UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE SALUD PÚBLICA Y NUTRICIÓN
U.A. Bioquímica metabólica
LP#2: Fase 2 Carbohidratos
Dra. C. Jessica Argentina González Cárdenas
Alumna: Fatima Lizbeth Ibarra Sosa
Matricula: 1963388
Grupo: 406
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Glucolisis: El proceso metabólico por el que la glucosa se convierte en ATP, Resúmenes de Bioquímica Médica
La glucolisis es el proceso metabólico por el que una molécula de glucosa se divide y se transforma en dos unidades de piruvato, generando dos moléculas de ATP y dos de NADH. En condiciones anaerobias, el piruvato se convierte en productos de desecho como etanol o ácido láctico. La glucocinasa y las hexocinasas regulan la glucolisis, y la actividad de estas enzimas se puede modificar mediante efectores alostéricos. La glucólisis tiene un rendimiento neto de dos ATP por molécula de glucosa.
Tipo: Resúmenes
2021/2022
1 / 12
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN
FACULTAD DE SALUD PÚBLICA Y NUTRICIÓN
U.A. Bioquímica metabólica
LP#2: Fase 2 Carbohidratos
Dra. C. Jessica Argentina González Cárdenas
Alumna: Fatima Lizbeth Ibarra Sosa
Matricula: 1963388
Grupo: 406
8.1 GLUCÓLISIS
La glucolisis ocurre en casi todas las células vivas, al menos en poca cantidad. Se cree que esta serie de reacciones esta entre las más antiguas de todas las vías bioquímicas. Tanto las enzimas como el número y los mecanismos de los pasos de la vía son muy semejantes en las procariotas y en las eucariotas. Además, la glucolisis es un proceso anaerobio, que debió ser necesario en la atmosfera carente de oxígeno de la Tierra pre-eucariota. En la glucolisis, que también se denomina vía de Embden-Meyerhof-Parnas , cada molécula de glucosa se divide y se transforma en dos unidades de tres carbonos (piruvato). Durante este proceso se oxidan numerosos átomos de carbono. La pequeña cantidad de energía que se captura durante las reacciones glucolíticas se almacena de forma temporal en dos moléculas de ATP (trifosfato de adenosina o adenosina trifosfato) y una de NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido) (la forma reducida de la coenzima NAD+). En los organismos anaerobios (aquellos que no utilizan oxígeno para generar energía), el piruvato puede convertirse en productos de desecho como etanol, ácido láctico, ácido acético y moléculas semejantes. Reacciones de la vía glucolítica
1. Síntesis de glucosa- 6 - fosfato: Justo después de entrar en una célula, la glucosa y otras moléculas de azúcar se fosforilan. Este proceso impide el transporte de la glucosa hacia afuera de la célula y aumenta la reactividad del oxígeno en el éster fosfato resultante. Numerosas enzimas, denominadas hexocinasas, catalizan la fosforilación de las hexosas en todas las células del organismo. 2. Conversión de la glucosa- 6 - fosfato en fructosa- 6 - fosfato: Durante la reacción 2 de la glucolisis, la aldosa glucosa- 6 - fosfato se convierte en la cetosa fructosa- 6 - fosfato por medio de la fosfoglucosa isomerasa (PGI) en una reacción fácilmente reversible.
6. Oxidación del gliceraldehído- 3 - fosfato. Durante la reacción 6 de la glucolisis, el G- 3 - P se oxida y se fosforila. El producto, el glicerato-1,3-difosfato contiene un enlace de alta energía fosfoanhidrido, que puede utilizarse en la siguiente reacción para generar ATP. Este proceso complejo esta catalizado por la gliceraldehido- 3 - fosfato deshidrogenasa, un tetrámero formado por cuatro subunidades idénticas. 7. Transferencia del grupo fosfato: En esta reacción se sintetiza ATP al catalizar la fosfoglicerato cinasa la transferencia de un grupo fosfato de energía elevada del glicerato- 1,3-difosfato al ADP. Debido a que la síntesis de ATP es endergónica, requiere una fuente de energía. En las fosforilaciones en el nivel del sustrato se produce el ATP debido a la transferencia de un grupo fosfato desde un sustrato con un potencial elevado de transferencia de grupo fosfato para producir un compuesto con menor potencial de transferencia (ATP) y por tanto Δ G <0. 8. Interconversión del 3-fosfoglicerato y del 2-fosfoglicerato. El glicerato- 3 - fosfato tiene un potencial bajo de transferencia de grupo fosfato. Como tal, es un mal candidato para la
síntesis posterior de ATP (el valor de Δ G ˚′ para la síntesis de ATP es de −30.5 kJ/mol).
Las células convierten el glicerato- 3 - fosfato, éster fosfato de baja energía, en fosfoenolpiruvato (PEP), que posee un potencial de transferencia de grupo fosfato excepcionalmente elevado.
9. Deshidratación del 2-fosfoglicerato. La enolasa cataliza la deshidratación del glicerato- 2 - fosfato para formar PEP. El PEP posee un potencial de transferencia de grupo fosfato mayor que el glicerato- 2 - fosfato debido a que contiene un grupo enol-fosfato en lugar de un éster fosfato simple. La forma enol contiene un doble enlace carbono-carbono y un grupo hidroxilo. Los enoles se encuentran en equilibrio con la forma ceto, más estable, que contiene el carbonilo. La interconversión de las formas ceto y enol, que también se llaman tautómeros, se denomina tautomerización. 10. Síntesis de piruvato. En la reacción final de la glucolisis, la piruvato cinasa cataliza la transferencia de un grupo fosfato desde el PEP al ADP. Se forman dos moléculas de ATP por cada molecula de glucosa. Destinos del piruvato El resultado de la glucolisis es la producción de dos moléculas de ATP y dos de NADH por cada molecula de glucosa. El piruvato, el otro producto de la glucolisis, es aún una molecula con abundante energía que produce una cantidad sustancial de ATP. En condiciones aerobias, la mayoría de las células del cuerpo convierte el piruvato en acetil-CoA, que es el sustrato entrante para el ciclo del ácido cítrico, una vía anfibólica que oxida por completo dos carbonos del grupo acetilo para formar CO 2 , y las moléculas reducidas NADH y FADH 2. El sistema de transporte electrónico, una serie de reacciones de oxidación-reducción, transfiere electrones desde el NADH y desde el FADH 2 hasta el O 2 para formar agua. La energía
El hígado animal tiene cuatro hexocinasas. Tres de estas enzimas (hexocinasas I, II y III) se encuentran en concentraciones variables en otros tejidos, donde se unen de manera reversible con un conducto aniónico (llamado porina ) en la membrana externa de las mitocondrias. Como resultado, el ATP es accesible. Estas isoenzimas tienen gran afinidad por la glucosa en relación con su concentración sanguínea; o sea que alcanzan la mitad de su saturación con concentraciones menores de 0.1 mM, aunque la concentración de glucosa sea cercana a 4 a 5 mM. La glucocinasa (GK) se encuentra en el hígado y en ciertas células del páncreas, intestino y cerebro; requieren una concentración de glucosa mucho más alta para su actividad optima (cerca de 10 mM) y no se inhibe con glucosa- 6 - fosfato. En el hígado, la GK desvía la glucosa para almacenarla como glucógeno. Esta capacidad aporta los recursos usados para mantener la glucemia, una función primordial del hígado. Se cree que en los tipos celulares en los que existe, GK actúa como sensor de glucosa. Como la glucocinasa no suele funcionar a su ritmo máximo, es muy sensible a los pequeños cambios en la glucosa sanguínea. Su actividad está vinculada con una vía de transducción de señal. Cuando la glucemia se eleva después de una comida, GKRP libera GK (causada por el intercambio con fructosa- 1 - fosfato) y GK regresa por los poros nucleares para fosforilar de nuevo a la glucosa. Regulación alostérica de la glucólisis Las reacciones catalizadas por las hexocinasas I, II y III, PFK-1 y piruvato cinasa pueden activarse y desactivarse mediante efectores alostéricos. En general, los efectores alostéricos son moléculas cuya concentración en las células es un indicador sensible del estado metabólico de las mismas. Algunos efectores alostéricos son productos metabólicos. De las tres enzimas clave de la glucolisis, la PFK-1 es la que se regula en forma más estricta. Su actividad se inhibe alostericamente por concentraciones altas de ATP y citrato, indicadores de que la carga energética celular está cubierta y de que el ácido cítrico, el principal elemento de la capacidad generadora de energía celular redujo su actividad. El AMP es un activador alostérico de PFK-1. La concentración de AMP, que aumenta cuando la carga energética de la célula es baja, es un mejor factor predictivo del déficit de energía que la concentración de ADP. Regulación hormonal: La glucolisis también es regulada por las hormonas peptídicas glucagon e insulina. El glucagon, liberado por las células α del páncreas cuando la glucemia es baja, activa la función fosfatasa de la PFK-2, con lo que reduce la concentración de fructosa-2,6-difosfato en la célula. Como resultado, disminuyen la actividad de la PFK-1 y el flujo a través de la glucolisis. En el hígado, el glucagon también desactiva la piruvato cinasa. El AMP cíclico (cAMP) se sintetiza a partir de ATP en una reacción catalizada por adenilato ciclasa, una proteína de la membrana plasmática. Una vez sintetizado, el cAMP se une a la proteína cinasa A (PKA) y la activa. La PKA inicia entonces una cascada de reacciones de fosforilación/desfosforilación que modifican las actividades de un conjunto diverso de enzimas y de factores de transcripción.
Los factores de transcripción son proteínas que regulan o inician la síntesis de RNA al unirse a secuencias específicas de DNA llamadas elementos de respuesta. La insulina es una hormona peptídica que las células β del páncreas secretan cuando la glucemia se eleva. Sus efectos en la glucolisis incluyen activación de la función cinasa de PFK-2, lo que incrementa la concentración de fructosa-2,6-difosfato en la célula; esto a su vez aumenta el flujo glucolítico. AMPK: un interruptor maestro metabólico La proteína cinasa activada por AMP (AMPK) es una enzima con una función crucial para el metabolismo energético. Al principio se descubrió como un regulador del metabolismo de lípidos, ahora se sabe que la AMPK influye también en el metabolismo de la glucosa. Una vez activada la AMPK como resultado de aumento de la proporción AMP: ATP de la célula, la AMPK fosforila proteínas diana. La AMPK desactiva vías anabólicas y activa vías catabólicas. 8.2 GLUCONEOGÉNESIS La gluconeogénesis, la formación de moléculas nuevas de glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos, ocurre principalmente en el hígado. Los precursores son el lactato, el piruvato, el glicerol y determinados α-cetoácidos.
1. Síntesis de PEP. La síntesis de PEP a partir de piruvato requiere dos enzimas: la piruvato carboxilasa y la PEP carboxicinasa. La piruvato carboxilasa, que se encuentra dentro de las mitocondrias, convierte el piruvato en oxaloacetato (OAA). 2. Conversión de la fructosa-1,6-difosfato en fructosa- 6 - fosfato. La reacción irreversible de la glucolisis catalizada por la PFK-1 se evita por la fructosa-1,6-difosfatasa. Esta reacción exergónica es también irreversible en condiciones celulares. El ATP no se regenera, y también se produce fosfato inorgánico (Pi). 3. Formación de glucosa a partir de glucosa- 6 - fosfato. La glucosa- 6 - fosfatasa, que solo se encuentra en el hígado y el riñón, cataliza la hidrolisis irreversible de la glucosa- 6 - fosfato para formar glucosa y Pi. A continuación, la glucosa se libera en el torrente sanguíneo. Cada conjunto de estas reacciones emparejadas se denomina ciclo de sustrato. Debido a que estan reguladas de forma coordinada, se desperdicia muy poca energía a pesar de que ambas enzimas pueden estar funcionando en cierto nivel al mismo tiempo. El control de flujos es más eficaz si la acumulación transitoria de un producto se encauza de vuelta al ciclo. Sustratos de la gluconeogénesis El lactato lo liberan los eritrocitos y otras células que carecen de mitocondrias o que tienen concentraciones bajas de oxígeno. En el ciclo de Cori, las células musculares liberan lactato durante el ejercicio. Después de transferir el lactato al hígado, se reconvierte en piruvato a través de la lactato deshidrogenasa y luego en glucosa por gluconeogénesis. El glicerol, un producto del metabolismo de las grasas en el tejido adiposo, se transporta al hígado en la sangre y luego se convierte en glicerol- 3 - fosfato por medio de la glicerol cinasa. La oxidación del glicerol- 3 - fosfato para formar DHAP ocurre cuando la concentración citoplásmica de NAD+ es relativamente elevada.
pentosas fosfato. La inhibe el NADPH y la estimulan el GSSG, la forma oxidada del glutatión antioxidante, y glucosa- 6 - fosfato. Además, la alimentación con un elevado contenido de carbohidratos incrementa la síntesis de G- 6 - PD y de fosfogluconato deshidrogenasa. 8.4 metabolismo de otros azúcares importantes Otros azucares diferentes de la glucosa son importantes en los vertebrados. Los más notables son la fructosa, la galactosa y la manosa. Junto con la glucosa, estas moléculas son los azucares que se encuentran con mayor frecuencia en los oligosacáridos y en los polisacáridos. Son también fuentes importantes de energía. Metabolismo de la fructosa Las fuentes alimentarias de fructosa son las frutas, la miel, la sacarosa y el jarabe de maíz con grandes cantidades de fructosa (también llamado simplemente alta fructosa), un edulcorante de bajo costo utilizado en una gran variedad de alimentos y de bebidas procesados. La fructosa, la segunda fuente de carbohidratos en la alimentación humana, puede entrar en la vía glucolítica por dos caminos. En el hígado, la fructosa se convierte en fructosa- 1 - fosfato por medio de la fructocinasa. La conversión de la fructosa- 1 - fosfato en intermediarios glucolíticos evita dos pasos reguladores, de esta forma, en comparación con lo que ocurre con la glucosa, la entrada de la fructosa en la vía glucolítica es esencialmente no regulada. En los músculos y en el tejido adiposo, la fructosa se convierte en el intermediario glucolítico fructosa- 6 - fosfato por conducto de la hexocinasa. Debido a que las hexocinasas tienen baja afinidad por la fructosa, esta reacción tiene una importancia menor a no ser que el consumo de fructosa sea excepcionalmente elevado. 8.5 METABOLISMO DEL GLUCÓGENO El glucógeno almacena la glucosa. La síntesis y la degradación del glucógeno se regulan con precaución para que pueda disponerse de suficiente glucosa para las necesidades energéticas del organismo. La glucogénesis y la glucogenólisis están controladas principalmente por tres hormonas: insulina, glucagon y epinefrina.
Glucogénesis La síntesis de glucógeno ocurre después de una comida, cuando la concentración sanguínea de glucosa se eleva. Se sabe desde hace mucho tiempo que después de ingerir una comida con carbohidratos ocurre la glucogénesis hepática. La síntesis de glucógeno a partir de glucosa- 6 - fosfato implica la siguiente serie de reacciones.
1. Síntesis de glucosa- 1 - fosfato. La glucosa- 6 - fosfato se convierte de forma reversible en glucosa- 1 - fosfato a través de la fosfoglucomutasa, una enzima que contiene un grupo fosfato unido a un residuo de serina reactivo. 2. Síntesis de UDP-glucosa. La síntesis de un nucleótido-azúcar es una reacción común que precede a la transferencia de azúcar y a los procesos de polimerización. El difosfato de uridina-glucosa (UDP-glucosa) es más reactiva que la glucosa y se mantiene de forma más segura en el sitio activo de las enzimas que catalizan las reacciones de transferencia
(denominadas glucosil transferasas). La formación de UDP-glucosa, cuyo valor de Δ G ˚′
es cercano a cero, es una reacción reversible catalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa.
3. Síntesis de glucógeno a partir de UDP-glucosa. La formación de glucógeno a partir de UDP-glucosa requiere dos enzimas: (a) de la glucógeno sintasa, que cataliza la transferencia del grupo glucosilo del UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucógeno, y (b) de la amilo-α (1,4→1,6)-glucosil transferasa (enzima ramificante), que crea los enlaces α (1,6) para las ramificaciones de la molecula. **Glucogenólisis
- Eliminación de la glucosa de los extremos no reductores del glucógeno.** La glucógeno fosforilasa utiliza fosfato inorgánico (Pi) para romper los enlaces α (1,4) de las ramificaciones externas del glucógeno para formar glucosa- 1 - fosfato. La glucógeno fosforilasa se detiene cuando llega a cuatro residuos de glucosa del punto de ramificación. 2. Hidrólisis de los enlaces glucosídicos α (1,6) en los puntos de ramificación del glucógeno. La amilo-α (1,6)-glucosidasa, que también se denomina enzima desramificante, comienza a eliminar los puntos de ramificación α (1,6) al transferir los tres residuos de glucosa más externos de los cuatro unidos al punto de ramificación a un extremo no reductor cercano. Luego elimina al único residuo de glucosa unido en cada punto de ramificación. El producto de esta última reacción es glucosa libre Regulación del metabolismo del glucógeno El metabolismo del glucógeno es regulado cuidadosamente para evitar el derroche de energía. Tanto la síntesis como la degradación son controladas por un mecanismo complejo en el que participan la insulina, el glucagon, la epinefrina y reguladores alostéricos. El páncreas libera glucagon cuando la glucemia decae en las horas posteriores a una ingestión. Este se une a receptores en los hepatocitos e inicia un proceso de transducción de señales que eleva las concentraciones intracelulares de cAMP. El segundo mensajero, cAMP, amplifica la señal original del glucagon e inicia una cascada de fosforilación que conduce a la activación de la