GLUCLISIS Protenas Hidratos de Carbono Lpidos Aminocido s
GLUCÓLISIS
Proteínas Hidratos de Carbono Lípidos Aminoácido s Glucosa Ácidos grasos y glicerol ADP NAD + ATP Glucólisis NADH Piruvato Acetil-Co. A NH 3 NAD + FA D Ciclo del ácido cítrico NADH FADH 2 Fosforilación Oxidativa NADH FADH 2 ADP O 2 ATP H 2 O Vías Generales del Metabolismo
Rutas catabólicas Rutas anabólicas • Generación energía (ATP) • Degradación de moléculas complejas • Necesitan coenzimas (NAD+) • Necesitan energía (ATP) • Moléculas pequeñas • Formación de moléculas complejas
G L U C O N E O G E N E S I S Pi Glucosa-6 fosfatasa H 2 O ATP Glucosa Hexocinasa ADP * Glucosa-6 fosfato Fosfoglucosa isomerasa Pi Fructosa bisfosfatasa H 2 O ATP Fructosa-6 fosfato Fosfofructocinasa ADP Fructosa-1, 6 bisfosfato Aldolasa Dihidroxiaceton a fosfato Triosa fosfato isomerasa Gliceraldehído 3 -fosfato G L U C O L I S
G L U C O N E O G E N E S I S Pi + NADH + H+ ADP ATP 1, 3 bisfosfoglicerat o NAD+ + Gliceraldehído-3 Pi fosfato NADH + deshidrogenasa H+ ADP Fosfoglicerato cinasa ATP 3 fosfoglicerato Fosfoglicerato mutasa CO 2 + GTP Fosfoenol- piruvato carboxicinasa GTP Pi + ADP Piruvato 2 fosfoglicerato Enolasa Fosfoenolpiruva to Oxalacetat o Carboxilasa ATP + CO 2 ADP Piruvato cinasa ATP Piruvato G L U C O L I S EQ 2
Transporte de glucosa al interior de las células La glucosa no se puede difundir directamente al interior de las células. Transporte de difusión facilitada, independiente de Na (transportadores de glucosa celulares) Un sistema cotransportador de Na-monosacáridos (contra un gradiente de concentración).
Mecanismo de absorción Luz intestinal Membrana entrocito ATP Na Glucosa. TRANSPORTE ACTIVO Fructosa. DIFUSIÓN FACILITADA citoplasma
Difusión Facilitada Los transportadores de Glucosa • La glucosa es introducida a la célula mediante las proteínas GLUT (GLUcose Transport) que son una familia de 14 diferentes transportadores pero solo 6 (GLUT 1 -6) se conoce que están relacionadas con el transporte de glucosa. • Todas las proteínas GLUT tienen una estructura similar de 500 amino ácidos de longitud (55, 000 Daltones)
Como funcionan • La glucosa se une a el transportador fuera de la célula. • Al unirse, la glucosa genera cambios en la proteína • La glucosa es liberada dentro de la célula • La proteina regresa a su forma original
GLUT Location Km Comments GLUT 1 All tissues 1 m. M Basal uptake GLUT 3 All tissues 1 m. M Basal uptake GLUT 2 Liver & pancreatic beta cells 15 -20 m. M Insulin regulation in pancreases Excess glucose removal in liver GLUT 4 Muscle & Fat cells 5 m. M Increases with endurance Training GLUT 5 Small intestine - A fructose transporter
GLUCÓLISIS
Glucólisis Ruta de Embdem. Meyerhoff Es una secuencia de 10 reacciones enzimáticas en la que una molécula de glucosa se convierte en 2 moléculas de piruvato (3 C), con la generación simultánea de 2 ATP.
Glucólisis Proceso oxidativo de la glucosa, bien mediante su degradación hasta generar piruvato o bien mediante su fermentación para dar ácido láctico. Es la forma más rápida de conseguir energía para una célula. Tiene lugar en el citosol o citoplasma de la célula.
TIPOS DE GLUCOLISIS • Aerobia – Consiste en conversión de glucosa en piruvato Anaerobia – Animales: • Consiste en conversión del piruvato en lactato • Células de músculo esquelético (ejercicio extenuante) – Levaduras: • Consiste en conversión del piruvato en etanol
Glucólisis Se presenta en 2 etapas: Etapa I (ETAPA PREPARATORIA). Inversión de energía (reacciones 1 -5). En esta etapa preparatoria la hexosa glucosa es fosforilada y luego experimenta una ruptura para producir dos moléculas de la triosa gliceraldehído-3 -fosfato. Este proceso consume 2 ATP.
Glucólisis Se presenta en 2 etapas: Etapa II (ETAPA PRODUCTIVA). Recuperación de energía (reacciones 6 -10). Las dos moléculas de giceraldehído-3 fosfato se convierten en piruvato con la generación simultánea de cuatro ATP y dos de NADH. Por lo tanto, la glucólisis tiene una ganancia neta de dos ATP y dos NADH + H+ por cada molécula de glucosa: la etapa I consume dos ATP; la etapa II produce cuatro.
REACCIÓN GENERAL Conversión de glucosa a piruvato D-Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H 2 O Por molécula de glucosa: 2 moléculas de ATP, 2 moléculas de piruvato y 2 NADH
PASO No. 1 Fosforilación de Glucosa La serie de reacciones glucolíticas se inicia con la activación de la glucosa Glucosa + ATP glucosa 6 fosfato + ADP Fosforilación La reacción del ATP con la glucosa para producir glucosa 6 -fosfato y ADP es EXERGÓNICA. Parte de la energía liberada se conserva en el enlace que une al fosfato con la molécula de glucosa que entonces se energiza.
1ª Reacción: Hexocinasa: consumo del primer ATP Hexocinasa: enzima ubicua, relativamente no específica, que cataliza la fosforilación de hexosas. Glucocinasa (hexocinasa D) en los hepatocitos e islotes pancreáticos. En las células beta, la glucocinasa funciona como sensor de glucosa, determinando el umbral para la secreción de insulina. En el hígado facilita la fosforilación de la glucosa durante la hipoglucemia. Necesita Mg 2+
PASO No. 2 Isomerización de Glucosa 6 -fosfato La glucosa 6 -fosfato sufre una reacción de reordenamiento catalizada por una isomerasa, con lo que se forma fructosa 6 fosfato.
2ª Reacción: Fosfoglucosa isomerasa. Isomerización de la glucosa 6 -fosfato a fructosa-6 -fosfato. Es la conversión de G 6 P a fructosa-6 -fosfato (F 6 P) catalizada por la fosfoglucosa isomerasa (PGI). Isomerización de una aldosa a una cetosa. Reacción reversible.
PASO No. 3 Fosforilación de Fructosa 6 -fosfato q La fructosa 6 -fosfato acepta un segundo fosfato del ATP, con lo que se genera fructosa 1, 6 -difosfato; es decir fructosa con fosfatos en las posiciones 1 y 6. q La enzima que regula esta reacción es la fosfofructocinasa (enzima alostérica). PFK-1 q El ATP es un efector alostérico que la inhibe. q La interacción alostérica entre ellos es el principal mecanismo regulador de la glucólisis. q Reacción de fosforilación q Irreversible bajo condiciones celulares
3ª Reacción: Fosfofructosacinasa: consumo del segundo ATP. Fosforilación de la Fructosa 6 -fosfato. La PFK desempeña un papel central en el control de la glucólisis porque cataliza una de las reacciones determinantes de la velocidad de la vía. PFK se inhibe alostéricamente concentraciones elevadas de ATP y citrato, que actúan como señal rica en energía indicando una abundancia de alta energía. EL AMP activador alostérico, indican que las reservas de energía de la célula están agotadas.
PASO No. 4 Ruptura de Fructosa 1, 6 -bifosfato q La fructosa 1, 6 -difosfato se divide luego en dos azúcares de 3 carbonos, gliceraldehído 3 -fosfato y dihidroxiacetona fosfato. q Reacción de condensación o ruptura aldólica reversible q Enzima: Aldolasa
Ruptura aldólica de la FBP genera dos compuestos de C 3 interconvertibles que pueden ingresar en una vía común de degradación
PASO No. 5 Interconversión de triosas fosfato 5ª Reacción: Triosa fosfato isomerasa. Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato. Solo uno de los productos de la reacción 4 continua: G -3 -P. Isómeros cetosa aldosa. Conversión de la DHAP en G-3 -P.
5ª Reacción: Triosa fosfato isomerasa. Tras esta reacción, la molécula original de glucosa se ha convertido en dos moléculas de G-3 -P.
RESUMEN PRIMERA FASE Glucosa 1 Fosforilación Hexoquinasa Glucosa-6 -fosfato (G 6 P) 2 Isomerización Fosfoglucoisomerasa Fructosa-6 -fosfato (F 6 P) 3 4 Ruptura Aldolasa Fosfofructoquinasa Fructosa-1, 6 -bifosfato (FBP) 5 Gliceraldehído-3 -fosfato (G 3 P) Fosforilación Isomerización Dihidroxiacetona fosfato (DHAP) Triosa fosfato isomerasa Gliceraldehído-3 -fosfato (G 3 P)
PASO No. 6 Oxidación del Gliceraldehído 3 -fosfato q q Reacción: oxidación y fosforilación Enzima: Gliceraldehído 3 -fosfato deshidrogenasa Formación del primer intermediario de alta energía. Grupo aldehído es deshidrogenado para producir un anhídrido carboxílico q Aceptador de hidrógeno es NAD+, Pi q Oxidación y fosforilación del GAP por el NAD+ y el Pi, catalizada por la enzima GAPDH. q Síntesis 1, 3 -bifosfoglicerato (1, 3 -BPG).
La oxidación del aldehído es una reacción exergónica que conduce la síntesis del acil fosfato de “alta energía” 1, 3 BPG GAP grupo sulfhidrilo forma tiohemiacetal NAD+ lo oxida a tioéster Pi se une a la enzima 1, 3 -BPG que se disocia de enzima + reemplazo del NADH x NAD para regenerar enzima
PASO No. 7 Transferencia del fosfato al ADP q Reacción donde se produce el primer ATP q Enzima: Fosfoglicerato-cinasa (Quinasa de fosfoglicerato) q La energía liberada por la oxidación de un aldehído a un grupo carboxílico se conserva por la formación acoplada de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) q La producción de ATP, que no involucra O 2, es un ejemplo de fosforilación a nivel de sustrato
Transferencia del grupo fosforilo. Se produce ATP junto con 3 -fosfoglicerato (3 PG). El grupo fosfato se utiliza para formar ATP a partir de ADP.
PASO No. 8 Conversión de 3 -fosfoglicerato q Cambio reversible q Reacción: Isomerización q Enzima: Fosfoglicerato mutasa o Mutasa de fosfoglicerato q Transferencia de un grupo funcional de una posición a otra en la misma molécula q 2, 3 -BPG (DGP) afecta la afinidad de enlace de oxígeno debido a la velocidad de glicólisis q. Fosfoglicerato mutasa tiene un centro activo con un residuo histidina y durante su reacción se forma un aducto de fosfohistidina como intermediario ligado a enzima
8ª Reacción: Fosfoglicerato mutasa Desplazamiento del grupo fosfato del carbono 3 al carbono 2. 3 PG se convierte en 2 -Fosfoglicerato (2 PG) por medio de la enzima PGM
PASO No. 9 Deshidratación de 2 -fosfoglicerato q. Segunda reacción donde se produce un compuesto de alta energía q. Reacción: Deshidratación q. Enzima: Enolasa q. Remueve una molécula de agua q. Enolasa forma complejo con Mg 2+
9ª Reacción: Enolasa: formación del segundo intermediario de “alta energía”. Deshidratación del 2 -fosfoglicerato. 2 PG se deshidrata a fosfoenol piruvato (PEP) en una reacción catalizada por la enolasa. Tautomerización: interconversión de las formas ceto y enol.
PASO No. 10 Transferencia de fosfato del PEP al ADP 10ª Reacción: Piruvato cinasa: producción del segundo ATP. Síntesis de piruvato. Fosforilación a nivel de sustrato La piruvato cinasa (PK) acopla la energía libre de la hidrólisis del PEP a la síntesis del ATP para formar piruvato. Transferencia de un grupo fosforilo desde el PEP al ADP. Reacción irreversible.
Reacción de piruvato cinasa requiere K+ y Mg 2+ Un oxígeno del fosforilo del ADP realiza un ataque nucleófilo sobre el átomo de fósforo del PEP = desplaza enolpiruvato y forma ATP Reacción altamente exergónica Enolpiruvato tautomeriza a piruvato
Gliceraldehído-3 -fosfato (G 3 P) 6 Oxidación y fosforilación Gliceraldehído-3 -fosfato desidrogenasa 1, 3 -bifosfoglicerato (BPG) RESUMEN SEGUNDA FASE Fosforilación a nivel 7 sustrato Fosfoglicerato quinasa 3 -fosfoglicerato (3 PG) 8 2 -fosfoglicerato (2 PG) 9 Isomerización Fosforiglicerato mutasa Deshidratación Enolasa Fosfoenolpiruvato (PEP) 10 Piruvato Fosforilación a nivel sustrato Piruvato quinasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS Glucosa-6 -fosfato (G 6 P) PRIMERA FASE Fructosa-6 -fosfato (F 6 P) Fructosa 1, 6 -bifosfato (FBP) Dihidroxiacetona fosfato (DHAP) Gliceraldehído-3 -fosfato (G 3 P) 1, 3 -bifosfoglicerato (BFG) 3 -fosfoglicerato (3 PG) 2 -fosfoglicerato (2 PG) Fosfoenolpiruvato (PEP) Piruvato SEGUNDA FASE
Regulación de la glucólisis
Regulación de la glucólisis Controlada por la regulación alostérica de tres enzimas: hexocinasa, PFK-1 y piruvato cinasa. Las reacciones catalizadas por estas enzimas son irreversibles y pueden activarse o desactivarse por efectores alostéricos (moléculas cuyas concentraciones celulares son indicadores sensibles del estado metabólico de una célula).
Regulación de la glucólisis Hexocinasa se inhibe por el exceso de glucosa-6 fosfato. Una concentración elevada de AMP (producción baja de energía) activa PFK-1 y a la piruvato cinasa. Una concentración elevada de ATP (indicador que están satisfechas las necesidades metabólicas de la célula) inhibe ambas enzimas
Regulación de la glucólisis Enzima Activador Hexocinasa Inhibidor Glucosa-6 fosfato, ATP PFK-1 Fructosa-2, 6 bifosfato, AMP Citrato, ATP Piruvato cinasa Fructosa-1, 6 bifosfato, AMP Acetil-Co. A, ATP
Control de la glucólisis Fosfofructocinasa: principal enzima de control del flujo de la glucólisis en el músculo. El ATP es tanto un sustrato como un inhibidor alostérico. [ATP] alta, la fosfofructocinasa se inhibe. [ATP] baja, flujo a traves de glucólisis alto.
Destinos del piruvato
Destinos del piruvato El piruvato es aún una molécula con abundante energía, que puede producir una cantidad sustancial de ATP. Bajo condiciones aeróbicas, el piruvato forma una molécula transicional intermediante descarboxilación: Acetil-Co. A. Esta molécula se oxida completamente por medio del ciclo del ácido cítrico a CO 2 y NADH.
Destinos metabólicos del piruvato Bajo condiciones anaeróbicas, el piruvato debe convertirse en producto final reducido, lo que reoxida el NADH. Esto se produce de dos maneras: A) En el músculo, bajo condiciones aeróbicas, el piruvato se reduce a lactato para regenerar NAD+ : fermentación homoláctica. B) En las levaduras es piruvato se descarboxila para producir CO 2 y acetaldehido que luego es reducido por NADH para generar NAD+ y etanol: fermentación alcohólica.
Destinos metabólicos del piruvato
GLUCOLISIS ANAEROBIA Piruvato H+ CO 2 Acetaldehído H+ + NADH + H+ NAD+ Lactato Fermentación del ácido láctico: ◦ Células animales ◦ Bacterias del ácido láctico Etanol • Fermentación alcohólica: – Levaduras
Fermentación homoláctica En el músculo, durante una actividad intensa cuando la demanda de ATP es alta y el suministro de oxígeno es escaso. El ATP se sintetiza en gran parte por medio de la glucólisis anaeróbica que produce ATP rápidamente. La enzima lactato deshidrogenasa (LDH) cataliza la oxidación de NADH por piruvato para producir NAD+ y lactato. Reacción 11 de la glucólisis.
Fermentación alcohólica En las levaduras, bajo condiciones anaeróbicas el NAD+ para la glucólisis se regenera mediante la conversión del piruvato en etanol y CO 2. La descarboxilación del piruvato para formar acetaldehído y CO 2 catalizada por la piruvato descarboxilasa. La reducción del acetaldehído a etanol por NADH catalizada por la alcohol deshidrogenasa, que en consecuencia regenara NAD+ para utilizarlo en la reacción de la GAPDH de la glucólisis.
BALANCE NETO DE LA GLUCÓLISIS ANAEROBIA Fermentación del acido láctico: Piruvato + NADH + H+ Lactato + NAD+ Fermentation alcohólica: Piruvato CO 2 + acetaldehído + NADH + H+ Etanol + NAD+
GLUCOLISIS RELACIÓN CON OTRAS VÍAS Estrechamente coordinada con glucogenolisis, gluconeogénesis, la ruta de la pentosa fosfato, vía de la descarboxilación oxidativa del piruvato y el ciclo de Krebs
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