Vía de las fosfato pentosas

Transcripción

1 Vía de las fosfato pentosas 1

2 Vía de las fosfatopentosas - Etapa oxidativa G6P deshidrogenasa G6P NADPH 6-Fosfoglucono-δ-lactona Lactonasa 6-fosfogluconato 6-Fosfogluconato deshidrogenasa NADPH Ribulosa-5-fosfato Vía de las fosfatopentosas - Isomerizaciones en 5C Ribulosa-5-fosfato CH 2 OH O OH OH CH 2 OPO 3 = Intermediario enediol R5P Fosfopentosa isomerasa CHO OH OH OH CH 2 OPO 3 = 2

3 Vía de las fosfatopentosas - Interconversiones de azúcares C 5 + C TK 5 C 3 + C 7 X5P R5P G3P SH7P C 7 + C TA 3 C 4 + C 6 SH7P G3P E4P F6P TK C 5 + C 4 C 3 + C 6 X5P E4P G3P F6P La salida neta de esta serie de intercambios es dos hexosas y una triosa (que pueden entrar en la glucólisis/tca) a partir de tres R5P. En definitiva, cuando hay mayor necesidad de NADPH que de R5P, la R5P se recicla. Vía de las fosfatopentosas - TK & TA La TK y la TA transfieren unidades de 2 y 3 carbonos, respectivamente, a partir de azúcares donadores (que siempre son cetosas) a aceptores (que siempre son aldosas). CH 2 OH C=O CH 2 OH C=O HO-C-H Este hidroxilo DEBE estar en esta configuración, por lo cual la ribulosa-5-p debe ser isomerizada a xilulosa-5-p (por la fosfopentosa epimerasa) antes de poder donar su unidad en la reacción previa. 3

4 El rol de la tiamina pirofosfato. 4

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6 Vía de las fosfatopentosas - Control H H - CONH 2 N O - O-P-O CH 2 O NADPH O N OH NH 2 OH N Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (reducido) - O-P-O O CH 2 N O N NADP + /NADPH es NAD + /NADH es 700. OH O - O-P-O - O En hepatocitos de ratas bien alimentadas. 6

7 Modalidades de funcionamiento de la vía 1- Se necesita más ribosa5p (R5P) que NADPH. La mayor parte de la G6P se tranforma en F6P y G3P vía glucólisis. La transketolasa transforma dos F6P y un G3P en 3 R5P. El total estequiométrico sería: 5 G6P + ATP > 6 R5P + ADP + H + 2- Las necesidades de R5P & NADPH están balanceadas. La serie de reacciones mayoritaria será la que pasa por la vía oxidativa. La estequiometría de esta modalidad será: G6P + 2 NADP + + H 2 O > R5P +2 NADPH + CO 2 3- Las necesidades de NADPH son mucho mayores que las de R5P. En un caso la glucosa es TOTALMENTE oxidada a CO 2. En esta situación tenemos 3 grupos de reacciones de relevancia: A- Una R5P y 2 NADPH se forman por la fase oxidativa. B- R5P se transforma en F6P y G3P por TK y TA. C- Finalmente se forma G6P a partir de F6P y G3P por gluconeogénesis. Estequiometrías 6 G6P + 12 NADP H 2 O 6 R5P + 12 NADPH + 6 CO 2 6 R5P 4 F6P + 2 G3P 4 F6P + 2 G3P + H 2 O 5 G6P + P i G6P + 12 NADP H 2 O 6 CO NADPH + 12 H + + P i 7

8 4- Las necesidades de NADPH son mucho mayores que las de R5P. En este caso alternativo la glucosa se convierte en piruvato. En esta situación se genera NADPH y ATP simultáneamente, y 5 de los 6 carbonos de G6P aparecen en el piruvato, que a su vez puede usarse para generar más ATP (vía TCA) o como precursor en biosíntesis. Estequiometría total 3 G6P + 6 NADPH NAD Pi + 8 ADP 5 piruvato + 3 CO NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H 2 O + 8H+ En conclusión, la mayor demanda de NADPH se da en tejido en el cual se sintetizan lípidos por síntesis reductiva, por lo cual tiene sentido que la vía de las pentosas fosfato es considerablemente más activa en tejido adiposo (en comparación con tejido muscular). Además, no olvidarse que en plantas parte de las reacciones catalizadas por TK participan en la síntesis de novo de azúcares. 8

9 Favismo Fármacos y otros agentes oxidantes. O 2 superóxido + H 2 O superóxido dismutasa H 2 O 2 G6PD 2NADP 2NADPH 2GSH GSSG Glutatión peroxidasa H 2 O La G6PD genera el NADPH que protege al eritrocito contra peróxidos y superóxidos generados por estrés oxidativo. 9

10 Gluconeogénesis 10

11 Flujo general de azúcares en los seres vivos Breve revisión de glucólisis Aquí, por acción de PFK-2 se puede formar F2,6BP DHAP Hexokinasa Fosfoglucosa isomerasa Aldolasa Fosfofructokinasa Glucosa G6P F6P F1,6BP Triosafosfato isomerasa G3P deshidrogenasa Fosfoglicerato kinasa Fosfogliceromutasa Enolasa Piruvato kinasa ATP ATP G3P 1,3BPG 3PG 2PG PEP Piruvato NADH (x2) ATP (x2) ATP (x2) 11

12 Los pasos en que difieren la glucólisis y la gluconeogénesis son, al mismo tiempo, los puntos de regulación y vinculación con otras rutas. (Hexokinasa) G6P fosfatasa Fosfoglucosa isomerasa (Fosfofructokinasa) Fructosa 1,6-Bifosfatasa (En lugar de la piruvato kinasa) Triosafosfato isomerasa Glucosa G6P F6P F1,6BP G3P DHAP Glicerol G3P deshidrogenasa Fosfoglicerato kinasa Fosfogliceromutasa 1,3DPG Enolasa PEP carboxikinasa Piruvato carboxilasa 3PG 2PG PEP Oxaloacetate Algunos AAs (requiere biotina carboxilada por acetilcoa en PC) Lactato Piruvato Algunos AAs 12

13 Los pasos en que difieren la glucólisis y la gluconeogénesis son, al mismo tiempo, los puntos de regulación y vinculación con otras rutas. Piruvato Piruvato CO 2 + ATP ADP Oxaloacetato NAD + + H + Malato NAD + Malato Oxaloacetato Aquí participa la biotina como acarreador de CO 2 de manera análoga a la participación de la TPP en el las reacciones de TK. 13

14 La piruvato carboxilasa depende de la presencia de AcCoA, que la activa alostéricamente, ya que el oxaloacetato es un intermediario (estequiométrico) en gluconeogénesis pero también es un intermediario catalítico en el TCA. Niveles altos de AcetilCoA indican necesidad de oxaloacetato. Niveles altos de ATP permiten que el oxaloacetato se consuma en gluconeogénesis, pero si el ATP está bajo, el oxaloacetato entrará en el TCA tras condensar con AcetilCoA. Anaplerótica - Interviene en gluconeogénesis y TAMBIEN controla niveles de intermediarios del TCA a nivel del oxaloacetato. 14

15 Regulación. Si no hay regulación es posible que la glucólisis (que usa glucosa) y la gluconeogénesis (que la forma) entren en un ciclo fútil. Los niveles de regulación son varios, uno de ellos se basa en la regulación alostérica de la fosfofructokinasa por la F2,6BP (producida por PFK2) 15

16 Tanto el AMP como la F2,6BP estimulan a la PFK, estimulando la producción de ATP vía glicólisis. Concepto de ciclo de sustrato F6P AMP F2,6P Citrato AMP F2,6P Citrato F1,6BP Si los niveles de F2,6BP son bajos, se estimula la acción de la bifosfatasa lo que estimula la gluconeogénesis. Regulación por F2,6BP β-d-fructosa 2,6-bifosfato - Se porduce cuando los niveles de F6P (y por ende la glucosa) son elevados, activando a la PFK y por ende acelerando la glucólisis. Ambas PFK2 (que forma F2,6BP) y FBP2 (que lo transforma en F6P), son parte de la misma proteína bifuncional (53 Kda) que es controlada recíprocamente por fosforilación de una serina. Cuando la glucosa está baja en sangre, el glucagón se secreta y la cascada de señales estimula la fosforilación y ésta a su vez favorece la actividad de la FBPasa2 e inhibe la PFK2, bajando los niveles de F2,6BP y estimulando la gluconeogénesis. Cuando la glucemia se eleva, la enzima se defosforila y la actividad PFK2 predomina, aumentando los niveles de F2,6BP y estimulando la glucólisis. 16

17 Concepto de ciclo de sustrato ATP ADP ATP ADP A 100 B A 120 B P i H 2 O P i H 2 O Salida neta 10 Salida neta 48 Efecto NO LINEAL: Un aumento del flujo (20%) en una dirección resulta en una salida neta mayor (380%) Tanto la PFK2 como la fructosa bifosfatasa 2 (FBP2) son parte de una enzima bifuncional de 53 KDa. En su estado fosforilado (en serina), en respuesta a niveles bajos de glucosa en sangre, la FBPasa2 se activa (hacia gluconeogénesis) y la PFK2 se reprime. Cuando hay niveles altos de glucosa, la PFK2 se activa y activando entonces la glucólisis. 17

18 Gluconeogénesis & glucólisis Control recíproco Piruvato kinasa - Piruvato carboxilasa - PEP carboxikinasa - Fosfofructokinasa - F1,6BP bifosfatasa - Inhibida por ATP Estimulada por F1,6BP Inhibida por ADP Estimulada por acetilcoa Inhibida por ADP Estimulada por AMP Inhibida por F2,6BP 18

19 El ciclo de Cori Las lactato deshidrogenasas son diferentes en diferentes tejidos Cuesta 6 fosfatos Glucosa Glucosa Produce 2 fosfatos Piruvato Sangre Piruvato Lactato Hígado Lactato Músculo COO - C=O + NADH + H + CH 3 COO - H-C-OH + NAD + + H + CH 3 Los aminoácidos como precursores de glucosa Según punto de entrada 19

20 Metabolismo de glucógeno Diagrama de la estructura del glucógeno α-1,4 α-1,6 Gránulos electrón-densos de glucógeno en hepatocitos ( Å) 20

21 Enzimas que participan en la degradación de glucógeno Una buena parte de las enzimas necesarias para la degradación YA están en los gránulos, y son reguladas por fosforilaciones reversibles que aumentan o disminuyen su actividad catalítica en respuesta a señales celulares (camp) Fosforilasa Transferasa α-1,6-glucosidasa Forman parte del mismo polipéptido de 160 Kda. Degradación de glucógeno La G1P entonces es tranformada en G6P por acción de la enzima fosfoglucomutasa, probablemente a través de un intermediario G1,6BP. A su vez, para la formación de glucosa libre, el hígado, a diferencia del músculo, posee una G6P fosfatasa (en el lumen del RE). Ventajas de fosforólisis versus hidrólisis. Costo Difusión de G1P ionizada hacia exterior es baja. 21

22 Participación del piridoxal fosfato Lisina en sitio activo de fosforilasa ε amino (formando una base de Schiff) PLP (derivado de B 6 - piridoxina) 22

23 Síntesis de glucógeno La degradación y la síntesis de glucógeno (y la de casi cualquier otro compuesto) proceden por vías alternas que pueden ser reguladas de manera independiente. Síntesis de glucógeno 1- G6P G1P (fosfoglucomutasa) 2- G1P + UTP UDP-G + PP i (UDP-glucosa pirofosforilasa) 3- PP i + H 2 O 2P i (pirofosfatasa) 4- UDP-G + glucógeno n glucógeno n+1 + UDP (sintasa) 5- UDP + ATP UTP + ADP (nucleósido difosfokinasa) Total G6P +ATP + glucógeno n + H 2 O glucógeno n+1 + ADP + 2P i 23

24 Generación de los precursores del glucógeno Reacción neta: G6P + UTP -----> UDP-glucosa + 2 P i Generación de las cadenas principales (enlaces a-1,4) del glucógeno Glucógeno sintasa 24

25 Generación de las cadenas laterales (ramificaciones, enlaces α-1,6) del glucógeno Se transfieren bloques de aprox. 7 residuos en 1,4 (incluyendo un extremo no reductor y tienen que provenir de una cadena de por lo menos 11 residuos) a un punto de ramificación NO MAS cercano de 4 residuos de otro punto de ramificación. Por lo tanto la "ramificasa" y la "desramificasa" NO catalizan exactamente la misma reacción. Regulación La regulación de síntesis & degradación gira en torno a camp y hormonas. Adrenalina & glucagón son glucogenolíticas (a nivel de músculo e hígado, respectivamente). La insulina, glucogenogénica, sobre todo a nivel de hígado. La armonización entre síntesis & degradación se opera por fosforilación en serina de la fosforilasa por una fosforilasa kinasa (dando fosforilasa a - activa) mientras que una fosforilasa fosfatasa la inactiva por defosforilación (fosforilasa b). 25

26 Cascada de regulación: Regulación 1- Hormonas (epi & glcgn) activan a la adenilato ciclasa. 2- El camp generado activa una proteína kinasa (alostéricamente). 3- La kinasa fosforila a la fosforilasa Y a la sintasa, con efectos opuestos. La primera es ACTIVADA y la segunda INACTIVADA. 4- Los efectos opuestos, mediados también por hormonas en respuesta a niveles de glucosa circulantes, se logran mediante activación de fosfatasas, que directa o indirectamente activan la actividad de fosforilasa revirtiendo la fosforilación mediada por la kinasa. 5- A nivel de hígado, la fosforilasa es el sensor de glucosa mediante; A- Comunicación entre la Ser-fosfato y el sitio alostérico para glucosa. B- Uso de la MISMA fosfatasa para inactivar fosforilasa y activar la sintasa. C- La unión de la fosfatasa a la fosforilasa a para evitar su activación. 26

27 Fosforilasa 27

28 El proceso completo Revisar enfermedades de metabolismo de glucógeno (Stryer, capítulo 19) 28