Metabolismo+de+los+Carbohidratos

METABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE
CARBONO
Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ
Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ
LOS CARBOHIDRATOS
• Los carbohidratos de la dieta comprende cerca del
60% de los nutrientes y está constituido
principalmente por polisacáridos (almidones,
celulosa y dextrinas) y disacáridos (sacarosa,
lactosa, maltosa, etc.)
• En el proceso digestivo los carbohidratos se
degradan hasta monosacáridos simples, absorbibles
directamente.
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VÍAS METABÓLICAS DE LOS CARBOHIDRATOS
1. Digestión y absorción. Boca, intestino y vena porta.
2. Fosforilación e interconversión de hexosas. Todas las hexosas
forman glucosa-6-fosfato
3. Síntesis de glucógeno (glucogenogénesis). A partir de la
glucosa
4. Degradación del glucógeno (glucogenólisis). Se degrada a
glucosa-6-fosfato y luego a glucosa libre.
5. Conversión de glucosa a piruvato (glucólisis). Liberación de
energía y almacenada como ATP.
6. Gluconeogénesis. Síntesis de glucógeno o glucosa a partir de
compuestos que no son carbohidratos
7. Conversión de glucosa en pentosas (ciclo de las pentosas).
Provee a la célula de pentosas para la síntesis de ADN Y ARN,
coenzimas y NADPH.
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DIGESTIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS
• La saliva contiene la amilasa salival (α-amilasa) o ptialina
la cual inicia la hidrólisis de los almidones.
• El páncreas vierte la amilasa pancreática (α-amilasa) o
amilopsina en el duodeno la cual rompe las uniones
glucosídicas α 1,4 de almidones, dextrinas y glucógeno y
liberando maltosa y oligosacáridos ramificados.
• Los disacáridos (maltosa, sacarosa y lactosa) de los
alimentos son hidrolizados por acción de las carbohidrasas
(maltasa, sacarasa y lactasa) hasta monosacáridos.
• En la luz intestinal predomina una mezcla de
monosacáridos provenientes de la dieta o de la degradación
hidrolítica.
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ABSORCIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS
• La velocidad de absorción de los monosacáridos
provenientes de la dieta y de la digestión es variable y está
regida por difusión simple (fructosa) y transporte activo
(glucosa, galactosa,etc.).
• El transporte activo de la glucosa, de la luz intestinal a la
célula intestinal, ocurre junto con la del Na+. Luego la
glucosa se difunde en la sangre (vena porta) o es
fosforilada . Este transporte puede ser inhibido ( ouabaina,
floricina, cianuro, dinitrofenol, etc.)
• La glucosa se absorbe aproximadamente a 1g/Kg de peso
corporal /h.
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GLUCÓLISIS
• El término glucólisis procede de las palabras griegas que
significa dulce y romper.
• La glucólisis puede realizarse en condiciones anaerobias
(sin oxidaciones netas de los azúcares sustrato realizadas
por bacterias, levadura y células musculares) o aerobias (
células que respiran).
• La glucólisis es una ruta de 10 pasos que convierte una
molécula de glucosa (hexosa) en 2 moléculas de piruvato
y con la generación de 2 moléculas de ATP.
• En las células eucariotas la glucólisis se produce en el
citosol y la oxidación del piruvato en la mitocondria.
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GLUCÓLISIS
FASE DE INVERSIÓN DE ENERGÍA (REACCIONES 1-5)
• Reacción 1: Fase de inversión de energía
Se produce la fosforilación de la glucosa por la hexoquinasa, la cual
requiere de ATP.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 2: Isomerización de la glucosa-6-fosfato
Se produce la isomerización de la aldosa, glucosa-6-fosfato (G6P), a la
cetosa, fructosa-6-fosfato (F6P) por la fosfoglucoisomerasa.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 3: Segunda inversión de ATP
La fructosa-6-fosfato es fosforilada en los carbonos 1 y 6 por la
fosfofructoquinasa de ATP (PFK) produciendo fructosa-1,6-difosfato.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 4: Fragmentación en dos triosas fosfato
Se produce la ruptura del azúcar, fructosa-1,6-bisfosfato por acción de
la fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa (aldolasa) para formar 2
intermediarios de 3 carbonos, el gliceraldehido-3-fosfato y la
hidroxiacetona fosfato.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 5: Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato
Se da la conversión (isomerización) de la dihidroxiacetona fosfato
(DHAP) a gliceraldehido-3-fosfato (G3P) por acción de la triosa fosfato
isomerasa.
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GLUCÓLISIS
FASE DE GENERACIÓN DE ENERGÍA (REACCIONES 6-10)
• Reacción 6: Generación del primer compuesto de energía
elevada.
Se produce una oxidación de 2 electrones del carbono carbonilo del
gliceraldehido-3-fosfato a nivel del carboxilo produciendo el 1,3bisfosfoglicerato (BPG), compuesto de energía súper elevada por
contener un grupo acil-fosfato, Esta reacción es catalizada por la
gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 7: Primera fosforilación a nivel de sustrato
El 1.3-bisfosfoglicerato transfiere su grupo acil-fosfato (de alta energía)
al ADP para formar ATP y el 1.3-bisfosfoglicerato se transforma en 3fosfoglicerato (3PG). Esta reacción es catalizada por la fosfoglicerato
quinasa.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 8: Preparación para la síntesis del siguiente
compuesto de energía elevada
Se produce una isomerización mediante la transferencia del grupo
fosfato de la posición 3 a la posición 2 del 3-fosfoglicerato para dar 2fosfoglicerato (2PG). Esta reacción es catalizada por la fosfoglicerato
mutasa.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 9: Síntesis del segundo compuesto de energía
elevada
Se produce una deshidratación simple en el carbono α y β del 2fosfoglicerato para dar un compuesto de alta energía, el
fosfoenolpiruvato (PEP). Esta reacción es catalizada por la enolasa.
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GLUCÓLISIS
• Reacción 10: Segunda fosforilación a nivel de sustrato
El fosfoenolpiruvato transfiere su grupo fosforilo al ADP para formar el
segundo ATP esto gracias a la piruvatoquinasa. El fosfoenolpiruvato se
transforma en piruvato.
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RUTAS DE UTILIZACIÓN DE LOS SUSTRATOS
DISTINTOS DE LA GLUCOSA EN LA GLUCÓLISIS
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REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS
• La glucólisis está estrechamente relacionada con otras
vías metabólicas (glucogenogenelis, glucogenolisis.
Gluconeogenesis, ruta de la pentosa fosfato y el ciclo del
ácido cítrico) por lo tanto su regulación esta coordinada
con estas otras rutas.
• Los mecanismos de regulación de la glucólisis son:
Regulación alostérica, control hormonal, control a nivel de
sustrato y modificaciones covalentes.
• Las enzimas glucolíticas (dianas reguladoras) claves son:
la fosfofructoquinasa, la piruvatoquinasa y la hexoquinasa.
Las 2 primeras son inhibidas alostericamente y la última
es regulada a nivel de sustrato.
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DEGRADACIÓN DEL PIRUVATO
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PROCESOS OXIDATIVOS EN LA GENERACIÓN DE LA ENERGÍA METABÓLICA
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ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR
• ETAPA I: Consiste en la generación de un fragmento
activo de 2 carbonos, el grupo acetilo de la acetilcoenzima A o acetil-CoA.
• ETAPA II: Es la oxidación de esos 2 átomos de
carbono de la etapa I en el ciclo del ácido cítrico.
• ETAPA III: Es el transporte electrónico y la
fosforilación oxidativa.
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LAS TRES ETAPAS DE LA
RESPIRACIÓN
OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
RUTA DE ENTRADA PRINCIPAL DEL CARBONO EN EL CICLO DEL
ÁCIDO CÍTRICO
• El piruvato procede de la de la oxidación de los hidratos de
carbono, de los ácidos grasos y de los aminoácidos.
• El piruvato se oxida para convertirse en acetil-CoA y CO2(del
grupo carboxilo).
• En la oxidación del piruvato intervienen 3 enzimas
conformando el complejo piruvato deshidrogenasa [piruvato
deshidrogenasa (E1), dihidrolipoamida tranferasa (E2) y
dihidrolipoamida deshidrogenasa (E3)] y 5 coenzimas
[pirofosfato de tiamina (TPP), ácido lipoico (Lip), nucleotido de
flavina y adenina (FADH2), dinucleotido de nicotinamida y
adenina (NADH) y coenzima A (CoA). El TTP, FAD y ácido
lipoico estan unidas al complejo piruvato deshidrogenasa.
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VISIÓN GENERAL DE LAS
REACCIONES DEL COMPLEJO
PIRUVATO DESHIDROGENASA
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MECANISMO DEL COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA
El mecanismo para la oxidación del piruvato a acetil-CoA se producen 6
reacciones:
• Reacción 1: E1 acepta un grupo aldehido de 2 carbonos procedentes
del piruvato y lo une al TPP, formando hidroxietil-TPP.
• Reacción 2: El grupo aldehido se transfiere por E1 al primer brazo
oscilante de lipoamida en E2 y se oxida simultaneamente a un grupo
acetilo.
• Reacción 3: El grupo acetilo se transfiere al segundo brazo de
oscilación de E2 , que le coloca en la situación adecuada para la
transferencia a la CoA-SH.
• Reacción 4: El grupo acetilo se transfiere a la CoA-SH, produciendo
acetil-CoA.
• Reacción 5: E3 oxida el brazo de oscilación de la lipoamida reducida
mediante la transferencia de 2 hidrógenos al FAD.
• Reacción 6: La flavina reducida (FADH2) se oxida por el NAD+.
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MECANISMOS DEL COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA
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CONTROL DE LA OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
• El control de la oxidación del piruvato se logra mediante una
inhibición alostérica del complejo piruvato deshidrogenasa y por una
modificación covalente que se controla por el estado energético de la
célula.
• En los mamíferos el complejo piruvato deshidrogenasa se regula
mediante modulación covalente de la piruvato deshidrogenasa (E1).
Esto implica una fosforilación y desfosforilación de los residuos de
serina de E1. La piruvato deshidrogenasa quinasa fosforila a la E1 y la
inactiva, mientras que la piruvato deshidrogenasa fosfatasa quita el
fosfato unida a la E1 y la reactiva ( necesita de Ca2+ y Mg2+).
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REGULACIÓN DEL COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA MEDIANTE LA
MODIFICACIÓN DE E1
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
(CICLO DE KREBS)
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Fue descubierto por premio nobel Hans Krebs (1937), quien
propuso la idea de que los combustibles orgánicos se oxidan a
través de una ruta ciclica
• El ciclo del ácido citrico, es la ruta oxidativa central de la
respiración.
• Es el proceso mediante el cual se catabolizan todos los
combustibles metabólicos ( hidratos de carbono, lípidos y
proteínas).
• La función del ciclo del ácido cítrico es oxidar los metabolitos
orgánicos.
• Este ciclo comprende 2 fases: la primera (reacciónes 1 a 5) se
emplea para oxidar los 2 carbonos de la acetil-CoA a CO2 y la
segunda fase (reacciones 5 a 8) sirve para regenerar el
oxalacetato.
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
FASE I : INTRODUCCIÓN Y PÉRDIDA DE DOS ÁTOMOS DE
CARBONO
Consiste en la adición de una porción de 2 carbonos (acetil-CoA) a un
compuesto de 4 carbonos (oxalacetato) para dar un anión orgánico de 6
carbonos ( citrato), seguido de la perdida de 2 carbonos en forma de CO2.
• Paso 1: Introducción de 2 átomos de carbono en forma de acetilCoA. Esta reacción es catalizada por la citrato sintasa. Es semejante a
una condensación aldólica. Este paso se constituye en un lugar de
regulación para todo el ciclo.
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Paso 2: Isomerización del citrato. Esta isomerización es catalizada
por la aconitasa que genera el alcohol secundario isocitrato. En esta
reacción se producen deshidratación e hidratación sucesivas a través
de intermediario cis-aconitato. La caonitasa puede ser inhibida por el
fluoroacetato.
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Paso 3: Generación de CO2 por una deshidrogenasa ligada al NAD+.
Esta reacción ( primera descarboxilación) es catalizada por la isocitrato
deshidrogenasa. Esta reacción comporta la deshidrogenación del
isocitrato a oxalsuccinato (intermediario) este ultimo se descarboxila
espontaneamente produciendo CO2 y α-cetoglutarato.
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Paso 4:
Generación de un segundo CO2 por una complejo
multienzimático. Esta es una reacción de varios pasos comparable a
la reacción del complejo piruvato deshidrogenasa, donde el αcetoglutarato ( α-cetoácido) experimenta una descarboxilación
oxidativa con formación de CO2 y sucinil –CoA (acil-CoA).
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
FASE II : REGENARACIÓN DEL OXALACETATO
En estas fase, las reacciones restantes, convierten al intermediario de 4
carbonos (succinil –CoA) en oxalacetato (4 carbonos).
• Paso 5: Una fosforilación a nivel de sustrato. Esta reacción es
catalizada por la succinil-CoA sintetasa, la cual permite que la succinilCoA (compuesto de alta energía) impulse la formación de un nucleósido
trifosfato (ATP o GTP) a partir de un difosfato (ADP o GDP).
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Producción de nucleótidos de energía
elevada (GTP), en animales, por la reacción
de la succinil-CoA sintetasa y teniendo al Nfosfohistidina de la succinil-CoA sintasa
como intermediario
CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Paso 6: Deshidrogenación dependiente de flavina. Esta reacción es
catalizada por la succinato deshidrogenasa, la cual deshidrogena 2
carbonos saturados del succinato (alcano) a un doble enlace del
fumarato (alqueno). Esta deshidrogenación es dependiente de FAD.
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Paso 7: Hidratación de un doble enlace carbono-carbono. Esta
reacción es catalizada por la fumarato hidratasa o fumarasa la cual
produce la hidratación trans estereoespecífica del doble enlace del
fumarato convirtiéndolo en malato.
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CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
• Paso 8:
Una deshidrogenación que genera oxalacetato. La
deshidrogenación dependiente de NAD+ del malato a oxalacetato es
catalizada por la malato deshidrogenasa.
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REACCIONES DE CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
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ESTEQUIOMETRIA Y ENERGÍA DEL CICLO DEL ÁCIDO
CÍTRICO
• Ecuación química equilibrada correspondiente a las 8 reacciones de una
vuelta del ciclo:
• Ecuación del catabolismo a través de la glucólisis y el ciclo del ácido
cítrico, donde 1 molécula de glucosa genera 2 moléculas de piruvato
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REGULACIÓN DEL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
El flujo a través del ácido cítrico
se
controla
mediante
interacciones alostéricas, pero
también la concentración de los
sutratos desempeñan un papel
crucial
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
• Es una ruta alternativa para la oxidación de la glucosa inclusive
hasta CO2 y H2O.
• Se produce en diversas células (citosol) y tejidos.
• La función de esta ruta es anabólica más que catabólica. Tiene
2 funciones principales:
- Proporcionar NADPH (para la síntesis reductora).
- Proporcionar ribosa-5-fosfato ( para síntesis de nucleótidos
y ácidos nucleicos).
• Además se utiliza para metabolizar pentosas procedentes de
los alimentos (de la digestión de los ácidos nucleicos).
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ESTRATEGIA GLOBAL DE LA RUTA DE LA
PENTOSA FOSFATO
Paso 1 (fase oxidativa): la glucosa-6fosfato se oxida a ribulosa-5-fosfato y CO2
con producción de NDPH.
Paso 2 (fase no oxidativa: 2- 4) parte de
la ribulosa-5-fosfato se convierte en otros
azúcares de 5 carbonos (ribosa-5-fosfato).
Paso 3 : tres moléculas de azúcares de 5
carbonos se convierten en 2 moléculas de
azúcares de 6 carbonos y una molécula de
3 carbonos.
Paso 4 : Algunos azucares formados en el
paso 3 se convierten en glucosa-6-fosfato
y el cicloo se repite.
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
La ruta de la pentosa fosfato actúa en 2 fases:
1. FASE OXIDATIVA: Generación del poder reductor en forma de
NADPH.
• Dos de las tres primeras reacciones de esta ruta son oxidativas y
genera NADPH a partir de NADP+.
• La primera reacción oxida la glucosa-6-fosfato a 6fosfogluconolactona catalizada por la glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa.
• La 6-fosfogluconolactona se hidroliza por una lactonasa
específica a 6-fosfogluconato.
• El 6-fosfogluconato sufre una descarboxilación oxidativa por la 6fosfogluconato deshidrogenasa generando CO2, ribulosa-5-fosfato
y otro NADPH.
• La fase oxidativa genera: 2 NADPH, 1 CO2 y 1 pentosa fosfato
(ribulosa-5 fosfato) por molécula de glucosa-6-fosfato.
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
2. FASE NO OXIDATIVA: Destinos alternativos de las pentosas
fosfato.
• Parte de la ribulosa-5 fosfato se convierte en ribosa-5fosfato por la fosfopentosa isomerasa y con la participación
del enediol como intermediario.
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
2. FASE NO OXIDATIVA: Destinos alternativos de las pentosas
fosfato.
• Hasta la fecha las funciones de la ruta se han dado, es decir se
ha producido:
• Producción de azúcares de 6 y de 3 carbonos. Esto implica una
secuencia de reacciones que convierten 3 azúcares fosfato de 5
carbonos en 2 azúcares fosfato de 6 carbonos (fructosa-6-fosfato)
y 1 azúcar fosfato de 3 carbonos (gliceraldehido-3-fosfato) y con
la participación de 3 enzimas (fosfopentosa epimerasa,
transcetolasa y transaldolasa).
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
1. FASE NO OXIDATIVA: Destinos alternativos de las pentosas
fosfato.
• Producción de azúcares de 6 y de 3 carbonos
- La ribulosa-5fosfato se convierte en su epímero xilulosa-5fosfato por la fosfopentosa epimerasa
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
1. FASE NO OXIDATIVA: Destinos alternativos de las pentosas
fosfato.
• Producción de azúcares de 6 y de 3 carbonos
- La xilulosa-5-fosfato reacciona con la ribosa-5-fosfato catalizada
por la transcetolasa formando una triosa fosfato (gliceraldehido3-fosfato) y un azúcar de 7 carbonos (sedoheptulosa-7-fosfato).
Se da una transferencia de 2 carbonos
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
1. FASE NO OXIDATIVA: Destinos alternativos de las pentosas
fosfato.
• Producción de azúcares de 6 y de 3 carbonos
- Sobre el gliceraldehido-3-fosfato y la sedoheptulosa actúa la
transaldolasa transfiriendo una unidad de dihidroxiacetona de 3
carbonos, originando un azúcar fosfato de 4 carbonos (eritrosa4-fosfato) y un azúcar de 6 carbonos (fructosa-6-fosfato).
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RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
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TRANSTORNOS GENÉTICOS QUE AFECTAN A ENZIMAS DE LA
RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO
• Transtorno genético humano: Déficit de glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa lo cual origina anemia hemolítica (destrucción
masiva de eritrocitos) por estrés oxidativo. La G-6-P activa el
poder reductor de los eritrocitos para impedir el estrés
oxidativo.
• Síndrome de Wernicke – Korsakoff (Transtorno mental
asociado a perdida de memoria y parálisis parcial) producida
por alteración de la transcetolasa que reduce su afinidad por el
pirofosfato de timina (descienden los niveles de TPP). Lo causa
un déficit de vitamina (B1) por alcoholismo.
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GLUCONEOGÉNESIS
Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ
Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ
GLUCONEOGÉNESIS
• Los procesos de biosíntesis ( gluconeogénesis) no son nunca la
simple inversión de las correspondientes rutas catabólicas
(glucólisis) porque se utilizan reacciones enzimáticas diferentes en
los lugares cruciales.
• El cerebro, el SNC, médula renal, testículos y los eritrocitos necesitan
de la glucosa como única o principal fuente de carbono por lo tanto
las células animales deben sintetizar glucosa a partir de precursores
y mantener las concentraciones sanguíneas dentro de los límites
estrechos.
• La gluconeogénesis se define como la biosíntesis de hidratos de
carbono a partir de precursores de 3 y 4 carbonos que no tienen
naturaleza de carbohidrato.
• Los principales sustratos de la gluconeogénesis son: lactato,
aminoácidos, alanina, propionato y el gliceraldehido.
• Este proceso tiene lugar en el citosol, pero algunos precursores se
generan en la mitocondria y deben ser transportados al citosol.
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SÍNTESIS Y UTILIZACIÓN DE LA GLUCOSA EN EL CUERPO HUMANO
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GLUCONEOGÉNESIS
• Los destinos de la glucosa sinterizada por gluconeogénesis son:
- Catabolismo por tejido nervioso.
- Utilización por el musculo esquelético.
- Es precursora de todos los demás carbohidratos
(aminoazúcares, polisacáridos complejos, glicoproteínas y
glucolípidos).
• Una ruta metabólica es factible si su ΔG’(-), exergónico, como la
glucólisis (con sus 3 reacciones exergónicas irreversibles de la
hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvatoquinasa) por lo tanto surge
la dificultad de hacer la conversión del piruvato en glucosa como una
reacció exergónica, por ser endergónica, ΔG’(+), para solucionar este
problema se recurren a enzimas específicas de la gluconeogénesis
que catalizan fuertemente la síntesis de la glucosa evitando la
actividad irreversible de las 3 enzimas de la glucólisis.
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GLUCONEOGÉNESIS
Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ
GLUCONEOGÉNESIS
REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS
Paso 1: Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato.
• La piruvato carboxilasa cataliza la conversión del piruvato en
oxalacetato en la matriz mitocondrial que luego es transportado al
citosol por intercambio con ortofosfato. Se fija CO2.
• El oxalacetato en el citosol sufre la acción de la fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa (PEPCK) para dar fosfoenolpiruvato, siendo el
donador de energía el GTP. Se libera el CO2 fijado anteriormente
• La reacción para evitar la piruvato quinasa es la siguiente:
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GLUCONEOGÉNESIS
REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS
Paso 2: Conversión de la fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato.
• La reacción de la fosfofructoquinasa de la glucólisis consiste en una
fosforilacioón, para evitar este paso irreversible se realiza una
reacción hidrolítica (desfosforila), catalizada por la fructosa-1,6bisfosfatasa y formando fructosa-6-fosfato.
• La fructosa-6-fosfato sufre una isomerización a glucosa -6-fosfato por
la fosfoglucoisomerasa.
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GLUCONEOGÉNESIS
REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS
Paso 3: Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa.
• La acción irreversible de la hexoquinasa o glucoquinasa
(fosforilación) se contrarresta por la glucosa-6-fosfatasa que hace
otra hidrólisis simple transformando la glucosa-6-fosfato en glucosa.
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RESUMEN DE LA GLUCONEOGÉNESIS
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GLUCONEOGÉNESIS
ESTEQUIOMETRÍA Y BALANCE ENERGÉTICODE LA
GLUCÓLISIS
• Las rutas catabólicas generan energía, mientras que las anabólicas
gastan energía.
• La conversión global de 2 moles de piruvato en 1 mol de glucosa es
bastante exergónica, sin embargo, la síntéis de glucosa es costosa
para la célula e un sentido energético.
• Se consumen 6 grupos fosfato de energía elevada (4 ATP y 2 GTP) y 2
moles de NADH (equivalentes a otros 6 ATP).
• Si la glucólisis se se produjera en sentido inverso habría un gasto
menor como se muestra en la formula. Pero no se dá.
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REGULACIÓN DE LA GLUCONEOGÉNESIS
• La regulación de la gluconeogénesis es importante para muchas
funciones biológicas (SNC) por lo tanto es necesario mantener las
concentraciones de la glicemia dentro de los límites normales.
• La gluconeogénesis se controla mayormente por la alimentación rica
en carbohidratos, mientras que en el ayuno o en dietas pobres en
carbohidratos originan un flujo elevado de esta ruta. Participa el
control hormonal de la insulina y el glucagón controlando la sintesis
de la fosfoenolpiruvato carboxilasa; y el control del AMPc.
• La glucolisis y la glucóneogénesis deben controlarse de manera
recíproca, es decir las condiciones intracelulares que activan una
ruta tienden a inhibir la otra.
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BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO
Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ
BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO
• En los animales, un destino importante del la glucosa es la síntesis
de glucógeno (polímero de glucosa con uniones α-1,4 muy
mamificado).
• En la biosíntesis del glucógeno participa: la UDP-glucosa como
sustrato y como enzima la glucógeno sintasa.
• La síntesis de la UDP-glucosa se realiza a partir de la glucosa
sanguínea: se produce una fosforilación por la hexoquinasa o
glucoquinasa para dar glucosa-6-fosfato que luego se isomeriza a
glucosa-1-fosfato por la glucofosfomutasa.
• La UDP-glucosa es la forma de glucosa activa metabólicamente para
la síntesis de glucógeno.
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BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO
• La UDP-glucosa pirofosforilasa cataliza la síntesis de la UDP-glucosa.
• La UDP-glucosa es el donador inmediato de un residuo glucosilo al
extremo no reductor de una rama de glucógeno ( con 4 unidades de
glucosa como mínimo).
• La glucógeno sintasa (glucosiltransferasa) transfiere una unidad de
azúcar activada a un grupo hidroxilo de azúcar no reductor. Esta
enzima continua añadiendo residuos de glucosa de manera sucesiva
al grupo 4-hidróxilo del extremo no reductor.
• Se emplea un cebador de la glucógeno sintasa (cadena corta de
residuos de glucosa ensamblados por una glucogenina).
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REACCIÓN DE LA GLUCÓGENO SINTASA
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RAMIFICACIÓN DEL GLUCÓGENO
• Se produce mediante enlaces α-1,6. Esta ramificación aumenta la
solubilidad del glucógeno y el número de extremos no reductores de
los que se obtiene glucosa-1-fosfato durante la movilización del
glucógeno.
• Participa una enzima ramificante (amilo-1,4 - 1,6 transglucosilasa), la
cual transfiere un fragmento terminal (6 ó 7 residuos de longitud)
desde un extremo de al menos 11 residuos de longitud a un grupo
hidróxilo situado en la posición 6 de un residuo de glucosa del
interior del glucógeno ( la reacción implica el ataque nucleofílico del
hidróxilo del C-6 sobre el C-1 del oligosacárido que forma la
ramificación).
• La biosíntesis de glucógeno requiere la glucógeno sintasa para la
polimerización y una transglucosilasa para crear las ramificaciones.
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RAMIFICACIÓN DEL GLUCÓGENO
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BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO
SÍNTESIS Y MOVILIZACIÓN DEL GLUCÓGENO
• La adrenalina inhibe la síntesis de glucógeno en el músculo y fomenta
la movilización del glucógeno.
• El control de la síntesis y degradación se realiza mediante cascadas
reguladoras con la intervención de una proteína quinasa dependiente
de AMP y fosforilaciones proteicas reversibles.
• La cascada que controla la glucogenólisis conduce a la activación de la
glucógeno fosforilasa mientras que la cascada que controla la síntesis
del glucógeno conduce a la inhibición de la glucógeno sintasa.
• Las condiciones que activan la degradación del glucógeno inhiben la
síntesis de éste, y viceversa.
• La actividad de la glucógeno sintasa esta controlada por fosforilación,
mediante mecanismos comparables a los que controlan la degradación
del glucógeno por la fosforilación, pero que tienen efectos inversos
sobre la actividad enzimática.
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BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO
FUNCIONES DEL GLUCÓGENO MUSCULAR Y HEPÁTICO
• El glucógeno constituye la principal fuente de energía para la
contracción del músculo esquelético. El hígado obtiene energía
metabólica de la oxidación de los ácidos grasos, el glucógeno hepático
sirve como fuente de glucosa sanguínea que se transporta a otros
tejidos para su catabolismo.
• El hígado es un glucostato, detectando las concentraciones de glucosa
sanguínea y ajustando consecuentemente la síntesis y degradación del
glucógeno; gran parte de esta regulación comporta el control de la
glucógeno sintasa y la fosforilasa. Par cumplir esta función el hígado
contiene unas reservas de glucógeno relativamente elevadas (2-8% de su
peso).
• El hígado regula las concentraciones sanguíneas de glucosa en parte
mediante el control de su glucógeno sintasa y fosforilasa.
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BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO
ENFERMEDADES DEL ALMACENAMIENTO DEL GLUCÓGENO
• Producidas por mutaciones de las enzimas del metabolismo del
glucógeno.
• Pueden ser muy graves y generalmente se deben a un almacenamiento
de cantidades anormales de glucógeno o al almacenamiento de un
glucógeno con una propiedades anormales (falla en su degradación).
• Una de las primeras enfermedades de almacenamiento de glucógeno que
se describió fue la enfermedad de von Gierke (aumento crónico del
tamaño del hígado por déficit de glucosa-6-fosfatasa o de la enzima
desramificante para su degradación)
• Las mutaciones en el ser humano que afectan a las enzimas del
metabolismo del glucógeno pueden tener consecuencias clínicas
benignas o profundas.
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DEFECTOS CONGÉNITOS DEL METABOLISMO DEL GLUCÓGENO EN EL SER HUMANO
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