piruvato deshidrogenasa
TRANSCRIPT
BLOQUE III.- MetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismoMetabolismo
Tema 13.Tema 13.-- GlucolisisGlucolisis y destino del piruvatoy destino del piruvato
1. Papel central de la glucosa en el metabolismo.••DegradaciDegradacióón de glucosa por GLUCOLISIS:n de glucosa por GLUCOLISIS:
•• CaracterCaracteríísticas y reacciones sticas y reacciones �� Balance quBalance quíímico y energmico y energéético ATPtico ATP�� RegulaciRegulacióón de la n de la glucolisisglucolisis
•• DegradaciDegradacióón del piruvato en diferentes condicionesn del piruvato en diferentes condiciones•• DescarboxilaciDescarboxilacióónn oxidativaoxidativa•• Fermentaciones lFermentaciones lááctica y ctica y etanetanóólicalica
� Lanzaderas para equilibrar el poder reductor genera do en el citoLanzaderas para equilibrar el poder reductor genera do en el cito plasmaplasma
PAPEL CENTRAL DE LA GLUCOSA EN EL METABOLISMO:- La glucosa es el principal combustible para la may oría de organismos, ocupando una posición central en el metabolismo.- Su oxidación completa a CO2 y H2O produce gran can tidad de energía (2.840 kJ/mol). Se almacena en forma de polímeros (glucógeno, almidón, )
- Es un precursor extremadamente versatil, capaz de suministrar una gran cantidad deintermedios metabólicos, que son material de partid a de muchos procesos biosintéticos
Tanto el almidón ( mecla de amilosa y de amilopectina .) como el glucógeno son hidrolizados por las enzimas αααα-amilasa (1 →→→→4) y glucosidasas (1 →→→→6).
DIGESTIÓN DE GLÚCIDOS
intracelular
Desde los ALIMENTOS
La αααα-amilasa (salivar y pancreática) y la glucosidasa (intestinal)
Los monosacáridos son los únicos glúcidos que se absorben a través de la mucosa intestinal con transporte activo
Glucosa
Glucogenolisis
Glucolisis
Glucogenogénesis
Gluconeogénesis
Glucógeno
Piruvato
Lactato
Ruta pentosas-P
Ciclo ácidocítrico
TransporteElectrónico mitocondrial
Pentosas y Otros azúcares
Ciertos amino ácidos
Ácidos grasos
Glucolisis
LAS VÍAS METABÓLICAS
PARA LOS GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS
Degradaciónpiruvato
ESQUEMA QUE RELACIONA TODAS LAS VÍAS METABÓLICAS
GLUCOLISIS:Ruta CATABÓLICA para la degradación de la glucosa a 2 piruvatos
- Características generales:
GLUCOSA
• Glucolisis o glicolisis es una ruta catabólica de 10 re acciones
enzim áticas: TRES IRREVERSIBLES
• Su función es la degradación de glucosa para la obten ción de
energía: 2 ATP y 2 NADH
• Se degrada una molécula de glucosa (C 6) hasta dos moléculas de
piruvato (C 3).
•Es una ruta metabólica universalmente distribuida en t odas las
células.
2 PIRUVATOS
El producto de una reacciónes el sustrato de la siguiente
GLUCOLISIS
EL ATP es el cofactor DADOR deGRUPOS FOSFATO Yel ADP es el RECEPTOR de GRUPOSFOSFATO
EL NAD+ acepta electrones procedentes delos sustratos que se oxidany él se reduce a NADH
Las moléculas con cargano atraviesan la membranaplasmática
• 2 Fases y 10 Reacciones
• Sustratos : Hexosas-P y triosas-P
• Enzimas: deshidrogenasas
kinasas, isomerasas y mutasas
• Cofactores: NAD+ / NADH
• ATP / ADP
GLUCOLISIS: reacciones
1.-Fosforilación de la glucosa
El ATP transfiere un Pi al OH del C6. de la glucosa. . Las moléculas con carga no atraviesan las membranas. La G6P no sale de las células.
hexoquinasa
Glucosa (G) Glucosa 6-P (G6P)
Fosfoglucosaisomerasa
Glucosa 6-P (G6P) Fructosa 6-P(F6P)
2.-Isomerización de la G-6-P
La aldosa (C1=O) se transformaen cetosa (C2 =O )
FASE 1: fase de inversión de energía
GLUCOLISIS: reacciones
3.-Fosforilación de la F-6-P
El nuevo OH del C 1 es fosforilado por ATP.
Fosfofructoquinasa 1
Fructosa 6-P (F6P) Fructosa 1, 6-P (FBP)
4.-Ruptura aldólica de la F-B-P
Se forman dos triosas, isómeros:
-gliceraldehido3-fosfato (G3P) y-dihidroxiacetona-fosfato (DHAP). Fructosa 1, 6-P (FBP)
Aldolasa
DihidroxiAcetonaFosfato(DHAP)
Gliceraldehido3-fosfato (G3P)
GLUCOLISIS: reaccionesLa segunda fase de la glucolisis parte desde el Gal-3-P
6.-Oxidación y fosforilaciónSe genera NADH y un enlacefosfato de alta energía Gliceraldehido
3-fosfato (G3P)1,3-bisfosfo
glicerato (BPG)
Gliceraldehido 3-Pdeshidrogenasa
5.-Isomerización del DHAP a G3PLa dihidroxiacetona-fosfato (DHAP)se isomeriza agliceraldehido3-fosfato (G-3P).
Solo el G-3P sigue la glicolisis.
Triosa fosfatoisomerasa
Gliceraldehido3-fosfato (G3P)
Dihidroxiacetona-fosfato (DHAP)
El aldehido se oxida y se fija el grupo fosfato, for mando un enlace de alta energía: enlace ACIL-FOSFATO
FASE 2: fase de obtención de beneficios
GLUCOLISIS: reacciones para recoger energía
Fosfogliceratoquinasa
1,3-bisfosfoglicerato (BPG)
3-fosfoglicerato(BPG)
Fosfogliceratomutasa
3-fosfoglicerato(3PG)
2-fosfoglicerato(2PG)
7.-Fosforilación a nivel de sustrato
Se transfiere un Pi desde el 1,3-BPG, con un enlace de alta energía, al ADP.
8.-Isomerización
El Pi del C 3, de no muy alta energía,se traslada al C 2, a través de unintermedio bisfosforilado (2,3-BPG)
1ª reacción de conservación de la energía
El enlace ACIL-FOSFATO es de alta energía y ésta se conserva en forma de ATP
GLUCOLISIS: reacciones para recoger energía
2-fosfoglicerato(2PG)
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
Enolasa
9.-Deshidratación
Se separa una mol. de H 2O y segenera un enlace enol-fosfatode alta energía
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
piruvato(PIR)
Piruvatoquinasa
DG’ = -31.4kJ/mol
10.-Fosforilación a nivel de sustrato
Se transfiere un Pi desde el PEP, con un enlace de alta energía, alADP.
El enlace ENOL-FOSFATO es de alta energía
2ª reacción de conservación de la energía en forma d e ATP
GLUCOLISIS: balance de la ruta
BALANCE químico y energético de la glucolisis:
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ------> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2H+
La glucolisis se produce en el citoplasma y los NADH formados no pueden descargar sus e-en el T.E.M. que actúa en el interior mitocondrial. ���� LANZADERAS o FERMENTACIÓN
glucosa 2 moléculasde piruvato
Además se forman 2 moléculas de ATPy 2 moléculas de NADH
RESULTADO DE LA GLUCOLISIS
REGULACIÓN de la GLUCOLISIS
hexokinasa
Fosfofructokinasa 1
piruvatokinasa
La regulación de la ruta recae sobre las tres enzimas que catalizan las tres reacciones irreversibles.Son tres kinasas:Son moduladas por el nivel de ciertos metabolitos y por modificación covalente (fosforilación)
REGULACIÓN GLUCOLISIS:(1) Hexokinasa y características de la glucokinasa
G-6-P Producto de la reacción
• GLUCOKINASA• Isoenzima en hígado,• + Específica para glucosa• KM mayor para la glucosa y• No inhibida por G6P
•Su existencia permite al hígado retirar glucosa de la sangre cuando su concentración es muy alta
Glucosa glucosa-6-Phexokinasa
glucokinasa
glucosa
Activa
inhibe
La PFK-1 se activa con F-2,6-BP, el producto de la PFK-2
Fructosa-2,6-bisfosfato(F-2,6-BP)
ENZIMA BIFUNCIONAL
PFK-2 F2,6-BP
Fructosa-2,6-bisfosfato
Fructosa-1,6-bisfosfato
Fructosa-6-fosfato
La actividad de la enzima bifuncionalPFK-2/F2,6-BF está controlada por la acción hormonal, que desencadena la fosforilación y la defosforilación de la enzima, alterando la actividad de la enzima con ello.
Resumen de la degradación del Pivuvato
Fermentación a alcohol en levaduras
Glucosa
4 CO2 + H2O
2 Actil-CoA
2 etanol + 2 CO2
2 piruvato
2 lactato
Fermentación a lactato en músculo en
contracción vigorosa, eritrocitos, otras células
y en algunos microorganismos
Glucolisis10 reacciones consecutivas
Ciclo del
ácido cítrico
Animales, plantas, y muchas células microbianas bajo condiciones aeróbicas
Condiciones anaeróbicas
Condiciones anaeróbicas
Condiciones aeróbicas
En células tumorales:http://sebbm.es/BioROM/contenido/UCM/sit_fisiopat/glucolisis-cancer/index.htm
T 13.- METABOLISMO DEL PIRUVATO
El piruvato formado en la GLUCOLISIS se degrada en función de las condiciones:ANAEROBIAS: Fermentaciones (1,2) AEROBICAS: Descarboxilación oxidativa (3)
Piruvato
Lactato Acetil-CoAAcetaldehido
Etanol PosteriorOxidaciónen el C.A.T.
O2
O2
O2
O2
Lactato
13
2
piruvato
Las 2 reacciones de reducción del Piruvato en los procesos fermentativos
LactatoPiruvato
Lactato deshidrogenasa
Piruvato EtanolAcetaldehido
Piruvato descarboxilasa
Alcoholdeshidrogenasa
FERMENTACIÓN LÁCTICA
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
1.-FERMENTACIÓN LACTICAen condiciones anaeróbicas (músculo y microorganismos ).
regeneraciónNAD+
glucosa
glic
olis
is
2 piruvato
2 lactato
Acoplamiento de la oxidación del NADH hasta NAD+ con la reducción delPiruvato a lactato;
la glicolisis necesita NAD+ disponible para la Gal-3-P deshidrogenasa
Piruvato + NADH Lactato + NAD +
Resumen de la fermentación láctica
El ácido láctico es producido en los músculos con el ejercicio y por bacteriasLactato
deshidrogenasa
RegeneracionNAD+
lactato
Acoplamiento de la oxidación del NADH a NAD+ con la reducción delacetaldehido a etanol;
la glicolisisnecesita NAD+Disponible para la Gal-3-P deshidrogenasa
2.-FERMENTACIÓN ALCOHÓLICAmicroorganismos fermentativos en condiciones anaeróbicas
glucosa
2 piruvato
etanol
RegeneracionNAD+
acetaldehido
3.- Descarboxilación oxidativa del Piruvatoen condiciones aerobias -------���� Acetil-CoA
REACCIÓN COMPLEJA:Descarboxilación oxidativa del piruvatoEnzima: PIRUVATO DESHIDROGENASACoenzimas solubles: NAD+ se reduce a NADH
CoA-SH se lleva el acetilo
ComplejoPiruvatodeshidrogenasa
Piruvato
Glucosa
Acetil-CoA
Lípidos
PIRUVATO DESHIDROGENASAComponentes del complejo: 3 enzimas y 5 coenzimas
Coenzimas solublesCoA-SHNAD+
Coenzimas unidos a Enzimas(GRUPOS PROSTÉTICOS)E1- TPPE2- LipoamidaE3 - FAD
-TPP-Lipoamida
- FAD
Descarboxilación oxidativaTrans-acetilación
Oxidación H 2-lipoamida
E1- piruvato deshidrogenasa -E2- Lipoil-transacetilasa -E3- Dihidrolipoamida deshidrogenasa -
Cristales de PDH
Microfotografía al M.E. del complejo PDH procedente de músculo
Modelo de la estructura del complejo PDH, donde se recogen los 3 tipos de subunidades, cada una con su coenzim a
La E1-TPP cataliza la descarboxilación del piruvato y el OH-etil queda unido a la TPP
PIRUVATO DESHIDROGENASA: mecanismo de actuación
- TPP- Lipoamida- FAD
E1 = Piruvato deshidrogenasaE2 = Dihidrolipoil transacetilasaE3 = Dihidrolipoil deshidrogenasa
Dihidrolipoamida
Lipoamida
piruvato
Hidroxi-etil-TPP
Acetil hidrolipoamida
Acetil-CoA
CoE. solubles•CoA-SH•NAD+
Toda la reacción se produce en el entorno
del complejo
PDH, actuando en cada
paso una de las
enzimas
Descripción del mecanismo de acción de la PIRUVATO DH
1º.- Actuación de la E1-TPP (La E1 es Piruvato deshidrogenasa )El piruvato se descarboxila y el fragmento de 2 carb onos (carbanión) se transfiere al anillo de tiofeno (TPP), formándose el hidroxi-etil-TPP .
2º.- Transferencia del hidroxietilo de la E1-TPP a la E2-LipoamidaLa E2 es Dihidrolipoil-transacetilasa y tiene unida la LipoamidaEn la transferencia desde E1 a E2, el hidroxi-etilo se oxida a acetilo, a la par que e l puente disulfuro de la lipoamida se reduce a dihidro -lipoamida, aunque como ésta resulta acetilada, el producto es acetil-hidro-lipoamida
3º.- Transferencia del acetilo desde la E2-hidro-Lipoamida a la CoA-SHEl grupo acetilo de la acetil-lipoamida (enlace tio-acilo) se transfiere a la CoA-SH, para formar Acetil-S-CoA (enlace tio-acilo).La Lipoamida queda reducida como Dihidro-lipoamida.
4º.- Oxidación de la H2-lipoamida por E3-FAD ( Coenzima de la E3)La E3 (Dihidrolipoil-deshidrogenasa) es una flavoenzima , cuyo FADH2 se oxidará después por el NAD+ (coenzima soluble) que se reduce a NADH + H+
Glositis, Queilitisangular y Dermatitis seborreica
FMN, FADRiboflavinaB2
Espina bífidaTHFFolatoB9
EscorbutoAscorbatoC
Anemiaperniciosa
CianocobalaminaCobalaminaB12
BiotinaBiotinaB7 o H
Anemia(Isoniacina)
Piridoxal-PPiridoxinaB6
Neurodegeneración(pantotenato kinasa)Coenzima APantotenatoB5
Pelagra (3D)NADH, NADPHNiacina o Ac. Nicotínico
B3
Beriberi (cascara arroz)
Tiamina-PPTiaminaB1
PATOLOGÍA (por carencia)
Forma de COENZIMACOMPUESTO QUÍMICO
Nombre de la VITAMINA
Piruvato
Acetil-CoA
Succinil-
Cetoglutarato
Isocitrato
Citrato
Oxalacetato
Malato
PIRUVATO DESHIDROGENASARegulación alostérica y por fosforilación/defosforilación
PDHEl complejo estáregulado de dos maneras:
• inhibición alostérica por metabolitos:
Inhibido por ATP, Acetil-CoA y NADH y Activado por AMP, CoA y NAD+, cuando las necesidades energéticas son elevadas
• Modificación covalente: Inhibido por fosforilación en E1 y activado por defosforilación.
PIRUVATO DESHIDROGENASARegulación covalente por fosforilación/defosforilación, en mamíferos
La PDH fosforilada(PDH-P) es inactiva y la defosforilaciónla activa de nuevo.
La PDH es estimulada (PDH a)por la insulina, piruvato y AMP/ADP, que inhiben a la PDH-kinasa ,
pero es inhibida (no se forma PDH b)por el ATP, NADH y acetil-CoA, que activan a la PDH-kinasa .
Dihidroxiacetonafosfato
Glicerol3-fosfato
Glicerol-3-fosfato Deshidrogenasacitoplasmática
Glicerol-3-fosfato Deshidrogenasa
mitocondrialCitoplasma
Matriz
Lanzadera del glicerol-P
Por cada NADH citoplásm. que se oxida por esta vía se obtienen 1,5 ATP.
Lanzadera del malato-aspartato
Por cada NADH citoplásm. que se oxida por esta vía se obtienen 2,5 ATP.
αααα-cetoglutarato
Oxalacetato
Oxalacetato
Glutamato
Aspartato
αααα-cetoglutarato
Citoplasma
Malato
Glutamato
AspartatoMatriz Malato
transaminasa
transaminasa
Malatodeshidorgenasa
Malatodeshidorgenasa