07/04/2014

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Glucólisis y gluconeogénesis

Bioquímica

Facultad de EnfermeríaUniversidad de la República

ESFUNO 2014

Amalia Ávila

Metabolismo: totalidad de reacciones químicas que se producen en el

organismo

Metabolismo intermediario: todas las reacciones de un organismo

relacionadas con:

- almacenamiento y la generación de energía metabólica

- biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular y de

almacenamiento de energía (no incluye la síntesis de ácidos nucleícos o

proteínas).

Anabolismo: suma de todos los procesos metabólicos mediante los

cuales se forman las biomoléculas complejas (consumen energía).

Catabolismo: suma de todos los procesos metabólicos mediante los

cuales las moléculas se degradan para proporcionar energía celular.

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Glucólisis•La D-glucosa es el principal combustible de la mayoría de los organismos.

•Rol central en el metabolismo.

Principales vías de utilización de la glucosa

•La glucólisis es una ruta universal en el catabolismo de la glucosa.

•Ruta altamente conservada en la evolución, virtualmente idéntica en todos los

organismos que la presentan.

•En algunas células y tejidos la glucólisis es la única via de obtención de

energía (eritrocitos, médula renal, cerebro, espermatozoides).

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Fosforilación de la glucosa

• Isoformas extrahepáticas: hexoquinasa

• Isoforma hepática: glucoquinasa

• Difieren en su especificidad para la glucosa y en sus propiedades cinéticas

y reguladoras.

Fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato

•La fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) constituye el punto de regulación más

importante de la glucólisis.

Oxidación del gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato

•La fosforilación aumenta la energía libre contenida en el 1,3BPG.

•El NAD+ actua como aceptor de un ion hidruro (H- = 2 e-+1H+)

•La cantidad de NAD+ en las células es limitada, por lo que el NADH

debe reoxidarse para que la glucólisis continúe.

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Primera fosforilación a nivel de sustrato

Transferencia de un grupo fosfato desde el 1,3-bisfosfoglicerato al ADP

•Esta reacción está

acoplada a la oxidación del

G3P (comparten un

intermediario común) de

forma que el proceso global

es exergónico.

La energía procedente de la oxidación del G3P se conserva

mediante la formación de ATP a partir de ADP y Pi.

Transferencia de un grupo fosfato desde el fosfoenolpiruvato al ADP

Segunda fosforilación a nivel de sustrato

La piruvato quinasa es otra de las enzimas reguladoras de la

glucólisis.

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Balance energético de los glucólisis

• La oxidación de un mol de glucosa a 2 de piruvato tiene un ΔG°’ = -146

kJ/mol

• La oxidación completa de un mol de glucosa a CO2 y agua tiene un ΔG°’

= -2840 kJ/mol

• La degradación glucolítica de la glucosa rinde solo el 5.2% de la energía

contenida en dicha molécula.

• Las 2 moléculas de piruvato retienen la mayor parte de la energía que

puede obtenerse de la glucosa.

• Ruta de los carbonos: 1 molécula de glucosa se convierte en 2 de

piruvato

• Ruta del fosfato: 2 ADP se fosforilan a 2 ATP

• Ruta de los electrones: 4 e- (2H-) se transfieren desde el G3P a 2 NAD+

para dar 2 NADH

Cancelando los términos comunes a ambos lados:

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Regulación de la glucólisis

• Efecto Pasteur: tanto la cantidad como la velocidad del consumo

de glucosa por las células son mayores en condiciones anaeróbicas

que en las aeróbicas.

• Rendimiento energético de la glucólisis: 2 moles de ATP por cada

mol de glucosa

• Rendimiento energético de la oxidación aeróbica completa de la

glucosa: 30-32 moles de ATP por mol de glucosa (15 veces mayor)

• Elementos importantes en la regulación de la glucolisis:

– Niveles de ATP

– Regeneración de NADH

– Regulación alostérica de HK (GK), PFK-1 y PK por metabolitos que

reflejan el estado energético de la célula.

• En una escala de tiempo mayor, la glucólisis está regulada por:

– Hormonas (principalmente glucagón, insulina y adrenalina).

– Regulación de la expresión de enzimas glucolíticas.

Destinos del piruvato

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FERMENTACIÓN LÁCTICA

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

TPP (Vit B1 - tiamina) coenzima de la piruavto decarboxilasa

•Algunos tejidos en condiciones anaeróbicas (músculo esquelético en actividad

intensa)

•Otros tejidos realizan fermentación láctica aun en aerobiosis (retina, cerebro,

eritrocitos)

•El NADH se reoxida a NAD+ para permitir que la glucólisis continúe.

Los productos de las fermentaciones (lactato o etanol) no están

oxidados con respecto a la glucosa (tienen la misma relación H:C)

Rutas alimentadoras de la glucólisis

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Propiedades cinéticas diferenciales de 2 isoformas de la

hexoquinasa

Hexoquinasa

•Expresada en tejidos extrahepáticos

•Km bajo para la glucosa (0,1 mM)

•Inhibición por producto

Glucoquinasa

•Se expresa en el hígado

•Km alto para la glucosa (10 mM)

•No se inhibe por glucosa-6-fosfato

Regulación aloestérica de PFK-1

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Regulación de piruvato quinasa

GlucólisisVía central del catabolismo de los carbohidratos.

10 reacciones: 1 glucosa (o hexosa relacionada) 2 piruvato

2 fases: fase de inversión de energía (5 primeras reacciones)

fase de generación de energía (últimas 5 reacciones)

Balance energético: 2ATP, 2NADH y 2 piruvato

Necesidad de regeneración del NAD+:

cadena de transporte de electrones (en presencia de O2).

fermentación (láctica o alcohólica) (en ausencia de O2).

3 enzimas reguladoras: hexoquinasa/glucoquinasa

PFK-1 regulada alostéricamente

ATP regulador negativo

F2,6-BP regulador positivo (sin este azúcar no hay glucolisis)

PK: activación anterograda por F1,6-bisfosfato

2 isoformas (L y M): L en tejidos gluconeogénicos es

inhibida por aminoácidos gluconeogénicos.

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Algunas diferencias entre catabolismo y anabolismo

• Catabolismo => ATP, NADH, NADPH

• Anabolismo: energía + precursores => biomoléculas complejas

• Las rutas catabólicas son oxidativas

• Las rutas anabólicas son reductoras

• Las rutas catabólicas aumentan la entropía

• Las rutas anabólicas disminuyen la entropía (generan orden), por lo que

son endergónicas y requieren aporte de energía para llevarse a cabo

• El acoplamiento de reacciones endergónicas con otras exergónicas

hace que el proceso global sea exergónico.

• Una ruta catabólica y su respectiva anabólica se diferencian en al

menos un paso

• Ese paso en general es una reacción irreversible catalizado por una

enzima reguladora diferente para cada ruta.

• Anabolismo y catabolismo se regulan de manera recíproca (para evitar

ciclos fútiles)

GLUCONEOGÉNESIS

•Ruta universal de síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos.

•Piruvato, lactato, aminoácidos gluconeogénicos y glicerol son los principales

precursores.

•En animales se produce principalmente en el hígado y en menor proporción

en la corteza renal.

•Localización subcelular: involucra a la mitocondria y al citosol.

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1° reacción de rodeo: síntesis de PEP

•El transporte de OA al citosol como malato y su posterior oxidación a OA

permite transporte de NADH desde la mitocondria al citosol.

•El consumo de PEP por los pasos siguientes de la ruta impulsa la reacción

de la PEPCK, haciéndola irreversible en las condiciones intracelulares.

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Balance energético de la gluconeogénesis

Ambos procesos, glucólisis y gluconeogénesis son irreversibles (exergónicos) en las

condiciones intracelulares.

ΔG°’ = -63 kJ/mol

• No hay conversión neta de

ácidos grasos en glucosa.

Estos solo aportan energía

(procedente de su oxidación)

para la gluconeogénesis.

• Ala y Gln son

cuantitativamente los más

importantes

Sustratos gluconeogénicos

ΔG°’ = -16 kJ/mol

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Regulación recíproca de la glucólisis y la

gluconeogénesis1. Velocidad de síntesis de enzimas

• + glucosa

• Inducción de las enzimas glucolíticas

• Represión de enzimas gluconeogénicas.

• - glucosa

• Represión de enzimas glucolíticas

• Inducción de enzimas gluconeogénicas

• Efectos mediados hormonalmente (glucagón, insulina,

glucocorticoides)

2. Modulación alostérica

3. Modulación covalente

Regulación glucólisis/gluconeogénesis

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Regulación a nivel de PFK-1 / FBPasa-1

Efectos alostéricos de la F-2,6-BP sobre las actividades

PFK-1/FBPasa-1

• Efectos sobre PFK-1

– Disminuye el K0,5 para la fructosa-6-fosfato

– Reduce la afinidad de los moduladores alostéricos negativos

ATP y citrato

• Efectos sobre FBPasa-1

– Aumenta el K0,5 para la F-1,6-BP

– Aumenta la sensibilidad de la enzima por el modulador

alostérico negativo AMP

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