Bioquímica. Facultad de Enfermería Universidad de la República ESFUNO 2014 Amalia Ávila. Glucólisis y gluconeogénesis

Transcripción

1 Bioquímica Facultad de Enfermería Universidad de la República ESFUNO 2014 Amalia Ávila Glucólisis y gluconeogénesis Metabolismo: totalidad de reacciones químicas que se producen en el organismo Metabolismo intermediario: todas las reacciones de un organismo relacionadas con: - almacenamiento y la generación de energía metabólica - biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular y de almacenamiento de energía (no incluye la síntesis de ácidos nucleícos o proteínas). Anabolismo: suma de todos los procesos metabólicos mediante los cuales se forman las biomoléculas complejas (consumen energía). Catabolismo: suma de todos los procesos metabólicos mediante los cuales las moléculas se degradan para proporcionar energía celular. 1

2 Glucólisis La D-glucosa es el principal combustible de la mayoría de los organismos. Rol central en el metabolismo. Principales vías de utilización de la glucosa La glucólisis es una ruta universal en el catabolismo de la glucosa. Ruta altamente conservada en la evolución, virtualmente idéntica en todos los organismos que la presentan. En algunas células y tejidos la glucólisis es la única via de obtención de energía (eritrocitos, médula renal, cerebro, espermatozoides). 2

3 Fosforilación de la glucosa Isoformas extrahepáticas: hexoquinasa Isoforma hepática: glucoquinasa Difieren en su especificidad para la glucosa y en sus propiedades cinéticas y reguladoras. Fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato La fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) constituye el punto de regulación más importante de la glucólisis. Oxidación del gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato La fosforilación aumenta la energía libre contenida en el 1,3BPG. El NAD+ actua como aceptor de un ion hidruro (H - = 2 e - +1H + ) La cantidad de NAD + en las células es limitada, por lo que el NADH debe reoxidarse para que la glucólisis continúe. 3

4 Primera fosforilación a nivel de sustrato Transferencia de un grupo fosfato desde el 1,3-bisfosfoglicerato al ADP Esta reacción está acoplada a la oxidación del G3P (comparten un intermediario común) de forma que el proceso global es exergónico. La energía procedente de la oxidación del G3P se conserva mediante la formación de ATP a partir de ADP y Pi. Segunda fosforilación a nivel de sustrato Transferencia de un grupo fosfato desde el fosfoenolpiruvato al ADP La piruvato quinasa es otra de las enzimas reguladoras de la glucólisis. 4

5 Balance energético de los glucólisis Cancelando los términos comunes a ambos lados: La oxidación de un mol de glucosa a 2 de piruvato tiene un ΔG = -146 kj/mol La oxidación completa de un mol de glucosa a CO2 y agua tiene un ΔG = kj/mol La degradación glucolítica de la glucosa rinde solo el 5.2% de la energía contenida en dicha molécula. Las 2 moléculas de piruvato retienen la mayor parte de la energía que puede obtenerse de la glucosa. Ruta de los carbonos: 1 molécula de glucosa se convierte en 2 de piruvato Ruta del fosfato: 2 ADP se fosforilan a 2 ATP Ruta de los electrones: 4 e - (2H - ) se transfieren desde el G3P a 2 NAD + para dar 2 NADH 5

6 Regulación de la glucólisis Efecto Pasteur: tanto la cantidad como la velocidad del consumo de glucosa por las células son mayores en condiciones anaeróbicas que en las aeróbicas. Rendimiento energético de la glucólisis: 2 moles de ATP por cada mol de glucosa Rendimiento energético de la oxidación aeróbica completa de la glucosa: moles de ATP por mol de glucosa (15 veces mayor) Elementos importantes en la regulación de la glucolisis: Niveles de ATP Regeneración de NADH Regulación alostérica de HK (GK), PFK-1 y PK por metabolitos que reflejan el estado energético de la célula. En una escala de tiempo mayor, la glucólisis está regulada por: Hormonas (principalmente glucagón, insulina y adrenalina). Regulación de la expresión de enzimas glucolíticas. Destinos del piruvato 6

7 FERMENTACIÓN LÁCTICA Algunos tejidos en condiciones anaeróbicas (músculo esquelético en actividad intensa) Otros tejidos realizan fermentación láctica aun en aerobiosis (retina, cerebro, eritrocitos) El NADH se reoxida a NAD + para permitir que la glucólisis continúe. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA TPP (Vit B1 - tiamina) coenzima de la piruavto decarboxilasa Los productos de las fermentaciones (lactato o etanol) no están oxidados con respecto a la glucosa (tienen la misma relación H:C) Rutas alimentadoras de la glucólisis 7

8 Propiedades cinéticas diferenciales de 2 isoformas de la hexoquinasa Hexoquinasa Expresada en tejidos extrahepáticos Km bajo para la glucosa (0,1 mm) Inhibición por producto Glucoquinasa Se expresa en el hígado Km alto para la glucosa (10 mm) No se inhibe por glucosa-6-fosfato Regulación aloestérica de PFK-1 8

9 Regulación de piruvato quinasa Glucólisis Vía central del catabolismo de los carbohidratos. 10 reacciones: 1 glucosa (o hexosa relacionada) 2 piruvato 2 fases: fase de inversión de energía (5 primeras reacciones) fase de generación de energía (últimas 5 reacciones) Balance energético: 2ATP, 2NADH y 2 piruvato Necesidad de regeneración del NAD+: cadena de transporte de electrones (en presencia de O 2 ). fermentación (láctica o alcohólica) (en ausencia de O 2 ). 3 enzimas reguladoras: hexoquinasa/glucoquinasa PFK-1 regulada alostéricamente ATP regulador negativo F2,6-BP regulador positivo (sin este azúcar no hay glucolisis) PK: activación anterograda por F1,6-bisfosfato 2 isoformas (L y M): L en tejidos gluconeogénicos es inhibida por aminoácidos gluconeogénicos. 9

10 Algunas diferencias entre catabolismo y anabolismo Catabolismo => ATP, NADH, NADPH Anabolismo: energía + precursores => biomoléculas complejas Las rutas catabólicas son oxidativas Las rutas anabólicas son reductoras Las rutas catabólicas aumentan la entropía Las rutas anabólicas disminuyen la entropía (generan orden), por lo que son endergónicas y requieren aporte de energía para llevarse a cabo El acoplamiento de reacciones endergónicas con otras exergónicas hace que el proceso global sea exergónico. Una ruta catabólica y su respectiva anabólica se diferencian en al menos un paso Ese paso en general es una reacción irreversible catalizado por una enzima reguladora diferente para cada ruta. Anabolismo y catabolismo se regulan de manera recíproca (para evitar ciclos fútiles) GLUCONEOGÉNESIS Ruta universal de síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Piruvato, lactato, aminoácidos gluconeogénicos y glicerol son los principales precursores. En animales se produce principalmente en el hígado y en menor proporción en la corteza renal. Localización subcelular: involucra a la mitocondria y al citosol. 10

11 1 reacción de rodeo: síntesis de PEP El transporte de OA al citosol como malato y su posterior oxidación a OA permite transporte de NADH desde la mitocondria al citosol. El consumo de PEP por los pasos siguientes de la ruta impulsa la reacción de la PEPCK, haciéndola irreversible en las condiciones intracelulares. 11

12 Balance energético de la gluconeogénesis ΔG = -16 kj/mol ΔG = -63 kj/mol Ambos procesos, glucólisis y gluconeogénesis son irreversibles (exergónicos) en las condiciones intracelulares. Sustratos gluconeogénicos No hay conversión neta de ácidos grasos en glucosa. Estos solo aportan energía (procedente de su oxidación) para la gluconeogénesis. Ala y Gln son cuantitativamente los más importantes 12

13 Regulación recíproca de la glucólisis y la gluconeogénesis 1. Velocidad de síntesis de enzimas + glucosa Inducción de las enzimas glucolíticas Represión de enzimas gluconeogénicas. - glucosa Represión de enzimas glucolíticas Inducción de enzimas gluconeogénicas Efectos mediados hormonalmente (glucagón, insulina, glucocorticoides) 2. Modulación alostérica 3. Modulación covalente Regulación glucólisis/gluconeogénesis 13

14 Regulación a nivel de PFK-1 / FBPasa-1 Efectos alostéricos de la F-2,6-BP sobre las actividades PFK-1/FBPasa-1 Efectos sobre PFK-1 Disminuye el K 0,5 para la fructosa-6-fosfato Reduce la afinidad de los moduladores alostéricos negativos ATP y citrato Efectos sobre FBPasa-1 Aumenta el K 0,5 para la F-1,6-BP Aumenta la sensibilidad de la enzima por el modulador alostérico negativo AMP 14

15 Las imágenes incluidas en esta presentación son del dominio público y no se pretendió violentar ningún derecho de copyright 15