INSTITUTO TECNOLOGICO DE MERIDA.

Materia: Bioquímica.

Maestro: Sara Alicia Novelo

Trabajo: Información de las exposiciones de : Gluconeogénesis, Síntesis del Glucogeno(Glucogenesis), Ciclo de Calvin, Fotorespiracion y Vía de los 4 carbonos, Ruta de las pentosas Fosfato.

Alumno: Jorge Carlos Vázquez Sánchez.

Carrera: Ing. Bioquímica.

Gluconeogénesis.

Gluconeogénesis (Formación de azúcar nuevo). Solo el cerebro requiere más de 120 gr de

glucosa al día, más de la mitad de toda la glucosa almacenada como glucógeno en el

musculo y en el hígado. Como no es suficiente con los depósitos el suministro de glucosa,

los organismos necesitan un método para sintetizar glucosa.

Esto se consigue con la gluconeogénesis. (Método para sintetizar glucosa a partir de

precursores no glucosidicos.).

Que convierte el piruvato y compuestos relacionados de 3 y 4 carbonos en glucosa.

La gluconeogénesis tiene lugar en todos los animales, plantas, hongos y organismos. Las

reacciones son, esencialmente, las mismas en todos los tejidos y en todas las especies. Los

precursores importantes de la glucosa en los animales son compuestos de 3 carbonos tales

como el lactato; el Piruvato y el glicerol así como ciertos aminoácidos.

En los mamíferos la gluconeogénesis tiene lugar principalmente en el hígado y en menor

extensión en la corteza renal. La glucosa producida pasa a la sangre para abastecer otros

tejidos después de un ejercicio vigoroso, el lactato producido por la glucolisis anaeróbica en

el musculo esquelético vuelve al hígado y se convierte en glucosa, que vuelve de nuevo al

musculo y se convierte en glucógeno en un circuito denominado ciclo de cori.

En las semillas germinadas de plantas, las grasas y proteínas almacenadas se convierten, a

través de rutas entre las que se encuentran la gluconeogénesis, en el disacárido sacarosa

para su transporte a partir de la planta en desarrollo.

En muchos microorganismos la gluconeogénesis empieza a partir de compuestos

orgánicos sencillos tales como el acetato, lactato y propionato presentes en su medio

de cultivo.

La gluconeogénesis y la glucolisis no son rutas idénticas que transcurren en direcciones

opuestas, aunque comparten varios pasos. 7 de las 10 reacciones enzimáticas de la

gluconeogénesis son la inversa de las reacciones glucoliticas. No obstante, hay 3

reacciones de la glucolisis que son prácticamente irreversibles in vivo y que no pueden

utilizarse en la gluconeogénesis: la conversión de la glucosa a glucosa 6-fosfato por la

hexoquinasa, la fosforilacion de la glucosa 1,6-bifosfato por la fosfofructoquinasa1- y

la conversión del fosfoenolpiruvato por el piruvato quinasa.

En la gluconeogénesis, estos 3 pasos irreversibles se “rodean” mediante un conjunto de

diferente de enzimas que catalizan las reacciones que son lo bastante exergonicas como

para ser efectivamente irreversibles en la dirección de la síntesis de la glucosa.

De este modo , tanto la glucolisis como la gluconeogénesis son procesos irreversibles en las

células.

El guanosín trifosfato (GTP, del inglés «guanosine triphosphate»), también conocido

como guanosina-5'-trifosfato, es uno de los nucleótidos trifosfato usados en el

metabolismo celular junto al ATP, CTP, TTP y UTP

Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato.

1. El primer lugar el piruvato es transportado desde el citosol a la mitocondria o se genera

dentro de la mitocondria por transaminacion de la alanina una reacción en la que se elimina

el grupo alfa-amino de la alanina(que forma piruvato) y se adiciona a un alfa-cetoacido

carboxílico. A continuación el piruvato carboxilasa (primer enzima regulador en la

ruta de la gluconeogenesis), una enzima mitocondrial que requiere el coenzima biotina,

convierte el piruvato en oxacelato.

Reacciones Intermedias.

1.Debido que la membrana mitocondrial no tiene transportador de oxacelato, antes de ser

exportado al citosol el oxacelato formado a partir del piruvato debe ser reducido a malato

mediante la malato deshidrogenasa mitocondrial a expensas de NADH( Primera figura).

2.El malato abandona la mitocondria via un transportador especifico de la membrana

mitocondrial interna y en el citosol el malato se reoxida a oxacelato con producción de

NADH citosolico (figura 2).

3. El oxacelato es convertido en PEP(fosfoenolpiruvato) por el enzima fosfoenolpiruvato

carboxiquinasa. Esta reaccion dependiente de Mg2+ requiere GTP(El guanosín trifosfato

( GTP , del inglés « guanosine triphosphate »), también conocido como guanosina-5'-

trifosfato , es uno de los nucleótidos trifosfato usados en el metabolismo celular junto al

ATP , CTP , TTP y UTP ) como dador del grupo fosforilo. La reaccion es reversible en

condiciones intracelulares

Síntesis de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato

En la mitocondria, el piruvato se convierte en oxacelato en una reacción catalizada por el piruvato carboxilasa que requiere biotina.

En el citosol, el oxacelato es convertido en fosfoenolpiruvato por la PEP carboquinasa. El CO2 incorporado en la reacción de la piruvato carboxilasa se pierde aquí en forma de CO2. la descarboxilacion conduce a un reordenamiento de electrones que facilita el ataque del oxigeno carboxilico del piruvato sobre el fosfato y del GTP(El guanosín trifosfato (GTP, del inglés « guanosine triphosphate »), también conocido como guanosina-5'-trifosfato, es uno de los nucleótidos trifosfato usados en el metabolismo celular junto al ATP , CTP , TTP y UTP )

Segundo Rodeo.

La segunda reacción Glucolitica que no puede participar en la gluconeogénesis es la fosforilacion de la fructosa 6-fosfato por la PKF-1 debido a que esta reacción es altamente exergonica, y por tanto, irreversible en las células intactas, la generación de la fructosa 6-fosfato a partir de la fructosa 1,6-bifosfato. Esta catalizada por una enzima diferente, la fructosa 1,6-bifosfatasa dependiente de Mg2+ que promueve la hidrólisis prácticamente irreversible del fosfato C-1

Tercer Rodeo

1. El tercer rodeo es la reacción final de la gluconeogénesis, la desfosforilacion de la glucosa 6-fosfato para producir glucosa.

2. La reacción catalizada por la glucosa 6-fosfatasa no requiere la síntesis de ATP, sino que es una simple hidrólisis de un Ester fosfato.

3. Esta enzima es activado por Mg2+ .

4. El enzima no se encuentra en el musculo o ni en el cerebro, por lo que la gluconeogénesis no se da en estos tejidos.

5. La glucosa producida por la gluconeogénesis en el hígado o el riñón o ingerida con la dieta se envía al cerebro y al musculo a través del torrente circulatorio

Suma de Reacciones Biosintéticas.

Suma de reacciones biosintéticas que llevan del piruvato a la glucosa libre en la sangre.

Por cada molécula de glucosa formada a partir del piruvato, se requieren 6 grupos fosfato de alta energía, 4 del ATP y 2 del GTP(El guanosín trifosfato (GTP, del inglés «guanosine triphosphate»), también conocido como guanosina-5'-trifosfato, es uno de los nucleótidos trifosfato usados en el metabolismo celular junto al ATP, CTP, TTP y UTP), 2 DE NADH.

La segunda ecuación es la inversa de la ecuación para la conversión de la glucosa en piruvato por la glucolisis. Que produce 2 moléculas de ATP

GLUCOGENESIS

La glucogénesis es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno (también llamado glicógeno) a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo, es activado por insulina en respuesta a los altos niveles de glucosa, que pueden ser (por ejemplo) posteriores a la ingesta de alimentos con carbohidratos.

Se forma por la incorporación repetida de unidades de glucosa, la que llega en forma de UDP-Glucosa a un partidor de glucógeno preexistente que consiste en la proteína glucogenina, formada por 2 cadenas, que al autoglicosilarse puede unir cada una de sus cadenas a un octámero de glucosas. Para que la glucosa-6-fosfato pueda unirse a la UDP requiere de la participación de dos enzimas, la primera, fosfoglucomutasa, modifica la posición del fosfato a glucosa-1-fosfato.

La glucosa-1-fosfato es el precurso para la síntesis de glucógeno pero también es el producto de su degradación. La síntesis de glucógeno requiere de aporte energético. El dador de glucosa para la sínteis de glucógeno es la UDP-glucosa donde el residuo glucosilo está activado para su transferencia, por su combinación con un compuesto de alta energía como el UTP.

Metabolismo del glucógeno

El glucógeno se almacena en el musculo y en el hígado en forma de grandes partículas. Dentro de las partículas se encuentran las enzimas que metabolizan el glucógeno así como los enzimas reguladores.

La glucógeno fosforilasa cataliza la escisión fosforolitica en los extremos no reductores de las cadenas de glucógeno con producción de glucosa 1-fosfato. La fosfoglucomutasa interconvierte la glucosa 1-fosfato y glucosa 6-fosfato. La glucosa 6-fosfato puede entrar en la glucolisiso, en el hígado, puede convertirse en glucosa libre por acción de la glucosa 6-fosfatasa del R.E siendo a continuación liberada para reponer la glucosa sanguínea.

El nucleótido azúcar UDP dona residuo de glucosa al extremo no reductor del glucógeno en la reacción catalizada por la glucógeno sintasa.

CICLO DE CALVIN

1. Las plantas verdes contienen en sus cloplastos una maquinaria enzimática única para catalizar la conversión del CO2 en compuestos orgánicos sencillos(reducidos) proceso que se denomina asimilación de CO2 . Este proceso se ha llamado también fijación de CO2 o fijación de carbono.

2. Triosa fosfato 3-fosfoglicerato. Este producto sencillo de la fotosíntesis es el precursor de biomoléculas mas complejas entre ellas glúcidos, polisacáridos y metabolitos derivados de los mismos, todos los cuales se sintetizan a través de rutas metabólicas similares a las de los tejidos animales.

3. El dióxido de carbono es asimilado en una ruta cíclica en la que se generan constantemente los intermediarios clave llamada(Ciclo de Calvin o Ciclo de reducción fotosintetica del Carbono)

ASIMILACION DEL CARBONO

1. La asimilación del dióxido de carbono tiene lugar en 3 fases.

2. La primera fase en la asimilación del CO2 en las biomoléculas es la reacción de fijación del carbono: Condensación del CO2 con un aceptor de 5 carbonos. La ribulosa 1,5-bifosfato, formando 2 moléculas de 3-fosfoglicerato.

3. En la segunda fase el 3-fosfoglicerato se reduce a tres triosas fosfato. En conjunto, se fijan 3 moléculas de CO2 a 3 moléculas de ribulosa 1-5-bisfosfato para formar 6

moléculas de gliceraldehído 3-fosfato(18carbonos) en equilibrio con la dihidrioxiacetona fosfato.

4. En la 3 fase se utilizan 5 de las 6 moléculas de gliceraldehído 3-fosfato (15 carbonos) en la regeneración de 3 moléculas del material inicial ribulosa 1,5-bisfosfato. La sexta molécula de triosa fosfato, el producto neto de la fotosíntesis, puede ser utilizada para formar hexosas que sirven como combustible y como material para producir sacarosa para el transporte a tejidos no fotosintéticos o almidón de almacenamiento

PRIMERA FASE

1. La primera fase en la asimilación del CO2 en las biomoléculas es la reacción de fijación del carbono: Condensación del CO2 con un aceptor de 5 carbonos. La ribulosa 1,5-bifosfato, formando 2 moléculas de 3-fosfoglicerato.

2. El enzima que cataliza la incorporación del CO2 en una forma orgánica es la ribulosa 1.5-bisfosfato carboxilasa o RuBP carboxilasa oxigenasa( a menudo llamada rubisco).la rubisco cataliza la unión covalente del CO2 al glúcido de 5 carbonos ribulosa 1,5-bisfosfato y la rotura del intermediario inestable de 6 carbonos formando 2 moléculas de 3-fosfoglicerato, una de las cuales es portadora del nuevo carbono introducido en forma de CO2 en su grupo carboxilo.

3. Mecanismo : primera fase de la asimilación del CO2 ;actividad carboxilasa del rubisco. La reacción de fijación del CO2 esta catalizada por la ribulosa 1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (rubisco).(1). La ribulosa 1,5-bisfosfato forma un enodiolato en el sitio activo. (2). El CO2 , polarizado por la proximidad del ion Mg2+ , sufre un ataque nucleofílico por el enodiolato, produciendo un azúcar ramificado de 6 carbonos. (3). La hidroxilación del C-3 de este azúcar, seguida de una rotura aldolica. (4). Forma una molécula de 3-fosfoglicerato, que abandona el sitio activo. (5). El carbanion del fragmento restante de 3 carbonos es protonado por la cadena lateral próxima de la Lys175 , lo que genera una segunda molécula de 3-fosfoglicerato. La reacción global consigue, por tanto, la combinación de un CO2 y una ribulosa 1,5-bisfosfato para forma dos moléculas de 3-fosfoglicerato, uno de los cuales contiene el átomo de carbono del CO2 .

SEGUNDA FASE

1. En el primer paso de la segunda fase , la 3-fosfoglicerato quinasa del estroma cataliza la transferencia de un grupo fosforilo desde el ATP al 3-fosfoglicerato, dando 1,3-bisfosfoglicerato.

2. A continuación el NADPH dona electrones en una reacción catalizada por la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa, produciendo gliceraldehído 3-fosfato. La triosa fosfato isomerasa interconvierte el gliceraldehído 3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato.

3. La mayor parte de las triosas fosfato así producidas se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5-bisfosfato; el resto se convierte en almidón.

TERCERA FASE

Los materiales de partida son el gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato. Las reacciones catalizadas (1) y (4) incluyendo la transcetolasa (3) y (6) producen pentosas fosfato que son convertidas en ribulosa 1,5-bifosfato-ribosa 5-fosfatp por la ribosa 5-fosfato isomerasa (7) y en xilulosa 5-fosfato por la ribulosa 5-fosfato epimerasa (8). En el paso (9) la ribulosa 5-fosfato es fosforilada, regenerando ribulosa 5-fosfato.

FOTORRESPIRACION Y VIA DE LOS 4 CARBONOS

Cuando la rubisco utiliza O2 en lugar de CO2 como sustrato, el 2-fosfoglicolato formado se elimina mediante una ruta independiente de oxigeno. El resultado es un incremento en el consumo de O2, la fotorrespiracion o, de forma más precisa, el ciclo oxidativo fotosintético del carbono. El 2-fosfoglicolato se convierte en glioxilato, gliocina y finalmente en serina en una ruta en la que intervienen enzimas del estroma del cloroplasto, del peroxisomas y de la mitocondria.

En las plantas C4 la ruta de la asimilación del carbono minimiza la fotorrespiracion: el CO2 Se fija primero en las células mesofilas sobre un compuesto de 4 carbonos que pasa a las células tunicovasculares y libera CO2 a altas concentraciones. Este CO2 liberado es fijado por el rubisco, dándose el resto de las reacciones del ciclo de Calvin.

En las plantas CAM, él CO2 se fija en forma de malato en la oscuridad y se almacena en las vacuolas hasta que llega la luz del día.

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO.

1. En la mayoría de tejidos animales el destino principal de la glucosa 6-fosfato es la degradación Glucolitica a piruvato. A su vez la mayor parte del piruvato se oxida vía ciclo del acido cítrico, lo que lleva a ultimo termino a la generación del ATP..

2. La glucosa 6-fosfato tiene, sin embargo, otros destinos catabólicos que conducen a productos especializados necesarios para la célula.

3. La oxidación de la glucosa 6-fosfato por a ruta de las pentosas fosfato (también llamada ruta del fosfogluconato o ruta de la hexosa monofosfato) es una caso de especial importancia en algunos tejidos.

En esta ruta oxidativa, el NADP+ es el aceptor electrónico, dando NADPH. Las células en rápida división, tales como la medula ósea y la mucosa intestinal, utilizan las pentosas para producir RNA, DNA y coenzimas tales como ATP, NADH, FADH2 y coenzima A.

Ruta Oxidativa.

La ruta oxidativa de las pentosas fosfato(ruta del fosfogluconato o ruta de las hexosas monofosfato) da lugar a la oxidación y la descarboxilacion de la glucosa 6-fosfato en la posición C-1, reduciendo el NADP+ a NADPH y formando pentosas fosfato.

El NADPH proporciona poder reductor para las reacciones biosintéticas y la ribosa 5-fosfato es un precursor para la síntesis de nucleótidos y acidos nucleicos

PRIMERA FASE

La primera fase de las ruta de las pentosa fosfato consiste en 2 oxidaciones que convierten la glucosa 6-fosfato en ribulosa 5-fosfato y reducen el NADP+ a NADPH .

SEGUNDA FASE

la segunda fase comprende pasos no oxidativos qu convierte las pentosas fosfato en glocosa 6-fosfato, la cual empieza de nuevo el ciclo

Esquema general de la Ruta Pentosas Fosfato: El NADPH formado en la fase oxidativa es utilizado para reducir el glutatión, (GSSG) y para sostener la biosíntesis reductora. El otro producto de la fase oxidativa es la ribosa 5-fosfato, que sirve como precursor de nucleótidos, coenzimas y ácidos nucleídos. En las células que no utilizan ribosa 5-fosfato para la biosíntesis, la fase no oxidativa recicla 6 moléculas de pentosa en 5 moléculas de hexosa glucosa 6-fosfato, permitiendo la producción continua de NADPH y convirtiendo la glucosa 6-fosfato en CO2 (a lo largo de 6 ciclos).