Transp Si No (van libremente por plasma) Receptor Intracelular Membrana Plasmática Mediador Complejo H-R Señal Intracelular Las reacciones alejadas del equilibrio son irreversibles por lo tanto son reguladas por el control de eficacia catalítica Hormonas Lipofílica: promueven la transcripción y traducción de proteínas enzimáticas (por lo tanto, regulan la cantidad de enzimas que se sintetizan) Estímulos + Hipotálamo Hipotálamo Hipoglicemia + CRH RH (Hormonas liberadoras) Hipófisis Hipófisis IH ACTH Hormonas hipofisarias “Tropinas” Glándulas Suprarrenales - cAMP ---- +PKA ---- CREBP + Transcripción Glándulas (Dianas) Síntesis de Enzimas Cortisol Síntesis de Enzimas Efecto: Gluconeogénesis Hormonas (Señal E.C.) Hormonas – R Transductor Receptor (Membrana) Proteína G Efector Señal Intracelular Proteína Amplificadora cAMP GTP GPRC GDP 7 TM α, β, γ GDP Inactiva G α * GTP Activa Señalización Múltiple Dianas AC ATP Sustrato PLC De la señal extracelular al efecto fisiológico Señal (Ligando) Transductor Receptor M.D. 44 Reg. enz. largo plazo Señal I.C. Efector Amplificador EFECTO FISIOLÓGICO ZPittí El primer mensaje lo lleva la hormona. El segundo mensajero requiere sistema de transducción --- 2 enzimas: AC y fosfoinocitidos. Transducción de señales: proceso mediante el cual una señal extracelular (Hormonas) producen señales intracelulares que median respuestas fisiológicas. Adrenalina: promueve contracción muscular y degradación de glucógeno. Insulina: aumenta metabolismo de glucosa Glucagón: promueve (en el ayuno) la movilización de las grasa Receptores de Superficie (Membrana) Canales Iónicos Funciones Catalíticas (Tyr kinasa) Sin Función Catalítica (GPRC) Ligandos de receptores A Proteínas G: Glucagón, Adrenalina, Dopamina, Adenosina, Trombina, Angiotesina Receptores de Membrana acoplados a Proteínas G (GPCR) y a Moléculas Efectoras a-1 a- 2 Efectores Adenilato Ciclasa PLC a-3 b-1 Canal Iónico b-2 Acoplados a Receptores Receptor con Act. Tyr Cinasa Receptor Canal Iónico Receptores Adrenérgicos Subtipos α – 1, α – 2 β – 1, β – 2 Acoplamiento mediante proteína G Fosfolipasa C PLC M.D. 44 AC ZPittí Familiade proteínas G G-GTP Activa Estruturas Heterotrímero αβγ Gs estimulada Clases Gi inhibe Gq Plipasa C Transducina Efectores Son Activados por Proteína G Adenil ciclasa, fosfolipasa C Generan segundos mensajeros Segundos mensajeros más conocidos: cAMP, IP3, DAG, Ca++, cGMP Los amplificadores reconocen los segundos mensajeros; propagan las señales intracelulares. Ejemplos: PKA, PKC, PKG Sistema Adenilato Ciclasa Las proteínas G activada interactúa con la adenilato ciclasa y la activa, formándose el segundo mensajero (cAMP) que genera una cascada en la que se activa la enzima PKA (2 subunidades reguladoras – que son las que se unen al cAMP, liberándose así 2 subunidades catalíticas). Una vez que se liberan las 2 subunidades, la PKA tiene actividad de cinasa, específicamente transferasa de fosfolípidos. Las cinasas por fosforilación activan a enzimas inactivas. Pero esto no es una regla general, ya que en otros casos puede darse lo inverso. En ayuno, las vías catabólicas se ven favorecidas. Cada vez que se fosforila una molécula, se forma un enlace éster. El ATP se produce por fosforilación oxidativa en el catabolismo del glucógeno, el catabolismo de las proteínas, etc. El sistema se pone en “OFF” cuando la enzima fosfodiesterasa hidroliza 4cAMP – 5 AMP Sistema AC en OFF: salida de la hormona del complejo H-R, Proteína Gα GTP (act. GTPasa proteína Gα GDP), cAMP (H2O, fosfodiesterasa 5AMP) M.D. 44 ZPittí Sistema Fosfoinosítidos Hormona Efector Fosfolipasas (PLC) Proteína G α βɤ Receptor PIP2 Fosfatidil Inositol Bis fosfato Señales IC GDP GTP Inositol Trifosfato (IP3) Prot G α+ GTP Diacil Glicerol (DG) CA+ + RE Fosfolipasas C hidrolizan el enlace éster entre el glicerol y El grupo fosfato (Unido al inocitoL) M.D. 44 PKC + ZPittí Amplificadores de la Señal: PKC, PKA reconocen segundos mensajeros, propagan señal intracelular, actúan mediante modificación covalente, existen más de 103 AMPLIFICADORES PKA, PKC Ser, Thr, residuos M.D. 44 ZPittí PROTEINA KINASA A Separación de subunidades por inserción de 4C AMP R dímero C monómero Activa Holoenzima Inactiva Acción del Glucagón Receptor de Glucagón Ciclasa adenilato M.D. 44 Receptor de insulina Receptor de adrenalina ZPittí Acción de las Metilxantinas Sistema de los fosfoinosítidos Calmodulina participa en muchos de los efectos del Ca2+ intracelular. CAM- Ca2+ complejo es un componente esencial de muchas enzimas dependientes de Ca+. CAM-Cinasa Que fosforilan Diferentes proteínas Síntesis y liberación de NT Metabolismo ATPasa Ca2+/Mg2+ Miosina Cinasa C PIR carboxilina PIR DH Glno, sintasa Glno, fosforilasa cinasa Sistema AC ON Ligando Hormona, GTP unido a proteína G, Activación de efector, Señal intracelular, Amplificación de Señal. OFF Separación de H-R, Actividad de GTPásica Gα, ↑Trímeros G α β ɤ, ↓de segundos mensajeros, reunificación tetrámero PKA. ½ O2 NADH + H CoQ FADH2 4 Complejos Multiprotéicos H2O Con 2 componentes móviles Act. Oxidoreductasa CoQ Citocromo C M.D. 44 ZPittí Cólera Enterotoxina (Vibrio cholerae) 2 subunidades 5 subunidades Conlleva Células de la mucosa intestinal ADP + Fosforilación PKA 2C Ribosilación de subunidades α Prot G De ATP cAMP Produce Inhibición de actividad GTPásica Canales iónicos CL- abiertos + Ad ciclasa Salida de Cl- (agua) Prot Gs (Activa) Por lo tanto Tosferina Toxina (Bordetella pertussis) ADP – ribosalación de Prot G1 Produce ↓ Afinidad G1 por GTP Sobreactivada Sistema Encendido Por ello G1 inactiva Impide, Inhibe Adenilato Ciclasa Fosforilación Oxidativa Mitocondriales: Ciclo de Krebs Complejo PIR DH Β oxidación de Ácidos Grasos M.D. 44 Citosol NADH + H Transp. Por lanzaderas FADH2 Ciclo de Krebs Rx de β oxidación de Ac. Grasos ZPittí ΔGo=-12Kcal Bombas: 4H+ Complejo I,III y IV bombean electrones. Todos los complejos tienen actividad enzimática. Cada molécula de NADH transfiere 2eDos entradas: por complejo I o por complejo II. El complejo IV es el que tiene como aceptor final el oxígeno. ½ O2 Bomba 4H+ NADH + H Bomba 4H+ Complejo I Complejo III CoQ 2,5 Bomba 2H+ Citocromo C Complejo IV H2O 1,5 Complejo II FADH2 FAD Fumarato Succinato εo = -0.32 voltios NADH + H+ + ½ O2 εo = +0.82 voltios NAD+ + H20 NADH + H FADH2 Complejo I Complejo II 2,5 mol ATP Relación P/O 1,5 mol ATP Global e- cte Oxidante reductor ATP en el citosol --- fosforilación a nivel de sustrato. Los equivalentes reductires van a ser reoxidados en la cadena de transporte de electrones. M.D. 44 ZPittí El Complejo III y IV van a involucrar citocromos. Los electrones en la cadena de transporte de electrones van a un aceptor de alto potencial --- el oxígeno. Complejo 1 o NADH-CoQ reductasa: los electrones son transportados del NADH a la CoQ. El complejo tiene 3 módulos. I – el módulo deshidrogenasa que oxida el NADH a NAD+. II – el módulo de hidrogenasa que transfiere los electrones a la ubiquinona. III – el módulo que transloca los protones. Complejo 2 o Succinato-CoQ reductasa: los dos electrones liberados en la conversión del succinato a fumarato transfieren primero al FAD, luego a un transportador con Fe-S y por último a la CoQ para formar CoQH 2 (reducida). Este complejo no transloca protones a través de la membrana y no se genera una fuerza protón motriz en esta parte de la cadena. Complejo 3 o Ubiquinol-citocromo c oxidoreductasa: homodímero formado por 11 subunidades por monómero. Tres subunidades contienen centros metálicos responsables de la transferencia de electrones: el citocromo b, el citocromo c1 y la proteína Fe-S de Rieske. Citocromo C oxidasa: está formada por 13 subunidades. Transfiere los electrones del citocromo c reducido al oxígeno molecular . Potenciales REDOX E’0 (Voltios) -0.32 +0.07 +0.10 +0.22 +0.29 +0.82 NAD/NADH Citb (Fe3+/Fe2+) CoQ CHC (Fe3+/Fe2+) CHa (Fe3+/Fe2+) ½ O2/H2O Fosforilación Oxidativa: reacción catabólica Las vías catabólicas producen coenzimas reducidas y las anabólicas producen coenzimas oxidadas Los electrones pasan por 2 complejos: Vía NADH: complejo I, II, IV, Más energía Vía FADH2: complejo II, III, IV. Menos energía Teoría Quimiosmótica de Mitchel: energía libre que se genera por actividad de la cadena de transporte de electrones produce ATPADP+Pi + El complejo I es una bomba de 4H . El Complejo II no es una bomba de H+. + El Complejo III bombea 4 H . + El complejo IV bombea 2 H . En la cadena respiratoria hay salida de H+ y fuga de e- que forman especies reactivas de Oxígeno. La bombas protónicas crean gradientes protónicos. Potencial de reducción positivo (Eo+) tiene alta afinidad por electrones, es el más oxidante (porque quita más electrones). En cambio el negativo (Eo ) tiene baja afinidad por electrones, es el más reductor. El O2 es sustrato del IV complejo M.D. 44 ZPittí Lanzaderas de Electrones Membrana mitocondrial interna es una barrera selectiva Las moléculas de NAD+ Y NADH no la atraviesan El NADH (generado en glucólisis por otras deshidrogenasas citosólicas) no puede llegar a la matriz mitocondrial y dar su par de electrones al complejo I de la cadena transportadora de electrones. Para transferir el poder reductor generado en el citosol están 2 sistemas de lanzaderas Glicerol 3 fosfato: es utilizada en células de músculo esquelético y neuronas cerebrales. En el citosol, el NADH + H+ cede sus electrones a la dihidroxiacetona fosfato. Está formada por 2 enzimas denominadas: Glicerol-3-P DH 1 (citosólica), abreviada GPD1. Y Glicerol-3-P DH2 (mitocondrial), abreviada GPD2. Malato: Es utilizada en células de músculo cardiaco, células renales y hepatocitos. En el citosol, se transfieren los electrones del NADH al oxaloacetato para formar malato que pasa por la membrana interna mitocondrial. En la matriz, el malato se oxida para formar oxaloacetato y se libera un NADH. Para sacar el oxaloacetato de la matriz, se efectúa una reacción de transmisión para formar aspartato, que atraviesa la membrana interna, sale al citosol y se vuelve a transformar en oxaloacetato. Inhibidores afectan la transferencia de electrones. Desacopladores afectan la fosforilación oxidativa, son liposolubles. Aumentan la permeabilidad de la membrana mitocondrial interior a los protones. M.D. 44 ZPittí Inhibidores de la Cadena Transportadora de Electrones: Detienen el paso de electrones, no hay bombeo de protones y sin gradiente de protones no hay síntesis de ATP. Rotenona (Comp. I), Amital – Antimisina (Comp.III), CO, H2S, KCN (bloquea el paso de electrones a Cit 3) (Comp. IV) Oligomicina: se fija en el tallo de la APP sintasa (dominio Fo), impide el reingreso de protones a la matriz mitocondrial. Se acumula H+ en el espacio intermembrana. Los gradientes de pH y eléctricos no se pueden disipar, dificultad de bombeo de protones (transportador de protones se detiene). Sitio de Acción Inhibidor NADH-CoQ reductasa (Complejo 1) Rotenona, Amital,Basbitúricos Succinato-CoQ reductasa (Complejo 2) Carboxina, Malonato CoQ-citocromo c reductasa (complejo 3) Antimicina A Citocromo c oxidasa (Complejo 4) CN-, KCN, azidas (N3-), CO ATP sintetasa (F0F1) Oligomicina Desacopladores: <Termogénesis >↓Biosíntesis de ATP, ↓ Relación P/O, ↑ Consumo de O2, ↑velocidad de reoxidación de CoE reducidas, ↑ temperatura corporal, ↓ NADH/NAD en cadena respiratoria. M.D. 44 Fisiológicos Dosis altas de tiroxina Termogenina (proteína desacoplante) •(UCP-1≡ Uncoupter Protein) •Tejido Adiposo pardo o marrón Artificiales 2,4-Dinitrofenol (DNP) Oligomicina Aspirina Ejemplos: 2,4-dinitrofenol, termogenina, veneno de culebra, dicoamarol, valinomicina, bilirrubina. Carbohidratos página 44 guía de Taller Digestión de Carbohidratos: aldosas, cetosas M.D. 44 ZPittí Oligosacáridos (disacáridos) Monosacáridos Proyección de Fisher Polisacáridos Proyección de Howorth Homopolisacárdiso Heteropolisacáridos Almidón Glucógeno Celulosa Amilosa (α -1- 4) Indigerible Vegetal (β - 1- 4) Amilopectina (α - 1 - 6) Patrones de la digestión 1. Monosacáridos, Isómeros D 2. Proteínas a. Sitios de digestión. Especificidad enzimas 3. Oligosacáridos. Enzimas del borde en cepillo (int) 4. Oligopéptido: hidrólisis dentro de las células de la mucosa intestinal. 5. TG: Hidrólisis en la luz intestinal (especificidad enzimática) Conceptos: Enantiómeros, Anómeros, Epímeros M.D. 44 ZPittí Función de las Proteínas de la Saliva Protectora Saliva Secreción Mixta Digestiva Se Caracteriza por α - Amilasa pH 5,6 - 8 Secreción del Páncreas endohidrolasas α1-4 Secuencia de AA, 94% idénticas Formada por 99.5% H2O 0.5% sólidos Viscocidad 1.3 - 1.4 Densidad: 1,002 - 1,008 Hipotonocidad Enzimas Digestivas Amilasa Salival Enzima Lactasa Maltasa Glucoamilasa Sacarasa Isomaltasa Sustrato Lactosa Maltosa Maltotriosa Sacarosa Dextrinas M.D. 44 Especificidad/enlace β 1-4 (GAG – Glc) α 1-4 Amilasa (Pancreática) DISACÁRIDAS α1–β2 ZPittí GLUT1: 5,7 mmol GLUT2 : 7-20 mmol GLUT3 : 1,6 mmol M.D. 44 ZPittí eritrocitos, neuronas, barrera hemanoencefálica GLUT 1 Toma basal de glucosa hígado, riñón, epitelio intestinal, células del páncreas GLUT 2 Sensor y transporte de glucosa al hígado y células β-páncreas Neuronas GLUT 3 Toma Basal de Glucosa Músculo, corazón, tejido adiposo Transportadores de Glucosa GLUT 4 ingreso de glucosa estimulado por insulina Membrana (Borde en cepillo), intestino GLUT 5 Transporte del Lumen hacia el eritrocito GLUT 6 GLUT 8, 9, 10 GLUT 11, 12, 13 M.D. 44 Cerebro, bazo, leucocitos Testículo, cerebro, hígado, páncreas Hígado, páncreas, corazón y próstata. ZPittí PARA LA PRODUCCIÓN DEL ADENOSINTRIFOSFATO (ATP), Compuesto indispensable en muchas de las reacciones que se llevan a cabo en la célula, se necesitan varios sustratos energéticos, entre los cuales la glucosa es el de mayor importancia. Debido a que ésta no difunde a través de la bicapa lipídica, debe ser transportada al interior de la célula. Este transporte lo realizan dos grupos de proteínas: los transportadores SGLT (sodiumglucose transporters) y los transportadores GLUT (glucose transporters). TRANSPORTADORES SGLT COMO SU NOMBRE LO SUGIERE, son proteínas que efectúan un transporte acoplado, en el que ingresan conjuntamente a la célula sodio y glucosa —o galactosa, en algunos casos—. Se localizan en la membrana luminal de las células epiteliales encargadas de la absorción (intestino delgado) y la reabsorción (túbulo contorneado proximal) de nutrientes. El SGLT 1 tiene una alta afinidad por la glucosa,—la Km corresponde a la concentración de sustrato que semisatura el sistema de transporte—. Transporta dos moléculas de sodio por una de glucosa o galactosa. El SGLT 2 Transporta una molécula de sodio por una de glucosa. El SGLT 3 Transporta dos moléculas de sodio por una de glucosa. No hay estudios funcionales del SGLT 3 en humanos, sólo en cerdos. Transportadores GLUT TRANSPORTADORES GLUT. LOS TRANSPORTADORES GLUT están encargados del ingreso de los monosacáridos a todas las células del organismo. Al parecer los segmentos transmembranales 3, 5, 7 y 11 son hidrofílicos en una cara del cilindro α hélice e hidrofóbicos en l a otra, por lo que forman un poro y, de esta manera, permiten el paso del monosacárido a favor de un gradiente de concentración Para que se efectúe el ingreso de la glucosa, se deben formar previamente uniones débiles (tipo puentes de hidrógeno) entre l os grupos hidroxilo y carbamino del GLUT y los grupos hidroxilo de la glucosa La glucosa ingresa a la célula en cuatro etapas: 1) se une al transportador en la cara externa de la membrana; 2) el transportador cambia de conformación y la glucosa y su sitio de unión quedan localizados en la cara interna de la membrana; 3) el transportador liber a la glucosa al citoplasma, y 4) el transportador libre cambia nuevamente de conformación, expone el sitio de unión a la glucosa en la cara externa y retorna a su estado inicial Págian 60 guía de taller Absorción de monosacáridos M.D. 44 ZPittí COMPARACIÓN DE ENZIMAS HK Y GK Hexokinasa Constitutiva Isoenzimas I, II, III Km= 100 µmol/l Vmax baja Inhibida por Glc – 6P Sustratos: hexosas Glc, Man, Fru Amplia distribución M.D. 44 Glucokinasa Inducida por insulina Isoenzima IV K Hill=1.5 Vmax alta Glc – 6P, inhibidor débil Regulación por Fru 6-P y Glc Sustratos Hígado, células β pancreáticas ZPittí GLUCÓLISIS Regulación de la Actividad de la GK por la proteína reguladora Glc Glut2 Glc + GK GKRP Glc-6-P Fru-6-p + Glucocinasa Inactiva Piruvato M.D. 44 ZPittí Glucólisis consta de dos fases diferentes, la fase de inversión en energía y la fase de generación de energía. Durante la primera fase, en lugar de hacer que la energía química, que toma el trabajo de dos moléculas de ATP para transformar la glucosa en una forma que es más fácilmente degradada. Como la figura de arriba muestra (Mathews 1996, pg.451) la estructura de seis átomos de carbono del anillo por primera vez descompone en fructosa y a dos moléculas lineales de gliceraldehído 3fosfato (G3P). Durante la segunda fase de la glucólisis, los dos de G3P se degradan para producir tanto energía directamente en forma de ATP y NADH como reductor molecular. Cuatro de ATP se producen por una ganancia neta de dos, y dos NAD + se transforman en NADH. El NADH es transportado a la cadena de transporte electrónico en donde se ve la verdadera energía la producción de maquinaria. Glucólisis entonces termina con piruvato que se mueve en el ciclo del ácido cítrico en los que más ATP y NADH se produce. M.D. 44 ZPittí Enzimas Reguladas Efectores + Efectores - GK • HK (inducida por Insulina) (PFK-1) Fru 2,6BP (ADP) Citrato (ATP) Modificación covalente PK ATP PKA activa Fru 1,6BP (ADP) PKA inactiva + P H2O Pi Fosfoproteinafosfatasa Insulina + Rendimiento Energético de la Ecuación Global Enzima Gasto ATP Hexocinasa -1 Fosfofructocinasa -1 1,3 BFG cinasa Piruvato Cinasa Balance Ganancia ATP +1 (2) +1 (2) 2 mol ATP Glc + 2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ (Gasto) (Ganancia) 2PIR + 4ATP + 2NADH + 2H+ En anaerobiosis (eritrocito maduro) 2 PIR 2NADH + 2H+ lactato Glucólisis – Inversión de ATP Enzima Hexocinasa Fosfoglucoisomerasa Fosfofructocinasa - 1 Aldolasa TP - isomerasa Tipo de Reacción Transferencia de fosforilo Isomerización Transferencia de Fosforilo (PFK-1) Liasa Isomerasa ΔG Real (Kcal/mol) -8 (gasto ATP) -0.6 -5.3 (gasto ATP) -0.3 +0.6 Ganancia de ATP ΔG Real (Kcal/mol) -0.4 (2NADH + 2H+) +0.3 (prod 2 ATP) +0.2 -0.8 -4.0 2 ATP Prod - Gasto Balance energético + reoxidación de 2 NADH + H+ + Malato oxaloacetato 2,5 mol ATP *2 Oxidación Total: 2PIR 2AcetilCoa 2Nadh + 2H+ + F.O. Balance Total Ciclo de Krebs: cada vuelta 3NADH + H + 1FADH2 Fosf. A nivel del sustrato--- 1 ATP 20 mol ATP 10 mol ATP 2 mol Acetil Coa --- 2 x 10 mol ATP Moles de ATP = 2 + 5 + 5 + 20 = 32 ATP Enzima Gliceraldehído 3PDH P-Gliceratocinasa P-Gliceratomutasa Enolasa Piruvatocinasa M.D. 44 Tipo de Reacción Óxido - Reducción Transferencia de Fosforilo Isomerización Liasa (deshidratación) ZPittí Metabolismo del glucógeno Glucógeno: polisacárido helicoidal de reserva animal, semejante a la amilopectina vegetal con enlaces glicosídicos α1-4 y α1-6. Sus ramificaciones son cortas y cada 8 a 12 subunidades de glucosa. Tejidos Glucogénicos Hígado: exporta unidades de hexosas para conservar la glucosa sanguínea entre comidas (12 a 18 horas de ayuno). Músculo: fuente de fácil disponibilidad de unidades de hexosas para glucólisis dentro del propio músculo (disminuye después de ejercicios vigorosos prolongados). Glucogenogénesis = Glucogénesis La síntesis de glucógeno es durante la fase postprandial de absorción. Cuando la concentración de glucosa en la Vena porta es mayor a 150 mg/100ml; el proceso sucede en el citoplasma, requiere de la energía del ATP para la fosforilación de la glucosa y del UTP. Glucogénesis Enzimas Glc-6-P ↔Glc-1-P (Isomerasa) UDP – Glc pirofosforilasa (reg. Por modificación covalente) Glno Sintasa Enzima ramificante UTP + Glc 1-P UDP – Glc + PPi ------ 2Pi (hidrolisa) Hormonas y Glucógeno El glucógeno es estimulado por la insulina secretada por las células β de los islotes del páncreas. Promueven la síntesis de Glucógeno – HIPOGLICEMIANTE Requisitos para la síntesis - La glucógeno sintasa es responsable de hacer los enlaces glucosídicos α1-4 del glucógeno. - La enzima requiere una molécula de glucosa activada (UDP-Glucosa) - Sólo puede unir unidades de glucosa en moléculas de glucógeno ya iniciadas. - El cebador que inicia la síntesis es una proteína específica denominada glucogenina que sirve como aceptora de residuos de glucosa. - La cadena crece en dirección α1-4 M.D. 44 ZPittí Glucogenina Proteína que se autoglicosila con UDPGlc, con 8 residuos de glucosa. Glicoproteína reconocida por la Glno Sintasa. Cuando se ha formado suficiente Glc-6-P la enzima fosfoglucomutasa forma Glc 1-P para iniciar glucogénesis. La fosfoglucomutasa cataliza la reacción reversible. Activa Glno Sintasa Inactiva Glno Sintasa –P Pi H2O Insulina + Fosfoproteína Fosfatasa Inicio del Proceso: Activación - La enzima Uridil Transferasa une al UTP a la Glc-1-P formando difosfato de Uridina y Glucosa (UDPGlc) Formación de la cadena -la unidad glucosilo del UDPG se une a la glucogenina por enlace α1-4 por acción de la enzima glucógeno sintasa (transglucosilasa UDPG-Glc). La glucógeno sintasa fija unidades de glucosilo a las ramas externas del glucógeno en crecimiento. Segunda enzima: ramificante Después que se han unido 7 a 21 unidades de glucosilo, otra enzima llamada ramificante (α1-4 α1-6) se encarga de la ramificación. Es una transglicosidasa, corta el enlace α1-4, transfiere estas unidades y las pega mediante enlaces α1-6 sobre la misma cadena o sobre otra. Se obtiene así una molécula compacta y ramificada. Regulación del metabolismo del glucógeno Relación insulina/glucagón elevada: se favorece síntesis de insulina, activa la fosfoproteína Fosfatasa PP-1. Vías de la pentosa Fosfato (Pág. 59 y 60 guía de objetivos) Glycogen, starch, sucrose Storage Oxidation via pentose phosphate pathway Ribose 5phosphate M.D. 44 Glucose Oxidation via Glycolysis Pyruvate ZPittí Vías de las Pentosas - Fosfato (vía oxidativa directa de las glucosa) Ribosa 5-P 2 NADPH Para biosíntesis de nucleótidos púricos, NPiridinos Se consume para rama oxidativa de la vía Biosíntesis colesterol, esteroides Biosíntesis de AG Mantener glutatión reducido Reacción de Cit P-450 Enzima de NADPH oxidasa Síntesis de ácido nítrico Reacción de reducción de nucleósidos Segunda moneda energética, el poder reductor. Oxidación directa de la Glucosa - Vía de las hexosas monofosfato, vía de las pentosas fosfato o vía del fosfogluconato. - 2 reacción de oxidación irreversibles - Seguidas de reacción de interconversión reversibles entre azúcares-fosfatos. La parte Oxidativa de la Vía Consiste en 3 reacciones de formación de Ribulosa 5 - Fosfato, CO2 y 2 NADPH por cada molécula de glucosa 6 fosfato oxidada. Enzimas: transaldolasa, transacetolasa. Fase no oxidativa Fase de interconversión de azúcares (no se estudiará en detalle). Se obtienen azúcares fosforilados, se interconvierten las pentosas-P entre sí y finalmente se convierten de nuevo en hexosas-P Características: no produce ni consume ATP. Tejidos donde Ocurre Mamíferos: tejidos con síntesis aumentada de Ácidos Grasos y colesterol. Hígado, glándulas mamarias, Tejidos Adiposos y corteza adrenal, gónadas, eritrocitos, cristalino (ojo). Rx Global 3 Glucosa-6-Fosfato + 6 NADP + 3H2O 2 fructosa-6-fosfato + G3P + 6NADPH Ver Metabolismo de otras hexosas La degradación a glucosa disponible metabólicamente (Glc-6-P) precisa la acción combinada de 3 enzimas diferentes: glucógeno fosforilasa, enzima desramificante del glucógeno y la fosfoglucomutasa. M.D. 44 ZPittí Ayuno, Glucagón: + Degradación = Glucogenólisis transcripción del gen PEPCK. Requiere ruptura fosforolítica secuenciales de los enlaces α1-4. Alimentación: insulina Es catalizada por la glucógeno fosforilasa Se libera Glucosa-1-fosfato a partir de los extremos no reductores de polímeros de Glucosa. reprime síntesis de PFK-2 AYUNO = Glucogenólisis Insulina/glucagón mantiene glicemia en periodos de ayuno. ↑cAMP, +PKA La ruptura se detiene a los cuatro residuos de glucosa de un punto de ramificación (acción de la glucógeno fosforilasa) Desramificación Requiere la segunda enzima llamada desramificante (α1-4glucantransferasa). Esta cataliza 2 reacciones: 1. Actividad transferasa: la enzima elimina 3 residuos de glucosa restante y transfiere el trisacárido intacto al extremo de alguna ramificación externa. 2. Actividad α1-6Glucosidasa: ataca el enlace α1-6 que mantiene el residuo de glucosa unido aún a la cadena. Se obtiene una molécula de Glucosa libre y una ramificación de 3 residuos de Glucosa α1-4 La ramificación puede ser atacada de nuevo por la fosforilasa. El resultado final de la acción de estas 2 enzimas es la degradación completa del glucógeno a glucosa 1-fosfato (producto final de la Glucólisis). Lo que queda de la molécula de glucógeno después que la fosforilasa ha ejercido su efecto máximo se llama dextrina límite. Visión Global de la Degradación de glucógeno El producto resultante del catabolismo de Glucógeno es: Glucosa-1-Fosfato y una pequeña cantidad de Glucosa. Glucogenina Fosforilasa Transferasa α-1,6-glucosidasa Diferencia Entre Tejidos Hígado y Riñón: el proceso da lugar a formas fosforiladas de glucosa que no pueden salir de las células hepáticas. La conversión de glucosa libre se realiza por acción de la Glucosa-6-fosfatasa (hidroliza la Glucosa-6-Fosfato a glucosa libre y un grupo fosfato- ortofosfato-). Esta enzima está presente en el riñón. Músculo y Cerebro: no hay glucosa-6-fosfatasa. La glucosa-6-fosfato formada a partir del glucógeno no difunde al exterior de estas células porque los azúcares fosfatados no atraviesan con facilidad las membranas celulares. Y estos tejidos utilizan el glucógeno como fuente de Glucosa-6-fosfato para el catabolismo in situ. El hígado contiene reserva de glucosas elevadas (2% al 8% del peso del órgano). En el hígado la velocidad máxima de síntesis y degradación son aproximadamente igual. En el músculo la velocidad máxima de glucogenólisis supera a la de la síntesis de Glucógeno (300 veces más) M.D. 44 ZPittí Activación de la fosforilasa quinasa en músculo: 2 alternativas Pág. 131, 133 Fig. 11-9, 11-11 Libro Champe Regulación de la Glucógenolisis Hígado: efectores (-) Glc-6-P, ATP Músculo: efectores (+) AMP, Ca2++ Glucógeno Glucógeno Fosforilasa Glucógeno Sintasa Glucosa-1-Fosfato Regulación de la Glucogenólisis La actividad de la Glucógeno fosforilasa depende de la Regulación Hormona Activan 2 Hormonas Glucagón (Hígado) Alostéricas Inhiben Glucosa 6 Fosfato ATP Glucosa (Hígado) Activan AMP (Músculo) Adrenalina (músculo e hígado) Neoglucogénesis – Síntesis de Glucosa Nueva No son de monosacáridos – no son de carbohidratos Enzimas reguladas: PIR Carboxilasa, PEP Carboxicinasa, Fru 1,6bifosfatasa, Glc 6 fosfatasa M.D. 44 ZPittí La neoglucogénesis en un proceso inverso a la glucólisis, está favorecida en condiciones de hipoglicemia. El objetivo es proporcional glucosa a tejidos glucodependientes. La formación de glucosa es costosa para la célula. Se requiere energía y poder reductor celular. Es una vía anabólica. Efector (+): Acetil Coa Efector (-): ADP Sustratos Glucogénicos: Eritrocito [Lactato] Adipocito [Glicerol] Músculo [Alanina, Lactato] Tejidos Neoglucogénicos: - Hígado: función de mantener constante la glucosa en sangre. Sitio de Gluconeogénesis. - Riñón: durante los periodos de hipoglicemia grave, en insuficiencia hepática, proporciona glucosa a la sangre por gluconeogénesis renal. Efector (-) ADP Efector (+): Acetil Coa Ayuno, Glucagón. + Transcripción del gen PEPCK Alimentación: Insulina, reprime. síntesis de PFK-2 Ver Enzima Dual Regulación de la glucólisis y gluconeogénesis por al fructosa-2,6-bifosfato (F2,6BF). Los sitios más importantes de la regulación de la glucólisis y de la gluconeogénesis son las reacciones catalizadas por la PFK1 y la F1,6BPasa. PFK2 es la actividad de cinasa y la F-2,6BPasa la actividad de fosfatasa de la enzima bi-funcional regulatoria fosfofructocinasa-2/fructosa-2,6-bisfosfatasa. La PKA es una cinasa dependiente de cAMP que fosforila la PFK-2/F- M.D. 44 ZPittí 2,6-BPasa activando la actividad de la fosfatasa. (+ve) y (-ve) se refieren a actividades positiva y negativa, respectivamente. El ciclo de Cori involucra la utilización de lactato, producido en la glucólisis en tejidos no-hepáticos, (como el músculo y los eritrocitos) como una fuente de carbono para la gluconeogénesis hepática. En esta forma el hígado puede convertir el producto de la glucólisis anaerobia, lactato, otra vez en glucosa para su re-utilización por parte de tejidos no-hepáticos. Note que parte de la gluconeogénesis del ciclo (en si mismo) consume energía, lo que le cuesta al organismo 4 moles de ATP que es más de lo que se produce en la glucólisis. Por tanto, el ciclo no puede mantenerse indefinidamente. El ciclo glucosa-alanina es utilizado primariamente como mecanismo para que el músculo esquelético elimine nitrógeno al mismo tiempo que permite su llenado de energía. La oxidación de la glucosa produce piruvato que puede ser transaminado a alanina. Esta reacción es catalizada por la alanino transaminasa, ALT (ALT se la solía llamar transaminasa glutamato-piruvato serica, SGPT). Adicionalmente, durante periodos de ayuno, la proteína del músculo esquelético se degrada por el valor energético de los carbonos de los aminoácidos y la alanina es el principal aminoácido de esa proteína. La alanina entonces ingresa al torrente sanguíneo y es transportado al hígado. En el hígado la alanina es convertida a piruvato que entonces es utilizado como fuente de carbono para la gluconeogénesis. La glucosa nueva que ha sido formada puede entonces entrar a la sangre para regresar al músculo. El grupo amino transportado desde el músculo al hígado en la forma de alanina se convierte en urea en el ciclo de la urea y es excretado. www.iubmb.org Publications – metabolic maps – online maps – minimaps M.D. 44 ZPittí