Serie Nº 8 Metabolismo de Glúcidos
SERIE Nº 8. Metabolismo de Glúcidos
Los lugares en que se almacena y consume la mayor parte de los glúcidos son: los músculos, el hígado y el tejido adiposo. La glucosa, al penetrar en las células, se fosforila en glucosa-6-fosfato, tomando una molécula de ácido fosfórico del ácido adenosintrifosfato (ATP), en presencia de una enzima, la hexoquinasa. La glucosa-6-fosfato es el punto de partida de varios procesos: glucogenogénesis, vía de las pentosas, glucólisis y liberación de glucosa. La liberación de glucosa se produce solamente en el hígado y, en mucho menor escala, en el riñón y en el intestino. Por la acción de una enzima, la fosfatasa, que existe en gran cantidad en el hígado, la glucosa-6-fosfato deja en libertad ácido fosfórico y glucosa. En el hígado la glucosa-6-fosfato se forma también a expensas de otras hexosas alimenticias, la fructosa y la galactosa, previa fosforilización por el ATP y enzimas específicas, la fructoquinasa y galactoquinasa, y a partir de fuentes endógenas en el proceso de gluconeogénesis y a expensas del ácido láctico y del glicerol. El hígado utiliza la glucosa, sea de origen exógeno o endógeno, en distintas formas: • Formación de glucógeno. • Para mantener el nivel de glucemia. • Formación de substancias grasas. • Para glucólisis. • Síntesis de aminoazúcares, aminoácidos no esenciales y glucoproteínas. Glucógenolisis El glucógeno es un polímero de almacenamiento de glucosa; las unidades de glucosa están unidas por dos tipos de enlaces, linealmente por enlaces glucosídicos (α14) y formando ramificaciones por enlaces glicosídicos (α16). Las unidades de glucosa se pueden separar desde el glucógeno por digestión o hidrólisis y por movilización o fosforólisis. En el organismo (hígado y músculo) son fácilmente movilizables por fosforólisis. La enzima desramificante actúa con dos actividades: • transferasa o (α α14) (α α14) glucantransferasa, que cataliza la transferencia del resto de la cadena lineal (de 4 a 6 unidades) próxima a una ramificación hasta otro extremo formando enlaces (α14). • (α α16) glucosidasa, que libera el último resto de glucosa de la ramificación (α16), como glucosa libre. La glucógeno fosforilasa cataliza la escisión fosforolítica (fosforólisis) del glucógeno para dar glucosa-1-fosfato. La escisión fosforolítica del glucógeno es energéticamente ventajosa porque el azúcar liberado ya está fosforilado. La glucosa-1-fosfato que se libera en la fosforólisis se transforma en glucosa-6fosfato mediante una isomerización catalizada por fosfoglucomutasa. Las células hepáticas contienen glucosa-6-fosfatasa, una enzima hidrolítica ausente en músculo y en cerebro, que permite al hígado poder exportar glucosa a la sangre.
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Glucólisis Las reacciones de esta vía ocurren, prácticamente, en todas las células vivas. Se necesita la energía de dos moléculas de ATP para iniciar el proceso, sin embargo al iniciarse se producen dos moléculas de NADH y cuatro moléculas de ATP. Por tanto, el balance total es de dos moléculas de NADH y dos de ATP por cada molécula de glucosa. El producto final son dos moléculas de piruvato que posteriormente realizaran el ciclo de krebs. Este proceso tiene lugar en el citoplasma celular. Consiste en una serie de diez reacciones, cada una catalizada por una enzima determinada, que permite transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos, el ácido pirúvico. En la primera parte se necesita energía, que es suministrada por dos moléculas de ATP, que servirán para fosforilar la glucosa y la fructosa. Al final de esta fase se obtienen, en la práctica dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, ya que la molécula de dihidroxiacetona fosfato, se transforma en gliceraldehído-3-fosfato. En la segunda fase, que afecta a las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, se forman cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH. Se produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP. Al final del proceso la molécula de glucosa queda transformada en dos moléculas de ácido pirúvico, es en estas moléculas donde se encuentra en estos momentos la mayor parte de la energía contenida en la glucosa. Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
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Fermentación Alcohólica: se denomina también fermentación etílica o fermentación del etanol. Es el proceso anaerobio llevado a cabo por levaduras y algunas bacterias. Se descarboxilan las dos moléculas de piruvato resultantes del proceso de glucólisis de una molécula de glucosa, dando acetaldehído, y éste se reduce a etanol por la acción del NADH. Se consumen las seis moléculas de ATP producidas por NADH en la gucólisis. Por lo que el balance global de energía de la fermentación alcohólica es únicamente de dos moléculas de ATP. A partir de una molécula de glucosa, se producen dos moléculas de etanol y dos de dióxido de carbono. Fermentación Láctica: sucede en el citosol de la célula, en la cual se oxida parte de la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico. Ruta anaerobia del metabolismo, en la cual dos moléculas de piruvato se reducen a lactato, reoxidándose los NADH, provenientes de la glucólisis, por lo que el balance global de energía de la fermentación láctica es únicamente de dos moléculas de ATP.
Vía de las Pentosas Fosfato Sus principales funciones son: • generar NADPH (sirve como dador de electrones en las reacciones reductoras de biosíntesis de componentes, sin generar formación de ATP). Química Biológica Licenciatura en Ciencias Biológicas
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• sintetizar azúcares de cinco carbonos (pentosas fosfato). Esta vía metabólica se compone de dos fases, una primera oxidativa y otra de interconversión de azúcares. • FASE OXIDATIVA: la oxidación de glucosa-6-P hasta ribulosa-5-P se produce en dos reacciones que además generan CO2 y 2 NADPH. • FASE DE INTERCONVERSIÓN DE AZÚCARES: se producen un conjunto de reacciones de: isomerización y epimerización, transaldolizaciones y transcetolizaciones, que procuran un amplio conjunto de azúcares fosforilados, interconvitiendo las pentosas fosfato entre sí, y finalmente de nuevo en hexosas fosfato. Glucogenogénesis La UDP-glucosa es una forma activada de la glucosa, que se forma a partir de la glucosa-1-fosfato y uridintrifosfato, en una reacción catalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa. Esta reacción es un ejemplo de las reacciones biosintéticas que están dirigidas por la hidrólisis del pirofosfato (PPi2Pi), cataliza por la pirofosfato hidrolasa o pirofosfatasa. La UDP-glucosa actúa como el dador de las unidades de glucosa para la síntesis del glucógeno. La transferencia de glucosa desde la UDP-glucosa a una cadena de glucógeno en crecimiento está catalizada por la glucógeno sintasa. Una enzima ramificante [amilo (1,41,6) transglucosidasa], traslada una cadena de unos siete residuos de glucosa, para formar enlaces (α α16) en los puntos de ramificación. Gluconeogénesis La glucosa es imprescindible para el cerebro, los glóbulos rojos, los testículos, la retina y la médula renal, entre otros. La glucosa puede sintetizarse a partir de precursores no glucídicos, en tejidos como el hígado, la corteza renal, plantas y microorganismos. La gluconeogénesis convierte el piruvato en glucosa, pero NO ES LA SIMPLE INVERSIÓN de la vía glucolítica. Los precursores más importantes son el lactato, algunos aminoácidos y glicerol, que se incorporan a la vía gluconeogénica a nivel de PIRUVATO, OXALACETATO Y DIHIDROXIACETONA-FOSFATO, respectivamente. De las cuatro reacciones propias de esta vía, tres son irreversibles y se sitúan al nivel de las también irreversibles de la glucolisis. Están catalizadas por: • Piruvato Carboxilasa. • Fosfoenolpiruvato Carboxiquinasa. • Fructosa-1,6-Bisfosfatasa. • Glucosa-6-fosfatasa. Las siete reacciones restantes son reversibles y comunes con las de la glucolisis. Las enzimas de la gluconeogénesis son citosólicas, excepto la piruvato carboxilasa (mitocondrial) y la glucosa-6-fosfatasa (retículo endoplásmico).
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2 Piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + H+ + 2 HCO3– + 4 H2O Glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2 CO2
Ciclo de Cori Consiste en un acoplamiento de dos rutas metabólicas (glucólisis y gluconeogénesis) en dos órganos distintos (músculo e hígado), que permite a las células musculares poder disponer de la energía necesaria en todo momento. El músculo obtiene ATP a partir de la degradación de glucosa en la glucolisis. Cuando las condiciones del ejercicio son anaeróbicas la glucosa se degrada a piruvato y éste se reduce a lactato. El lactato es exportado a la circulación y es captado por el hígado. El hígado sintetiza glucosa de nuevo a partir de lactato por la ruta gluconeogénica. El coste energético es de 4 ATP porcada glucosa que recorre el ciclo glicolíticogluconeogénico.
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EJERCITACIÓN 1) Indique si las siguientes afirmaciones son Verdaderas (V) o Falsas (F). En caso de responder falso, explique porque lo son. a) Fosforólisis es la ruptura secuencial de unidades de monosacáridos para la movilización de los depósitos de glucógeno. b) Fosforólisis es la ruptura secuencial de unidades de monosacáridos para la digestión del glucógeno y almidón de la dieta. c) La fosforólisis libera glucosa. La hidrólisis libera glucosa-1-fosfato. d) La hidrólisis es necesaria para la digestión de glúcidos de la dieta, ya que para su absorción y transporte no pueden estar fosforilados. 2) La enzima clave en síntesis del glucógeno es: a) Amilo (1,41,6) transglucosidasa. b) Glucógeno sintasa. c) UDP-glucosa pirofosforilasa. d) Fosfoglucomutasa. 3) ¿Qué enzimas intervienen en la movilización de Glucógeno? Explique las funciones de cada una de ellas y muestre en la Figura N° 1 que rupturas catalizan cada una.
Figura N° 1 4) Formule una reacción glucolítica que represente una oxidación metabólica. Nombre la enzima que cataliza dicha reacción e identifique la sustancia que se oxida y la que se reduce. 5) Calcule el rendimiento en ATP que se produce al oxidarse totalmente 1 mol de Glucosa, explicando de donde proviene cada molécula de ATP. 6) ¿Cuáles son las formas de regenerar el NAD+ para que el proceso glucolítico no se detenga si hay ausencia de oxígeno? 7) Indique las principales diferencias entre la glucólisis y la gluconeogénesis. Química Biológica Licenciatura en Ciencias Biológicas
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8) La piruvato carboxilasa es una enzima: a) Que necesita la coenzima biotina para su actividad catalítica. b) Que se acopla a la hidrólisis de 1 ATP, en la carboxilación del piruvato hasta oxalacetato. c) Es fundamentalmente mitocondrial. d) Todos los enunciados son ciertos. 9) Indique cual es la respuesta FALSA en relación con la ruta de las pentosas fosfato. a) Uno de sus objetivos es producir NADPH para las reacciones biosintéticas. b) Uno de sus objetivos es producir ribosa-5-fosfato. c) Tiene lugar mediante dos fases: una oxidativa irreversible y otra no oxidativa reversible. d) Ocurre exclusivamente en el citosol celular. 10) En el Ciclo de Cori: a) Están implicados solamente tejidos con metabolismo aeróbico. b) La glucosa es convertida en piruvato en los tejidos anaeróbicos, y este piruvato vuelva al hígado, donde es convertido en glucosa. c) Se utiliza en el hígado para sintetizar la misma cantidad de ATP que es liberada durante la glucólisis. d) Es una ruta únicamente catabólica.
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