GLUCOLISIS Secuencia de reacciones que convierten glucosa en piruvato formando ATP. Condiciones aeróbicas: precede al TCA y la cadena de transporte de electrones. Condiciones anaeróbicas: músculo activo Piruvato Levaduras Piruvato Lactato + CO 2 + H 2 O Etanol + CO 2 + H 2 O
GLUCOLISIS Los metabolitos intermediarios tienen 3 ó 6 átomos de C CH 2 OH CH 2 OH O O - C O O - C C = 0 CH 2 OH Dihidroxiacetona H C- OH CH 2 OH Gliceraldehído H C - OH CH 2 OH C = O CH 3 Glicerato Piruvato 6 C Derivados de glucosa y fructosa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS HEXOCINASA: Primera utilización de ATP Se forma un complejo ATP-Mg ++ La hexocinasa es inhibida por ATP libre El grupo OH del C6 de la glucosa lleva a cabo un ataque nucleofílico sobre el fosfato del ATP en el complejo ATP-Mg ++ Sigue un mecanismo Bi Bi al azar y su especificidad esta dada por un cambio conformacional inducido por sustrato (glucosa)
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOGLUCOSA ISOMERASA (PGI) GLUCOSA 6-FOSFATO ISOMERASA Aldosa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOFRUCTO CINASA (PFK): Segunda utilización de ATP Esta reacción es similar a la de la hexocinasa. PFK Cataliza el ataque nucleofílico del grupo OH del C1 de la F6P sobre el fosfato del ATP en el complejo ATP-Mg PFK juega un papel central en el control de la glucólisis ya que cataliza una reacción que determina la velocidad de la ruta.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS ALDOLASA Enzima estereoespecífica Existen dos clases de aldolasas Clase I: presente en animales y plantas Clase II: presente en hongos, algas y algunas bacterias.
Mecanismo de Reacción de la aldolasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS TRIOSA FOSFATO ISOMERASA (TIM o TIP) TIM es una enzima perfecta TIM posee perfección Catalítica, aquí la velocidad de reacción es controlada por la difusión de la E y su S, esto significa que el producto se forma en cuanto la enzima y el sustrato se encuentran.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS GLICERALDEHIDO 3-FOSFATO DESHIDROGENASA FORMACION DEL PRIMER INTERMEDIARIO DE ALTA ENERGÍA Oxidación del aldehído por NAD + Fosforilación por Pi y Oxidación del aldehído es una reacción exergónica, por tanto conduce la síntesis del 1,3-bifosfoglicerato
Mecanismo de reacción de la GAPDH
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOGLICERATO CINASA: (PGK) Primera generación de ATP La apariencia de la PGK es muy similar a la de la hexocinasa. Después de la unión del sustrato, la conformación de la enzima cambia de tal manera que permite que la reacción se lleve a cabo en un medio ambiente libre de agua.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS Mecanismo secuencial Ataque nucleofílico del O del fosfato del complejo ADP-Mg ++ sobre el fosfato Del C1 del 1,3 BPG Mecanismo de la PGK 1,3-BPG + ADP 3PG + ATP G o = -18.8 kj. Mol -1 GAP + Pi + NAD + 1,3-BPG + NADH G o = + 6.7 kj. Mol -1 GAP + Pi + NAD + + ADP 3PG + NADH + ATP G o = -12.1 kj. Mol -1
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOGLICERATO MUTASA (PGM)
Mecanismo de reacción de la Fosfoglicerato mutasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS ENOLASA Formación del segundo intermediario de alta energía La enolasa forma un complejo con iones divalentes, tales como el Mg ++ antes de que el sustrato se una a la enzima. La enolasa es fuertemente inhibida por el ión floruro así como por Pi, esta inhibición es el resultado de la unión de estos iones al Mg ++ en el sitio activo, bloqueando la entrada del sustrato.
Mecanismo de Reacción de la enolasa
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS PIRUVATO CINASA (PK) Segunda generación de ATP PK requiere de cationes mono (K + ) y divalentes (Mg ++ ) La hidrólisis del PEP tiene un G o = -61.9 kj mol -1 Lo cual significa que es un compuesto de alta energía.
Mecanismo de reacción de la Piruvato Cinasa 1) Ataque nucleofílico de un átomo de oxígeno del complejo ADP-Mg ++ sobre el átomo de fósforo del PEP para formar ATP y enolpiruvato 2) Tautomerización del enolpiruvato a piruvato.
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS Consumo y generación de ATP Reacción Intercambio ATP/Glucosa Glucosa Glucosa 6-fosfato - 1 Fructosa 6-fosfato Fructosa 1,6-Bifosfato -1 (2) 1,3 bifosfogliceraldehído (2) 3-Fosfoglicerato + 2 (2) Fosfoenol piruvato Piruvato + 2 Suma +2
REACCIONES DE LA GLUCOLISIS Durante la glucólisis ocurren 3 tipos de transformaciones químicas principales 1) Degradación de glucosa a piruvato 2) Fosforilación de ADP a ATP por los compuestos altamente energéticos formados durante la glucólisis 3) Transferencia de átomos de hidrógeno o electrones al NAD + formando NADH Destinos del piruvato Condiciones anaeróbicas 2 Piruvato Condiciones anaeróbicas 2 Etanol + 2CO 2 2 Acetil CoA 2 Lactato TCA 4CO 2 + 4H 2 O Músculo contrayéndose vigorosamente, en eritrocitos y en algunos microorganismos
Fermentación homoláctica FERMENTACION ANAEROBICA Actividad vigorosa, necesidad de ATP y [O 2 ] HOMOLACTICA (Músculo) ALCOHOLICA (Hígado) LDH enzima altamente Estereoespecífica. LDH tiene 5 isoenzimas en mamíferos: M 4, M 3 H, M 2 H 2, MH 3, H 4
FERMENTACION ANAEROBICA LDH FERMENTACION HOMOLACTICA H 4 LDH predomina en tejido aeróbico tal como el músculo cardiaco. Tiene baja Km para piruvato y es inhibida alostéricamente por altas concentraciones de piruvato. M 4 -LDH predomina en tejido anaeróbico tal como el músculo esquelético e hígado. Tiene alta Km para piruvato y no es inhibida alostéricamente por su sustrato. M-LDH Piruvato + NADH Lactato + NAD + Lactato + NAD + H-LDH Piruvato + NADH
El lactato formado es exportado del músculo y transportado por la sangre al hígado donde es convertido nuevamente a glucosa.
FERMENTACION ALCOHOLICA Levaduras Tiamina pirofosfato TPP Forma cataliticamente Activa de la TPP
Mecanismo de Reacción de la Piruvato Descarboxilasa 1) Ataque nucleofílico del TPP sobre el carbono carbonilo del piruvato 2) Salida de CO 2 para generar un carbanión estabilizado por resonancia 3) Protonación del carbanión 4) Eliminación de TPP y liberación del producto
Energética de la fermentación Glucosa 2 Lactato + 2H + G o = -196 kj/mol glucosa Glucosa 2 Etanol + 2CO 2 G o = -235 kj/mol glucosa Eficiencia de la fermentación homoláctica: 31% Bajo condiciones estándar 31% de la energía liberada por este proceso es convertida a ATP. Eficiencia de la fermentación alcohólica: 26% Bajo condiciones estándar Bajo condiciones no estándar = condiciones fisiológicas ambos procesos tienen una eficiencia > 50%
Glucólisis Es usada para producción rápida de ATP La producción neta de ATP a través de fermentación anaeróbica puede llegar a ser 100 veces más rápida que la fosforilación oxidativa. Por lo tanto cuando los tejidos tales como el músculo están consumiendo ATP rápidamente, ellos lo regeneran casi por completo mediante fermentación anaeróbica
Control del flujo metabólico en Glucólisis Los organismos vivos tienden a alcanzar un estado estacionario más que el equilibrio. El flujo a través de una ruta en estado estacionario es constante y es generado por pasos que determinan la velocidad o rapidez de la ruta. Por lo tanto, el control del flujo en una ruta metabólica depende de: a) Cambios en los requerimientos metabólicos del organismo b) Comunicación en toda la ruta de dichos cambios La habilidad de una reacción para comunicar cambios en el flujo, aumenta conforme la reacción se acerca al equilibrio
Mecanismos que alteran el flujo en una ruta metabólica 1. Control alostérico 2. Modificación covalente 3. Ciclos de sustratos 4. Control genético
Regulación de la Glucólisis I) Disponibilidad de sustrato II) Pasos intermedios I) Disponibilidad de sustrato i) HEXOCINASA ( músculo esquelético) alta Km por hexosas Regulación alostérica ii) GLUCOCINASA (hígado) baja Km por glucosa No alostérica [glucosa] [insulina] síntesis de glucocinasa iii) FOSFORILASA Modulación Covalente (fosforilación) Alostérica (AMP; músculo esquelético) Hormonal (Adrenalina o glucagon)
HEXOCINASA Esta enzima no es regulada de manera importante cuando la glucosa 6-fosfato viene de glucógeno como sucede en el músculo esquelético. Regulada cuando la glucosa 6-P no viene de degradación de glucógeno sino de glucosa que debe ser fosforilada: Inhibidores G6P ATP T6P TPS Activadores Glucosa
II) Pasos intermedios FOSFOFRUCTO CINASA (PFK) PIRUVATO CINASA (PK) En ambas hay modulación alostérica PFK Activadores Inhibidores ADP, AMP F1,6-BP F2,6BP F6P AMPc Pi, K +, NH + 4 ATP PEP Citrato Mg ++ Ca ++ H + PK [ATP] [ATP] Ac. Grasos Acetil CoA
RESUMEN Los puntos de control son irreversibles Las reacciones no reguladas están cerca del equilibrio El proceso completo es irreversible
OTRAS HEXOSAS EN GLUCOLISIS Sacarosa Glucosa + Fructosa Lactosa Glucosa + Galactosa
ENTRADA DE FRUCTOSA A LA GLUCOLISIS Fructosa es la mayor fuente de energía en dietas que Contienen grandes cantidades de sacarosa. Existen 2 rutas metabólicas para la utilización de fructosa una se lleva a cabo en músculo y la otra en hígado Dietas con una ingesta de altas concentraciones de fructosa, pueden depletar al hígado de Pi, lo cual provocaría una disminución en la [ATP] y por tanto un aumento en la [lactato] circulando en sangre.
Metabolismo de fructosa Intolerancia a fructosa Alta [fructosa 1- fosfato]
ENTRADA DE GALACTOSA A GLUCOLISIS Galactosa principal constituyente de la leche y productos lácteos Galactosemia Enfermedad genética caracterizada por la incapacidad para convertir galactosa en glucosa
ENTRADA DE MANOSA A GLUCOLISIS Es un epímero de glucosa (difiere en la configuración del C2). Principal componente de glucoproteínas.