Met. de Hidratos de C 1

Caminos
metabólicos
http://www.expasy.org/cgi-bin/show_thumbnails.pl?2
Rutas metabólicas
1ra ley de la termodinámica: la energía total de
un sistema y sus alrededores permanece
constante
2da ley de la termodinámica: un proceso ocurrirá
espontáneamente sólo si ΔS es positivo: la
entropía del Universo siempre crece
ΔSsistema + ΔSalrededores > 0
ATP: moneda de
energía
ΔG°´ = -7.3 kcal/mol
2 ADP ↔ ATP + AMP
Ciclo del C
Metabolismo de hidratos de carbono
Glucólisis: degradación de glucosa hasta ácido
pirúvico
Fase de inversión
Fase de rendimiento
Glucólisis: degradación de glucosa hasta ácido
pirúvico
Fosforilación de la glucosa
Hexokinasa o Glucokinasa
Glucosa + ATP Æ Glc-6-P + ADP
hexokinasa
glucosa
Glucosa-6-fosfato
(Glc6P)
Conversión de aldopiranosa
en cetofuranosa
Fosfoglucosa isomerasa
Glc-6-P ' Fru-6-P
Glc6P
Fru6P
Fosforilación de la Fru6P
fosfofructokinasa dependiente de ATP
Fru-6P + ATP Æ Fru-1,6-P2 + ADP
fosfofructokinasa
Fru6P
Fructosa-1,6-P2
(Fru16P2)
fosfofructokinasa dependiente de PPi
Fru-6P + PPi
Fru-1,6-P2 + Pi
Fructosa-1,6-P2
PPi
Pi
Escisión en fosfatos de triosa
DHAP
Aldolasa
Ga3P
2−
CH
OPO
2
3
1
2C
HO
H
H
3
CH
C
OH
C
OH
4
5
NH (CH2)4
+
Enzyme
2−
OPO
CH
2
3
6
Schiff base intermediate of
Aldolase reaction
Isomerización de
fosfatos de triosa
Triosa fosfato
isomerasa
TIM
Catálisis ácido-base:
TPI, la enzima “perfecta”
Triosephosphate Isomerase
H
H
C
OH
C
O
+
H H
CH2OPO32−
dihydroxyacetone
phosphate
+
H
OH
C
C
+
H H
OH
CH2OPO32−
enediol
intermediate
+
H
O
C
H
C
OH
CH2OPO32−
glyceraldehyde3-phosphate
OH
O−
HC
O
O−
C
C
CH 2 OPO3 2−
CH 2 OPO3 2−
proposed
enediolate
intermediate
phosphoglycolate
transition state
analog
Oxidación del Ga3P
Ga3P DH
La Ga3PDH cursa con una oxidación seguida de una
deshidratación (formación del acil fosfato
La formación de un intermediario
de alta energía baja la energía de
activación.
La energía es conservada por una fosforilación
a nivel de sustrato. Se produce la primera
molécula de ATP
fosfoglicerokinasa
Hay un reordenamiento molecular: cambia la
posición del fosfato
fosfogliceromutasa
La PGM cursa con la
formación de un
estado fosforilado de la
enzima
Deshidratación del 2PGA para dar un
compuesto con alta energía
Enolasa
Enolasa
El fosfato de alta energía es dador de fosforilo para
la generación de la segunda molécula de ATP
Piruvato kinasa
Reacción
Enzima
ΔG°´ ΔG
1. Glc + ATP Æ Glc6P + ADP + H+
Hexoquinasa
-4.0
-8.0
2. Glc6P Æ Fru6P
Fosfoglucosa isomerasa
+0.4
-0.6
3. Fru6-P+ATPÆ Fru1,6-bisP+ADP+(H+)
Fosfofructoquinasa
-3.4
-5.3
4. Fru1,6-bisP Æ DHAP+Ga3P
Aldolasa
+5.7
-0.3
5. DHAP Æ Ga3P
Triosafosfato isomerasa
+1.8
+0.6
6. Ga3P+ Pi + NAD+ Æ 1,3-bisfosfoglicerato + NADH +
H+
Gliceraldehído3-P
deshidrogenasa
+1.5
+0.6
7. 1,3-bisfosfoglicerato + ADP Æ 3-Fosfoglicerato+ATP
Fosfoglicerato quinasa
-4.5
+0.3
8. 3-Fosfoglicerato Æ 2-Fosfoglicerato
Fosfoglicerato mutasa
+1.1
+0.2
9. 2-fosfogliceratoÆ PEP +H2O
Enolasa
+0.4
-0.8
10. PEP + ADP + H+Æ Piruvato + ATP
Piruvatoquinasa
-7.5
-4.0
Ecuación balanceada de la glucólisis
Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi Æ
2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Reacción exergónica
Glucosa + 2 NAD+ Æ 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+
ΔG = -146 kJ/mol
Reacción endergónica
2 ADP + 2 Pi Æ 2 ATP + 2 H2O
ΔG = 2* 30,5 kJ/mol
= 61 kJ/mol
ΔG = -85 kJ/mol
Resumen
• La glucólisis ocurre en el citosol
• Consta de 10 reacciones
• Permite generar 2 ATP y 1 NADH por
molécula de glucosa
• El ATP se genera por fosforilación a nivel
de sustrato
Regulación de la
glucólisis
Conversión de Glc en Glc6P
Hexokinasa: retroinhibición por Glc6P
Glucokinasa: inhibida por Fru6P, activada por Fru1P
Conversión de Fru6P en F1,6bisP
Fosfofructokinasa (ATP):
• activada por Fru2,6bisP y AMP
• inhibida por ATP y citrato
Fosfofructokinasa (PPi):
• activada por Fru2,6bisP
• inhibida por Pi
Conversión de PEP en piruvato
Piruvato kinasa:
• activada por Fru1,6bisP
• inhibida por ATP, citrato, Ala, ác. grasos, AcCoA y
por fosforilación
Glucokinasa
Regulación de la GK durante la ingesta de sacarosa
Glucosa + ATP
Æ
GK
Glc6P
Fru6P
PR
⊕
Fru1,6P2
Fructosa + ATP Æ Fru1P Æ DHAP + Ga
Ga + ATP Æ Ga3P
Glucokinasa vs. Hexokinasa: regulación de la glicemia
Hexoquinasa
100
Glucoquinasa
Velocidad relativa
80
Δv = 25 (50%)
60
Glicemia aumentada
por ingesta de H de C
v=75
40
Glicemia normal
v=50
20
0
0
5
10
[Glc] (mM)
15
20
Transporte de Glc:
proteínas Glut
Transporte de Glc:
proteínas Glut
Propiedades de los transportadores de glucosa
Transportador
Distribución
Propiedades
GLUT 1
Mayoría de las células
Alta capacidad, baja
Km (1-2mM).
GLUT 2
Hígado, cél. ß,
hipotálamo, memb.
basolateral de
intestino delgado.
Alta capacidad, baja
afinidad (Km 15-20mM)
parte del sensor de Glc
en cél ß.
GLUT 3
Neuronas, placenta,
testículos.
Baja Km (1mM), alta
capacidad
GLUT 4
Músculo esquelético y
cardíaco
Activado por insulina.
Km 5mM.
GLUT 5
Superficie mucosa del
intestino delgado,
esperma.
Transportador primario de
fructosa
Regulación de la PFK
2 ADP Æ ATP + AMP
Transporte de Glucosa
Receptor Ins
Fusión
Fosfatidil inositol
3 kinasa
Internalización
Síntesis de Fru2,6bisP
kinasa
fosfatasa
Regulación de la Piruvato Kinasa
Fermentaciones
H2O
respiración
O2
Fermentación homoláctica
piruvato
lactato
Fermentación alcohólica
PDC
H3C-CO-COO- Æ H3C-CHO + CO2
ADH
H3C-CHO + NADH + H+ Æ H3C-CH2OH + NAD+
Tableta sumeria
con indicaciones para hacer
cerveza (2000 AC)
Entrada de otros H de C
GalK
Galactosa + ATP Æ Gal1P
transferasa
Gal1P + UDPGlc
UDPGal
UDPGal + Glc1P
epimerasa
ADPGlc
Galactosa + ATP Æ Glc1P + ADP
HK
Manosa + ATP Æ
Manosa6P
MPI
Manosa6P
Æ
Fru6P
Creatina: reserva de
energía en forma de
enlaces fosfato
creatina
kinasa
Creatina
kinasa
creatina
fosfocreatina
Fosfágenos
Lombricina: anélidos
P-creatina: chordata
P-arginina: todos los demás
Fuentes
de
energía
durante
el
ejercicio
Alosterismo y modificación covalente en la
regulación de la glucólisis vegetal
La regulación de la glucólisis en
plantas vs. animales o levaduras
Animales, levaduras
Plantas
Glc-6-P
Glc-6-P
Fru-6-P
Fru-6-P
+
PFK
Fru-2,6-P2 +
Fru-1.6-P2
PFK/PFP PFP
Fru-1.6-P2
-
+
PEP
PKc
Pyr
Dirección
de la
regulación
PEP
PKc
Pyr
¿Porqué la glucólisis presenta diferente
sentido de la regulación en plantas y
mamíferos?
•
•
En mamíferos/levaduras, la glucólisis comienza con glucosa
En plantas, la glucólisis puede comenzar con hexosas pero también
puede recibir carbono en forma de fosfatos de triosa que provienen del
plástido. Esos mismos FT pueden ir hacia la formación de sacarosa
Es indispensable tener una regulación independiente de las partes
superior e inferior de la glucólisis, que pueden funcionar
simultáneamente en sentidos opuestos durante el día