Instituto Tecnológico de Tijuana
Ingeniería Bioquímica
Bioquímica.
Resumen de Rutas Metabólicas; Glucólisis, Gluconeogénesis y
Glucogenólisis.
Huerta Gallardo Jesús Antonio.
12211007
Catedrático: Dra. María del Socorro Heredia Ruíz.
Glucólisis
La glucólisis es la primera etapa del metabolismo de la glucosa en los organismos desde las bacterias hasta los seres humanos y fue la primera vía metabólica que se estudió. En la glucólisis, una molécula de glucosa se convierte en fructuosa 1,6-bisfosfato, el cual después da lugar a dos moléculas de piruvato. La vía glucolítica incluye diversos pasos, entre ellos las reacciones por las cuales se oxidan los metabolitos dela glucosa. Cada reacción de la vía es catalizada por una enzima específica para la misma. En dos reacciones de la vía, se hidroliza una molécula de ATP por cada molécula de glucosa que se metaboliza y la energía liberada por la hidrolisis de estas dos moléculas de ATP hace posible las reacciones endergónicas acopladas. En otras dos reacciones, dos moléculas de ATP son producidas por fosforilación de ADP, produciendo un total de cuatro moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. La glucólisis desempeña una función clave para que los organismos extraigan energía de los nutrientes. El destina más común del piruvato generado en el metabolismo anaeróbico es la reducción del lactato, la cual se llama glucólisis anaeróbica para diferenciarla de la transformación de glucosa a piruvato, que simplemente se llama glucólisis.
La descomposición de la glucosa a piruvato puede resumirse como sigue:
Glucosa (seis átomos de carbono) 2 Piruvato (tres átomos de carbono) 2ATP + 4ADP + 2Pi 2ADP + 4ATP (reacción neta)
¿
Cuáles son las reacciones de la glucólisis?
La enzima hexoquinasa son un grupo de enzimas del tipo transferasas, que pueden transferir un grupo fosfato desde una molécula de alta energía a otra, que actuará como aceptora de este fosfato denominada sustrato.
Paso 2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato para dar fructuosa-6-fosfato. Glucosa-6fosfato Fructuosa-6-fosfato
Este es un paso importante, puesto que aquí se define la geometría molecular que afectará los dos pasos críticos en la glucólisis: El próximo paso, que agregará un grupo fosfato al producto de esta reacción. En esta reacción, la glucosa-6-fosfato se isomeriza a fructuosa-6-fosfato, mediante la enzima glucosa-6-fosfato isomerasa. La isomerización ocurre en una reacción de 4 pasos, que implica la apertura del anillo y un traspaso de protones a través de un intermediario cis-enediol.
Paso 3. Fosforilación de la fructuosa-6-fosfato para dar fructuosa-1,6-bisfosfato (ATP es la fuente del grupo fosfato).
Fructuosa-6-fosfato + ATP Fructuosa-1,6-bisfosfato + ADP
irreversibilidad es importante, ya que la hace ser el punto de control de la glucólisis. Como hay otros sustratos aparte de la glucosa que entran en la glucólisis, el punto de control no está colocado en la primera reacción, sino en ésta. La fosfofructuoquinasa tiene centros alostéricos, sensibles a las concentraciones de intermediarios como citrato y ácidos grasos. Liberando una enzima llamada fosfructocinasa-2 que fosforila en el carbono 2 y regula la reacción.
Paso 4. Rompimiento de la fructuosa-1,6-bisfosfato para dar dos fragmentos de 3 átomos de carbono, el gliceraldehído-3-fosfato y el dihidroxiacetona fosfato.
Fructuosa-1,6-bifosfato Gliceraldehído 3-fosfato + dihidroxiacetona fosfato
La enzima aldolasa mediante una condensación aldólica reversible, rompe la fructuosa-1,6-bifosfato en dos moléculas de tres carbonos: dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
Paso 5. Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato para dar gliceraldehído-3-fosfato. Dihidroxiacetona fosfato Gliceraldehído-3-fosfato
las 2 moléculas de gliceraldehído generadas de esta fase. Hasta esta reacción hay intervención de energía (ATP).
Paso 6. Oxidación (y fosforilación) del gliceraldehído-3-fosfato para dar 1,3, bifosfocligerato.
Gliceraldehído 3-fosfato + NAD+¿ ¿ + Pi NADH + 1,3-Bisfosfoglicerato + H+¿¿
Esta reacción consiste en oxidar el gliceraldehído-3-fosfato utilizando NAD+¿ ¿
para anadir un ion fosfato a la molécula, la cual es realizada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa o bien, GAP deshidrogenasa en 5 pasos, y de ésta manera aumentar la energía del compuesto. Técnicamente, el grupo aldehído se oxida a un grupo acil-fosfato, que es un derivado de un carboxilo fosfatado. Este compuesto posee una energía de hidrólisis sumamente alta. Mientras que el grupo aldehído se oxida, el NAD+¿ ¿ se reduce, lo que hace de esta reacción una reacción redox. El NAD+¿ ¿ se reduce por la incorporación de algún protón dando como resultado una molécula de NADH de carga neutra.
Paso 7. Transferencia de un grupo fosfato del 1,3-bisfosfoglicerato al ADP (fosforilación de ADP a ATP) para dar 3-fosfoglicerato.
1,3-bisfosfoglicerato + ADP 3-fosfoglicerato + ATP
mostrada. Los pasos 6 y 7 de la glucólisis nos muestran un caso de acoplamiento de reacciones, donde una reacción energéticamente desfavorable es seguido por una reacción favorable energéticamente que induce la primera reacción. En otras palabras, como la célula se mantiene en equilibrio, el descenso en las reservas de 1,3 bifosfoglicerato empuja a la enzima GAP deshidrogenasa a aumentar sus reservas. Ésta manera de obtener ATP sin la necesidad de oxígeno se denomina fosforilación a nivel de sustrato.
Paso 8. Isomerización del 3-fosfoglicerato para dar fosfoenolpiruvato. 3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
Se isomeriza el 3-fosfoglicerato procedente de la reacción anterior dando 2-fosfoglicerato, la enzima que cataliza esta reacción es la fosfoglicerato mutasa. Lo único que ocurre aquí es el cambio de posición del fosfato del carbono 3 al carbono 2. Son energías similares y por tanto reversibles, con una variación de energía libre cercana a cero.
Paso 9. Deshidratación del 2-fosfoglicerato para dar fosfoenolpiruvato 2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato + agua
La enolasa o fosfopiruvato hidratasa es una metaloenzima. La enzima puede catalizar la reacción inversa según la concentración de los sustratos en el medio.
Paso 10. Transferencia de un grupo fosfato del fosfoenolpiruvato al ADP para dar piruvato. Fosfoenolpiruvato + ADP Piruvato +ATP
Fosforilación del fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la piruvato quinasa. La piruvato quinasa es una enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosfato del fosfoenolpiruvato al adenosín difosfato (ADP), produciendo una molécula de piruvato y otra de ATP.
Obsérvese que sólo uno de los 10 pasos de esta vía incluye una reacción con transferencia de electrones.
Gluconeogénesis
La conversión del piruvato a glucosa ocurre por el proceso llamado gluconeogénesis, el cual no constituye exactamente el proceso inverso de la glucólisis. Encontramos el piruvato por primera vez como producto de la glucólisis, pero también puede surgir de otras fuentes para constituir el punto inicial del anabolismo de la glucosa. Algunas reacciones de la glucólisis son esencialmente irreversibles y estas reacciones no se realizan en la gluconeogénesis.
Esta ruta metabólica anabólica que permite la biosíntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos, incluye la utilización de varios aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y cualquiera de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs) como fuentes de carbono para la vía metabólica.
producción de glucosa-6-fosfato a partir de fructuosa-6-fosfato a partir de la glucosa.
Debido a que la primera de estas reacciones es exergónica, la reacción inversa es endergónica.
Las enzimas que participan en la vía glucolítica participan también la gluconeogénesis; ambas rutas se diferencian por tres reacciones irreversibles que utilizan enzimas específicas de este proceso y los dos rodeo metabólicos de esta vía.
Estas reacciones son:
1. De glucosa a glucosa-6-fosfato.
2. De fructuosa-6-fosfato a fructuosa-1,6-bifosfato. 3. De fosfoenolpiruvato a piruvato.
Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato.
El oxaloacetato es intermediario en la producción del fosfoenolpiruvato en la producción del fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis. La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis se lleva a cabo en dos pasos. El primero de ellos es la reacción de piruvato y dióxido de carbono para dar oxalacetato. La conversión de oxaloacetato a dosfoenolpiruvato la cataliza la enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, que se encuentra en la mitocondria y en el citosol.
Conversión de la fructuosa-1,6-bifosfato en fructuosa-6-fosfato
La reacción de la fosfofructoquinasa 1 de la glucólisis es esencialmente irreversible pero sólo debido a que está impulsada por la transferencia de fosfato del ATP. La reacción que tiene lugar en la gluconeogénesis para evitar este paso consiste en una simple reacción hidrolítica, catalizada por la fructuosas-1,6-bisfosfatasa.
La enzima con múltiples subunidades requiere de la presencia de Mg2+¿ ¿ para su actividad y constituye uno de los principales lugares de control que regulan la ruta global de la gluconeogénesis.
Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa
La glucosa-6-fosfatasa se encuentra fundamentalmente en el retículo endoplásmico del hígado con su lugar activo sobre el lado citosólico.
Glucogenólisis
La glucogenólisis (degradación del glucógeno) es un proceso catabólico llevado a cabo en el citosol que consiste en la remoción de un monómero de glucosa de una molécula de glucógeno mediante fosforilación para producir glucosa-1-fosfato, que después se convertirá en glucosa-6-fosfato; intermediario de la glucólisis. Síntesis de glucosa a partir de glucógeno. Es antagónica de la gluconeogénesis. Estimulada por el glucagón en el hígado, epinefrina en el músculo e inhibida por la insulina. Es un proceso que requiere un grupo específico de enzimas citosolíticas: la glucógeno fosforilasa que segmenta secuencialmente los enlaces glucosídicos, la fosfoglucomutasa que segmente secuencialmente los enlaces glucosídicos, la fosfoglucomutasa que convierte la G1P en G6p la cual puede hidrolizarse a glucosa (en el hígado) o seguir la vía glucolítica (hígado y músculo) y por último la Glucosil Transferasa α(1 4) y la amilo-1,6-glucosidasa, que se encarga de hidrolizar las ramificaciones.
Necesita 3 enzimas:
Glucógeno fosforilasa:
Desramificadora (amilo 1,6-glucosidasa) bifuncional:
1. Glucosil-glucotrasferasa: Transfiere un grupo de 3 glucosas (de una de las ramas de 4 glucosas) a un extremo no reductor de la molécula o de otra molécula.
2. α(1 6) glucosidasa: Rompe enlaces α(1 6) glicosídico liberándose la glucosa libre.
Fosfomutasa
Síntesis del glucógeno
-Primero: la glucosa es transformada en glucosa-6-fosfato, gastan una molécula de ATP.
-Segundo: a continuación se transforma la glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato. La reacción es catalizada por la enzima fosfoglucomutasa.
-Cuatro: la enzima glucógeno sintetasa va uniendo UDP-glucosa a través de enlaces glicosídicos α(1 4), para formar el glucógeno.
(glucosa)n + UDP-glucosa (glucosa) n+1 +UDP
Bibliografía
1) Campbell, Farrel. Bioquímica, Sexta Edición. Cengage Learning. 2009.
