cap 8 metabolismo de carbohidratos
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Metabolismo de
carbohidratos
CAPITULO 8
From McKee and McKee, Biochemistry, 5th Edition, © 2011 Oxford University Press
Introducción: Rutas importantes
Glucogenólisis
Glicólisis
Ruta de pentosa fosfatada
Glucogénesis
Gluconeogénesis
Fotosíntesis
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Metabolismo
Catabolismo
Degradación
Anabolismo
Síntesis
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8.1 Ruta de glicólisis
Principal ruta para la degradación de glucosa.
Proceso anaeróbico.
Se conoce como la ruta de Embden-Meyerhof.
Propiedades que la convierten en la ruta más conocida:
Es una ruta casi universal.
Produce energía e intermedios metabólicos.
Se conoce su regulación.
Glicólisis
Es un proceso anaeróbico.
Consiste en la oxidación de una molécula de
glucosa para producir dos moléculas de piruvato
y atrapar una cantidad limitada de energía en
forma de ATP.
La ruta consta de diez reacciones.
Se divide en dos fases.
Reacción neta: D-Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
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GLICOLISIS: Sus dos fases
Fase preparatoria
Consume energía.
Una molécula de glucosa se convierte en
dos moléculas de gliceraldehído-3-
fosfatado.
Fase productiva Produce energía.
Gliceraldehído-3-fosfatado se convierte en
piruvato.
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Síntesis de glucosa-6-fosfatada
Reacción #1: Fosforilación de glucosa
Glucosa es activada.
Reacción es irreversible bajo condiciones
intracelulares; utiliza ATP.
Evita el transporte fuera de la célula.
Enzima: hexoquinasa: necesita Mg2+,,
hepatocitos contienen glucoquinasa, la cual
es específica para glucosa (mantiene los
niveles de glucosa)
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Conversión de glucosa-6-
fosfatada a fructosa-6-fosfatada
Reacción #2: Isomerización de G6P
Isomerización reversible: aldosa a cetosa.
Enzima: isomerasa de fosfoglucosa.
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Fosforilación de fructosa-6-fosfatada
Reacción #3: Fructosa-6-fosfatada se convierte a fructosa 1,6-bifosfatada
Utiliza ATP; transferencia de un grupo fosfato de ATP a fructosa-6-fosfatada. Disminuye la energía libre.
Enzima: fosfofructoquinasa-1 (PFK-1).
Paso comprometedor: punto principal de regulación.
Reacción irreversible bajo condiciones celulares.
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Rompimiento de fructosa 1,6-bifosfatada
Reacción #4: Condensación aldólica
reversible
Enzima: aldolasa (aldolasa de fructosa 1,6-
bifosfatada).
Formación de una aldosa y una cetosa.
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Interconversión de triosas fosfatadas
Reacción #5: Isomerización donde la
cetosa se convierte en aldosa
Sólo gliceraldehído-3-fosfatado sigue
glicólisis.
Enzima: isomerasa de triosa fosfatada.
Se completa la fase preparatoria. La hexosa
ha sido fosforilada en los carbonos C-1 and
C-6, y se rompe en dos moléculas de GAP.
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Oxidación de gliceraldehído-3-fosfatado
Reacción #6: Oxidación para dar 1,3-
bifosfoglicerato
Primer paso de la fase productiva.
Ocurre la oxidación (grupo aldehído es
dehidrogenado para producir un anhidrido
carboxílico). Aceptador de hidrógeno es NAD+.
Enzima: dehidrogenasa de gliceraldehído-3-
fosfatado.
Se produce un enlace de alta energía.
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Transferencia del fosfato
Reacción #7: Produccion de ATP
Transferencia del fosfato de 1,3-bifosfoglicerato a ADP: Se produce el primer ATP.
Enzima: quinasa de fosfoglicerato.
La energía liberada por la oxidación de un aldehído a un grupo carboxílico se conserva por la formación acoplada de ATP (fosforilación a nivel de sustrato).
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Interconversión de 3-
fosfoglicerato y 2-fosfoglicerato
Reacción #8: Isomerización
Cambio reversible.
Enzima: mutasa de fosfoglicerato
(transferencia de un grupo funcional de
una posición a otra en la misma molécula).
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Deshidratación de 2-fosfoglicerato
Reacción #9: Remoción de agua para
dar fosfoenolpiruvato
Segunda reacción donde se produce un
compuesto de alta energía.
Enzima: enolasa.
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Síntesis de piruvato
Reacción #10: Transferencia de fosfato
de fosfoenolpiruvato a ADP
Fosforilación a nivel de sustrato;
esencialmente irreversible bajo condiciones
intracelulares.
Acopla la energía libre de la hidrólisis de
PEP a la síntesis de ATP.
Enzima: quinasa de piruvato.
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DESTINO DE PIRUVATO
Condiciones anaeróbicas:
Piruvato se convierte en lactato en el músculo:
LDH.
Este proceso se conoce como fermentación láctica.
Piruvato se convierte en etanol en levadura:
decarboxilasa de piruvato y dehidrogenasa de
alcohol.
Este proceso se llama fermentación etanólica.
Condiciones aeróbicas:
Piruvato se convierte en acetil-CoA
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Reciclaje de NAD+
Regulación de glicolisis
Regulación alostérica
Hexoquinasas: I, II y III son inhibidas por
glucosa-6-fosfatada
La hexoquinasa IV (glucoquinasa) funciona el
hígado permitiendo que se sintetice glucógeno.
Fosfofructoquinasa-1: efectores alostéricos.
Quinasa de piruvato: efectores alostéricos.
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•Altos niveles de AMP activan la quinasa de
piruvato.
*Fructosa-2,6-bifosfatada producida vía hormona,
induce modificación covalente de PKF-2, y activa
PFK-1.
*Acumulación de fructosa-1,6-bifosfatada activa
PFK-1 y proveen retroalimentación positiva.
Regulación de glicolisis
Regulación hormonal
Glucagón: activa la acción de la quinasa y
disminuye los niveles de fructosa-2,6-
bifosfatada.
Insulina: activa la acción de la fosfatasa y
aumenta los niveles de fructosa-2,6-
bifosfatada.
AMPK: AMP-activated protein kinase
Produce fosforilación favoreciendo los
procesos de degradación.
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8.2 Gluconeogénesis
Síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos. Lactato, piruvato, glicerol, alfa-ceto ácidos y amino
ácidos.
Ruta ocurre principalmente en el hígado.
Es esencial para mantener los niveles de glucosa (sistema nervioso central, médula del riñón, glóbulos rojos, testículos). Metabolismo requiere 160g de glucosa al día (120g
son necesarios para el cerebro).
Cuerpo almacena 190g como glucógeno.
El cuerpo sintetiza glucosa todo el tiempo.
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Reacciones
Sintesis de fosfoenolpiruvato: piruvato se convierte en fosfoenolpiruvato
piruvato + dióxido de carbono se convierten en oxaloacetato Carboxilasa de piruvato
Carboxilación
oxaloacetato se convierte en fosfoenolpiruvato Carboxiquinasa de fosfoenolpiruvato
Hidrólisis de GTP
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Reacciones
Rompimiento enlace fosfato
Fosfatasas
Fructosa 1,6-bifosfatasa
F-1,6BP -----> F-6-P + fosfato inorgánico
Glucosa 6-fosfatasa
G-6-P ------> glucosa + fosfato inorgánico
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Precursores de gluconeogénesis
Lactato: liberado por el musculo
esqueletal a través del Ciclo de Cori.
Glicerol: producto del metabolismo de
lípidos.
Alanina: se genera a partir de piruvato
durante ejercicio.
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Regulación de gluconeogénesis
Disponibilidad de sustratos
Hormonalmente: cortisona e insulina
Enzimas alostéricas:
Carboxilasa de piruvato
Carboxiquinasa de piruvato
Fructosa-1,6-bifosfatasa
Glucosa-6-fosfatasa
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+
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8.3 Ruta de pentosa fosfatada
Ruta alterna a glicólisis .
Es una ruta de oxidación.
No produce ATP.
Ocurre principalmente en el tejido adiposo
donde se genera el poder reductor para la
síntesis de ácidos grasos.
Se divide en dos fases: oxidativa y no-
oxidativa.
Funciones
Produce poder reductor en la forma de
NADPH para sistemas que llevan a cabo
reducción.
Fuente de carbohidratos.
Provee el modo para intercambio de
azúcares.
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Fase oxidativa
Produce NADPH y azúcares de 5 carbonos.
Produce ribulosa-5-fosfatada y dos NADPH
Reacciones:
oxidación de glucosa-6-fosfatada
hidrolización de lactona
decarboxilación oxidativa de fosfogluconato
6-phosphogluconate dehydrogenase
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Fase no-oxidativa
Producción de azúcares por reacciones
donde se transfieren 2 o 3 carbonos.
Provee azucares para la síntesis de nucleótidos
y para glicolisis.
Ribosa-5-fosfatada, gliceraldehido-3-fosfatado,
fructosa-6-fosfatada.
Reacciones:
C5 + C5 <----> C7 + C3 transcetolasa (2C)
Necesitan magnesio y pirofosfato de tiamina.
C7 + C3 <-----> C6 + C4 transaldolasa (3C)
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Deficiencia enzima dehidrogenasa
Mantiene niveles de glutationa. Mantiene la integridad estructural de las proteínas
(sirve de protección al grupo –SH).
Sirve de protección a los lípidos contra la oxidación.
Mantiene el hierro de la hemoglobina en su estado ferroso.
Individuos con deficiencia en dehidrogenasa-6-fosfatada tienen niveles bajos de glutationa y padecen de anemia hemolítica. Defecto genético.
Drogas para tratamiento de la malaria (primaquine).
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8.4 Metabolismo de otras
azucares importantes
Fructosa
Entra a glicolisis a través del hígado
(proceso multienzimático) o a través del
musculo y el tejido adiposo (hexoquinasas).
Manosa
Presente en la naturaleza
Galactosa
Productos lácteos
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8.5 Metabolismo de glucógeno
Glucógeno es la forma principal de
almacenar glucosa en animales
Se encuentra en el hígado y músculo.
Liberación de glucógeno en el hígado se
debe a bajos niveles de glucosa en la
sangre.
En el músculo se degrada para entrar la
glucosa en glicólisis.
Glucogénesis
Síntesis de glucosa-1-fosfatada Isomerización de G-6-P a G-1-P
Síntesis de UDP-glucosa Glucosa reacciona con UTP para dar UDP-glucosa y
pirofosfato
Síntesis de glucógeno a partir de UDP-
glucosa Glucógeno + UDP-glucosa añade glucosa a cadena
existente de glucógeno Sintasa de glucógeno
Formación enlaces 1,6 Enzima ramificadora
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Branching enzyme
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Glucogenolisis
Remoción de glucosa del terminal no
reductor de glucógeno.
Glucógeno + fosfato glucógeno + G-1-P
Fosforólisis
Fosforilasa de glucógeno
Hidrólisis del enlace α-1,6.
Función de transferencia y función
hidrolítica.
Enzima deramificadora.
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Regulación metabolismo de glucógeno
CONTROL ALOSTERICO
MODIFICACION COVALENTE
REGULACION HORMONAL
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