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: • • 17 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 18 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 19 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. 20
0
Puede agregar este documento a su colección de estudio (s)
Iniciar sesión Disponible sólo para usuarios autorizadosPuede agregar este documento a su lista guardada
Iniciar sesión Disponible sólo para usuarios autorizados(Para quejas, use otra forma )