Glúcidos: Consumo, Digestión y Glucólisis

MATERIAL
EXTRA PARA
GLUCIDOS 1
Actualizado al 2022
(Tengan en cuenta que es material extra. Siempre tengan como guía principal el material que les da la catedra)
Consumo glucosa
•
•
G L U C I D O S
Reservas de glucosa
•
•
Principales glúcidos/carbohidratos que se incorporan en la dieta:
•
•
•
Cerebro – 120 g/día
Organismo – 160 g/día
Líquidos corporales – 20 g/día
Glucógeno – 160 g/día
Almidón: obtenemos de su degradación: amilosa (cadenas de glucosa unidas por enlaces α1→4) y
amilopectina (mismas moléculas, pero unidas por enlaces α1→6)
Lactosa: es un disacárido formado por la unión de galactosa + glucosa por un enlace de tipo β1→6.
Sacarosa: es un disacárido formado por la unión de glucosa + fructosa mediante un enlace α1→2.
El glucógeno es el compuesto carbohidratado mediante el cual los seres humanos almacenan la glucosa.
Está compuesto por unidades de glucosa unidas entre sí en forma de cadenas por enlaces α1→4 y
contienen ramificaciones unidas por α1→6. Los mayores depósitos de glucógeno los encontramos en
hígado y musculo esquelético.
A partir de disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, mediante procesos de hidrolización de enlaces
glucosídicos se obtiene la glucosa.
Por ejemplo, la digestión del almidón comienza en la boca con la α amilasa salival (liberada por G salivales),
la cual transforma el almidón en moléculas más
pequeñas conocidas como α dextrina. Luego el
páncreas libera α amilasa pancreática y HCO3- que
neutraliza las secreciones acidas del estómago así
la α amilasa pancreática puede actuar
transformando la α dextrina en trisacáridos
(maltotriosa)
disacáridos
(maltosa)
y/u
oligosacáridos (dextrina). Estas últimas contienen
isomaltosa (dos glucosas unidas por enlace de tipo
α 1→6).
La digestión final de estos últimos compuestos,
como así de la sacarosa y lactosa se da en las
microvellosidades intestinales donde, por ejemplo,
la glucoamilasa hidroliza uniones de tipo α 1→4 de las dextrinas, etc.
Los monosacáridos obtenidos (glucosa, sacarosa, fructosa), ingresan a las células epiteliales del intestino
mediante transportadores (por ej. gluts).
Podemos resumir la digestion de HC en el siguiente cuadro:
2
Enzimas
Amilasa salival
Amilasa pancreática
Secretadas por
glándulas salivales
Páncreas
Donde actúan
Boca y esófago
Duodeno
Unidad digestión
Oligo
Oligo
absorción
Duodeno
Duodeno
Oligosacaridasas
Sup. En cepillo de enterocitos
duodeno y yeyuno
Duodeno y yeyuno
Disaca
Duodeno
Lactasa
Sup. En cepillo de enterocitos
duodeno y yeyuno
Duodeno y yeyuno
Lactosa + glucosa
Duodeno
Sacarasa
Sup. En cepillo de enterocitos
duodeno y yeyuno
Duodeno y yeyuno
Fructosa + glucosa
Duodeno
Maltasa
Sup. En cepillo de enterocitos
duodeno y yeyuno
Duodeno y yeyuno
Glucosa
Duodeno
Mecanismo absorción
Ingresan al enterocito
mediante dos transportes:
T. activo dependiente de
Na+ (glucosa galactosa).
Difusión facilitada (fructosa)
Las dos proteínas transportadores de glucosa se hacen presente en la superficie apical de las células del
intestino: los transportadores activos dependientes de Na+ y los transportadores para la difusión facilitada.
•
Glucosa y galactosa son absorbidas desde la luz intestinal hasta la sangre por dos mecanismos:
1. Transporte activo dependiente de Na+
2. Difusión facilitada a través de GLUT 2
El cotransportador de Na+/Glu intestinal más común es
el SGLT1, que acopla el mov de 2 Na+ con 1 molec de
Glu
•
GLUT
GLUT 1
Fructosa se absorbe por difusión facilitada a
través de GLUT 5.
GLUT 2
DISTRUBUCION
GR y barreras:
Hemato- encefálica
H-placentaria
H-retinal
H-testicular
Hígado, riñón,
células beta
páncreas, sup de
mucosa intestinal
GLUT 3
Neuronas
GLUT 4
M. estriado, T.
adiposo
GLUT 5
Epitelio intestinal,
espermatozoides
CARACTERISTICAS
Alta afinidad. En
células con función
de barrera
Baja afinidad.
Sensor de glucosa
en páncreas
Alta afinidad. Ppal.
transportador en
sistema nervioso
Alta afinidad.
Sensible a insulina,
cuando hay mucha,
↑ su expresión.
Transportador de
fructosa.
AFINIDAD DE LOS GLUTS POR LA GLUCOSA
La afinidad de los gluts por la glucosa difiere ya que las
condiciones en los que cada tejido va a captar la glucosa
son distintos.
GLUT 1 y GLUT 3
tienen
Km
aproximado de
1mM.
(alta
afinidad) por lo
que aun ante
valores bajos de
glucosa
pueden
seguir captándola.
GLUT 2 tiene Km elevado de 15 a 20 mM. (baja afinidad) lo que
quiere decir es que a niveles bajos de glucosa no va a incorporarla
(se relaciona con la función del hígado de regulador de glucemia)
El GLUT 4 es el único GLUT que es sensible a hormonas (a la insulina).
3
VALORES PARA RECORDAR
Glucemia posprandial: 7,5 mM
Glucemia normal en ayuno: 4,5 mM
Hipoglucemia: 2,2 mM
3 POSIBLES DESTINOS DE LA GLUCOSA:
La glucosa dentro de la célula es fosforilada a G-6-F para evitar que salga de la célula, y puede entrar a tres
vías metabólicas distintas:
1- Glucolisis: provee fuentes de ATP, las células con mitocondrias la oxidan hasta obtener CO2 y H2O
vía glucolisis y ciclo de Krebs. Las que no tienen mitocondria (GR) utilizan la vía anaeróbica.
2- vía de las pentosas-5P: también es reacción de oxidación que genera NADHP como poder reductor
el cual se utiliza en reacciones biosintéticas para prevenir el daño por oxidación en las células y
también como precursores de nucleótidos
3- Gluconeogénesis: puede convertirse en UDP-glucosa para generar moléculas de glucógeno, que es
una manera de almacenar la glucosa.
GLUCOLISIS
Es una vía en la cual una molécula de glucosa (6C) es degradada por una serie de reacciones enzimáticas,
para dar dos moléculas de piruvato (3C).
Se produce ATP y NADH.
Es una vía central en el citosol de todos los tejidos del organismo.
Constituye la única fuente de energía en GR, medula renal, cerebro y espermatozoides.
La glucolisis tiene 10 pasos que podemos dividir en dos fases:
•
•
FASE PREPARATORIA: se invierte ATP para aumentar la G de los intermediarios. La glucosa es
fosforilada dos veces y pasa a ser fructosa 1,6 bifosfato y se degrada en dos fosfato triosas:
dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehido 3P
FASE DE RECUPERACION: genera 4 ATP, 2 NADH y 2 piruvato (3C).
PASOS DE LA GLUCOLISIS:
1. Fosforilacion de la glucosa
Punto clave de regulación del metabolismo de la glucosa. Es irreversible. Se da gracias a la transferencia de
un fosfato del ATP a la glucosa y esta catalizada por la
GLUCOQUINASA
HEXOQUINASA
enzima hexoquinasa.
En tejidos
En hígado
La fosforilacion de la glucosa determina su utilización
extrahepáticos
Km= 10mM
Km=0,1 mM
metabólica ya que al ser fosforilada no puede
Baja
afinidad
Alta
afinidad
transportarse al exterior de la célula. Es exergónica.
Inhibida por F-6-P
Inhibida por producto:
ΔG’°= -16,7 kJ/mol.
NO inhibida por G6P
Glu-6-P
4
2. Isomerización de la glucosa
Es una reacción reversible donde la G-6-P se isomeriza a F6-P gracias a la acción de la P-hexosa isomerasa, es clave
este reordenamiento de los carbonilos y oxidrilos del C1 y
C2 para los siguientes pasos. ΔG’°= 1,7 kJ/mol.
3. Fosforilacion de la frutosa-6-P
Es el principal punto de regulación de la glucolisis, es una
reacción irreversible. ΔG’°= -14,2 kJ/mol. Donde la F-6-P es
fosforilada a F-1,6-biP por la acción de la enzima Pfructoquinasa-1 (PFK1). Esta enzima presenta isoformas
4. Lisis de la F-1,6-biP
La F-1,6-biP se rompe por la acción de la aldolasa en
dos compuestos: dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y
el gliceraldehido 3P. ΔG’°= -23,8 kJ/mol.
5. Conversión DHAP en G3P
Solo el gliceraldehido 3 P puede ser degradado en las siguientes
reacciones de la glucolisis es por esto que a la DHAP se la convierte
en GA3P, mediante la acción de la enzima isomerasa triosa fosfato. (El
enediol es un intermediario transitorio). ΔG’°= -7,5 kJ/mol.
6. Fosforilacion de G3P
A partir de Pi y gracias a la acción de la enzima gliceraldehido 3P deshidrogenasa, que lo que hace es oxidar
al grupo aldehído del GA3P transfiriendo los electrones al NAD (mediante la reducción de un NAD + a
NADH + H+) y se consigue un 1,3 bifosfatoglicerol (1,3-BPG). ΔG’°= 6,3 kJ/mol. El enlace de alta energía en
posición 1 es el punto de inicio de la fosforilacion a nivel de sustrato que se da en el siguiente paso.
5
7. Fosforilacion de ADP y desfosforilación de 1,3 BPG
Ocurre una fosforilacion a nivel de sustrato (formación de ATP por transferencia
del grupo fosforilo a partir de un sustrato, sin la presencia de O2). Esta
fosforilacion implica enzimas solubles e intermediarios químicos . La
fosforilacion ligada a la respiración implica enzimas ligadas a la membrana y un
gradiente transmembrana de protones. La energía del enlace es suficientemente
elevada para que sea favorable su transferencia al ATP. Esta reacción esta
catalizada por la P-glicerato quinasa. Obtenemos 3-P-glicerato y ATP. Es una
reacción reversible. ΔG’°= -18,5 kJ/mol.
8. conversión de 3-fosfoglicerato (3-PG) a 2-PG
Esta reacción es catalizada por la fosfoglicerato mutasa, que
transfiere el fosfoester de la posición 3 (de baja energía) a la
posición 2 para transformarlo en un enlace de alta energía.
ΔG’°= 4,4 kJ/mol.
9. Deshidratación de 2-PG
Esta reacción se complementa con la reacción anterior. A partir de
2-PG se forma fosfoenolpiruvato (PEP) a partir de la encima enolasa,
con pérdida de una molécula de H2O. ΔG’°= 7,5 KJ/mol.
10. Fosforilacion de ADP y desfosforilación del PEP
Es una reacción irreversible y de fosforilacion a nivel del sustrato. El enlace fosfato de alta energía puede ser
transferido al ADP, catalizado por la piruvato quinasa y el PEP pasa a formar el piruvato.
Otros monosacáridos pueden ingresar a la glucolisis una vez que son convertidos en intermediarios de la
misma:
•
•
•
6
Manosa: que es convertida a M-6-P y luego a F-6-P
Galactosa que se fosforila a Gal-1-P luego a UPD-Gal → UPD-Glu → Glu-1-P y finalmente a Glu-6-P
Fructosa que se fosforila a F-1-P y luego por acción de la aldolasa obtenemos DHAP y
gliceraldehido 3 P.
RENDIMIENTO DE LA GLUCOLISIS
Glucosa + 2 ATP + 2 NAD+ + 4 ADP +
2 Pi
2 piruvato + 2ADP + 2 NADH + 2H+ + 4
ATP + 2 H2O
BALANCE NETO
Glucosa + 2 NAD+ + 2ADP + 2 Pi
2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP
+ 2 H2O
El NADH se reoxida continuamente a
NAD+ + H+ con el fin de contar con un
aceptor de electrones para la reacción
N°6 de la glucolisis.
Existen dos rutas alternas para la
reoxidación del NADH citosólico:
•
•
Aeróbica: implica lanzaderas que transfieren equivalentes de reducción a la cadena respiratoria.
Anaeróbica: donde el NADH es oxidado en el
citosol por la lactato deshidrogenasa reduciendo el
piruvato a lactato.
CATABOLISMOS
CONDICIONES.
DEL
PIRUVATO
EN
DIFERENTES
Puede seguir 3 caminos:
1. En presencia de O2 o aerobiosis continua su
oxidación a acetil-coA e ingresa en el ciclo de
Krebs.
2. En condiciones sin O2 o anaerobiosis, se va a
convertir en lactato (fermentación láctica), ocurre
en GR, musculo en contracción vigorosa y
microorganismos.
3. Transaminación a alanina por transaminasas.
7
FERMENTACION LACTICA
Regeneración del NAD+ en anaerobiosis, donde el
piruvato de la glucolisis se reduce a lactato por la
lactato deshidrogenasa. Se regenera el NAD+ que es
necesario para la glucolisis.
ΔG’°= -25,1 kJ/mol.
DESCARBOXILACION OXIDATIVA DEL PIRUVATO
Sucede en las mitocondrias.
Catalizada por un complejo enzimático llamado piruvato deshidrogenasa (PDH) y sus tres partes:
•
•
•
E1: piruvato deshidrogenasa (descarboxilación).
E2: dihidrolipoil transacetilasa (oxidación)
E3: dihidrolipoil deshidrogenasa (formación del acetil-CoA)
También requiere 5 distintas coenzimas o grupos prostéticos diferentes como:
•
•
•
•
•
TPP (tiamidapirofosfato)
FAD (flavina adenina dinucelotido)
Coenzima A (Co-A)
NAD (Nicotinamida adenina dinucleótido)
Lipoato
4 vitaminas esenciales que son importantes componentes del sistema:
•
•
•
•
Tiamina en TPP
Rivoflavina en FAD
Nicotinamida en NAD
Pantoteato en CoA
La reacción global es:
Piruvato + CoA + NAD+ → Acetil CoA + NADH +CO2
8
Paso 1
El piruvato reacciona con la TPP de la E1 dando una descarboxilación y formando el derivado hidroxietilo. El
C1 del piruvato se elimina en forma de CO2 y el C2 pasa de ser un grupo aldehído se une al TPP en forma
de grupo hidroxietilo. Este paso es el más lento por lo que limita la velocidad de la reacción global.
Paso 2
También interviene E1, se transfieren 2 e- y el grupo acetilo (C=O) desde el TPP hasta la forma oxidada del
grupo lipoil lisina de la E2, formándose el grupo acil lipoil lisina reducida.
Paso 3
Es una transesterificación en el que el grupo SH del coa completa los dos SH del grupo lipoil lisina para que
quede totalmente reducida y el coa se una al grupo acetil formando el acetil coA.
Paso 4
La E3 transfiere dos H del grupo lipoilo de la E2 al FAD de E3 formando FADH2.
Paso 5
FADH2 transfiere un H al NAD+ formando NADH + H+.
Estos dos últimos pasos son necesarios para la regeneración de la forma oxidada (disulfuro) del grupo
lipoilo de E2 preparando así al complejo enzimático para otro ciclo.
RENDIMIENTO
ENERGETICO
DE
OXIDACION DE UNA MOLÉCULA
GLUCOSA POR VIA AEROBICA
PROCESO
Glucolisis
Oxidación
piruvato x2
LA
DE
PRODUCTO
2 NADH
(citosólico)
2 ATP
ATP
3o5
(lanzaderas)
2
2 NADH (mit)
5
6 NADH (mit)
2 FADH2
2 ATP o 2 GTP
Total x glucosa oxidada
Oxidación
Acetil CoA
15
3
2
~30 o 32
GLUCONEOGÉNESIS
Es la vía inversa de la glucolisis. Se forma glucosa
de precursores que no son carbohidratos.
a partir
Se da 90% en el hígado bajo situación de ayuno y
riñón.
10% en
9
Todas las reacciones de la gluconeogénesis son reversibles excepto 3 de ellas (reacciones de rodeo):
•
•
•
Conversión de piruvato a fosfoenol piruvato por la piruvato carboxiquinasa.
Conversión de F-1,6-biP en F-6-P por la fructosa 1,6 bi fosfatasa
Conversión de G-6-P a glucosa por la glucosa-6-fosfatasa.
Los precursores más importantes de glucosa en el ser humano son: lactato, glicerol y los Aa (especialmente
alanina).
PRECURSORES GLUCONEOGENICOS:
Todos estos se convierten en piruvato o en algún
intermediario de la glucolisis.
Formación de fosfoenol piruvato (PEP) a partir de piruvato vía oxalacetato.
Esta conversión requiere de dos reacciones exergónicas:
1. Piruvato + HCO3- + ATP → oxalacetato + ADP + Pi
2. Oxalacetato + GTP → PEP + CO2 + GDP
En primer lugar, el piruvato ingresa a la mitocondria o se
genera en esta a partir de la alanina por una
transaminación en la cual se elimina el grupo α amino de
la alanina (que forma piruvato) y se adiciona a un α
cetoácido carboxílico.
Una vez en la mitocondria el piruvato + bicarbonato sufre una carboxilación catalizada por la piruvato
carboxilasa (exclusiva de la mitocondria, requiere biotina) en la que se obtiene oxalacetato.
Este oxalacetato se transforma en el fosfoenolpiruvato por acción de
la fosfoenol piruvato carboxiquinasa.
El oxalacetato no tiene transportadores en membrana entonces se
transforma en L-malato ya que este si puede atravesar la membrana.
Esta conversión se da de la siguiente manera:
Oxalacetato + NADH + H+ → L-malato + NAD+
Y esta catalizado por la malato deshidrogenasa a expensas de NADH.
El malato abandona la mitocondria y en el citosol se reoxida a
oxalacetato con producción de NADH citosólico:
Malato + NAD+→ oxalacetato + NADH+ + H+
Este oxalacetato entonces se convierte en PEP por acción de la
10
fosfoenolpiruvato carboxiquinasa. (hay una PEPcarboxiquinasa mitocondrial y otra citosólica.)
La proporción de NAD es citosólico < mitocondrial
Hay que recordar que el oxalacetato se puede transformar
en aspartato también.
Los pasos restantes de la gluconeogénesis se dan en el
citosol. Se forma gliceraldehido 3-P a partir del piruvato.
SEGUNDO RODEO
En la conversión de F-1,6-biP en F-6-P interviene la fructosa 1,6 bi-Pasa. Esta reacción no es la inversa de la
PFK-1 (no se forma ATP con el Pi que sale ya que tiene una unión de baja energía).
La próxima reacción es F-6-P que se isomeriza a G-6-P por acción de la misma isomerasa que en la
glucolisis.
TERCER RODEO
Es la conversión de G-6-P en glucosa, a partir de la desfosforilación catalizada por la glucosa-6-Pasa,
hidroliza al ester fosfato. Esta enzima la
encontramos en la cara de la luz del RE de
los hepatocitos y de las células renales y
epiteliales del intestino delgado, por lo
tanto, son los únicos tejidos que pueden
dar glucosa a la sangre.
Esta enzima también se usa para degradar glucógeno
en glucosa (glúcidos II)
Localización y participación de la G-6-Pasa en la
regulación de la glucemia.
11
Esta enzima necesita la presencia de una proteína estabilizadora que une Ca2+.
Es necesaria también la utilización de transportadores específicos de G-6-P (T1) así como de Pi (T2) y
glucosa (T3). La glucosa sale de la célula vía GLUT 2.
BALANCE TOTAL DE LA GLUCONEOGENESIS
La estequiometria de la gluconeogénesis es:
2 piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O → glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NADH+ + H+
ΔG=-9 Kcal/mol
Mientras que lo inverso de la glucolisis seria:
2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + H2O → glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ + 2 H+
ΔG=20 Kcal/mol
El coste extra de la gluconeogénesis es de 4 moléculas de alto potencial de transferencia de grupos
fosforilos (2 ATP y 2 GTP): se usa la energía del ATP y GTP para convertir una reacción energéticamente
desfavorable como es la reacción inversa de la glucolisis (ΔG=20 Kcal/mol) en una reacción
energéticamente favorable (ΔG=-9 Kcal/mol).
REGULACION DE LA GLUCOLISIS Y GLUCONEOGENESIS
REGULACION METABOLICA
El flujo a través de una reacción catalizada por una enzima puede modularse mediante cambios en el N° de
moléculas de una enzima o cambios en la actividad catalítica de las enzimas ya existentes.
Estos cambios ocurren en respuesta a distintas sits metabólicas.
El N° de molecs de enzimas en una célula está en función de las velocidades relativas de síntesis y
degradación de estas enzimas. La estabilidad de los ARNm o su resistencia a las ribonucleasas celulares es
variable
Otra manera de regular la actividad de una enzima es secuestrar o reclutar la enzima y/o su sustrato en
compartimientos diferentes.
Los cambios alostéricos se dan por cambios en la concentración local de un sustrato de una ruta metabólica
particular (por ej.: glucosa) o un producto de la ruta (por ej. : ATP) o un cofactor (NAD) los cuales son
indicadores del estado metabólico de la célula. Los segundos mensajeros (AMPc o Ca2+) pueden intervenir
en la regulación alostérica.
En la regulación covalente algunas enzimas se interconvierten de manera reversible entre su forma activa
en inactiva (ppalmente por fosforilacion/desfosforilación). Las enzimas también pueden asociarse con
enzimas reguladoras aumentando o disminuyendo su actividad.
12
FACTORES
QUE
AFECTAN
ACTIVIDAD ENZIMATICA
LA
La act total de una enzima puede cambiarse
mediante la alteración del número de sus moléculas
o su act efectiva en un compartimiento celular (1-6)
o modulando la act de las molecs existentes (7-10).
Entre estos últimos pasos vemos la activación de la
enzima ante el sustrato (7) luego la enzima une un
efector alostérico (8), puede también la enzima
experimentar modificación covalente (9) por ej. por fosforilacion que pueden tanto activar como desactivar
la enzima. El paso 10 muestra cómo puede combinarse con una proteína reguladora.
PRINCIPIOS DE LA REGULACION HORMONAL
Cambios en la [glucosa] generan ↑ en la expresión de alguna hormona que se une a los receptores
desencadenando una cascada de señalización que puede terminar en la inducción de la expresión génica
(largo plazo) o la fosforilacion de las proteínas (corto plazo).
Estas hormonas pueden ser:
•
•
•
Glucagón: en rta a la disminución de la glucemia. A mayor [glucosa] en sangre, menos glucagón y
viceversa. Promueve la formación de glucosa a través de la glucogenólisis y gluconeogénesis
(síntesis de glucosa mediante precursores). También promueve la movilización de AG del tejido
adiposo.
Adrenalina: en rta a stress o actividad intensa. Aparece en rta al ayuno y tiene efecto opuesto a la
insulina (hormona contrarreguladora)
Insulina: en rta al ↑ de la glucemia. La insulina es liberada por las células β pancreáticas ante la
ingesta de glúcidos, promoviendo la glucosa como combustible y también almacenándola como
grasa y glucógeno. Tiene una importante función anabólica. También es importante recordar que
incrementa la síntesis de proteínas y crecimiento celular. Sus concentraciones disminuyen a medida
que los tejidos absorben y utilizan la glucosa. En ese momento aparece el glucagón como una
hormona contrarreguladora, y decrece en rta a la ingesta de carbohidratos.
La insulina y el glucagón mantienen las [glucosa] en sangre ~ 90mg/dL (5mM), a pesar de que la ingestión
de carbohidratos varíe durante el día.
Son importantes en la regulación del metabolismo de carbohidratos, lípidos y aminoácidos. Regulan el
almacenamiento y el movimiento del combustible del organismo.
3 puntos de regulación:
1. Conversión de glucosa → G-6-P
13
2. Conversión F-6-P→F-1,6-biP
3. Conversión PEP → piruvato
REGULACION DE LA GLUCOLISIS
Hexoquinasa
Fosfofrutokinasa 1 (PFK1)
Piruvato quinasa
Catalizan
reacciones
alejadas del
equilibrio
A. REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LA HEXOQUINASA
Regulación hexoquinasa I (muscular)
Posee inhibición alostérica por el producto de la
reacción: glucosa-6-fosfato. Km: 0,1 mM (alta
afinidad). A bajas concentraciones de glucosa en
sangre ya puede activarse. Se encuentra saturada
funciona a Vmax a valores normales de glucosa en
sangre. No puede responder a un aumento de
glucosa sanguínea.
Regulación glucokinasa (o hexoquinasa IV hepatica)
No es inhibida por el producto de la reacción (G-6P) sino por la F-6-P que siempre se encuentra en
equilibrio con la G-6-P por acción de la glucosa
isomerasa.
Km=10mM (baja afinidad) es decir que va a actuar
cuando los niveles de glucosa en sangre sean altos.
No se satura por la [glu] sanguínea (5mM), por lo
que puede seguir funcionando a niveles más altos
de glucosa, contribuyendo así a la función del
14
y
hígado de mantener la glucemia. Cuando aumenta la [glucosa] en sangre también aumenta su actividad.
También puede ser regulada por compartimentalización.
Esto significa que cuando la [F-6-P] en el hígado es elevada, hay una
proteína reguladora capaz de reclutar a esta enzima y la lleva al núcleo.
Sin embargo, si la [F-6-P] en el hígado es baja, la proteína libera la
enzima al citosol haciendo posible la fosforilacion de la glucosa a G-6-P.
Si hay mucha glucosa en sangre por la ingesta de una comida con
glúcidos, a glucosa llega al hepatocito por GLUT 2 y se promueve la
disociación de la glucokinasa con la prote reguladora, haciendo que la
glucokinasa entre al citosol y catalice la conversión de glucosa en G-6P. En cambio, en situación de ayuno cuando los niveles de glucosa en
sangre son bajos (<5mM) la F-6-P inhibe la acción de la glucokinasa
reclutándola al núcleo por la proteína reguladora.
B. REGULACION DE LA FOSFOFRUCTOSA KINASA 1 (PFK 1)
Esta enzima cataliza la reacción limitante de la velocidad de la vía ya que los metabolitos en este punto se
comprometen a seguir la vía glucolítica.
Regulación por efectores alostéricos:
Moduladores positivos:
•
•
AMP: compuesto determinante de baja energía
Fructosa 2,6 biP
Responde a los niveles de glucagón (baja [glucosa]) e insulina (alta [glucosa]) que reflejan los niveles de
glucosa en sangre.
Es sintetizada a partir de la fructosa-6-P por la enzima bifuncional fosfofructokinasa2/fructosa 2,6bifosfatasa (PFK-2/Fru 2,6biPasa).
15
Tiene dos funciones: una kinasa y una fosfatasa.
Cuando se activa la función kinasa se sintetiza F-2,6-biP mediante gasto de ATP para poder modular de
manera alostérica positiva a la PFK1.
Cuando se activa la parte fosfatasa, se elimina un fosfato y se obtiene F-6-P, entonces no puede modular a
la PFK1 y la glucolisis no progresa.
REGULACION DE LA PFK-2/Fru 2,6-biP
En el hígado la fosforilacion mediada por AMPc-PKA (glucagón) disminuye los niveles de F-2,6-biP y en
consecuencia inhibe la glucolisis.
La unión del glucagón con su receptor activa la vía del AMPc que activa a su vez a la PKA que va a fosforilar
a la parte quinasa de la enzima bifuncional inactivándola y activando la parte fosfatasa. Haciendo que la F2,6-biP se convierta a F-6-P y por lo tanto no haya estimulación de la PFK1.
La insulina activa una vía que activa una fosfatasa que retira el fosfato a la parte quinasa de la enzima
bifuncional activándola, e inhibiendo la parte fosfatasa. De este modo la enzima bifuncional va a catalizar la
conversión de F-6-P a F- 2,6-biP, estimulando la acción de la PFK y permitiendo así la progresión de la
glucolisis.
Es decir: si esta fosforilada la kinasa esta inactiva y esta activa la fosfatasa. Si la kinasa no está fosforilada
esta activa y esta inactiva la fosfatasa.
Moduladores negativos:
•
•
•
ATP
Citrato
H+
C. REGULACION DE LA PIRUVATO KINASA
Posee regulación alostérica y por modificación covalente. Es también una enzima inducible lo que significa
que se induce su transcripción génica cuando la situación metabólica lo requiera.
Moduladores positivos:
16
•
Fructosa 1,6 biP
Moduladores negativos:
•
•
•
•
ATP
Alanina
Acetil-CoA: este puede provenir de la oxidación de AG, también su acumulación significa que no
entra a ciclo de Krebs entonces no necesitamos más piruvato que entre en la descarboxilación
oxidativa.
AG de cadena larga.
Modificación covalente:
Cuando la piruvato kinasa esta fosforilada esta menos
activa. Los niveles bajos de glucosa en sangre, es decir
la presencia de glucagón activa la PKA que fosforila a
la enzima, inactivándola y así inhibiendo la glucolisis,
Cuando la piruvato kinasa esta desfosforilada esta
más activa. Ante niveles altos de glucosa en sangre, es
decir en presencia de insulina, se activa una
fosfoproteína fosfatasa que desfosforila la piruvato
kinasa volviéndola más activa, estimulando la
glucolisis.
Esto impide que el hígado no consuma glucosa
cuando hay glucosa baja en sangre.
En el musculo hay una isoforma distinta que se activa
cuando esta fosforilada ante la presencia de adrenalina.
REGULACION DEL COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA
Puede ser covalente:
Activan a la quinasa:
•
•
•
↑ NADH/NAD+
↑ acetilCoA/CoA
↑ ATP/ADP
Activan a la fosfatasa:
•
•
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Inhiben a la quinasa:
↑ Ca2+ (musculo)
• ↑ ADP
Vía insulina (hígado y T adiposo)
• ↑ piruvato
O puede ser alostérica:
Moduladores negativos PDH:
•
•
Acetil coA
NADH
Cuando la glucolisis esta activa, la gluconeogénesis se inactiva, estas dos vías tienen un control
reciproco para disminuir ciclos fútiles (pointless).
Cuando el nivel de energía de las células es alto (mucho ATP) se inactiva la glucolisis y el piruvato etc
deben ser utilizados para la síntesis y almacenamiento de glucosa.
Cuando el nivel de energía de las células es bajo (poco ATP) la glucosa debe ser degradada
rápidamente para obtener energía.
¿Qué reacciones de la vía se espera que sean reguladas recíprocamente? Son 3:
1. Piruvato →fosfoenolpiruvato
2. F 1,6 biP → F-6-P
3. G-6-P → Glucosa
REGULACION DE LA GLUCONEOGENESIS
Las enzimas involucradas en la regulación de la
gluconeogénesis no son las mismas que las que
catalizan los pasos inversos en la glucolisis.
Los pasos de la glucolisis o gluconeo dependen de la
cantidad relativa de estas enzimas.
1. Piruvato →fosfoenolpiruvato
El piruvato es un sustrato clave para la
gluconeogénesis. El acetil coA que se produce por la
oxidación de los AG, activa la piruvato carboxilasa de
esta manera el piruvato derivado de la alanina o del
lactato se convierte en oxalacetato, así el aumento del
acetil coA hace que disminuya la actividad de la PDH
para discontinuar la glucolisis, pero activa la piruvato
carboxilasa para promover la gluconeogénesis.
La fosfoenolpiruvato carboxilasa (PEPSK) cataliza la conversión de oxalacetato en PEP y es una enzima
inducible lo que quiere decir que su cantidad en la célula aumenta debido al aumento de la transcripción
de su gen, aumentando la transcripción de su ARNm. Un inductor muy importante es el AMPc que ↑ por la
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presencia de, por ejemplo, glucagón y adrenalina. El AMPc activa PKA por eso es que la PKA fosforila
factores de transcripción específicos que estimula la expresión de la PEPSK.
En glucolisis, cuando ↑ glucagón la PKA fosforila a la piruvato kinasa inactivándola, entonces el PEP no se
convierte en piruvato.
2. F 1,6 biP → F-6-P
En este caso, la enzima que cataliza esta conversión es la fructosa 1,6 biP. Se previene un ciclo fútil porque
en las condiciones que favorecen a la gluconeogénesis la concentración de compuestos que activa a la
PFK1, de la glucolisis están disminuidos. También el AMP y la F-2,6-biP son inhibidores alostéricos de la F1,6-biPasa.
3. G-6-P → Glucosa
Esta conversión es catalizada por la glucosa-6-fosfatasa. La glucokinasa que cataliza la reacción inversa en la
glucolisis, es prácticamente inactiva porque su km es alto por lo que su afinidad es baja, y la [glucosa] es
baja en sangre en el ayuno.
TRANSPORTE DE EQUIVALENTES DE OXIDO REDUCCION ENTRE MITOCONDRIA
Y CITOSOL.
•
•
•
•
[NADH]citosol <<< [NADH]mitocondria
La membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH
¿Cómo se reoxida a NAD+ el NADH generado en la glucolisis?
¿De dónde proviene el NADH necesario para la gluconeogénesis?
En el citosol tiene que haber cierta concentración de NADH (reducido) para contar con un aceptor de
electrones para la reacción 6 de glucolisis. Hay dos vías una aeróbica en donde se emplea el sistema de
lanzaderas y otra anaeróbica en la cual la lactato deshidrogenasa es la que reduce el piruvato a lactato
obteniendo NAD+ + H+ (oxidado). Si la [NAD+ + H+] es alta en el citosol implica que la [NADH] en citosol es
baja con respecto a las mitocondrias donde es alta.
El NADH tiene que entrar a la mitocondria, luego oxidarse por fosforilacion oxidativa → ¿COMO?
•
Lanzadera malato/aspartato (hígado, riñón, corazón).
Los equivalentes de reducción de NADH
citosólico se transfieren en primer lugar al
oxalacetato citosólico obteniéndose malato
por acción de la malatodeshidrogenasa
citosólica. El malato pasa por la membrana
interna mediante el transportador de malato
α cetoglutarato, dentro de la matriz los eq
de reducción pasan por acción de la malato
deshidrogenasa mitocondrial al NAD+
formándose NADH + H+. En este proceso se
generan unas 2,5 moléculas de ATP. El
oxalacetato no puede pasar directamente al
citosol, primero se transamina a aspartato
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que, si puede salir a través del trasportador glutamato/aspartato y en el citosol se regenera por una
reacción de transesterificación, completando así el ciclo.
•
Lanzadera Glicerol-3-P/DHAP (musculo y cerebro)
Esta lanzadera cede los equivalente de reducción desde el
NADH + H+ a la ubiquinona y de la ubiquinona al complejo
III de la cadena respiratoria. En el citosol la
dihidroxiacetona fosfato(DHAP) acepta dos equivalentes de
reducción del NADH + h+ en una reacción catalizada por la
glicerol-3P-deshidrogenasa citosólica. Una isoenzima de
esta está ubicada sobre la parte externa de la membrana
interna de la mitocondria y se llama glicerol-3Pdeshidrogenasa mitocondrial y transfiere dos eq de
reducción desde el glicerol 3 P a la ubiquinona, con lo que
solo proporciona energía para la formación de 1,5
moléculas de ATP por par de electrones.
RELACIONES INTERTISULARES EN LA SINTESIS HEPATICA
DE LA GLUCOSA
1- CICLO GLUCOSA-ALANINA
a. En musculo: transaminación de piruvato para producir alanina,
que viaja al hígado por el torrente sanguíneo.
b. En hígado: transaminación de alanina a piruvato que pasa a
gluconeogénesis
La glucosa producida se libera al torrente sanguíneo
Este proceso ayuda a mantener el balance de nitrógeno (se transporta
NH4+ al hígado).
2- CICLO DE CORI
Los musc esqueleticos en contraccion vigorosa actuan
de manera anaerovica produciendo piruvato y lactato
a partir de la glucolisis. El lactato liberado es captado
por otros tejidos (higado, corazon musc esq) y
oxidado de nuevo a piruvato. En el higado este
piruvato se usa para sintetizar nuevamente glucosa
por gluconeogenesis, y es devuelta a la sangre.
Esta circulacion de lactato y glucosa es conocido
como ciclo de Cori.
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