glucolisis

REPASO DE CONCEPTOS GENERALES DE QUIMICAAspectos bsicos de oxidacin - reduccin ILa capacidad de determinadas compuestos para aceptar y donar electrones hace que puedan participar en las reacciones denominadas de oxidacin-reduccin.

REACCIN DE REDUCCIN : Hay sustancias que pueden aceptar electrones ; son sustancias oxidadas que en las condiciones adecuadas se pueden reducir, y por lo tanto transformarse en formas reducidas. Veamoslo en el siguiente dibujo:

REACCIN DE OXIDACIN : Hay sustancias que pueden donar electrones ; son sustancias reducidas que en las condiciones adecuadas se pueden oxidar, y por lo tanto transformarse en formas oxidadas. Veamoslo en el siguiente dibujo :

METABOLISMO DE GLCIDOS

El METABOLISMO: es el conjunto de reacciones con las que los seres vivos adquieren, producen y utilizan energa para sus diferentes funciones El metabolismo tiene cuatro FUNCIONES especficas:1. Obtener energa qumica de la degradacin de los nutrientes. 2. Convertir las molculas nutrientes en precursores. 3. Sintetizar las macromolculas biolgicas necesarias para la clula. 4. Sintetizar o degradar biomolculas, necesarias para ciertas funciones celulares.

RUTAS METABLICAS

Las rutas metablicas se clasifican en dos categorias: rutas catablicas (degradativas) o rutas anablicas (biosintticas). CATABOLISMO: conjunto de reacciones por las que la clula degrada los nutrientes

ANABOLISMO: reacciones mediante las que la clula sintetiza sus biomolculas Las molculas reaccionantes, intermediarios y productos, se denominan METABOLITOS o, tambin intermediarios metablicos.

CATABOLISMO DE MOLCULAS BIOLGICAS

La mayor parte de las rutas catablicas aerobias de glcidos, lpidos y protenas convergen en unos pocos productos finales. Pueden considerarse tres etapas fundamentales:1. Degradacin de las macromolculas en sus unidades constitutivas. 2. Degradacin de esas unidades en molculas ms simples: Pyr y AcCoA 3. Oxidacin total de esas unidades en el ciclo del cido ctrico (Krebs) Las vas catablicas aerobias convergen todas en el ciclo de Krebs, que es uno de los puntos claves del metabolismo celular

GlucolisisFermentacinTransformacin del piruvato en Acetil-CoACiclo de los cidos tricarboxlicosTransporte electrnico y fosforilacin oxidativaMETABOLISMO DE CARBOHIDRATOSGlucolisis Consiste en una secuencia de 10 reacciones enzimticas que catalizan la transformacin de una molcula de glucosa a dos de piruvato, con la produccin de dos moles de ATP y dos de NADH por mol de glucosa http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf

Se trata de la ruta metablica mejor conocida, que desempea un papel clave en el metabolismo energtico al proporcionar una parte importante de la energa utilizada por la mayora de los organismos. Sirve en su funcin principal para preparar la glucosa y otros carbohidratos para su posterior degradacin oxidativa. En la Figura 1 se representa una visin general de la va glucoltica y su continuacin hasta la degradacin completa de la glucosa. El piruvato formado por degradacin de la glucosa puede sufrir posteriormente distintas degradaciones, dependiendo de las condiciones y del organismo

a) En condiciones aerobias, el piruvato se transforma en Acetil-CoA, que se oxida aun ms a travs del ciclo de los cidos tricarboxlicos, y posteriormente a travs de la fosforilacion oxidativa, generando CO2 y aguab) En condiciones anaerobias tiene lugar la fermentacin, que es la transformacin del piruvato hasta molculas con un grado medio de oxidacin, permitiendo la regeneracin del NAD+. Dos de las fermentaciones ms importantes son la homolctica, en el msculo, por la que el piruvato es reducido hasta lactato, y la fermentacin alcohlica, en levaduras, por la que se reduce hasta etanol y CO2 .La glucolisis convierte la molcula de glucosa en dos de piruvato, en un proceso que utiliza la energa libre liberada para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgnico (Pi). Este proceso requiere de la existencia de una serie de reacciones de transferencia del grupo fosforilo acopladas qumicamente. As pues, la estrategia qumica de la glucolisis es la siguiente

a) Adicin de grupo fosforilo a la glucosab) Conversin qumica de grupos intermediarios fosforilados a compuestos con alto potencial de transferencia de grupos fosfato.c) Acoplamiento de la hidrlisis de estos compuestos para la sntesis de ATP.

Las 10 reacciones enzimticas constituyentes de la glucolisis se recogen esquemticamente en la Figura 2 y ms detalladamente en los esquemas posteriores. Al inicio de la va se consume ATP para la generacin de grupos fosforilo, pero posteriormente se regenera. Por tanto, la glucolisis transcurre en dos fases:

FASE I. (Reacciones 1-5). Fase preparatoria en que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos molculas de gliceraldehido-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs.FASE II (Reacciones 6-10). Las dos molculas anteriormente formadas se convierten a dos molculas de piruvato, con la produccin de 4 ATPs y 2 NADH.Por consiguiente, el rendimiento de la glucolisis es de dos ATPs formados por molcula de glucosa y la reaccin global sera:

Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4H+

El NAD+ es el principal agente oxidante de la va glucoltica, as que el NADH formado durante el proceso debe ser continuamente reoxidado para mantener el suministro de NAD+.Las reacciones las dos fases de la glucolisis pueden desglosarse en sus 10 reacciones:Consumo del primer ATP

Transferencia del grupo fosforilo del ATP a la glucosa para formar glucosa-6-fosfato (G6P) en una reaccin catalizada por la hexoquina.* La glucosa es fosforilada en el carbono 6

EMBED ChemDraw.Document.4.5

glucose glucose-6-phosphate

Hexokinase

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2. Isomerizacin

Conversin de G6P a fructosa-6-fosfato (F6P) catalizada por la Fosfoglucosa isomerasa. Primero debe abrirse el anillo para que ocurra la isomerizacin, con posterior ciclacin de la fructosa. Para la apertura del anillo se requiere la presencia de un grupo cido, probablemente el resto de butilamonio de una lisina


glucose-6-phosphate fructose-6-phosphate

Phosphoglucose Isomerase

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3. Consumo del segundo ATPLa fosfofructoquinasa fosforila la F6P para formar fructosa-1,6-bifosfato (FBP). Esta reaccin controla la velocidad de la va glucoltica. Esta reaccin es estimulada alostricamente por AMP e inhibida alostricamente por ATP y citrato 4. Rotura La aldolasa cataliza la rotura de la FBP en dos triosas, el gliceraldehido-3-fosfato (GAP) y la dihidroxacetona f osfato (DHAP).Dos molculas de 3 carbonos


fructose-6-phosphate fructose-1,6-bisphosphate

Phosphofructokinase

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fructose-1,6-

bisphosphate

Aldolase

dihydroxyacetone glyceraldehyde-3-

phosphate phosphate

Triosephosphate Isomerase

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_998744011.cdx

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_1003692850.cdx

_998743654.cdx

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_998742571.cdx

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5. IsomerizacinSlo uno de los productos de la rotura aldlica, el GAP, continua la va glucoltica. La interconversin entre ste yla DHAP es catalizada por la triosa fosfato isomerasa.6. Formacin del primer intermediario de "alta energa"La gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidacin y fosforilacin del GAP, por Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD+) y fosfato inorgnico, para producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG).Termina 1ra fase- 2 ATPCada gliceraldehido-3-fosfato es Oxida y fosforilada por fosfato inorganicofosfato inorgnico


fructose-1,6-

bisphosphate

Aldolase

dihydroxyacetone glyceraldehyde-3-

phosphate phosphate

Triosephosphate Isomerase

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_1000154318.cdx

_1003692850.cdx

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glyceraldehyde- 1,3-bisphospho-

3-phosphate glycerate

Glyceraldehyde-3-phosphate

Dehydrogenase

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_998748206.cdx

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7. Primera produccin de ATPSe forma el primer ATP por defosforilacin del 1,3-bisfosfoglicerato, rindiendo adems 3-fosfoglicerato (3PG) en una reaccin catalizada por la fosfoglicerato quinasa (PGK).8. IsomerizacinLa fosfoglicerato mutasa cataliza la conversin de 3PG a 2-fosfoglicerato (2PG Cambia de posicin el grupo fosfato


1,3-bisphospho- 3-phosphoglycerate

glycerate

Phosphoglycerate Kinase

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3-phosphoglycerate 2-phosphoglycerate

Phosphoglycerate Mutase

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9. Formacin del segundo intermediario de "alta energa"La enolasa cataliza la deshidratacin del 2PG a fosfoenolpiruvato (PEP), formando un complejo activo por la presencia del catin magnesio.10. Produccin del segundo ATPLa piruvato quinasa cataliza el acoplamiento de la energa libre de la hidrlisis del PEP a la sntesis de ATP para formar piruvato.- Se forman 2 moleculas de ATP por 1 molcula de glucosa


2-phosphoglycerate phosphoenolpyruvate

Enolase

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phosphoenolpyruvate enolpyruvate pyruvate

Pyruvate Kinase

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Entrada de otros azcares en la gluclisis

Adems de la glucosa procedente de la degradacin de almidn y glucgeno, hay otras hexosas de importancia, como la fructosa, que procede de la hidrlisis del azcar de mesa y tambin de la fruta, la galactosa, que procede de la hidrlisis del azcar de leche (lactosa), y la manosa, obtenida a partir de la digestin de polisacridos y glucoprotenas La fructosa es fosforilada en el msculo y convertida directamente a fructosa-6-fosfato, siguiendo despus la va glucoltica gracias a la accin de la hexoquinasa. No obstante, en el hgado la fructosa sigue una ruta ms compleja cuyo resultado final es la produccin de dos unidades de gliceraldehido-3-fosfato que se incorpora a la ruta.La galactosa se transforma en glucosa-6-fosfato, aunque este proceso parece simple las enzimas de la glucolisis no son capaces de reconocer la configuracin de la galactosa, lo que hace que el proceso sea catalizado por 5 enzimas La manosa es fosforilada para rendir manosa-6-fosfato y a continuacin se produce una isomerizacin hasta fructosa-6-fosfato

Regulacin de la gluclisisDesde un punto de vista global podemos decir que la gluclisis se inhibe cuando hay mucho ATP. Los puntos clave en la regulacin de la gluclisis son las tres enzimas que catalizan pasos irreversibles: la hexoquinasa, la fosfofructokinasa y la piruvato kinasa. 2. FermentacinPara la continuacin de la degradacin de glucosa, el NAD+ (en cantidades limitadas en la clula) consumido en la gluclisis debe ser reciclado. En presencia de oxgeno, el NADH pasa a la mitocondria para ser nuevamente oxidado. En condiciones anaerbicas, el NAD+ se recupera por reduccin del piruvato, en lo que constituye una extensin de la va glucoltica. Los procesos fermentativos permiten recuperar el NAD+. La fermentacin homolctica y la fermentacin alcohlica son dos ejemplos que tienen lugar en el msculo y en la levadura, respectivamente.NAD+ (oxi) + 2H+ + 2e- ----> NADH (red) + H+ nicotinamida adenina dinucletido

A. Fermentacin homolcticaEn el msculo, especialmente durante el ejercicio intenso, cuando la demanda de ATP es elevada y se ha consumido el oxgeno, la lactato deshidrogenasa (LDH) cataliza la oxidacin del NADH por el piruvato para dar lactato. Los mamferos poseen hasta 5 isoenzimas de la LDH (todas ellas tetramricas) La reaccin global de la degradacin anaerbica de glucosa mediante la fermentacin lctica puede esquematizarse como sigue:

Glucosa + 2ADP + 2Pi -------------> 2 lactato + 2ATP + 2H+


Lactate Dehydrogenase

pyruvate lactate

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La mayor parte del lactato, producto final de la glucolisis anaerbica, es exportado de las clulas musculares por la sangre hasta el hgado, donde vuelve a convertirse en glucosa .Al contrario de lo que se cree, la causa de la fatiga muscular y el dolor no es la acumulacin de lactato en el msculo, sino del cido producido durante la glucolisis (los msculos pueden mantener su carga de trabajo en presencia de concentraciones elevadas de lactato si el pH permanece constante). Los cazadores saben del sabor agrio de la carne de un animal que ha corrido hasta agotarse antes de morir. Esto es debido a la acumulacin de cido lctico en los msculos.

B.Fermentacin alcohlica En levadura, el NAD+ se regenera en condiciones anaerbicas mediante un proceso de gran importancia para la humanidad: la conversin de piruvato a etanol y dixido de carbono El etanol es el componente activo de vinos y licores, y el CO2 producido en la panificacin es el responsablede la subida del pan.El etanol se produce a travs de las siguientes reacciones


Pyruvate Alcohol

Decarboxylase Dehydrogenase

pyruvate acetaldehyde ethanol

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La primera es la descarboxilacin del piruvato para formar acetaldehido y dixido de carbono, catalizada por la piruvato descarboxilasa (ausente en animales) y que contiene el coenzima pirofosfato de tiamina (TPP) como grupo prosttico. Una consecuencia de su falta en el hombre es la enfermedad del beriberi, que puede resultar mortal y se caracteriza por alteraciones neurolgicas, parlisis, atrofia muscular y/o paro cardiaco.El acetaldehido formado por descarboxilacin del piruvato es reducido a etanol por el NADH, en una reaccin catalizada por la alcohol deshidrogenasa (ADH). La transferencia del H del NADH al acetaldehido est favorecida por un cofactor de Zn2+, que estabiliza la carga negativa de un intermediario que se forma en el proceso El etanol se produce a travs de las siguientes reacciones


Pyruvate Alcohol

Decarboxylase Dehydrogenase

pyruvate acetaldehyde ethanol

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3. Transformacin del piruvato en Acetil-CoALos grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA Es este el producto comn de la degradacin de carbohidratos, cidos grasos y aminocidos El grupo acetilo esta unido al grupo sulfhidrilo del CoA por un enlace tioster Es interesante tener en cuenta que la hidrlisis del enlace tioster del acetil-CoA libera 31,5 kJ/mol y es, por lo tanto, un enlace rico en energa.El acetil-CoA se forma por descarboxilacin oxidativa del piruvato, por la accin del complejo enzimtico piruvato deshidrogenasa

La piruvato dehidrogenasa est regulada por dos mecanismos superpuestos. Por una parte est alostericamente inhibida cuando las proporciones de ATP/ADP y NADH/NAD+ son altas, adems la enzima se inhibe cuando la disponibilidad de combustible para el ciclo, en foma de Acetil-CoA o cidos grasos, es alta. Y se activa cuando las demandas energticas crecen y por tanto el flujo de Acetil-CoA aumenta.


Pyruvate Dehydrogenase

pyruvate acetyl-CoA

_1001439188.cdx

glucolisis

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