Download Principales rutas de utilización de la glucosa

07/04/2014
Bioquímica
Facultad de Enfermería
Universidad de la República
ESFUNO 2014
Amalia Ávila
Glucólisis y gluconeogénesis
Metabolismo: totalidad de reacciones químicas que se producen en el
organismo
Metabolismo intermediario: todas las reacciones de un organismo
relacionadas con:
- almacenamiento y la generación de energía metabólica
- biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular y de
almacenamiento de energía (no incluye la síntesis de ácidos nucleícos o
proteínas).
Anabolismo: suma de todos los procesos metabólicos mediante los
cuales se forman las biomoléculas complejas (consumen energía).
Catabolismo: suma de todos los procesos metabólicos mediante los
cuales las moléculas se degradan para proporcionar energía celular.
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Glucólisis
•La D-glucosa es el principal combustible de la mayoría de los organismos.
•Rol central en el metabolismo.
Principales vías de utilización de la glucosa
•La glucólisis es una ruta universal en el catabolismo de la glucosa.
•Ruta altamente conservada en la evolución, virtualmente idéntica en todos los
organismos que la presentan.
•En algunas células y tejidos la glucólisis es la única via de obtención de
energía (eritrocitos, médula renal, cerebro, espermatozoides).
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Fosforilación de la glucosa
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Isoformas extrahepáticas: hexoquinasa
Isoforma hepática: glucoquinasa
Difieren en su especificidad para la glucosa y en sus propiedades cinéticas
y reguladoras.
Fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato
•La fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) constituye el punto de regulación más
importante de la glucólisis.
Oxidación del gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato
•La fosforilación aumenta la energía libre contenida en el 1,3BPG.
•El NAD+ actua como aceptor de un ion hidruro (H- = 2 e-+1H+)
•La cantidad de NAD+ en las células es limitada, por lo que el NADH
debe reoxidarse para que la glucólisis continúe.
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Primera fosforilación a nivel de sustrato
Transferencia de un grupo fosfato desde el 1,3-bisfosfoglicerato al ADP
•Esta reacción está
acoplada a la oxidación del
G3P (comparten un
intermediario común) de
forma que el proceso global
es exergónico.
La energía procedente de la oxidación del G3P se conserva
mediante la formación de ATP a partir de ADP y Pi.
Segunda fosforilación a nivel de sustrato
Transferencia de un grupo fosfato desde el fosfoenolpiruvato al ADP
La piruvato quinasa es otra de las enzimas reguladoras de la
glucólisis.
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Balance energético de los glucólisis
Cancelando los términos comunes a ambos lados:
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La oxidación de un mol de glucosa a 2 de piruvato tiene un ΔG°’ = -146
kJ/mol
La oxidación completa de un mol de glucosa a CO2 y agua tiene un ΔG°’
= -2840 kJ/mol
La degradación glucolítica de la glucosa rinde solo el 5.2% de la energía
contenida en dicha molécula.
Las 2 moléculas de piruvato retienen la mayor parte de la energía que
puede obtenerse de la glucosa.
Ruta de los carbonos: 1 molécula de glucosa se convierte en 2 de
piruvato
Ruta del fosfato: 2 ADP se fosforilan a 2 ATP
Ruta de los electrones: 4 e- (2H-) se transfieren desde el G3P a 2 NAD+
para dar 2 NADH
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Regulación de la glucólisis
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Efecto Pasteur: tanto la cantidad como la velocidad del consumo
de glucosa por las células son mayores en condiciones anaeróbicas
que en las aeróbicas.
Rendimiento energético de la glucólisis: 2 moles de ATP por cada
mol de glucosa
Rendimiento energético de la oxidación aeróbica completa de la
glucosa: 30-32 moles de ATP por mol de glucosa (15 veces mayor)
Elementos importantes en la regulación de la glucolisis:
– Niveles de ATP
– Regeneración de NADH
– Regulación alostérica de HK (GK), PFK-1 y PK por metabolitos que
reflejan el estado energético de la célula.
•
En una escala de tiempo mayor, la glucólisis está regulada por:
– Hormonas (principalmente glucagón, insulina y adrenalina).
– Regulación de la expresión de enzimas glucolíticas.
Destinos del piruvato
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FERMENTACIÓN LÁCTICA
•Algunos tejidos en condiciones anaeróbicas (músculo esquelético en actividad
intensa)
•Otros tejidos realizan fermentación láctica aun en aerobiosis (retina, cerebro,
eritrocitos)
•El NADH se reoxida a NAD+ para permitir que la glucólisis continúe.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
TPP (Vit B1 - tiamina) coenzima de la piruavto decarboxilasa
Los productos de las fermentaciones (lactato o etanol) no están
oxidados con respecto a la glucosa (tienen la misma relación H:C)
Rutas alimentadoras de la glucólisis
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Propiedades cinéticas diferenciales de 2 isoformas de la
hexoquinasa
Hexoquinasa
Glucoquinasa
•Expresada en tejidos extrahepáticos
•Se expresa en el hígado
•Km bajo para la glucosa (0,1 mM)
•Km alto para la glucosa (10 mM)
•Inhibición por producto
•No se inhibe por glucosa-6-fosfato
Regulación aloestérica de PFK-1
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Regulación de piruvato quinasa
Glucólisis
Vía central del catabolismo de los carbohidratos.
10 reacciones: 1 glucosa (o hexosa relacionada)
2 fases:
2 piruvato
fase de inversión de energía (5 primeras reacciones)
fase de generación de energía (últimas 5 reacciones)
Balance energético: 2ATP, 2NADH y 2 piruvato
Necesidad de regeneración del NAD+:
cadena de transporte de electrones (en presencia de O 2).
fermentación (láctica o alcohólica) (en ausencia de O 2).
3 enzimas reguladoras: hexoquinasa/glucoquinasa
PFK-1 regulada alostéricamente
ATP regulador negativo
F2,6-BP regulador positivo (sin este azúcar no hay glucolisis)
PK: activación anterograda por F1,6-bisfosfato
2 isoformas (L y M): L en tejidos gluconeogénicos es
inhibida por aminoácidos gluconeogénicos.
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Algunas diferencias entre catabolismo y anabolismo
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Catabolismo => ATP, NADH, NADPH
Anabolismo: energía + precursores => biomoléculas complejas
•
•
Las rutas catabólicas son oxidativas
Las rutas anabólicas son reductoras
•
•
Las rutas catabólicas aumentan la entropía
Las rutas anabólicas disminuyen la entropía (generan orden), por lo que
son endergónicas y requieren aporte de energía para llevarse a cabo
El acoplamiento de reacciones endergónicas con otras exergónicas
hace que el proceso global sea exergónico.
•
•
•
•
Una ruta catabólica y su respectiva anabólica se diferencian en al
menos un paso
Ese paso en general es una reacción irreversible catalizado por una
enzima reguladora diferente para cada ruta.
Anabolismo y catabolismo se regulan de manera recíproca (para evitar
ciclos fútiles)
GLUCONEOGÉNESIS
•Ruta universal de síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos.
•Piruvato, lactato, aminoácidos gluconeogénicos y glicerol son los principales
precursores.
•En animales se produce principalmente en el hígado y en menor proporción
en la corteza renal.
•Localización subcelular: involucra a la mitocondria y al citosol.
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1° reacción de rodeo: síntesis de PEP
•El transporte de OA al citosol como malato y su posterior oxidación a OA
permite transporte de NADH desde la mitocondria al citosol.
•El consumo de PEP por los pasos siguientes de la ruta impulsa la reacción
de la PEPCK, haciéndola irreversible en las condiciones intracelulares.
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Balance energético de la gluconeogénesis
ΔG°’ = -16 kJ/mol
ΔG°’ = -63 kJ/mol
Ambos procesos, glucólisis y gluconeogénesis son irreversibles (exergónicos) en las
condiciones intracelulares.
Sustratos gluconeogénicos
•
•
No hay conversión neta de
ácidos grasos en glucosa.
Estos solo aportan energía
(procedente de su oxidación)
para la gluconeogénesis.
Ala y Gln son
cuantitativamente los más
importantes
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Regulación recíproca de la glucólisis y la
gluconeogénesis
1.
Velocidad de síntesis de enzimas
•
•
•
+ glucosa
• Inducción de las enzimas glucolíticas
• Represión de enzimas gluconeogénicas.
- glucosa
• Represión de enzimas glucolíticas
• Inducción de enzimas gluconeogénicas
Efectos mediados hormonalmente (glucagón, insulina,
glucocorticoides)
2.
Modulación alostérica
3.
Modulación covalente
Regulación glucólisis/gluconeogénesis
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Regulación a nivel de PFK-1 / FBPasa-1
Efectos alostéricos de la F-2,6-BP sobre las actividades
PFK-1/FBPasa-1
• Efectos sobre PFK-1
– Disminuye el K0,5 para la fructosa-6-fosfato
– Reduce la afinidad de los moduladores alostéricos negativos
ATP y citrato
• Efectos sobre FBPasa-1
– Aumenta el K0,5 para la F-1,6-BP
– Aumenta la sensibilidad de la enzima por el modulador
alostérico negativo AMP
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