Generalidades de la biosíntesis de carbohidratos

En esta lección se estudiará las dos vías biosintéticas más importantes de carbohidratos que son la gluconeogénesls (o biosíntesis de glucosa) y la fotosíntesis.

En general todos los procesos biosintéticas requieren del aporte de energía ya que ella es necesaria para formar los enlaces químicos del precursor o de la

166 biomolécula que se esté formando; si adicionalmente el proceso incluye reacciones de reducción, la coenzima de la deshidrogenasa es casi siempre NADPH + H+ que proviene o de la vía de pentosas fosfato o de la fotosíntesis (en el caso de las plantas).

34.1 Principios organizativos

Las vías biosintéticas o anabólicas transcurren en la célula gracias a varios principios organizativos entre las cuales podríamos enumerar:

• La secuencia de reacciones que constituyen la vía biosintétíca de una biomolécula generalmente difiere en varios pasos de la vía usada para su degradación. A pesar de que muchas enzimas pueden actuar en la una o en la otra, siempre intervienen algunas enzimas propias de la vía anabólica que no aparecen en la contra parte degradativa. Esta diferencia preserva la integridad del metabolismo global pues así éste no depende de las concentraciones relativas de los metabolitos que podrían, si las vías fueran completamente reversibles, influir en el sentido de las mismas.

• Las vías anabólicas están controladas por enzimas reguladoras diferentes de aquellas que actúan en la vía catabólica correspondiente. Se establece entonces una regulación dinámica que opera de manera recíproca, es decir si se estimula el proceso biosintéticas de una biomolécula se inhibe su proceso degradativa o a la inversa.

Además las enzimas reguladoras de biosíntesis generalmente actúan en las etapas iniciales de la vía, de manera que se evitan reacciones innecesarias que conduzcan a intermediarios no utilizables o no requeridos por la célula en ese momento. Tenemos aquí una nueva aplicación del principio de la máxima economía celular.

• Las reacciones biosintéticas son consumidoras de energía y están acopladas a la degradación del ATP. Esta degradación tiene lugar de tal manera que el ∆G°’ de hidrólisis es mayor que el ∆G°’ requerido para la biosíntesis y por tanto la reacción es esencialmente irreversible. Generalmente el ATP se degrada a AMP y — compuesto este último que se hidroliza, por acción de una pirofosfatasa en 2 Pi.

Dicho de otra manera por cada nuevo enlace que se forma, se rompen 2 enlaces ricos en energía.

167 Lección 35: Gluconeogénesis

Dada la importancia de la glucosa como sustancia que al ser oxidada produce energía, la célula (o el organismo) tendrá una enorme ventaja si puede sintetizarla a partir de metabolitos que no sean carbohidratos. Esta vía tiene lugar parcialmente en el citoplasma y la mitocondria y en los animales es especialmente importante en tejidos como el hígado y la corteza renal.

La figura 52 muestra las reacciones por las cuales sucede la gluconeogénesis. Observamos en ella que muchas reacciones ya las hemos encontrado en sentido contrario en la glicólisis; específicamente nos referimos a las reacciones 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 y 14. (Ver figura 43).

La reacción 5 se inicia con el PEP y la reacción 11 y siguientes arranca con la Frc -1,6-Di-P.

Veamos en primer término cómo es posible obtener PEP a partir de piruvato en forma indirecta. La reacción directa sería:

Tiene un ∆Gº’ = +7,5 kcal por la cual es muy costosa energéticamente y termodinámicamente está prohibida; es por ello que en la glicólisis se realiza en dirección contraria (reacciones 15 y 16. fig. 43).

La célula utiliza un rodeo para obtener este PEP. En la figura 52 vemos que el piruvato (que proviene de distintas fuentes) entra a la mitocondria y allí por acción de una carboxilasa (reacción 1) y ATP se genera oxalacetato. Este es un ejemplo de una reacción anaplerótica estando regulada la enzima por acetil-CoA que requiere para la reacción. El paso posterior (2) permite obtener malato que puede salir de la mitocondria y en el citoplasma es reoxidado a oxalacetato (3); ahora actúa una carboxikinasa que con GTP como donador de nos da PEP (reacción 4).

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Figura 52: Secuencias de las reacciones de la Gluconeogénesis Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur.

169 Si consideramos los cambios en energía libre tendríamos lo siguiente:

Paso No. Reacción ∆Gº’ kcal

1 Piruvato + CO2 + ATP →

a

carboxilas Oxalacetato + ADP + Pi -0.5

2 Oxalacetato + NADH + H+ → nasa

Deshidroge Malato + NAD +

-6.7 3 Malato + NAD+ →

nasa

Deshidroge Oxalacetato + NADH + H +

+6.7 4 Oxalacetato + GTP  →_Liasa PEP + GDP + CO2 +0.7

Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur.

Globalmente tendremos un ∆G°’ = +0.2 kcal = (-0.5 – 6.7 + 6.7 + 0.7) lo que significa que la reacción global (sumando 1 a 4):

Piruvato + ATP + GTP
PEP + ADP + GDP + Pi

Esta reacción es termodinámicamente posible; hay que anotar que aquí también se ilustra el principio del gasto de dos enlaces ricos en energía por la formación de uno.

Esta formación de PEP a partir de piruvato es un ejemplo del primer principio enunciado al comienzo del capítulo.

Las reacciones 5 a 10 son inversas a las de la glicólisis y por ellas se llega hasta Frc1,6-Di P.

El paso de Frc-1,6-DiP a Frc-6-P (reacción 1) constituye la segunda diferencia con la glicólisis; si la reacción fuese inversa a la de glicólisis se tendría:

Frc-1,6-DiP + ADP
Frc-6-P + ATP, con un ∆G°’ = +3,4 kcal lo que la hace irrealizable.

En la glucogénesis actúa una fosfatasa que hidroliza la fructosa-difosfato produciendo Frc- 6-P y libera fósforo inorgánico (Pi) con un ∆G°’ = 4,0 kcal.

La actividad de esta enzima reguladora está controlada por la relación ATP/AMP siendo el ATP un modulador positivo (estimula la actividad) y el AMP un modulador negativo.

La tercera reacción diferente a la que ocurre en la glicólisis es la defosforilación de Glc-6-P a Glc (reacción 13); aquí también actúa una fosfatasa que cataliza la reacción:

170 De esta manera se puede sintetizar GIc a partir de 2 piruvatos. La reacción global sería:

2 Piruvatos + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O


Glucosa + 4ADP + 2GDP + 6 Pi + 2NAD
+