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DE LA GLUCÓLISIS
Elaborado por:
Soria Salazar Marián
Materia: Bioquímica
Grupo: Enfermería 1001
Maestro: Ivis Ibrahm Morales
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Glucólisis: Resumen y Explicación Detallada, Guías, Proyectos, Investigaciones de Bioquímica Médica
La glucólisis, la principal vía para el metabolismo de la glucosa, ocurre en el citosol de todas las células. Sin embargo, oxidar glucosa más allá del piruvato (el producto terminal de la glucólisis) requiere tanto oxígeno como sistemas de enzimas mitocondriales: el complejo de piruvato deshidrogenasa, el ciclo del ácido cítrico y la cadena respiratoria. La capacidad de la glucólisis para proporcionar ATP en ausencia de oxígeno tiene especial importancia, porque esto permite al músculo estriado
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2019/2020
1 / 11
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RESUMEN
DE LA GLUCÓLISIS
Elaborado por:
Soria Salazar Marián
Materia: Bioquímica
Grupo: Enfermería 1001
Maestro: Ivis Ibrahm Morales
Glucólisis y la oxidación de piruvato
Importancia biomédica
La glucólisis, la principal vía para el metabolismo de la glucosa, ocurre en el citosol de todas las células. Sin embargo, oxidar glucosa más allá del piruvato (el producto terminal de la glucólisis) requiere tanto oxígeno como sistemas de enzimas mitocondriales: el complejo de piruvato deshidrogenasa, el ciclo del ácido cítrico y la cadena respiratoria. La capacidad de la glucólisis para proporcionar ATP en ausencia de oxígeno tiene especial importancia, porque esto permite al músculo estriado tener un desempeño a cifras muy altas de gasto de trabajo cuando el aporte de oxígeno es insuficiente, y permite a los tejidos sobrevivir a episodios de anoxia. En las células cancerosas en crecimiento rápido, la glucólisis procede a un índice alto, formando grandes cantidades de piruvato, el cual es reducido hacia lactato y exportado.
LA GLUCÓLISIS PUEDE FUNCIONAR EN CONDICIONES ANAEROBIAS Fue evidente que cuando un músculo se contrae en un medio anaerobio, el glucógeno desaparece y aparece lactato; cuando se admite oxígeno, tiene lugar la recuperación aerobia, y ya no se produce lactato. No obstante, si ocurre contracción en condiciones aerobias, no hay acumulación de lactato, y el piruvato es el principal producto terminal de la glucólisis. El piruvato se oxida más hacia CO2 y agua. (Figura 17-1)
Cuando hay carencia de oxígeno, la reoxidación mitocondrial de NADH formado durante la glucólisis está alterada, y el NADH se reoxida al
LAS REACCIONES DE LA GLUCÓLISIS CONSTITUYEN LA PRINCIPAL VÍA
DE UTILIZACIÓN DE GLUCOSA
La ecuación general para la glucólisis de glucosa a lactato es como sigue: Glucosa + 2 ADP + 2 Pi → 2 Lactato + 2 ATP + 2 H2O
Todas las enzimas de la glucólisis son citosólicas. (Figura 17-2) La glucosa entra a la glucólisis por medio de fosforilación hacia glucosa 6-fosfato, catalizada por la hexocinasa, usando ATP como el donador de fosfato. En condiciones fisiológicas, la fosforilación de glucosa hacia glucosa 6-fosfato puede considerarse irreversible. En tejidos que no son el hígado (y en las células b de los islotes pancreáticos), la disponibilidad de glucosa para glucólisis se controla mediante transporte hacia la célula, que a su vez está regulado por la insulina. La hexocinasa tiene afinidad alta (Km baja) por la glucosa, y en el hígado está saturada en condiciones normales y, así, actúa a un índice constante para proporcionar glucosa 6-fosfato para satisfacer
las necesidades hepáticas. La función de la glucocinasa en el hígado es eliminar glucosa de la sangre portal hepática después de una comida, de modo que regula la concentración de glucosa disponible para los tejidos periféricos. Esto proporciona más glucosa 6-fosfato que la que se requiere para la glucólisis; se usa para la síntesis de glucógeno y la lipogénesis.
La glucosa 6-fosfato es un importante compuesto en la unión de varias vías metabólicas: glucólisis, gluconeogénesis, la vía de la pentosa fosfato, glucogénesis y glucogenolisis. En la glucólisis se convierte en fructosa 6-fosfato mediante la fosfohexosa isomerasa, que comprende una isomerización aldosa-cetosa. Esta reacción va seguida por otra fosforilación catalizada por la enzima fosfofructocinasa (fosfofructocinasa-1) que forma fructosa 1,6-bisfosfato. En condiciones fisiológicas puede considerarse que la reacción de la fosfofructocinasa es funcionalmente irreversible; y es tanto inducible como sujeta a regulación alostérica, y tiene una participación importante en la regulación del índice de glucólisis. La aldolasa (fructosa 1,6-bisfosfato aldolasa) divide a la fructosa 1,6-bisfosfato en dos triosa fosfatos, el gliceraldehído 3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato.
La glucólisis continúa con la oxidación de gliceraldehído 3-fosfato a 1,3- bisfosfoglicerato. La enzima que cataliza esta oxidación, gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa, es dependiente del NAD. Desde el punto de vista estructural consta de cuatro polipéptidos idénticos (monómeros) que forman un tetrámero. En cada polipéptido hay cuatro grupos }SH, derivados de residuos cisteína dentro de la cadena polipeptídica. Uno de los grupos }SH se encuentra en el sitio activo de la enzima (Figura 17-3).
El sustrato inicialmente se combina con este grupo }SH, lo que forma un tiohemiacetal que se oxida hacia un tiol éster; los hidrógenos eliminados en esta oxidación se transfieren al NAD1. El tiol éster después pasa por fosforólisis; se agrega fosfato inorgánico (Pi ), lo que forma 1,3-bisfosfoglicerato y el grupo }SH se reconstituye.
es catalizado por la enolasa, y comprende una deshidratación, lo que forma fosfoenolpiruvato. La enolasa es inhibida por el fluoruro, y cuando se obtienen muestras de sangre para medición de glucosa, la glucólisis es inhibida al tomar la muestra en tubos que contienen fluoruro. La enolasa también depende de la presencia de Mg21 o Mn21. El fosfato del fosfoenolpiruvato se transfiere hacia el ADP en otro nivel de sustrato de fosforilación catalizado mediante la piruvato cinasa para formar dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada.
La reacción de la piruvato cinasa es en esencia irreversible en condiciones fisiológicas, debido en parte al gran cambio de energía libre involucrado, y en parte a que el producto inmediato de la reacción catalizada por enzima es el enol-piruvato, que pasa por isomerización espontánea hacia piruvato, de modo que el producto de la reacción no está disponible para pasar por la reacción inversa. La disponibilidad de oxígeno ahora determina cuál de las dos vías se sigue. En condiciones anaeróbicas, el NADH no puede ser reoxidado por medio de la cadena respiratoria y el piruvato se reduce a lactato, lo cual es catalizado por la lactato deshidrogenasa. Esto permite la oxidación de NADH, lo que hace posible que otra molécula de glucosa pase por glucólisis. En condiciones aeróbicas, el piruvato es transportado hacia las mitocondrias y pasa por descarboxilación oxidativa a acetil-CoA y después oxidación a CO2 en el ciclo del ácido cítrico. Los equivalentes reductores del NADH formado en la glucólisis son captados hacia mitocondrias para oxidación por medio de la lanzadera (shuttle) de malato-aspartato o la lanzadera de glicerofosfato
LOS TEJIDOS QUE FUNCIONAN EN CONDICIONES HIPÓXICAS PRODUCEN LACTATO
La glucólisis en los eritrocitos siempre termina en lactato, porque las reacciones subsiguientes de oxidación de piruvato son mitocondriales, y los eritrocitos carecen de mitocondrias. Otros tejidos que en circunstancias normales obtienen gran parte de su energía de la glucólisis y producen lactato son el cerebro, el tubo digestivo, la médula renal, la retina y la piel.
Cuando la producción de lactato es alta, como en el ejercicio vigoroso, el choque séptico y la caquexia por cáncer, gran parte se utiliza en el hígado para
gluconeogénesis (capítulo 19), lo que lleva a un incremento del índice metabólico para proporcionar el ATP y GTP necesarios. El aumento del consumo de oxígeno como resultado de incremento de la oxidación de combustibles metabólicos para proporcionar el ATP y GTP necesarios para la gluconeogénesis se observa como deuda de oxígeno después de ejercicio vigoroso.
LA GLUCÓLISIS ESTÁ REGULADA EN TRES PASOS QUE INVOLUCRAN REACCIONES DESEQUILIBRADAS
Estas reacciones, catalizadas por la hexocinasa (y glucocinasa), fosfofructocinasa y piruvato cinasa, son los principales sitios de regulación de la glucólisis. La fosfofructocinasa está significativamente inhibida a concentraciones intracelulares normales de ATP; esta inhibición puede aliviarse con rapidez mediante 5’ AMP que se forma a medida que empieza a acumularse ADP, lo que señala la necesidad de índice de glucólisis aumentado. Las células que tienen la capacidad de gluconeogénesis (que revierten la vía glucolítica, tienen diferentes enzimas que catalizan reacciones para revertir estos pasos irreversibles; glucosa 6-fosfatasa, fructosa 1,6-bisfosfatasa y, para revertir la reacción de la piruvato cinasa, piruvato carboxilasa y fosfoenolpiruvato carboxicinasa. La fructosa entra a la glucólisis mediante fosforilación hacia fructosa 1-fosfato, y evita los principales pasos reguladores; de este modo, da por resultado la formación de más piruvato (y acetil- CoA) que el necesario para la formación de ATP.
EN LOS ERITROCITOS ES POSIBLE EVITAR EL PASO POR EL PRIMER SITIO DE FORMACIÓN DE ATP EN LA GLUCÓLISIS
En los eritrocitos, es factible evitar hasta cierto grado el paso por la reacción catalizada por la fosfoglicerato cinasa mediante la reacción de la bisfosfoglicerato mutasa, que cataliza la conversión de 1,3-bisfosfoglicerato en 2,3-bisfosfoglicerato, seguida por hidrólisis hacia 3-fosfoglicerato y Pi, catalizada por la 2,3- bisfosfoglicerato
A para formar acetil-CoA y lipoamida reducida. La reacción se completa cuando la lipoamida reducida se vuelve a oxidar mediante una flavoproteína, la dihidrolipoil deshidrogenasa, que contiene FAD. Por último, la flavoproteína reducida se oxida mediante NAD1 que, a su vez, transfiere equivalentes reductores a la cadena respiratoria. La reacción es:
Piruvato + NAD+ + CoA → Acetil-CoA + NADH + H+ + CO
Ese complejo de enzimas, en el cual los sustratos pasan desde una enzima hacia la siguiente, aumenta el índice de reacción y previene reacciones colaterales, lo que aumenta la eficiencia general.
LA PIRUVATO DESHIDROGENASA ESTÁ REGULADA MEDIANTE INHIBICIÓN
POR PRODUCTO TERMINAL Y MODIFICACIÓN COVALENTE
La piruvato deshidrogenasa es inhibida por sus productos, acetil-CoA y NADH (figura 17-6). También está regulada por fosforilación (catalizada por una cinasa) de tres residuos serina sobre el componente piruvato deshidrogenasa del complejo de múltiples enzimas, lo que da por resultado decremento de la actividad, y por desfosforilación (catalizada por una fosfatasa) que causa un aumento de la actividad. La cinasa se activa por incrementos de las proporciones [ATP]/[ADP], [acetil-CoA]/[CoA], y [NADH]/[NAD1].
De este modo, la piruvato deshidrogenasa y, por ende, la glucólisis, son inhibidas cuando se dispone de ATP adecuado (y coenzimas reducidas para la formación de ATP), y también cuando los ácidos grasos se están oxidando.