1 Vía de las fosfato pentosas

Vía de las fosfato pentosas
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Vía de las fosfatopentosas - Etapa oxidativa
G6P
NADPH
G6P deshidrogenasa
6-Fosfoglucono-δ-lactona
Lactonasa
6-fosfogluconato
NADPH
6-Fosfogluconato deshidrogenasa
Ribulosa-5-fosfato
Vía de las fosfatopentosas - Isomerizaciones en 5C
CH2OH
Ribulosa-5-fosfato
O
OH
OH
CH2OPO3=
Intermediario enediol
Fosfopentosa isomerasa
CHO
R5P
OH
OH
OH
CH2OPO3=
2
Vía de las fosfatopentosas - Interconversiones de azúcares
C5
+
X5P
TK
R5P
C7
+
SH7P
C5
C5
C3
X5P
C4
E4P
+
G3P
TA
G3P
+
C3
C4
SH7P
+
E4P
TK
C3
C7
C6
F6P
+
G3P
C6
F6P
La salida neta de esta serie de intercambios es dos hexosas y una
triosa (que pueden entrar en la glucólisis/TCA) a partir de tres R5P.
En definitiva, cuando hay mayor necesidad de NADPH que de R5P,
la R5P se recicla.
Vía de las fosfatopentosas - TK & TA
La TK y la TA transfieren unidades de 2 y 3 carbonos,
respectivamente, a partir de azúcares donadores (que siempre son
cetosas) a aceptores (que siempre son aldosas).
CH2OH
CH2OH
C=O
C=O
HO-C-H
Este hidroxilo DEBE estar en esta configuración, por lo cual la
ribulosa-5-P debe ser isomerizada a xilulosa-5-P (por la fosfopentosa
epimerasa) antes de poder donar su unidad en la reacción previa.
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El rol de la tiamina
pirofosfato.
4
5
Vía de las fosfatopentosas - Control
H
H
- CONH 2
N
O
-O-P-O
OH
O
NADPH
O
CH2
OH
NH2
N
Nicotinamide adenine
dinucleotide phosphate
(reducido)
N
N
N
-O-P-O
NADP+/NADPH es 0.014.
NAD+/NADH es 700.
O
CH2
O
OH
O
-O-P-O-
O
En hepatocitos de ratas bien
alimentadas.
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Modalidades de funcionamiento de la vía
1- Se necesita más ribosa5P (R5P) que NADPH.
La mayor parte de la G6P se tranforma en F6P y G3P vía glucólisis. La
transketolasa transforma dos F6P y un G3P en 3 R5P. El total
estequiométrico sería:
5 G6P + ATP ---------> 6 R5P + ADP + H+
2- Las necesidades de R5P & NADPH están balanceadas.
La serie de reacciones mayoritaria será la que pasa por la vía oxidativa.
La estequiometría de esta modalidad será:
G6P + 2 NADP+ + H2O ----------> R5P +2 NADPH + CO2
3- Las necesidades de NADPH son mucho mayores que las de R5P.
En un caso la glucosa es TOTALMENTE oxidada a CO2.
En esta situación tenemos 3 grupos de reacciones de relevancia:
A- Una R5P y 2 NADPH se forman por la fase oxidativa.
B- R5P se transforma en F6P y G3P por TK y TA.
C- Finalmente se forma G6P a partir de F6P y G3P por
gluconeogénesis.
Estequiometrías
6 G6P + 12 NADP+ + 6 H2O
6 R5P
6 R5P + 12 NADPH + 6 CO2
4 F6P + 2 G3P
4 F6P + 2 G3P + H2O
G6P + 12 NADP+ + 7 H2O
5 G6P + Pi
6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi
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4- Las necesidades de NADPH son mucho mayores que las de R5P.
En este caso alternativo la glucosa se convierte en piruvato.
En esta situación se genera NADPH y ATP simultáneamente, y 5 de
los 6 carbonos de G6P aparecen en el piruvato, que a su vez puede
usarse para generar más ATP (vía TCA) o como precursor en
biosíntesis.
Estequiometría total
3 G6P + 6 NADPH+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP
5 piruvato + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8H+
En conclusión, la mayor demanda de NADPH se da en tejido en el
cual se sintetizan lípidos por síntesis reductiva, por lo cual tiene
sentido que la vía de las pentosas fosfato es considerablemente
más activa en tejido adiposo (en comparación con tejido
muscular).
Además, no olvidarse que en plantas parte de las reacciones
catalizadas por TK participan en la síntesis de novo de azúcares.
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Favismo
superóxido
O2
Fármacos y otros
agentes oxidantes.
+ H2O
superóxido
dismutasa
H2O2
2NADP
2GSH
2NADPH
GSSG
Glutatión
peroxidasa
G6PD
H2O
La G6PD genera el NADPH que protege al eritrocito contra
peróxidos y superóxidos generados por estrés oxidativo.
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Gluconeogénesis
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Flujo
general de
azúcares en
los seres
vivos
Breve revisión
de glucólisis
Glucosa
ATP
Hexokinasa
G6P
Fosfoglucosa isomerasa
F6P
Aquí, por acción de
PFK-2 se puede
formar F2,6BP
ATP
Fosfofructokinasa
F1,6BP
Aldolasa
DHAP
Triosafosfato
isomerasa
G3P deshidrogenasa
G3P
NADH (x2)
1,3BPG
ATP (x2)
Fosfoglicerato kinasa
3PG
Fosfogliceromutasa
2PG
Enolasa
PEP
Piruvato kinasa
ATP (x2)
Piruvato
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Los pasos en que difieren la glucólisis y la gluconeogénesis
son, al mismo tiempo, los puntos de regulación y vinculación
con otras rutas.
Glucosa
(Hexokinasa) G6P fosfatasa
G6P
Fosfoglucosa isomerasa
F6P
(Fosfofructokinasa) Fructosa 1,6-Bifosfatasa
F1,6BP
Triosafosfato
isomerasa
G3P
DHAP
Glicerol
G3P deshidrogenasa
1,3DPG
Fosfoglicerato kinasa
3PG
Fosfogliceromutasa
2PG
Enolasa
PEP
PEP carboxikinasa
(En lugar de la
piruvato kinasa)
Oxaloacetate
Piruvato carboxilasa
Lactato
Algunos AAs
(requiere biotina carboxilada por acetilCoA en PC)
Piruvato
Algunos AAs
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Los pasos en que difieren la glucólisis y la gluconeogénesis
son, al mismo tiempo, los puntos de regulación y vinculación
con otras rutas.
Piruvato
Piruvato
CO2 + ATP
ADP
Oxaloacetato
NAD+ + H+
NAD+
Malato
Malato
Oxaloacetato
Aquí participa la biotina como acarreador de CO2 de
manera análoga a la participación de la TPP en el las
reacciones de TK.
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La piruvato carboxilasa depende
de la presencia de AcCoA, que la
activa alostéricamente, ya que el
oxaloacetato es un intermediario
(estequiométrico) en
gluconeogénesis pero también es
un intermediario catalítico en el
TCA. Niveles altos de AcetilCoA
indican necesidad de
oxaloacetato. Niveles altos de
ATP permiten que el oxaloacetato
se consuma en gluconeogénesis,
pero si el ATP está bajo, el
oxaloacetato entrará en el TCA
tras condensar con AcetilCoA.
Anaplerótica - Interviene en
gluconeogénesis y TAMBIEN
controla niveles de intermediarios
del TCA a nivel del oxaloacetato.
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Regulación.
Si no hay regulación es posible
que la glucólisis (que usa
glucosa) y la gluconeogénesis
(que la forma) entren en un
ciclo fútil.
Los niveles de regulación son
varios, uno de ellos se basa en la
regulación alostérica de la
fosfofructokinasa por la F2,6BP
(producida por PFK2)
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Tanto el AMP como la
F2,6BP estimulan a la
PFK, estimulando la
producción de ATP vía
glicólisis.
Concepto de ciclo de sustrato
F6P
AMP ↓
F2,6P ↓
Citrato ↑
AMP ↑
F2,6P ↑
Citrato ↓
F1,6BP
Si los niveles de F2,6BP
son bajos, se estimula la
acción de la bifosfatasa
lo que estimula la
gluconeogénesis.
Regulación por F2,6BP
β-D-fructosa 2,6-bifosfato - Se porduce cuando los niveles de F6P (y
por ende la glucosa) son elevados, activando a la PFK y por ende
acelerando la glucólisis.
Ambas PFK2 (que forma F2,6BP) y FBP2 (que lo transforma en F6P),
son parte de la misma proteína bifuncional (53 Kda) que es controlada
recíprocamente por fosforilación de una serina.
Cuando la glucosa está baja en sangre, el glucagón se secreta y la
cascada de señales estimula la fosforilación y ésta a su vez favorece la
actividad de la FBPasa2 e inhibe la PFK2, bajando los niveles de
F2,6BP y estimulando la gluconeogénesis.
Cuando la glucemia se eleva, la enzima se defosforila y la actividad
PFK2 predomina, aumentando los niveles de F2,6BP y estimulando la
glucólisis.
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Concepto de ciclo de sustrato
ATP
ADP
ATP
100
120
A
B
A
B
90
Pi
ADP
72
H2O
Salida neta 10
Pi
H2O
Salida neta 48
Efecto NO LINEAL: Un aumento del flujo (20%) en una dirección
resulta en una salida neta mayor (380%)
Tanto la PFK2 como la fructosa
bifosfatasa 2 (FBP2) son parte de
una enzima bifuncional de 53
KDa. En su estado fosforilado (en
serina), en respuesta a niveles
bajos de glucosa en sangre, la
FBPasa2 se activa (hacia
gluconeogénesis) y la PFK2 se
reprime. Cuando hay niveles altos
de glucosa, la PFK2 se activa y
activando entonces la glucólisis.
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Gluconeogénesis & glucólisis
Control recíproco
Piruvato kinasa -
Inhibida por ATP
Estimulada por F1,6BP
Piruvato carboxilasa -
Inhibida por ADP
Estimulada por acetilCoA
PEP carboxikinasa -
Inhibida por ADP
Fosfofructokinasa -
Estimulada por AMP
F1,6BP bifosfatasa -
Inhibida por F2,6BP
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El ciclo de Cori
Las lactato deshidrogenasas son diferentes en diferentes tejidos
Glucosa
Glucosa
Cuesta 6
fosfatos
Produce 2
fosfatos
Piruvato
Sangre
Piruvato
Lactato
Lactato
Hígado
Músculo
COO|
C=O + NADH + H+
|
CH3
COO|
H-C-OH + NAD+ + H+
|
CH3
Los aminoácidos como precursores de glucosa
Según punto de entrada
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Metabolismo de glucógeno
Diagrama de la estructura del
glucógeno
α-1,4
α-1,6
Gránulos electrón-densos de
glucógeno en hepatocitos
(100-400 Å)
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Enzimas que participan en la degradación de glucógeno
Una buena parte de las enzimas necesarias para la
degradación YA están en los gránulos, y son reguladas por
fosforilaciones reversibles que aumentan o disminuyen su
actividad catalítica en respuesta a señales celulares (cAMP)
Fosforilasa
Transferasa
α-1,6-glucosidasa
Forman parte del mismo
polipéptido de 160 Kda.
Degradación de glucógeno
La G1P entonces es tranformada en G6P por acción de la enzima
fosfoglucomutasa, probablemente a través de un intermediario
G1,6BP.
A su vez, para la formación de glucosa libre, el hígado, a diferencia
del músculo, posee una G6P fosfatasa (en el lumen del RE).
Ventajas de fosforólisis versus hidrólisis.
Costo
Difusión de G1P ionizada hacia exterior es baja.
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Participación del piridoxal fosfato
Lisina en sitio activo de fosforilasa
ε amino (formando una base de Schiff)
PLP (derivado de B6 - piridoxina)
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Síntesis de glucógeno
La degradación y la síntesis de glucógeno (y la de casi cualquier
otro compuesto) proceden por vías alternas que pueden ser reguladas
de manera independiente.
Síntesis de glucógeno
1- G6P
G1P
2- G1P + UTP
UDP-G + PPi (UDP-glucosa pirofosforilasa)
3- PPi + H2O
(fosfoglucomutasa)
2Pi (pirofosfatasa)
4- UDP-G + glucógenon
5- UDP + ATP
glucógenon+1 + UDP (sintasa)
UTP + ADP (nucleósido difosfokinasa)
Total
G6P +ATP + glucógenon + H2O
glucógenon+1 + ADP +
2Pi
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Generación de los precursores del glucógeno
Reacción neta:
G6P + UTP -----> UDP-glucosa + 2 Pi
Generación de las cadenas principales
(enlaces a-1,4) del glucógeno
Glucógeno sintasa
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Generación de las cadenas laterales (ramificaciones,
enlaces α-1,6) del glucógeno
Se transfieren bloques de aprox. 7 residuos en 1,4 (incluyendo un
extremo no reductor y tienen que provenir de una cadena de por lo
menos 11 residuos) a un punto de ramificación NO MAS cercano
de 4 residuos de otro punto de ramificación.
Por lo tanto la "ramificasa" y la "desramificasa" NO catalizan
exactamente la misma reacción.
Regulación
La regulación de síntesis & degradación gira en torno a cAMP y
hormonas.
Adrenalina & glucagón son glucogenolíticas (a nivel de
músculo e hígado, respectivamente).
La insulina, glucogenogénica, sobre todo a nivel de hígado.
La armonización entre síntesis & degradación se opera por
fosforilación en serina de la fosforilasa por una fosforilasa kinasa
(dando fosforilasa a - activa) mientras que una fosforilasa fosfatasa la
inactiva por defosforilación (fosforilasa b).
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Regulación
Cascada de regulación:
1- Hormonas (epi & glcgn) activan a la adenilato ciclasa.
2- El cAMP generado activa una proteína kinasa (alostéricamente).
3- La kinasa fosforila a la fosforilasa Y a la sintasa, con efectos opuestos. La primera
es ACTIVADA y la segunda INACTIVADA.
4- Los efectos opuestos, mediados también por hormonas en respuesta a niveles de
glucosa circulantes, se logran mediante activación de fosfatasas, que directa o
indirectamente activan la actividad de fosforilasa revirtiendo la fosforilación mediada
por la kinasa.
5- A nivel de hígado, la fosforilasa es el sensor de glucosa mediante;
A- Comunicación entre la Ser-fosfato y el sitio alostérico para glucosa.
B- Uso de la MISMA fosfatasa para inactivar fosforilasa y activar la sintasa.
C- La unión de la fosfatasa a la fosforilasa a para evitar su activación.
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Fosforilasa
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El proceso completo
Revisar enfermedades de metabolismo de glucógeno
(Stryer, capítulo 19)
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