GLUCOLISIS-MEABOLISMO GLUCOGENO

METABOLISMO DE

CARBOHIDRATOS

Temas a tratar:Glucólisis Descarboxilación del piruvatoCiclo de KrebsCadena de transporte de electrones y

fosforilación oxidativaIntegración de otros carbohidratosMetabolismo del glucógeno: síntesis y

degradaciónGluconeogénesis Ruta de las pentosas

GLUCOLISIS

Conjunto de reacciones que transforman la glucosa en piruvato

Del griego glycos: dulce + lysis: ruptura

Es una vía casi universal

Tiene lugar en el citoplasma celular

GLUCOLISIS

Consiste en una serie de diez reacciones

Única vía en los animales que produce ATP en ausencia de oxígeno

Conlleva a la producción de dos moléculas de ATP (ganancia neta)

TIPOS DE GLUCOLISIS

Aerobia Consiste en conversión de glucosa en piruvato y

posteriormente en acetil-CoA

Anaerobia Animales:

Consiste en conversión de glucosa en piruvato y posteriormente en lactato

Células de músculo esquelético (ejercicio extenuante)

Levaduras:Consiste en conversión de glucosa en piruvato y posteriormente en

etanol

FASES DE LA GLUCOLISIS

Primera fase: inversión de energíaIncluye las primeras 5 reaccionesGasto de 2 moléculas de ATP

Segunda fase: generación de energíaIncluye las ultimas 5 reaccionesGeneración de 4 moléculas de ATP (2 ganancia

neta)

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS

Descritas en Alemania en los años treinta por:

G. Embden, O. Meyerhof y O. Warburg

Glucolisis es conocida como ruta de Embden- Meyerhof

REACCIONES DE LA

GLUCOLISIS PRIMERA FASE

SEGUNDA FASE

Glucosa

Piruvato Piruvato

Glucosa-6-fosfato (G6P)

Fructosa-6-fosfato (F6P)

Fructosa 1,6-bifosfato (FBP)

Dihidroxiacetona fosfato (DHAP)

Gliceraldehído-3-fosfato (G3P) Gliceraldehído-3-fosfato (G3P)

1,3-bifosfoglicerato (BFG)

3-fosfoglicerato (3PG)

Fosfoenolpiruvato (PEP) Fosfoenolpiruvato (PEP)



2-fosfoglicerato (2PG)2-fosfoglicerato (2PG)

PRIMERA REACCIÓN: primera inversión de ATP

Catalizada por dos isoenzimas:

Hexoquinasa: Presente en todas las células Inhibida por la glucosa-6-fosfato

(G6P)

Glucoquinasa: Más abundante en el hígado Actúa en condiciones de

hiperglicemia (después de alimentarse) junto con hexoquinasa

Inhibida por la fructosa-6-fosfato

Glucosa


PRIMERA REACCIÓN

SEGUNDA REACCIÓN

La fosfoglucoisomerasa (PGI), (glucosa-6-fosfato isomerasa)

Cataliza la isomerización de la glucosa-6-fosfato en una fructosa-6-fosfato (F6P)



SEGUNDA REACCIÓN

Glucosa-6-fosfato (G6P) Fructosa-6-fosfato (F6P)

TERCERA REACCIÓN: segunda inversión de ATP

La fosfofructoquinasa (PFK) cataliza la fosforilación de la fructosa-6-fosfato con gasto de una molécula de ATP

Se obtiene fructosa 1,6-bifosfato (FBP) y ADP


Fructosa-1,6-bifosfato (FBP)

TERCERA REACCIÓN

Fructosa-6-fosfato (F6P) Fructosa-1,6-bifosfato (FBP)

CUARTA Y QUINTA REACCIÓN

La aldolasa (fructosa-1,6-bifosfato aldolasa) cataliza la transformación de la fructosa-1,6-bisfosfato en:

dihidroxiacetona-1-fosfato (DHAP) y

gliceraldehído-3-fosfato (G3P)

La triosa fosfato isomerasa (TPI o TIM) cataliza la interconversión del DHAP a G3P



Gliceraldehído-3-fosfato (G3P)


CUARTA Y QUINTA REACCIÓN





RESUMEN PRIMERA FASE

Fosforilación Hexoquinasa 1

5

2

3

4

Isomerización Fosfoglucoisomerasa

Fosforilación Fosfofructoquinasa

Ruptura Aldolasa

Isomerización Triosa fosfato isomerasa

Glucosa







SEXTA REACCIÓN

La gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) cataliza la oxidación del G3P (reacción exergónica) y sintetiza el 1,3-bisfosfoglicerato (BPG) (reacción endergónica)

NADH e H+


1,3-bifosfoglicerato (BPG)

SEXTA REACCIÓN



SEPTIMA REACCIÓN: primera obtención de ATP

Reacción de fosforilación del BPG por la enzima fosfoglicerato quinasa

Se genera 3-fosfoglicerato (3PG)

Se obtiene ATP



SEPTIMA REACCIÓN

1,3-bifosfoglicerato (BPG) 3-fosfoglicerato (3PG)

OCTAVA REACCIÓN

La fosfoglicerato mutasa cataliza la isomerización del 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato (2PG)



OCTAVA REACCIÓN

3-fosfoglicerato (3PG) 2-fosfoglicerato (2PG)

NOVENA REACCIÓN

La enolasa genera fosfoenolpiruvato (PEP) a partir del 2-fosfoglicerato

Se obtiene agua


Fosfoenolpiruvato (PEP)

NOVENA REACCIÓN

2-fosfoglicerato (2PG) Fosfoenolpiruvato (PEP)

DECIMA REACCIÓN: segunda obtención de ATP

Catalizada por la piruvato quinasa

El PEP transfiere su fosfato al ADP para obtener piruvato y ATP


Piruvato

DECIMA REACCIÓN

Fosfoenolpiruvato (PEP) Piruvato

Oxidación y fosforilación Gliceraldehído-3-fosfato

deshidrogenasa 6

Fosforilación a nivel sustrato

Fosfoglicerato quinasa 7

Isomerización Fosforiglicerato

mutasa 8

Fosforilación a nivel sustrato

Piruvato quinasa 10

Deshidratación Enolasa 9

RESUMEN

SEGUNDA FASE

Piruvato






Glucólisis

REACCIÓN NETA DE LA GLUCOLISIS

Glucosa + 2Pi + 2ADP + 2NAD +

2 piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

NADH: nicotinamin adenin dinucleótido reducido

GLUCOLISIS ANAEROBIA

Ocurre en:

Células aerobias con tasas de glucólisis muy altaEl NADH generado necesita reoxidarse más

rápido

Células anaerobiasEl NADH se utiliza para reducir el piruvato

GLUCOLISIS ANAEROBIA: se activa en ausencia de oxígeno

Acetaldehído

Etanol Lactato

H+

CO2

Piruvato

NAD+NAD+

H+NADH +H+ NADH+

Fermentación del ácido láctico: Células animales Bacterias del ácido

láctico

Fermentación alcohólica: Levaduras

Lactato deshidrogenasa

Piruvato descarboxilasa

Alcohol deshidrogenasa

BALANCE NETO DE LA GLUCÓLISIS ANAEROBIA

Fermentación del acido láctico:

Glucosa + 2ADP + 2Pi 2lactato + 2ATP + 2H2O

Fermentation alcohólica:

Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2H+ 2etanol + CO2 +2ATP + 2H2O

REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS

Enzimática:Fosfofructoquinasa (PFK)Piruvato quinasa

Alostérica:Inhibidores y activadores de la PFKInhibidores de la piruvato quinasa

REGULACIÓN ALOSTÉRICA: PFK

La PFK es la principal enzima reguladora de la glucólisis; sus factores reguladores son:

Inhibidores: En necesidades energética bajas del organismo (reposo) ATP y ácido cítrico se unen a sitios alostericos en la PFK y

ocasionan una menor afinidad por la fructosa-6-fosfato

Estimuladores: En necesidades energéticas elevadas del organismo

(ejercicio o ayuno prolongado) ADP, AMP y fructosa-1,6-bisfosfato, ocasionan el

incremento en la actividad de la PFK

REGULACIÓN ALOSTÉRICA: PIRUVATO QUINASA

ATPConcentraciones elevadas reducen afinidad por

su sustrato: fosfoenolpiruvato

Fructosa-1,6-bifosfato Activa a la piruvato quinasa

Acetil-CoAInhibe a la piruvato quinasa

GLUCOLISIS: RELACIÓN CON OTRAS VÍAS

Estrechamente coordinada con:

Glucogenólisis

Gluconeogénesis

Ruta de la pentosa fosfato

Descarboxilación oxidativa del piruvato

Ciclo de Krebs

PIRUVATO: en presencia de oxígeno

Procedente de oxidación de carbohidratos

Sufre una descarboxilación oxidativa catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa

DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO

Se realiza en la matriz interior de la mitocondria Todas las células, excepto eritrocitos

Intervienen:Tres enzimas:

Piruvato deshidrogenasa (E1) Dihidrolipoamida transacetilasa (E2) Dihidrolipoamida deshidrogenasa (E3)

Forman un complejo multienzimático: complejo piruvato deshidrogenasa

Cinco coenzimas

DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO

Coenzimas:

Pirofosfato de tiamina (TPP) (vitamina B1)

Ácido lipoico (Lip)

Forma reducida del FAD, dinucleótido de flavina y adenina (FADH2)

Forma reducida del NAD+, dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADH)

Coenzima A (CoA)A por el acilo

FORMACIÓN DE COMPLEJOS

E1

Tiene unida la coenzima TPP

E2

Tiene unida la coenzima Lip

E3

Tiene unido el dinucleótido de flavina y adenina (FAD)

DESCARBOXILA-CIÓN DEL PIRUVATO

Piruvato

Acetaldehído activado

Acetil activado

Acetil activado

Acetil-CoA

El Piruvato cede un grupo aldehído al

TPP. Se produce CO2

El grupo aldehído se oxida a un grupo

acetilo por acción de Lip

El grupo acetil se transfiere a la CoA

para formar Acetil-CoAE3 transfiere 2 H+ al FAD (FADH2) que a su vez se

oxida por el NAD+ para generar NADH + H+

+ H+

Acetil-CoA

CoA

Acetil

REACCIÓN GLOBAL

Piruvato + NAD+ + Coenzima A

Acetil-CoA + NADH + CO2 + H+

CONTROL DE LA OXIDACIÓN DEL PIRUVATO

AlostéricaE2 se inhibe por la Acetil-CoA y se activa por la

CoA

E3 se inhibe por el NADH y se activa por el NAD+

ATP inhibe el complejo piruvato deshidrogenasa; AMP lo activa

RELACIÓN CON OTRAS VÍAS

La descarboxilación oxidativa del piruvato es el principal sumistrador de acetil-CoA para el ciclo de Krebs

CICLO DE KREBS

Ciclo del ácido cítrico ó ciclo del ácido tricarboxílico

Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial Células animales, plantas superiores y mayoría de bacterias

El sustrato es acetil-CoA generado por: Descarboxilación oxidativa del piruvato Metabolismo de ácidos grasos Metabolismo de aminoácidos

Ciclo de Krebs

Vía común oxidativa de carbohidratos, ácidos grasos y proteínas

Dos funciones principales:

Reacciones catabólicas Producción de energía

Reacciones anabólicas Biosíntesis de carbohidratos, aa y otros productos

celulares

Es una ruta anfibólica

FORMACIÓN DE CITRATO

El acetil-CoA transfiere sus dos carbonos al oxalacetato para obtener un compuesto de seis carbonos, el citrato

Acetil-CoA

Citrato

Oxalacetato

+

¿PORQUE CICLO DE KREBS?

El citrato sufre una serie de reacciones donde pierde dos carbonos en forma de CO2

Los cuatro carbonos restantes permanecen en forma de oxalacetato que puede iniciar de nuevo el cicloEl oxalacetato participa al inicio y final del ciclo

Ciclo propuesto por Hans Krebs, 1937

CICLO DE KREBS

Ocho reacciones divididas en dos fases:

Primera fase (reacciones 1-4)Se emplea para oxidar los dos carbonos a CO2

Segunda fase (reacciones 5-8)Sirve para generar el oxalacetato

CICLO DE

KREBS

PRIMERA FASE

PASO 1

Introducción de dos átomos de carbono al oxalacetato

Catalizado por la enzima citrato sintasa para generar citrato

Acetil-CoA

Citrato

Oxalacetato+

PASO 2a

Isomerización del citrato catalizada por la enzima aconitasa

Deshidratación para obtener el cis-Aconitato

Citrato

Cis-Aconitato

+ H2O

PASO 2b

Hidratación del Cis-Aconitato para generar el isocitrato Cis-Aconitato

+ H2O

Isocitrato

PASO 3

Primera descarboxilación oxidativa catalizada por la isocitrato deshidrogenasa ligada al NAD+

Se obtiene -cetoglutarato

Generación de CO2 y NADH

Isocitrato

+ CO2

-cetoglutarato

+

PASO 4

Segunda descarboxilación oxidativa catalizada por el complejo -cetoglutarato deshidrogenasa:

Tres enzimas y 5 coenzimas del complejo piruvato deshidrogenasa

Generan succinil-CoA, CO2 y NADH

+

-cetoglutarato

Succinil-CoA

+ CO2 +

CoA-SH

SEGUNDA FASE

PASO 5

Reacción catalizada por la succinil-CoA sintetasa

Se obtiene succinato, GTP (ej. células hepáticas) y posteriormente ATP

GTP se transforma en ATP por la nucleosido difosfato quinasa

Succinil-CoA

Succinato

+

+ GDP Pi+

+ S-CoA

PASO 6

Deshidrogenación del succinato para generar fumarato y FADH2

Catalizada por la succinato deshidrogenasa

Succinato

Fumarato

+

PASO 7

Hidratación del doble enlace carbono-carbono del fumarato para generar L-malato

Catalizada por la fumarato hidratasa

Fumarato

Malato

+ H2O

PASO 8

Deshidrogenación del malato catalizada por la malato deshidrogenasa dependiente del NAD+

Se obtiene oxalacetato y NADH

Malato

+

Oxalacetato + H+

RESUMEN DEL CICLO DE KREBS

POR CADA CICLO: recordar se obtienen 2 moléculas de piruvato

Acetil-CoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi

2CO2 + 3NADH + FADH2 + CoA-SH + GTP + 2H+

Entran a cadena de electrones: se obtendrá más ATP

CONTROL DEL CICLO DE KREBS

La relación NAD+/FADH

Isocitrato deshidrogenasa Se inhibe por el NADH, fosforilación de residuo de

serina (falla unión al isocitrato)Se activa por el ADP

-cetoglutarato deshidrogenasaSe inhibe por la succinil-CoA y el NADH

RELACIÓN CON OTRAS VÍAS

El ciclo de Krebs se relaciona con la cadena de transporte de electrones

Ambas vías son la mayor fuente de energía metabólica

RESUMEN….

GLUCOSA PIRUVATO

LA MITOCONDR

IA

Formada por 4 subregiones:

Membrana externa Membrana interna:

Muy plegada y forma crestas

Espacio intermembrana Matriz

TRANSPORTE DE ELECTRONES

Las reacciones de oxidación generan transportadores electrónicos reducidos como el NADH y el FADH2

Es necesario reoxidarlos por medio de las enzimas de la cadena respiratoria

Se lleva a cabo en las crestas mitocondriales

PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS

Embebidas en la membrana interna

Forman la cadena respiratoria

Se ensamblan en cinco complejos multiproteicos:I, II, III, IV y V

COMPLEJOS

I, NADH deshidrogenasa o NADH-coenzima Q reductasa: Contiene centros de hierro-

azufre y mononucleótido de flavina (FMN)

II, succinato deshidrogenasa o succinato-coenzima Q reductasa Contiene centros de hierro-

azufre y FAD

COMPLEJOS

III o coenzima Q-citocromo c reductasa

Contiene centros de hierro-azufre y citocromo b y c

IV o citocromo oxidasa Contiene centros de hierro-

cobre y citocromo a

El transporte de electrones es por reacciones de oxido-reducción

El transporte es a través de los centros de Fe y Cu que tienen los complejos

Oxidación del Cu+ por el Fe3+ :

Cu+ + Fe3+ Cu2+ + Fe2+

Agente reductor: suministra electrones

Agente oxidante: acepta electrones

Agente reductor: se oxida (deficit de electrones; carga +)

Agente oxidante: se reduce (aumento de

electrones; menor carga positiva)

Reductor Oxidante Reductor oxidado

Oxidante reducido

Nota: Valencia en base a protones y electrones

COMPLEJOS

COMPLEJO V

V o ATP sintasa

Es un complejo F0F1:

F1 forma un nudo y un tallo: Cinco proteínas:

y

F0 es la base de la estructura

TRANSPORTE DE

ELECTRONES

TRASPORTE DE ELECTRONES

Los complejos I y II reciben los electrones de la oxidación del NADH y succinato (FADH2), respectivamente

Pasan los electrones a un transportador lipídico (coenzima Q)

El complejo III oxida la forma reducida de la coenzima Q y reduce al citocromo c (transportador proteico)

TRANSPORTE DE ELECTRONES

El complejo IV acopla la oxidación del citocromo c con la reducción de O2 en agua

Los protones generados (H+) entran de nuevo al espacio intermembranal por el complejo V para generar ATP (fosforilación oxidativa)

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Mecanismo para generar ATP a partir de los sustratos reducidos

¿Cual es este mecanismo?Se acepta modelo del acoplamiento

quimiosmótico (Peter Mitchell, 1961)

ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO

El sistema bombea protones fuera de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana

Gradiente electroquímico para protones: pH más bajo fuera de la membrana mitocondrial interna que dentro

Paso de protones al interior para igualar pH en ambos lados (gradiente electroquímico) La energía se disipa y parte se utiliza para síntesis de ATP

por la porción F1

ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO

CONTROL RESPIRATORIO

La respiración esta estrechamente ligada con la síntesis de ATP

El flujo de electrones en mitocondria se produce solo cuando se sintetiza ATP

Rendimiento energético EN CADENA RESPIRATORIA

Las deshidrogenaciones: una en glucólisis, una en descarboxilación del piruvato y

cuatro en el ciclo de Krebs reducen: 10 moles de NAD a NADH y 2 moles de FAD a FADH2 por mol de glucosa:

Glucolisis: 2 NADHDesc. Piruvato: 2 NADHCiclo Krebs: 6 NADH y 2 FADH2

Por lo tanto por cada mol de glucosa, al final del transporte de electrones se obtienen 12 moléculas ricas en electrones (H) para oxidarlos y obtener ATP


Cada mol de NADH proporciona energía suficiente para la síntesis de 3 moles de ATP

NADH + 4H + 1/2O2 + 3ADP + 3Pi NAD + 4H2O + 3ATP

Por lo tanto se producen 30 moléculas de ATP


Cada mol de FADH2 cataliza la síntesis de 2 moléculas de ATP

Por tanto se generan 4 moléculas de ATP

La glucolisis genera directamente 2 moléculas de ATP

El ciclo de Krebs genera directamente 2 moléculas de ATP

RENDIMIENTO ENERGÉTICO NETO

Por cada molécula de glucosa que se oxide, se generan 38 moléculas de ATP:

2 de glucólisis

2 de ciclo de Krebs (incluyendo conversión de GTP en ATP)

34 de transporte de electrones

Reacción general

NADH + H+ + 3ADP + 3Pi + 1/2O2 NAD+ + H2O + 3ATP

FADH2 + 2ADP + 2Pi + 1/2O2 FAD+ + H2O + 2ATP

RESUMEN VIA

OXIDATIVA

GlucolisisAminoácidos

Ácidos grasos

Piruvato

Acetil-CoA

Ciclo de Krebs

Transportadores de e- reducidos

Cadena respiratoria

Flavinas

Centros Fe-S

Coenzima Q

Citocromos

Transportadores de e- oxidados

Otros sustratos que entran a glucolisis

Fructosa

Por ruta convencional Manosa

Galactosa Por reacciones especiales

Glucosa

Piruvato Piruvato



Fructosa 1,6-bifosfato (FBP)


Gliceraldehído-3-fosfato (G3P) Gliceraldehído-3-fosfato (G3P)



Fosfoenolpiruvato (PEP) Fosfoenolpiruvato (PEP)



2-fosfoglicerato (2PG)2-fosfoglicerato (2PG)

Manosa

Fructosa

Galactosa

Manosa-6-fosfatoAldolasa

D-gliceraldehído

Triosa quinasa

Hexocinasa Fosfo manosa

isomerasa

Metabolismo de la fructosa

Fructosa

Fructosa-1-fosfato

Fructocinasa

Fructosa-1-fosfato aldolasa

(aldolasa B)

Gliceraldehído cinasa

Gliceraldehído A GLUCOLISIS

MUSCULO Y RIÑON

HÍGADO

Hexocinasa

Fructosa-6-fosfato

Gliceraldehído 3-P

Metabolismo de la galactosaD-Galactosa

D-Galactosa-1-fosfato

Galactoquinasa + Mg2

D-Galactosa uridil-1-fosfato (UDP-Gal)

D-Glucosa -1-fosfato

Glucosa -6-fosfato

Galactosa-4 epimerasa

Fosfoglucomutasa

D-Galactosa -1-fosfato uridiltransferasa

D-Glucosa uridil-1-fosfato (UDP-Glc)

Fosfatasa

D-Glucosa A GLUCOLISIS

A CIRCULACIÓN SANGUÍNEA

GLUCOGENO (almacenamiento)

GLUCOGENOLISIS


D-Galactosa-1-fosfato

D-Galactosa

Galactoquinasa + Mg2

D-Galactosa -1-fosfato uridiltransferasa

P



Fosfoglucomutasa

UDP-Galactosa-4 epimerasa

UDP-Galactosa pirofosforilasa

GLUCOGENOLISIS


UDP-glucosa

UDP-galactosa

FOSFORILACIÓN

TRANSFERENCIA (UDP a Gal y P a Glc)

EPIMERIZACIÓN

ISOMERIZACIÓN

Glucogeno

Polimero de D-glucosa

Enlaces (1-4) con ramificaciones (1-6) cada 8-14 residuos

Granulos intracelulares: cada uno contiene mas de 120, 000 unidades de glucosa

Musculo: 1-2% del peso

Hepatocitos: 10% de glucogeno por peso

Glucógeno

Principal reserva de glucosa: se almacena principalmente en hígado y músculo

El hígado mantiene la glucosa sanguínea entre comidas; después de 12-18 horas de ayuno se agota su reserva12-18 horas de ayuno se agota su reserva

Metabolismo del glucógeno

Glucogenólisis

Glucogénesis

Glucogenólisis

Mecanismo de degradación del glucógeno Periodos largos de ayuno Mayor demanda energética Mantiene la glucemia en ayuno (cerebro y eritrocitos) Fuente de fácil disponibilidad de hexosas para la glucólisisglucólisis

Ocurre en hígado y músculo

Se necesitan tres enzimas: Glucogeno fosforilasa (o fosforilasa) Enzima desramificadora o anillo 1,6-glucosidasa Fosfoglucomutasa

Glucogenólisis

Reacción 1: la fosforilasa cataliza la fosforólisis del glucógeno (ruptura de enlaces por sustitución con un grupo fosfato)

+ H+P

OH

O O-

O

O-R O-RP

OH

O O-

O

Pi

Glucogeno Glucosa-1-fosfato

Glucógeno-1

+Fosforilasa

Fosforilasa

La enzima libera una molécula de glucosa solo si esta alejada al menos cinco unidades del punto de ramificación (rama limite)

Glucogenólisis

Reacción 2: la enzima desramificadora elimina las ramificaciones del glucógeno

Los residuos de glucosa adicionales serán accesibles para la fosforilasa

Glucogenólisis

Reacción 2: la enzima desramificadora cataliza dos reacciones sucesivas:

1. actúa como una glucosiltransferasaTransfiere una cadena de tres restos glucosilo

desde una rama limite del glucogeno hacia el extremo no reductor de otra ramificación

2. actúa como una hidrolasahidrolisa el residuo que permanece ramificado

(unido por enlace 1-6) produciendo glucosa libre

Reacción 2: enzima desramificadora

1

2

Glucogenólisis

Reacción 3: la enzima fosfoglucomutasa transfiere un grupo fosforilo a la glucosa-1-fosfato para formar glucosa-1-6-bifosfato

La misma enzima fosfoglucomutasa retira un grupo fosforilo de la glucosa-1,6-bifosfato para formar glucosa-6-fosfato

Reacción 3

P

OH

O O-

O

Glucosa-1-fosfato

ENZIMA

P

OH

CH2O O-

O

P

OH

O

O-O

Glucosa-1,6-bifosfato Glucosa-6-fosfato

P

OH

O

O-O

OH

CH2OH

ENZIMA

P

O-

CH2O O-

OENZIMA

La GLUCOSA-6-FOSFATO obtenida puede pasar a torrente circulatorio o iniciar glucólisis

Se utiliza poco más de una molécula de ATP para fosforilar a cada molécula de glucosa liberada

El glucagón, hormona que eleva los niveles de glucosa sanguínea (hiperglicemia), aumenta la velocidad de glucogenolisis al activar a la glucógeno fosforilasa

En resumen….

Fosforilasa

Desramificadora: glucosiltransferasa

Desramificadora: hidrolasa

Fosfoglucomutasa

Glucosa-6-P

RegulacióRegulaciónn

•La enzima reguladora de la glucogenólisis es la fosforilasa que al fosforilarse se activa

•La glucosa y G6P inhiben a la glucógeno fosforilasa

•El glucagón y la adrenalina estimulan a la fosforilasa hepática

•La insulina estimula a la fosforilasa inactiva

GlucogénesisGlucogénesis

Proceso de formación o síntesis de glucógenosíntesis de glucógeno a partir de glucosa-6-fosfato

Se forma por la incorporación repetida de unidades de glucosa en forma de uridin difosfato de glucosauridin difosfato de glucosa (UDP-G) a una “semilla” de glucógeno preexistente (glucogeninaglucogenina)

Principalmente en hígado y músculo (citosol)

2. Isomerización de G6P a G1P por la fosfoglucomutasa

1. Fosforilación por la hexoquinasa o glucoquinasa

3. Síntesis de UDP-G por la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa (UTP + G1P= UDP-G)

Trifosfato de uridinaUTP se libera pirofosfato que es

degradado a 2 Pi por la pirofosfatasa

4. Elongación de la cadena: formación de enlace α 1-4 glucosídico por la enzima glucógeno sintetasa

5. Formación de ramificaciones: amilo 1,4-1,6 transglucosilasa

Reacción de la glucógeno sintasaReacción de la glucógeno sintasa

La UDP-glucosaUDP-glucosa es el donador inmediato de un residuo glucosilo al extremo no reductor de una rama de glucógeno (mínimo 4 unidades glucosa)

La glucógeno sintasa es una glucosiltransferasaglucosiltransferasa: transfiere una unidad de azúcar activada a un grupo OH de azúcar no reductor

Enlace glucosídico α (1→4) entre el carbono 1 del grupo carbono 1 del grupo glucosilo que entra y el carbono 4 del residuo de glucosaglucosilo que entra y el carbono 4 del residuo de glucosa del extremo de la cadena de glucógeno

Reacción de la glucógeno Reacción de la glucógeno sintasasintasa

Formación de las ramasFormación de las ramas

La glucogénesis implica la polimerización de glucosapolimerización de glucosa (glucógeno sintasa) y la ramificación medianteramificación mediante enlaces α (1→6) (amilo 1,4-1,6 transglucosilasa o enzima ramificadora)

Las ramificaciones aumentan la solubilidadaumentan la solubilidad del polímero y el número de extremos no reductoresnúmero de extremos no reductores de donde puede obtenerse G1P

Cuando la cadena tiene 11 glucosas unidas por enlace 1- 4, la enzima transfiere un fragmentotransfiere un fragmento terminal de 6 o 7 residuos de longitud a un grupo OHgrupo OH situado en la posición 6 de un residuo de glucosa del interior del polímero

Proceso de ramificación en la Proceso de ramificación en la síntesis de glucógenosíntesis de glucógeno

Extremos no reductores

Enzima ramificadora

Enlace 1-6

Enlace 1-4

Regulación: glucógeno sintasaRegulación: glucógeno sintasa

Estimulada por el sustratosustrato (G6P)

Fosforilación la inactivaFosforilación la inactiva y desfosforilación la activadesfosforilación la activa

InsulinaInsulina estimula a fosfoproteín fosfatasa (desfosforila a la GS): activaactiva

Adrenalina y glucagónAdrenalina y glucagón estimula la cinasa de GS (fosforila a la GS): inactivainactiva

Es activa durante la síntesis de glucógeno e inactiva inactiva durante su degradacióndegradación

Casos clínicos

Ejemplo descarboxilación del

piruvato

DEFICIENCIA EN EL COMPLEJO DE LA PIRUVATO DESHIDROGENASA

La mayoría de los niños con esta deficiencia enzimática presentan un retraso en el desarrollo y un tono muscular disminuido, generalmente asociado con ataxia (descoordinación del movimiento corporal) y convulsiones

Algunos niños tienen malformaciones congénitas cerebrales

Comentario: En ausencia de oxidación mitocondrial, el piruvato se reduce a lactato

El ATP obtenido a partir de la glucólisis anaeróbica es menor a la décima parte del que se obtiene por la oxidación completa de la glucosa a través del ciclo de Krebs

El diagnóstico viene sugerido por un lactato elevado, con un cociente normal lactato/piruvato, es decir sin evidencia de hipoxia

Una dieta con restricción importante de proteínas (< 15 %) y de hidratos de carbono (5 %) mejoran el desarrollo mental

Este tratamiento asegura que las células utilicen la acetil-CoA procedente del metabolismo de ácidos grasos

Unos pocos niños muestran una reducción en los niveles plasmáticos de lactato en tratamiento con amplias dosis de tiamina, pero la evolución generalmente es mala

Ejemplos trastornos en el ciclo de Krebs

DEFICIENCIAS EN EL METABOLISMO DEL PIRUVATO EN EL CICLO DE KREBS

Un niño de 7 meses de edad presentaba un deterioro neurológico progresivo, caracterizado por una pérdida de la coordinación y del tono muscular

Era incapaz de sostener la cabeza y tenía una gran dificultad para mover las extremidades

También padecía acidosis progresiva. La administración de tiamina no produjo resultados Deficit de tiamina se asocia con neurodegeneracion y

desgaste

Los análisis mostraron concentraciones elevadas de lactato y de α-cetoglutarato en sangre y de los aminoácidos de cadena ramificada

En la autopsia se examinaron:

hígado, cerebro, riñón, músculo esquelético y corazón

Se encontraron niveles de actividad normal en todas las enzimas gluconeogénicas pero deficiencia de la piruvato deshidrogenasa y de la α-cetoglutarato deshidrogenasa

Se demostró que el componente defectuoso era el complejo E3 (enzima E3 y coenzima Lip)

Comentarios: Éste es un ejemplo de las muchas variantes de la enfermedad de enfermedad de LeighLeigh, que es un grupo de trastornos caracterizados por acidosis láctica

El ácido láctico se acumula en condiciones anaerobias o por cualquier defecto enzimático en la vía del piruvato a la síntesis de ATP

En este caso, existían trastornos de los complejos de la piruvato deshidrogenasa y del α-cetoglutarato, así como en otro complejos de α-cetoácido deshidrogenasas necesarios para el catabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada

La insuficiencia de metabolismo aeróbico provoca un aumento en las concentraciones sanguíneas de lactato, α-cetoglutarato y aminoácidos de cadena ramificada

Los tejidos dependientes de un metabolismo aeróbico, como el cerebro y el músculo, son los más gravemente afectados siendo por lo tanto el cuadro clínico una alteración de la función motora, trastornos neurológicos y retraso mental

Estas enfermedades son infrecuentes, pero los trastornos en el piruvato carboxilasa deshidrogenasa (PDH) se ha descrito, incluyendo los asociados con las enzimas cinasa y fosfatasa

TOXICIDAD DE FLUOROACETATO (un sustrato suicida)

El fluoroacetato, originalmente aislado de las plantas, es una toxina potente

Se activa a la forma fluoroacetil-CoA y, posteriormente, se condensa en el oxaloacetato para formar fluorocitrato

La muerte ocurre por la inhibición del ciclo de Krebs por el 2-fluorocitrato, un potente inhibidor de la aconitasa

El fluoroacetato es un ejemplo de “sustrato suicida”, un compuesto que no es propiamente tóxico pero que se activa metabolitamente a un producto tóxico

Por lo tanto, se dice que la célula comete un suicidio al convertir un sustrato aparentemente inocuo en una toxina letal

Metabolismo de glucógeno

(glucogenolisis)

ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCOGENO

Una niña que parecía normal al nacimiento, desarrolló síntomas de disfunción hepática y debilidad muscular a los 3 meses de edad:

Su hígado aumentó de tamaño, tenía períodos de hipoglucemia especialmente al despertar; presentaba hiperlipidemia en ayunas

Su pH sanguíneo era de 7.25 y el CO2 total de 12 mM. Las transaminasas séricas (ALT y AST) estaban significativamente elevadas

Una biopsia hepática reveló un aumento del contenido de glucógeno (6% del peso húmedo), pero ausencia de la enzima desramificante

La biopsia muscular demostró hallazgos

similares

Dos hermanos presentaron la misma enfermedad

Sus padres eran primos segundos

Comentario

La ausencia de enzima desramificante provoca que el glucogeno almacenado no se libere totalmente a D-glucosa-6-fosfato pues las regiones internas del glucogeno no pueden ser atacadas por la fosforilasa

ENFERMEDAD DE VON GIERKE

La paciente era una niña de 12 años que presentaba una distensión abdominal muy importante

Tenía antecedentes de episodios frecuentes de debilidad, sudoración y palidez que desaparecían comiendo

Su desarrollo había sido algo lento se sentó

al año de edad y caminó sin ayuda a los 2 años y su rendimiento escolar era pobre

La exploración física reveló presión arterial de 110/58 mmHg, temperatura de 38 ºC, peso de 22,4 Kg (bajo) y talla de 128 cm (baja)

La paciente presentaba una auscultación pulmonar y cardiaca normales. Se observó una dilatación venosa leve en el abdomen distendido

El hígado estaba aumentando de tamaño con una consistencia firme y lisa y llegaba hasta el pelvis

No se palpaba el bazo ni los riñones. El resto de la exploración física estuvo dentro de los límites normales, salvo por el “escaso desarrollo muscular”

Los hallazgos de laboratorio para una muestra sanguínea obtenida en ayunas eran los siguientes:

Paciente Normales

Glucosa (mmol/l) 2.8 3.9 – 5.6

Lactato (mmol/l) 6.6 0.56 – 2.0

Piruvato (mmol/l) 0.43 0.05-0.10

Ac.Grasos libres (mmol/l) 1.6 0.3 -0.8

Triglicéridos (g/l) 3.15 1.5

Cuerpos cetónicos totales (mg/l) 400 30

pH 7.25 7.35 – 7.44

CO2 total (mmol/l) 12 24 - 30

Se obtuvo una muestra para biopsia hepática por laparotomía. El hígado era de gran tamaño de color amarillento, consistencia firme, pero no cirrótico

Histológicamente, las células hepáticas eran prominentes y estaban dilatadas. Las áreas portales estaban comprimidas y retraídas. No existía reacción inflamatoria

La tinción para los hidratos de carbono reveló la presencia de grandes cantidades de material positivo en las células parenquimatosas que se eliminaban mediante la digestión con la amilasa salivar

El contenido de glucógeno era de 11 g/10 g de hígado (normal, hasta el 6%) y el de lípidos de 20,2 g/100 g de hígado (normal inferior a 5 g)

La estructura del glucógeno hepático era normal

Los resultados de las determinaciones enzimáticos revisadas en la biopsia del tejido hepático son los siguientes:

Enzima Paciente (unidades por g de N hepático)

Normales (unidades

por g de N hepático)

Glucosa- 6- fosfatasa 22 214 ± 45

Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa

0.07 0.05 – 0,13

Fosfoglucomutasa 27 25 ± 4

Fosforilasa 24 22 ± 3

Fructosa 1,6- bisfosfatasa 8.4 10 ± 6

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GLUCOLISIS-MEABOLISMO GLUCOGENO