Conversión del glucoso 6 fosfato en otras hexosas

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1 BIOSINTESIS DE LOS CARBOHIDRATOS TABLA DE CONTENIDO Introducción Justificación Objetivos Síntesis del glucoso fosfato a partir del ácido pirúvico Regulación de la ruta que va desde el piruvato al glucoso fosfato Glucogénesis a partir de intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico Glucogénesis a partir de aminoácidos Glucogénesis a partir del acetil CoA vía ciclo glioxilato Formación fotosintética de las hexosas por reducción del dióxido de carbono Síntesis del glucógeno y del almidón Conversión del glucoso fosfato en otras hexosas Conclusiones 1

2 Bibliografía INTRODUCCIÓN La biosíntesis de la glucosa y de otros carbohidratos, a partir de precursores sencillos, es uno de los procesos biosintéticos más importantes, que llevan a cabo los organismos vivos. En estos procesos se destacan como precursores el glucoso fosfato, el ATP, el acetil CoA y el dióxido de carbono; estos son importantes tanto en plantas como animales para realizar los diferentes procesos de biosíntesis de carbohidratos. OBJETIVO GENERAL Interpretar, aprender y diferenciar el proceso de la biosíntesis de los carbohidratos de los demás procesos de los organismos y comprender todas sus fases de conversión. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar los diferentes procesos de la biosíntesis de los carbohidratos. Interpretar todas las formulas que hacen posible estos procesos de biosíntesis. Diferenciar los diferentes precursores de la síntesis de los carbohidratos. Síntesis del glucoso fosfato a partir del ácido pirúvico: La conversión del glucoso fosfato en piruvato constituye una ruta central da la degradación de los carbohidratos, en la mayoría de los organismos; pueden ser aeróbias o anaeróbias. Y el proceso inverso del piruvato en glucoso fosfato constituye una ruta central en la biosíntesis (monosacáridos y los polisacáridos), tanto en los animales como en las plantas. Monosacárido: carbohidrato que contiene un solo azúcar sencillo. Polisacárido: macromoléculas lineales o ramificadas por muchas unidades de monosacáridos, unidades entre sí, por enlaces glucosídicos. La formación de carbohidratos a partir de aminoácidos y ácido láctico se denomina gluconeogénesis, lo cual significa formación de nuevo azúcar. Los vegetales también utiliza la ruta entre el piruvato y el glucoso fosfato pata dar origen a hexosas a partir del CO2. La mayor parte de las etapas reaccionales de la ruta biosintética están catalizadas por enzimas del ciclo 2

3 glucolítico; en la ruta glucolítica normal existen tres etapas irreversibles las cuales no se utilizan en la transformación del piruvato en glucosa. Biosintéticamente esas etapas son sobrepasadas mediante reacciones alternativas, que son de beneficio para la síntesis. La primera de las etapas es la conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato, es lógico que no pueda realizarse por inversión directa de la reacción de la piruvatoquinasa, debido a su enorme cambio positivo de energía libre estándar que esta posee. Piruvato + ATP fosfoenolpiruvato + ADP Gº = +7.5 kcal En vez de esto, la fosforilación del piruvato se consigue mediante un proceso de reacciones de rodeo, implica la ayuda de enzimas, tanto del citoplasma como de los mitocondrios. El primer eslabón esta catalizado por el piruvato carboxilasa de los mitocondrios. Piruvato + CO2 + ATP _acetil CoA oxalacetato + ADP + Pi La piruvato carboxilasa es una enzima reguladora y es inactivo en ausencia de su modulador positivo, el acetil CoA. El oxalacetato es formado a partir del piruvato, reducido a malato en los mitocondrios, a expensas del NADH NADH+ H+ + oxalacetato NAD+ + malato Después del malato difunde al exterior del mitocondrio y al citoplasma que lo rodea, es donde resulta reoxidado por la forma citoplasmática de la malato deshidrogenasa NAD dependiente, rindiendo oxalacetato extramitocondrial. Malato + NAD+ oxalacetato + NADH + H+ Sobre el oxalacetato actúa la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa rindiendo fosfoenolpiruvato, en una reacción en la que el trifosfato de guanosina (GTP) actúa como donador de fosfato. Oxalacetato + GTP fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP Ahora escribimos la ecuación global de la senda Bypass, con la que se forma fosfoenolpiruvato a partir del piruvato. Piruvato + ATP + GTP fosfoenolpiruvato + ADP + GDP + Pi Reacciones de rodeo (Bypass) en la síntesis de la glucosa, y de la glucosa y del glucogeno, a partir del piruvato. Fructuoso 1, difosfato + H2O fructuoso 3

4 fosfato + Pi Gº = 3.9 kcal Se trata de una enzima regulador que es fuertemente inhibido por los moduladores negativos AMP o ADP El glucoso fosfato dispone de varios destinos posibles. En el hígado de los vertebrados rinde la glucosa libre de sangre. Esto no ocurre por inversión de la reacción de la hexoquinasa sino por acción de la glucoso fosfatasa que cataliza la siguiente hidrólisis irreversible Glucoso fosfato + H2O glucosa + Pi Gº = 3.3 kcal Esta enzima es característica del retículo endoplasmático del hígado de los vertebrados. La glucosa fosfatosa no se encuentra en los músculos o en el cerebro. Si sumamos las reacciones biosinteticas que conducen del piruvato a la glucosa, tenemos la siguiente reacción global: 2CH3COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + H2 glucosa + 2NAD+ + 4ADP + 2GTP + Pi Por cada molécula de glucosa que se forme se consumen seis enlaces de alta energía y se requieren dos moléculas de NADH come reductor. La siguiente ecuación solo es la inversa da la conversión de la glucosa en piruvato. Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ 2CH3COCOOH + 2ATP + 2H+ + 2H2O Para impulsar la formación parte superior, hay que invertir sus enlaces fosfato de elevada energía para proporcionar el empuje suficiente. Regulación de la ruta que va desde el piruvato al glucoso fosfato La figura 17.3 contiene un resumen de los puntos de control del camino que conduce el piruvato al glucoso fosfato. Esta ruta metabólica como en la gran mayoría, su primera etapa es catalizada por un enzima regulador, el piruvato carboxilasa, estimulada por el acetil CoA. Aquí en consecuencia, la síntesis de la glucosa se favorece cuando hay un exceso de acetil CoA mitocondrial, mas del requerido por las células. El punto de control secundario es catalizado por la difosfafructoso fosfatasa, esto también resulta inhibido por el AMP pero a su vez estimulada por ATP. 4

5 Glucogénesis a partir de intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico La ruta anterior, permite también la síntesis neta de la glucosa a partir del piruvato y del fosfopiruvato. El citrato, el isocitrato, el cis aconitato, el oxoglutarato, el succinato y el fumarato son los principales intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico, estos elementos gracias a este ácido pueden experimentar su oxidación a malato. Este malato puede abandonar el mitocondrio y experimentar oxidación a oxalacetato en el citoplasma extramitocondrial, donde se forma el fosfoenolpiruvato, por la acción fosfoenolpiruvato carboxilasa del citoplasma. Glucogénesis a partir de aminoácidos Algunos átomos de carbono de los aminoácidos derivados de proteínas son convertidos por los animales en acetil CoA o en intermediarios del ciclo tricarboxílico. Los aminoácidos precursores del fosfoenelpiruvato y de la glucosa se denominan aminoácidos glucogénicos; estos también penetran en el ciclo del ácido tricarboxílico, son algunos, la alanina, el ácido glutámico y el ácido aspártico. Glucogénesis a partir del acetil CoA vía ciclo glioxilato Las plantas y muchos microorganismos son capaces de efectuar síntesis de carbohidratos con ácidos grasos pasando por el acetil CoA, esto puede ser posible gracias a las reacciones del ácido glixolato. Esto permite que el acetil CoA se convierta en ácido succínico, de acuerdo a la siguiente ecuación. 2 Acetil CoA + NAD+ + 2H2O succinato + 2CoA + NADH + H+ Esta ruta requiere dos enzimas que no se encuentran en los animales superiores. El succinato originado produce oxalacetato, y este a la vez el precursor de fosfoenolpuruvato. Gracias a esto la grasa de las semillas en germinación pasa a convertirse en glucoso. Formación fotosintética de las hexosas por reducción del dióxido de carbono La formación fotosintética de las hexosas a partir del dióxido de carbono constituye un proceso biosintético masivo en las plantas. La energía luminosa absorbida se conserva en las células fotosintéticas. El ATP y el NADH se utilizan, para provocar la reducción de dióxido de carbono y para formar glucoso y otros productos reducidos, esto ocurre en la fase oscura de la fotosíntesis. Síntesis del glucógeno y del almidón El glucoso fosfato no solo es precursor de la glucosa de la sangre, también es precursor de los polímeros de reserva glucógeno y almidón. Primero se convierte en glucoso 1 fosfato; esto es gracias a la fosfoglucomutosa. Conversión del glucoso 5

6 fosfato en otras hexosas Anteriormente se han descrito rutas de conversión del glucoso fosfato en D fructuoso fosfato y en D manoso fosfato. Otra ruta importante es la de la transformación se la D glucosa en D galactosa. Para esto se forma la UDP glucosa; entonces tiene la epimerización enzimática en el carbono 4, de la UDP y así se forma la uridin difosfato galactosa. UDP Glucosa UDP Galactosa La UDP Galactosa constituye un precursor de la síntesis del disacárido lactosa, que se da en la glándula mamaria. Síntesis de los disacáridos lactosa y sacarosa El glucoso fosfato formado por gluconeogénesis es, el principal precursor de varios disacáridos. En los animales las porciones de galactosa, glucosa de la lactosa, azúcar y leche se derivan del glucoso fosfato. GLOSARIO Aerobios: Organismos que viven en oxígeno y lo utilizan. Anaerobios: Organismos que pueden vivir sin oxígeno. Aminoacil sintetasa: enzima que cataliza la activación de un aminoácido. ATP (Adenosin trifosfato): ribonucleótido 5' trifosfato que, en el ciclo energético celular, funciona como donador de grupo fosfato. ATP sintetasa: complejo enzimático de la membrana mitocondrial interna, cuya función consiste en formar ATP, a partir de ADP y fosfato, durante la fosforilación oxidativa. Coenzima A: coenzima que contiene acido pantotenico, y que sirve como portador de grupos acilo en determinados reacciones enzimaticas. Fosforilacion oxidativa: fosforilacion enzimatica del ADP a ATP, acoplada con el transporte electronico, desde el substrato al oxigeno molecular.

7 Glucolisis: tipo de fermentacion por el cual la glucosa se rompe anaerobicamente y rinde dos moleculas de acido lactico. Gluconeogenesis: biosintesis de nuevo carbohidrato, a partir de precursores que no son hidratos de carbonos. Proceso reversible: proceso que se realiza sin cambios de entropia. Entropia: distribucion al azar o desorden de un sistema. 5 7

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