glucolisis
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GLUCOLISIS Y CATABOLISMO DE LAS HEXOSAS
Principales vías de utilización de la glucosa en células deanimales y plantas superiores
• Glucólisis: vía central del catabolismo de la glucosa. Es casiuniversal
• La glucosa se degrada en una serie de reacciones catalizadasenzimáticamente. Productos finales: 2 piruvatos y 2 ATPs
En aerobios: D-glucosa CO2 y H2O ∆G°’= -2,840 kJ/moloxidación
• Células animales que utilizan glucólisis como única fuente de energía:eritrocitos, espermatozoides, cerebro
• Algunas plantas acuáticas y tejidos vegetales (tubérculos) quederivan su energía exclusivamente de glucólisis
• Algunos organismos anaerobios son enteramente dependientes deglucólisis
GLUCOLISIS Y CATABOLISMO DE LAS HEXOSAS
•Fermentación: degradación anaeróbica de glucosa uotros nutrientes orgánicos para obtener energía enforma de ATP
•Secuencia de reacciones se ha conservado durante laevolución de fermentación a glucólisis
•Diferencias en la glucólisis entre especies: regulación,destino del piruvato formado
Sigue……
Glucólisis: Fase preparatoria
Hexoquinasa/glucoquinasa
*Fosfofructoquinasa
- 2ATP
Glucólisis: fase de beneficios
Piruvatoquinasa
4 ATP2 NADH
Conteo final:
2ATP y 2 NADH
Transformaciones químicas durante la glucólisis:
1. Degradación del esqueleto carbonado de laglucosa a piruvato
2. Fosforilación de ADP a ATP
3. Transferencia de H+ (electrones) al NAD+
NADH
ACARREADORES DE ELECTRONES
IMPORTANTES EN EL METABOLISMO
• NAD: nicotinamida adenin dinucleótido
• NADP: nicotinamida adenin dinucleótido fosfato.Ambos acarrean H y electrones en reacciones de
oxido-reducción. Contienen niacina.
• FAD: flavin adenin dinucleótido. Coenzima dealgunas enzimas de oxidación-reducción. Contieneriboflavina (vitamina B2)
Posibles destinos catabólicos del piruvato formado en la glucólisis
Destino del Piruvato
Catabolismo:
1. Los electrones de las oxidaciones pasan al O2 a través de unacadena de acarreadores en la mitocondria,dando como productosfinales la formación de H2O y síntesis de ATP
2. Reducción a lactato: formación de ATP en condiciones anaeróbicas(hipoxia en músculo en contracción vigorosa) o aeróbicas (retina,cerebro, eritrocitos)
3. Fermentación alcohólica: En algunos tejidos vegetales, invertebrados,protistas y otros microorganismos anaerobios. Productos finales sonetanol y CO2
Anabolismo:
Provee esqueleto de C para diversas reacciones de síntesis
Datos energéticos:•Formación de ATP acoplada a glucólisis
(1) Glucosa + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+
(2) 2 ADP + 2Pi 2 ATP + 2 H2O
•Energía que permanece en piruvato:
Oxidación completa Glu CO2 y H2O
Glucólisis: Glu 2 piruvato
∆G°’= -2, 840 kJ/mol
∆G°’= -146 kJ/mol
5.2% energía total liberada
∆G°’= -146 kJ/mol
∆G°’= 2(30.5)=61 kJ/mol
∆G°’total= -85 kJ/mol
94.8% energía permanece enpiruvato
Importancia de los intermediarios fosforilados
1. Los grupos fosfato se ionizan a pH 7, adquiriendo una carganegativa que les impide atravesar libremente la membranaplasmática. No se requiere entonces mayor gasto energéticopara retenerlos dentro de la célula
2. Los grupos fosforilo son componentes esenciales en laconservación enzimática de la energía metabólica.
3. La energía de enlace que resulta de la unión de gruposfosfato al sitio activo de una enzima provoca la disminución dela barrera de de activación e incrrementa la especificidad de lasreacciones enzimáticas.
Los intermediarios son canalizados entre enzimas glicolíticas
Destino del piruvato bajo condiciones aeróbias y anaerobias
NAD+ es aceptor de electrones, sin él no puede continuar la oxidación
En condiciones aerobias el NAD+ se regenera durante lafosforilación oxidativa
En condiciones anaerobias: el NADH transfiere sus electrones a otrosaceptores y se producen productos finales reducidos como lactato y etanol
Piruvato: aceptor final de electrones enla fermentación láctica
Glucosa
2 Piruvato 2Lactato
2 NAD+
2 NADH
Aplicaciones: producción de queso o yogourtMicroorganismos fermentadores: lactobacilos y estreptococos
Ciclo de Cori:
En condiciones dehipoxia
Etanol es el producto reducido en la fermentación alcohólica
*En microorganismos fermentadores (ej: levadura)
*
TTP (tiamin pirofosfato): Coenzima derivada de vitamina B1
QUE BACTERIA FERMENTAALMIDON PARA FORMARBUTANOL Y ACETONA?
Cuantos ATPs en total se gananen la fermentación láctica yalcohólica?
Otras vías que alimentan la glucólisis
Glucógeno y almidón son degradados por fosforólisis
Degradación de glucógeno porenzimas desramificantes
Continúa…
Glucosa 1-fosfato
Glucosa 6-fosfatoFosfoglucomutasa
Otros monosacáridos entran la vía glicolítica en varios puntos
Fructosa: fosforilada por hexoquinasa en intestino delgado de vertebrados.Via principal de entrada a glucólisis en músculos y riñón.
Fructosa en hígado: fosforilada por fructoquinasa, seguido por rupturaenzimática a gliceraldehído y dihidroxiacetona fosfato
Galactosa
Su deficiencia es la causa de lagalactosemia humana
Los polisacáridos y disacáridos de la dieta son hidrolizados a monosacáridos
•Digestion de almidón: en boca (a-amilasa), luego en intestino delgado(amilasa pancreatica) que produce principalmente maltosa y dextrinas.
•Digestión de glicógeno: misma vía.
•En intestino delgado: microvellosidades que aumentan la superficie deabsorción, contienen enzimas que degradan maltosa y dextrinas.
•Disacáridos deben ser hidrolizados a monosacáridos por enzimas ligadasa las células epiteliales del intestino antes de poder entrar a ellas
Lactosa D-galactosa D-glucosa+Lactasa
La glucólisis está sujeta a una regulación estricta
•Efecto Pasteur: el consumo de glucosa bajo condiciones anaerobias esmucho mas alto que en condiciones aerobias
•Explicación bioquímica: la cantidad de ATP producida en la glucólisisbajo condiciones anaerobias (2 moléculas de ATP/glucosa) es muchomenor que la cantidad de ATP producida bajo condiciones aerobias (30 o32 moléculas de ATP/glucosa). Por ello, se deben consumir alrededor de18 veces mas de glucosa bajo anaerobiosis para obtener la mismacantidad de ATP
•Objetivo de la regulación del paso de glucosa hacia la glucólisis:mantener los niveles de ATP constantes, así como el de losintermediarios glicolíticos que sirven como precursores biosintéticos.
En glucólisis se regula por medio de dos enzimas alostéricas: PFK-1 ypiruvato quinasa.
Cambios fisiológicos:
actividad muscularCambio depatronesmetabólicos
Cambio del flujode carbohidratos(reservas ofuentesexternas) a laglucólisis
[ATP ]constante
Como?Regulación de enzimasclave (músculo ehígado)
Disponibilidad de O2
Ingesta de carbohidratos
*Flujo de glucosa haciaglucólisis es reguladosegundo a segundo pormodificación alostérica deenzimas glicolíticas clave
La glucólisisestá sujeta a unaregulaciónestricta
Señales: fluctuacionesen las concentracionesde metabolitos claveque reflejan el balancecelular entre laproducción de ATP y suconsumo.
Hexoquinasa/glucoquinasa
*Fosfofructoquinasa
Piruvatoquinasa
Glucógeno fosforilasa
Principios generales de la regulación de vías metabólicas
Enzimas reguladoras: funcionancomo válvulas, por lo que la velocidadde la vía depende de su actividad
Características•Catalizan la reacciónlimitante de la vía
•Reacciones limitantes sonexergónicas (irreversibles)
•Blanco de la regulaciónmetabólica
•Localizadas en puntos críticosde la vía metabólica
•Regulación de enzimasalostéricas es el nivelprimario de regulación delmetabolismo celular
La regulación delas enzimasalostéricas estádado pormoduladoresalostéricos o porhormonas
Regulación en vías comunes de anabolismo y catabolismo
A
B
C
D
CatabolismoAnabolismoReacción reversible,común a ambasvías
En vías pareadas anabólicas-catabólicas•Hay enzimas comunes (reacciones reversibles)
•Estrategia de control: se emplea al menos una reaccióncatabólica diferente a la usada en el paso homólogo en la víaanabólica. Este paso es catalizado por enzimas diferentes:Puntos de regulacion en donde la reacción es enzima-limitantee irreversible
Ventaja:Se produce una regulación separada del flujo de la vía en cadadirección, evitando los ”ciclos futiles”
El mismo metabolito queenciende una via, apaga laotra simultaneamente!!!!
Ejemplo: glucólisis y gluconeogénesis
Para evitar ciclos futiles, hay un control alostéricorecíproco
Fructosa 2,6-bifosfato Fructosa2,6-bifosfato
Glucagón: hormona liberada por el páncreaspara dar la señal de glucosa sanguínea baja
Niveles de fructosa 2,6 bifosfato en hígado glucólisis
gluconeogénesisLiberación de
glucosa a la sangre
El mismo metabolitoque enciende unavia, apaga la otrasimultaneamente!!!!
La fosfofructoquinasa-1 está bajo una regulación alostérica compleja
La hexoquinasa es inhibida alostéricamente por su producto
Isozimas: proteínas diferentes que catalizan la misma reacción
Hexoquinasa (en hígado): glucoquinasa
Hexoquinasa músculo : 1/2 saturación = 0.1mM
Glucoquinasa es inhibida por fructosa 6-fosfato!!!!
Glucoquinasa hígado: 1/2 saturación =10 mM
Cuál será la principalconsecuencia biológica dela diferencia de afinidad delas isozimas por elsustrato?
Explíquelo utilizando elejemplo de hexoquinasa yglucoquinasa
La piruvato quinasa es inhibida por ATP
ATP, acetil CoA, acidos grasos de cadenalarga
La glucógeno fosforilasa es regulada alostérica y hormonalmente
Glucógeno fosforilasafunciona como un sensor deglucosa en el hígado
glucagón
epinefrina
Regulación del metabolismo de la glucosa: diferente en el músculoy en el hígado
Objetivos:
Músculo: producción de ATP
Hígado:Mantener nivel de glucosa sanguínea constante
Producir y exportar glucosa a tejidos, dependiendo de la demanda
Importar y almacenar glucosa cuando hay exceso en ladieta
La diabetes es un defecto en la producción de la insulina o en su acción
Diabetes mellitus:
Formas clínicas más comunes:
•Diabetes mellitus insulino-dependiente (tipo I) ojuvenil•Diabetes mellitus no dependiente de insulina (tipo II) o deladulto
•Causada por una deficiencia en la secreción o en la acción de la insulina.
•Grupo de enfermedades en las que la actividad reguladora de la insulina esdefectuosa.
Diabetes mellitus insulino-dependiente (tipo I):
•Aparece en edad temprana y se vuelve severa
•Requiere terapia de insulina para mantener el balance entre ingesta deglucosa y su utilización
Diabetes mellitus no dependiente de insulina (tipo II):•Se desarrolla mas tarde en la vida. No es tan severa, se desarrollagradualmente y a veces puede pasar desapercibida
•Puede controlarse con la dieta
•Pacientes obesos, con diabetes moderada, tienen una tolerancia a la glucosacasi normal, pero se alcanza a costa de secretar niveles de insulina muy altos.La secreción de insulina es tardía en comparación con individuos normales
•El número de receptores para la insulina en las membranas de las célulasde personas obesas con intolerancia a la glucosa es bajo. Por ello sonrefractarios a la acción de la insulina
Receptor de la insulina
VIA DE LA PENTOSA FOSFATO Ó VIA DEL FOSFOGLUCONATO
Reaccionesoxidativas
Productos finales:
•Acarreador químico de poder reductor, usado casi universalmentecomo reductor en las vías anabólicas. Sirve para reducir enlacesdobles y grupos carbonilos en los intermediarios de los procesossintéticos.•En mamíferos es especialmente importante en tejidos que sintetizanactivamente ácidos grasos y esteroides (glándula mamaria, cortezaadrenal, hígado y tejido adiposo). Tejidos que no sintetizan ácidosgrasos (ej: tejido muscular) usualmente no tienen la vía de la pentosafosfato
1. NADPH:
2. Pentosas (especialmente D-ribosa-5-fosfato):•Biosíntesis de ácidos nucléicos (acelerado en tejidos en crecimiento oregeneración, tumores)
VIA DE LA PENTOSA FOSFATO Ó VIA DEL FOSFOGLUCONATO
Reacciones nooxidativas
Producto final: convertir 6 pentosas (5C) en 5 hexosas (6C),producción de NADPH en tejidos que no requieren ribosa- 5 fosfato
•En eritrocitos el NADPH producido en la vía oxidativa es esencial paraproteger a las células del daño oxidativo