Glicólisis (citosol)
GLUCÓGENO Glucogénolisis Glucogénesis GLUCOSA Glucólisis Gluconeogénesis LACTATO
Glicólisis D-glucosa Piruvato deshidrogenasa 2 Piruvato 2 Acetil CoA Ciclo de Krebs 2 Lactato El O2 no es requerido para la glucólisis 2 CO2 4 CO2 El O2 si es requerido para la PDH y ciclo de Krebs
CO2 Piruvato descarboxilasa Lactato deshidrogenasa Ácido pirúvico NADH + H+ NAD+ NADH + H+ NAD+ OH Ácido láctico Acetaldehído Alcohol deshidrogenasa Etanol
Ecuación balanceada para la conversión de glucosa a piruvato Glucosa +2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O Ecuación balanceada para la conversión de glucosa a lactato Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 Lactato + 2 ATP Ecuación balanceada para la conversión de glucosa a etanol Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
Cinasa R-OH + ATP O R-O-P- O- + ADP + H+ O
O O OH O R- C- CH2O P OH O- Mutasa P OO R- C- CH2OH H
CH2OH C R O O Isomerasa C H H C - OH R
H C H C OH R Deshidratasa C H C H + H2O
R C R O Aldolasa HO C H H C - OH R C HO C H O H O + C R
Fosforilación y oxidación
Consumo y generación de ATP en la glicólisis Reacción ATP 1 Glucosa Glucosa 6-fosfato -1 Irreversible 3 Fructosa 6-fosfato Fructosa 1,6-bifosfato -1 Irreversible 7 (2)1,3-bifosfoglicerato (2) 3-fosfoglicerato +2 Reversible 10 (2) Fosfoenolpiruvato (2) Piruvato +2 Irreversible Total +2
Ejercicio 1. Atajo de la glicólisis Suponga que descubre una levadura mutante cuya vía glicolítica es más corta debido a la presencia de una nueva enzima que cataliza la siguiente reacción: Gliceraldehído 3-P 3-fosfoglicerato Sería de beneficio para la célula acortar la vía glicolítica de esta manera? Explique.
Ejercicio 2. Concentración celular de glucosa. La concentración de glucosa en el plasma sanguíneo humano se mantiene en alrededor de 5 mm. La concentración de glucosa libre dentro de un miocito es mucho menor. Por qué es tan baja la concentración en la célula? Qué ocurre con la glucosa después de la entrada en la célula? La glucosa se administra por vía intravenosa como fuente de alimento en algunas situaciones clínicas. Dado que la transformación de la glucosa a glucosa 6-fosfato consume ATP, por qué no se administra glucosa 6-fosfato por vía intravenosa en lugar de glucosa?
Ejercicio 3. Papel de lactato deshidrogenasa Durante la actividad extenuante, la demanda de ATP en el tejido muscular aumenta. En el músculo el ATP se produce casi exclusivamente por la fermentación del ácido láctico. El ATP se forma en la fase de pago de la glicólisis por medio de dos reacciones, promovidas por la fosfoglicerato cinasa y piruvato cinasa. Suponga que el músculo esquelético se encuentra desprovisto de lactato deshidrogenasa. Se podría generar ATP a un ritmo elevado por la glicólisis? Explique.
Ejercicio 4. Envenenamiento por arseniato El arseniato (muy tóxico para algunos organismos), es estructuralmente y químicamente similar al fosfato inorgánico (Pi), y muchas enzimas que requieren fosfato también usan arseniato. Los compuestos orgánicos del arseniato son menos estables que los compuestos de fosfato análogos. Por ejemplo, acil arseniato se descompone rápidamente por hidrólisis.
Ejercicio 4. Envenenamiento por arseniato Por otro lado, los acil fosfato, tales como 1,3bifosfoglicerato, son más estables y son sometidos a transformaciones en la célula catalizadas por enzimas. a) Prediga el efecto de la reacción neta catalizada por la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa si el fosfato se remplazara por arseniato. b) Cuál sería la consecuencia en el organismo si el arseniato fuese sustituido por fosfato?
Ejercicio 5. Requisitos de fosfato en la fermentación de etanol En 1906 Harden y Young, en una serie de estudios clásicos sobre la fermentación de glucosa a etanol y CO2 por extractos de levadura de cerveza, hicieron las siguientes observaciones: (1) El fosfato inorgánico era esencial para la fermentación, cuando la fuente de fosfato se agotó, la fermentación cesó antes de que se utilizara la glucosa. (2) Durante la fermentación bajo estas condiciones se acumulan etanol, CO2 y una hexosa bifosforilada. (3) Cuando se sustituye fosfato por arseniato, no se acumula la hexosa bifosforilada, pero la fermentación procede hasta que toda la glucosa se convierte en etanol y CO2.
Isoenzimas de hexocinasa -Las isoenzima son enzimas que catalizan la misma reacción pero son codificadas por diferentes genes. -Son proteínas diferentes que catalizan la misma reacción La hexocinasa está presente en cuatro isoformas (de la I a la IV). -La isoforma predominate en músculo es la hexocinasa II aunque también está presente la I. -La isoforma predominate en hígado es la hexocinasa IV o glucocinasa.
La hexocinasa es una enzima regulatoria. Las isoforma I y II son inhibidas alostéricamente por su producto, glucosa 6 fosfato.
Diferencias entre hexocinasa I-III y IV 1. La Km de la hexocinasa IV es 10 mm, la cual es mayor que la concentración de glucosa en sangre. 2. La hexocinasa IV es inhibida por la unión reversible de una proteína regulatoria específica del hígado. Dicha unión es aumentada por la presencia del regulador alostérico fructosa 6 fosfato. 3. La hexocinasa IV no es inhibida por glucosa 6 fosfato.
Curvas de saturación de sustrato Relative enzyme activity 1.0 Hexocinasa Km= 0.1 mm Glucocinasa (Hexocinasa D o IV) Km= 10 mm (mm)
Ejercicio 6. Regulación de la PFK-1 A una concentración dada de fructosa 6-fosfato, la actividad de la PFK-1 incrementa al aumentar la concentración de ATP, pero se alcanza un punto en el cual el aumento de la concentración de ATP inhibe la enzima. a) Explique cómo el ATP puede ser tanto un sustrato y un inhibidor de la PFK-1. Cómo se regula la enzima por ATP? b) De qué manera se regula la glicólisis por los niveles de ATP? c) La inhibición de la PFK-1 por el ATP disminuye cuando la concentración de ADP es alta, como se presenta en la figura. Cómo se explica esta observación?
+ Fructosa 6 fosfato Enzima desfosforilada Bajos niveles de glucosa en sangre Fructosa 6 fosfato Enzima fosforilada - Fructosa 6 fosfato + Fructosa 2,6 bifosfato
Fosfofructocinasa 2/Fructosa 2,6 bifosfatasa (Fructosa bifosfatasa 2)
Baja [glucosa] en sangre Aumento en la secreción de glucagon Aumento en la [AMPc] Aumento en la fosforilación de enzimas Activación de FBPasa-2 e inactivación de PFK-2 Disminución en la [Fructosa 2,6 BP] Inhibición de la PFK-1 Disminución en la glicólisis Aumento en la fosforilación de la piruvato cinasa Menos activa
HÍGADO MÚSCULO Alanina aminotransferasa Piruvato + Glutamato Alanina + Alfa-cetoglutarato
Baja [glucosa] en sangre Aumento en la secreción de glucagon Aumento en la [AMPc] Aumento en la fosforilación de enzimas Activación de FBPasa-2 e inactivación de PFK-2 Disminución en la [Fructosa 2,6 BP] Inhibición de la PFK-1 Disminución en la glicólisis Aumento en la fosforilación de la piruvato cinasa Menos activa