Download reacciones de la glucolisis

GLUCOLISIS
Secuencia de reacciones que convierten glucosa en piruvato
formando ATP.
Condiciones aeróbicas: precede al TCA y la cadena de
transporte de electrones.
Condiciones anaeróbicas: músculo activo
Piruvato
Lactato + CO 2 + H2O
Levaduras
Piruvato
Etanol + CO2 + H2O
GLUCOLISIS
Los metabolitos intermediarios tienen 3 ó 6 átomos de C
CH2OH
CH2OH
C=0
O
OC
OC
H – C- OH
H – C - OH
CH2OH
CH2OH
Dihidroxiacetona
Gliceraldehído
CH2OH
Glicerato
6C
O
Derivados de glucosa y fructosa
C=O
CH3
Piruvato
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
HEXOCINASA: Primera utilización de ATP
Se forma un
complejo
ATP-Mg++
El grupo OH del C6 de la glucosa lleva a cabo
un ataque nucleofílico sobre el fosfato del
ATP en el complejo ATP-Mg++
La hexocinasa es inhibida por ATP libre
Sigue un mecanismo Bi Bi al azar y su especificidad esta dada por un
cambio conformacional inducido por sustrato (glucosa)
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
FOSFOGLUCOSA ISOMERASA (PGI)
GLUCOSA 6-FOSFATO ISOMERASA
Aldosa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
FOSFOFRUCTO CINASA (PFK):
Segunda utilización de ATP
Esta reacción es similar a la de la
hexocinasa.
PFK Cataliza el ataque nucleofílico
del grupo OH del C1 de la F6P
sobre el fosfato del ATP en el
complejo ATP-Mg
PFK juega un papel central
en el control de la glucólisis
ya que cataliza una reacción
que determina la velocidad
de la ruta.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
ALDOLASA
Enzima estereoespecífica
Existen dos clases
de aldolasas
Clase I: presente en
animales y plantas
Clase II: presente en
hongos, algas y
algunas bacterias.
Mecanismo
de
Reacción de
la aldolasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
TRIOSA FOSFATO ISOMERASA (TIM o TIP)
TIM es una enzima perfecta
TIM posee perfección Catalítica, aquí
la velocidad de reacción es controlada
por la difusión de la E y su S, esto
significa que el producto se forma en
cuanto la enzima y el sustrato se
encuentran.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
GLICERALDEHIDO 3-FOSFATO DESHIDROGENASA
FORMACION DEL PRIMER INTERMEDIARIO DE ALTA ENERGÍA
Oxidación del aldehído por NAD + y
Fosforilación por Pi
Oxidación del aldehído es una
reacción exergónica, por tanto
conduce la síntesis del
1,3-bifosfoglicerato
Mecanismo de
reacción de la
GAPDH
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
FOSFOGLICERATO CINASA: (PGK)
Primera generación de ATP
La apariencia de la PGK es muy
similar a la de la hexocinasa.
Después de la unión del sustrato,
la conformación de la enzima
cambia de tal manera que permite
que la reacción se lleve a cabo en
un medio ambiente libre de agua.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
Mecanismo de la PGK
Mecanismo secuencial
Ataque nucleofílico del O
del fosfato del complejo
ADP-Mg++ sobre el fosfato
Del C1 del 1,3 BPG
1,3-BPG + ADP
3PG + ATP
Go’ = -18.8 kJ. Mol-1
GAP + Pi + NAD+
1,3-BPG + NADH
Go’ = + 6.7 kJ. Mol-1
GAP + Pi + NAD+ + ADP
3PG + NADH + ATP
Go’ = -12.1 kJ. Mol-1
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
FOSFOGLICERATO MUTASA (PGM)
Mecanismo de
reacción de la
Fosfoglicerato
mutasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
ENOLASA
Formación del segundo intermediario de alta energía
La enolasa forma un
complejo con iones
divalentes, tales como
el Mg++ antes de que el
sustrato se una a la
enzima.
La enolasa es fuertemente inhibida por el ión floruro así como
por Pi, esta inhibición es el resultado de la unión de estos iones
al Mg++ en el sitio activo, bloqueando la entrada del sustrato.
Mecanismo de
Reacción de la
enolasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
PIRUVATO CINASA (PK)
Segunda generación de ATP
PK requiere de cationes
mono (K+) y divalentes
(Mg++)
La hidrólisis del PEP tiene
un Go’ = -61.9 kJ mol-1
Lo cual significa que es un
compuesto de alta energía.
Mecanismo de reacción de la Piruvato Cinasa
1) Ataque nucleofílico de un
átomo de oxígeno del
complejo ADP-Mg++ sobre
el átomo de fósforo del PEP
para formar ATP y
enolpiruvato
2) Tautomerización del
enolpiruvato a piruvato.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
Consumo y generación de ATP
Reacción
Intercambio ATP/Glucosa
Glucosa
Glucosa 6-fosfato
-1
Fructosa 6-fosfato
Fructosa 1,6-Bifosfato -1
(2) 1,3 bifosfogliceraldehído
+2
(2) 3-Fosfoglicerato
(2) Fosfoenol piruvato
Piruvato
+2
Suma
+2
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS
Durante la glucólisis ocurren 3 tipos de transformaciones
químicas principales
1) Degradación de glucosa a piruvato
2) Fosforilación de ADP a ATP por los compuestos
altamente energéticos formados durante la glucólisis
3) Transferencia de átomos de hidrógeno o electrones al
NAD+ formando NADH
Destinos del piruvato
Condiciones
anaeróbicas
2 Etanol + 2CO2
2 Piruvato
2 Acetil CoA
TCA
4CO2 + 4H2O
Condiciones
anaeróbicas
2 Lactato
Músculo contrayéndose
vigorosamente, en eritrocitos
y en algunos microorganismos
FERMENTACION ANAEROBICA
HOMOLACTICA (Músculo)
ALCOHOLICA (Hígado)
Fermentación homoláctica
Actividad vigorosa,
 necesidad de ATP y
 [O2]
LDH enzima altamente
Estereoespecífica.
LDH tiene 5 isoenzimas
en mamíferos: M4, M3H,
M2H2, MH3, H4
FERMENTACION ANAEROBICA
FERMENTACION HOMOLACTICA
LDH
H4 –LDH predomina en tejido aeróbico tal como el músculo cardiaco.
Tiene baja Km para piruvato y es inhibida alostéricamente
por altas concentraciones de piruvato.
M4-LDH predomina en tejido anaeróbico tal como el músculo
esquelético e hígado.
Tiene alta Km para piruvato y no es inhibida alostéricamente
por su sustrato.
Piruvato + NADH
Lactato + NAD+
M-LDH
H-LDH
Lactato + NAD+
Piruvato + NADH
El lactato formado
es exportado del
músculo y
transportado
por la sangre al
hígado donde
es convertido
nuevamente a
glucosa.
FERMENTACION ALCOHOLICA
Levaduras
Tiamina
pirofosfato
TPP
Forma cataliticamente
Activa de la TPP
Mecanismo de
Reacción de la
Piruvato
Descarboxilasa
1) Ataque nucleofílico
del TPP sobre el
carbono carbonilo
del piruvato
2) Salida de CO2 para
generar un carbanión
estabilizado por
resonancia
3) Protonación del
carbanión
4) Eliminación de TPP
y liberación del
producto
Energética de la fermentación
Glucosa
Glucosa
2 Lactato + 2H+
2 Etanol + 2CO 2
Go’= -196 kJ/mol glucosa
Go’= -235 kJ/mol glucosa
Eficiencia de la fermentación homoláctica: 31%
Bajo condiciones estándar
31% de la energía liberada por este proceso es convertida a ATP.
Eficiencia de la fermentación alcohólica: 26%
Bajo condiciones estándar
Bajo condiciones no estándar = condiciones fisiológicas
ambos procesos tienen una eficiencia > 50%
Glucólisis
Es usada para producción rápida de ATP
La
producción
neta
de
ATP
a
través
de
fermentación anaeróbica puede llegar a ser 100 veces
más rápida que la fosforilación oxidativa.
Por lo tanto cuando los tejidos tales como el
músculo están consumiendo ATP rápidamente, ellos lo
regeneran casi por completo mediante fermentación
anaeróbica
Control del flujo metabólico en Glucólisis
Los organismos vivos tienden a alcanzar un estado
estacionario más que el equilibrio.
El flujo a través de una ruta en estado estacionario es
constante y es generado por pasos que determinan la
velocidad o rapidez de la ruta.
Por lo tanto, el control del flujo en una ruta metabólica
depende de:
a) Cambios en los requerimientos metabólicos del organismo
b) Comunicación en toda la ruta de dichos cambios
La habilidad de una reacción para comunicar cambios en el flujo,
aumenta conforme la reacción se acerca al equilibrio
Mecanismos que alteran el flujo en
una ruta metabólica
1. Control alostérico
2. Modificación covalente
3. Ciclos de sustratos
4. Control genético
Regulación de la Glucólisis
I) Disponibilidad de sustrato
II) Pasos intermedios
I) Disponibilidad de sustrato
i) HEXOCINASA ( músculo esquelético) alta Km por hexosas
Regulación alostérica
ii) GLUCOCINASA (hígado) baja Km por glucosa
No alostérica
[glucosa]
[insulina]
síntesis de glucocinasa
iii) FOSFORILASA Modulación
Covalente (fosforilación)
Alostérica (AMP; músculo esquelético)
Hormonal (Adrenalina o glucagon)
HEXOCINASA
Esta enzima no es regulada de manera importante
cuando la glucosa 6-fosfato viene de glucógeno como
sucede en el músculo esquelético.
Regulada cuando la glucosa 6-P no viene de degradación
de glucógeno sino de glucosa que debe ser fosforilada:
Inhibidores
G6P
ATP
T6P
TPS
Activadores
Glucosa
II) Pasos intermedios
FOSFOFRUCTO CINASA (PFK)
PIRUVATO CINASA (PK)
En ambas hay modulación alostérica
PFK Activadores
ADP, AMP
F1,6-BP
F2,6BP
F6P
AMPc
Pi, K+, NH+4
PK
[ATP]
Inhibidores
ATP
PEP
Citrato
Mg++
Ca++
H+
[ATP]
Ac. Grasos
Acetil CoA
RESUMEN
 Los puntos de control son irreversibles
 Las reacciones no reguladas están cerca del
equilibrio
 El proceso completo es irreversible
OTRAS HEXOSAS EN GLUCOLISIS
Sacarosa
Glucosa + Fructosa
Lactosa
Glucosa + Galactosa
ENTRADA DE FRUCTOSA A LA GLUCOLISIS
Fructosa es la mayor fuente de energía en dietas que
Contienen grandes cantidades de sacarosa.
Existen 2 rutas metabólicas para la utilización de fructosa
una se lleva a cabo en músculo y la otra en hígado
Dietas con una ingesta de altas concentraciones de
fructosa, pueden depletar al hígado de Pi, lo cual
provocaría una disminución en la [ATP] y por tanto un
aumento en la [lactato] circulando en sangre.
Metabolismo de fructosa
Intolerancia
a fructosa
Alta
[fructosa 1fosfato]
ENTRADA DE GALACTOSA A GLUCOLISIS
Galactosa
principal
constituyente de
la leche y
productos lácteos
Galactosemia
Enfermedad genética caracterizada
por la incapacidad para convertir
galactosa en glucosa
ENTRADA DE MANOSA A GLUCOLISIS
Es un epímero de glucosa (difiere en la configuración del
C2).
Principal componente de glucoproteínas.