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Caminos metabólicos
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http://www.expasy.org/cgi-bin/show_thumbnails.pl?2
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Rutas metabólicas 1ra ley de la termodinámica: la energía total de un sistema y sus alrededores permanece constante
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2da ley de la termodinámica: un proceso ocurriráespontáneamente sólo si ΔS es positivo: la entropía del Universo siempre crece
ΔSsistema + ΔSalrededores > 0
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2 ADP ↔ ATP + AMP
ATP: moneda de energía
ΔG°´ = -7.3 kcal/mol
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Ciclo del C
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Metabolismo de hidratos de carbono
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Glucólisis: degradación de glucosa hasta ácido pirúvico
Fase de inversión Fase de rendimiento
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Glucólisis: degradación de glucosa hasta ácido pirúvico
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Hexokinasa o Glucokinasa
Glucosa + ATP Glc-6-P + ADP
glucosa Glucosa-6-fosfato(Glc6P)
hexokinasa
Fosforilación de la glucosa
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Fosfoglucosa isomerasa
Glc-6-P Fru-6-P
Glc6P Fru6P
Conversión de aldopiranosaen cetofuranosa
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fosfofructokinasa dependiente de ATP
Fru-6P + ATP Fru-1,6-P2 + ADP
Fru6P Fructosa-1,6-P2(Fru16P2)
fosfofructokinasa
Fosforilación de la Fru6P
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fosfofructokinasa dependiente de PPi
Fru-6P + PPi Fru-1,6-P2 + Pi
Fructosa-1,6-P2
PiPPi
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Aldolasa
DHAP
Ga3P
Escisión en fosfatos de triosa
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CH2OPO3
2−
C
CH
C
C
CH2OPO32−
NH
HO
H OH
H OH
(CH2)4 Enzyme
6
5
4
3
2
1
+
Schiff base intermediate of Aldolase reaction
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Isomerización de fosfatos de triosa
Triosa fosfatoisomerasa
TIM
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Catálisis ácido-base: TPI, la enzima “perfecta”
C
C
CH2OPO32−
O
C
C
CH2OPO32−
H O
H OH
C
C
CH2OPO32−
H OH
OH
H
H OH H+ H+ H+H+
dihydroxyacetone enediol glyceraldehyde- phosphate intermediate 3-phosphate
Triosephosphate Isomerase
C
CH2OPO32−
O O−
C
CH2OPO32−
HC O−
OH
proposed enediolate
intermediate
phosphoglycolate transition state
analog
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Oxidación del Ga3P
Ga3P DH
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La Ga3PDH cursa con una oxidación seguida de una deshidratación (formación del acil fosfato
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La formación de un intermediario de alta energía baja la energía de activación.
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La energía es conservada por una fosforilación a nivel de sustrato. Se produce la primera
molécula de ATP
fosfoglicerokinasa
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Hay un reordenamiento molecular: cambia la posición del fosfato
fosfogliceromutasa
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La PGM cursa con la formación de un estado fosforilado de la enzima
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Deshidratación del 2PGA para dar un compuesto con alta energía
Enolasa
Enolasa
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El fosfato de alta energía es dador de fosforilo para la generación de la segunda molécula de ATP
Piruvato kinasa
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-4.0-7.5Piruvatoquinasa10. PEP + ADP + H+ Piruvato + ATP
-0.8+0.4Enolasa9. 2-fosfoglicerato PEP +H2O
+0.2+1.1Fosfoglicerato mutasa8. 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato
+0.3-4.5Fosfoglicerato quinasa7. 1,3-bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato+ATP
+0.6+1.5Gliceraldehído3-P deshidrogenasa
6. Ga3P+ Pi + NAD+ 1,3-bisfosfoglicerato + NADH + H+
+0.6+1.8Triosafosfato isomerasa5. DHAP Ga3P
-0.3+5.7Aldolasa4. Fru1,6-bisP DHAP+Ga3P
-5.3-3.4Fosfofructoquinasa3. Fru6-P+ATP Fru1,6-bisP+ADP+(H+)
-0.6+0.4Fosfoglucosa isomerasa2. Glc6P Fru6P
-8.0-4.0Hexoquinasa1. Glc + ATP Glc6P + ADP + H+
ΔGΔG°´EnzimaReacción
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Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi
2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Ecuación balanceada de la glucólisis
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Reacción exergónica
Reacción endergónica
Glucosa + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+
2 ADP + 2 Pi 2 ATP + 2 H2O
ΔG = -146 kJ/mol
ΔG = 2* 30,5 kJ/mol= 61 kJ/mol
ΔG = -85 kJ/mol
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Resumen
• La glucólisis ocurre en el citosol• Consta de 10 reacciones• Permite generar 2 ATP y 1 NADH por
molécula de glucosa• El ATP se genera por fosforilación a nivel
de sustrato
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Regulación de la glucólisis
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Hexokinasa: retroinhibición por Glc6PGlucokinasa: inhibida por Fru6P, activada por Fru1P
Conversión de Glc en Glc6P
Conversión de Fru6P en F1,6bisP
Fosfofructokinasa (ATP): • activada por Fru2,6bisP y AMP• inhibida por ATP y citrato
Fosfofructokinasa (PPi): • activada por Fru2,6bisP• inhibida por Pi
Conversión de PEP en piruvato
Piruvato kinasa: • activada por Fru1,6bisP• inhibida por ATP, citrato, Ala, ác. grasos, AcCoA y por fosforilación
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Glucokinasa
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Glucosa + ATP Glc6P
Fru6P
Fru1,6P2
Fructosa + ATP Fru1P DHAP + Ga
Ga + ATP Ga3P
GK
PR
⊕
Regulación de la GK durante la ingesta de sacarosa
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[Glc] (mM)0 5 10 15 20
Velo
cida
d re
lativ
a
0
20
40
60
80
100
Glicemia normalv=50
Glicemia aumentadapor ingesta de H de C
v=75
Δv = 25 (50%)
Glucoquinasa
Hexoquinasa
Glucokinasa vs. Hexokinasa: regulación de la glicemia
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Transporte de Glc: proteínas Glut
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Transportador primario de fructosa
Superficie mucosa del intestino delgado, esperma.
GLUT 5
Activado por insulina. Km 5mM.
Músculo esquelético y cardíacoGLUT 4
Baja Km (1mM), altacapacidad
Neuronas, placenta, testículos.GLUT 3
Alta capacidad, baja afinidad (Km 15-20mM) parte del sensor de Glcen cél ß.
Hígado, cél. ß, hipotálamo, memb. basolateral de intestino delgado.
GLUT 2
Alta capacidad, baja Km (1-2mM).Mayoría de las célulasGLUT 1
PropiedadesDistribuciónTransportador
Propiedades de los transportadores de glucosa
Transporte de Glc: proteínas Glut
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Regulación de la PFK
2 ADP ATP + AMP
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Receptor Ins
Fosfatidil inositol3 kinasa
Fusión
Transporte de Glucosa
Internalización
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fosfatasakinasa
Síntesis de Fru2,6bisP
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Regulación de la Piruvato Kinasa
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Fermentaciones
O2
H2O
respiración
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Fermentación homoláctica
piruvato
lactato
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Fermentación alcohólica
H3C-CO-COO- H3C-CHO + CO2
PDC
H3C-CHO + NADH + H+ H3C-CH2OH + NAD+
ADH
Tableta sumeria con indicaciones para hacer cerveza (2000 AC)
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Entrada de otros H de C
Galactosa + ATP Gal1P
Gal1P + UDPGlc UDPGal + Glc1P
UDPGal ADPGlc
Galactosa + ATP Glc1P + ADP
GalK
epimerasa
transferasa
Manosa + ATP Manosa6P
Manosa6P Fru6PMPI
HK
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Creatina: reserva de energía en forma de
enlaces fosfato
Creatina kinasa
creatina fosfocreatina
creatina kinasa
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P-creatina: chordata
P-arginina: todos los demás
Fosfágenos
Lombricina: anélidos
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Fuentes de
energía durante
el ejercicio
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Alosterismo y modificación covalente en la regulación de la glucólisis vegetal
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La regulación de la glucólisis en plantas vs. animales o levaduras
+
PFK
Animales, levaduras
Glc-6-P
Fru-1.6-P2
Fru-6-P
PEP
PyrPKc
+
Plantas
Glc-6-P
Fru-1.6-P2
Fru-6-P
PEP
Pyr
Fru-2,6-P2 + PFK/PFP
PKc
-
PFP
Direcciónde la
regulación
Direcciónde la
regulación
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¿Porqué la glucólisis presenta diferente sentido de la regulación en plantas y
mamíferos?
• En mamíferos/levaduras, la glucólisis comienza con glucosa• En plantas, la glucólisis puede comenzar con hexosas pero también
puede recibir carbono en forma de fosfatos de triosa que provienen del plástido. Esos mismos FT pueden ir hacia la formación de sacarosa
Es indispensable tener una regulaciEs indispensable tener una regulacióón independiente de las partes n independiente de las partes superior e inferior de la glucsuperior e inferior de la glucóólisis, que pueden funcionar lisis, que pueden funcionar simultsimultááneamente en sentidos opuestos durante el dneamente en sentidos opuestos durante el dííaa