TEMA 38: GLUCOLISIS: VÍA METABÓLICA. BALANCE METABÓLICO. REGULACIÓNEn la glucólisis se degrada una molécula de glucosa para formar dos moléculas de piruvato.Durante la secuencia de reacciones de la glucólisis, parte de la energía libre cedida por la glucosa se conserva en forma de ATP y NADH.

ALGUNOS DESTINOS DE LA GLUCOSA:

REACCIONES DE LA GLUCÓLISIS:La glucólisis se produce en 10 reacciones que se subdividen en tres etapas.

- Primera etapa (se atrapa a la glucosa y se desestabiliza).o Reacción 1: Fosforilación de la glucosa

En está primera reacción hay una inversión de ATP, para fosforilar a la glucosa.Está catalizada por la hexoquinasa.La glucoquinasa actúa cuando los niveles de glucosa son altos en sangre.

o Reaccion 2: isomerización de la glucosa 6-fosfato.Catalizada por fosfoglucoisomerasa dependiente de Mg2+ o Mn2+.Es la isomerización fácilmente reversible de la aldosa, G6P, a la correspondiente cetosa, F6P.

o Reacción 3: fosforilación de la fructosa 6-fosfato:Catalizada por al fosfofruto quinasa 1.Se produce otra inversión de ATP, para poder fosforilar a la F6P en el C-1.Es una reacción irreversible in vivo.

- Segunda etapa (la fructosa 6-fosfato se rompe y da lugar a dos moléculas de tres carbonos interconvertibles):o Reacción 4: Escisión de F-1,6-BP

Reacción catalizada por la fructosa-1,6-aldolasa.Reacción irreversible, porque el gliceraldehído 3- fosfato desaparece rápidamente al seguir metabolizándose en la ruta.

o Reacción 5: Interconversión de las triosas fosfatoCatalizada por la triosa fosfato iisomerasa.Puesto que solo el gliceraldehído 3-fosfato (GAP) es metabolizado en la glucólisis toda la dihidroxiacetona 3-fosfato se transforma en GAP.La isomerización de la DHAP se hace mediante un intermediario enediol. La reacción es reversible.

Con esta reacción podemos decir que de la F-1,6-BP se obtienen 2 GAP.

ESTRUCTURA DE LA TRIOSA FOSFATO ISOMERASA:La TIM cataliza la transferencia de un átomo de hidrógeno desde el C-1 al C-2 en la DHAP que se está convirtiendo en GAP, es una reacción de oxidorreducción intramolecular.Esta isomerización de la cetosa a aldosa transcurre a través de un intermediario enodiol.Este enzima consta de un núcleo central de ocho hebras ß paralelas.La histidina 95 y el glutamato 165, componentes esenciales del centro activo de la TIM.Un bucle cierra el centro activo al unirse el sustrato, para evitar que el enediol abandone la enzimaLa enzima acelera la iisomerización y evita que el enediol se descomponga en metilglioxal + Pi.

- Tercera etapa: se regenera ATPLas reacciones en esta etapa están duplicadas

o Reacción 6: oxidación del gliceraldehído 3- fosfatoCatalizada por la glceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa requiere como coenzima NAD+.El NAD+ como excepción está unido permanentemente al enzima.La reacción es realmente la suma de dos procesos: la oxidación del aldehído aun ácido carboxílico por el NAD+ y la unión del ác. Carboxílico con el ortofosfato para formar el producto acilfosfato.La célula sólo tiene una cantidad limitada de NAD+, la glucólisis pronto se detendría si el NADH formado en este paso no se reoxidará continuamente.El NAD+ es regenerado anaeróbicamente mediante le metabolismo del piruvato.

o Reacción 7: transferencia del fosfato del 1,3-bisfosfato.Catalizada por la fosfoglicerato quinasa.El 1,3-bisfosfato transfiere el fosfato al ADP para producir ATP.

o Reacción 8: isomerización del 3-fosfogliceratoCatalizada porla fosfoglicerato mutasa, requier Mg2+.La enzima contiene un residuo de fosfohistidina en el lugar activo. En el primer paso la reacción, se trnasfiere el fosfato desde la enzima al sustrato para formar un intermediario 2,3-BPG. La ruptura del intermediario unido a la enzima regenera la enzima fosforilada y forma el producto, que se libera.

o Reacción 9: deshidratación del 2-fosfoglicerato.Catalizada por la enolasa, requiere Mg2+ o Mn2+.Se genera un enlace rico en fosfato.

o Reacción 10: transferencia del fosfato del fosfoenolpiruvato al ADPCatalizada por la piruvato quinasa, requiere Mg2+ o Mn2+ y K+.Es un enzima regulada alostéricamente por F-1,6-BP (+) y por el ATP y alanina (-).Es una reacción irreversible.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO Y

BALANCE MATERIAL:La reacción global de la transformación de glucosa en piruvato es:

En la conversión de glucosa en dos moléculas de piruvato se generan dos moléculas de ATP.

REGULACIÓN DE LA RUTA:La velocidad de conversión de glucosa en piruvato está regulada para cubrir dos necesidades importantes en la célula:

- La producción de ATP, generado por degradación de la glucosa.- La provisión de precursores para las reacciones de síntesis (formación de ácidos grasos).

En las vías metabólicas, los enzimas que catalizan reacciones esencialmente irreversibles son los puntos de control más probables.En la glucólisis, las reacciones catalizadas por hexoquinasa, fosfofructoquinasa 1 y piruvato quinasa son las enzimas reguladas alostérica o covalentemente.

- Regulación alostérica de la hexoquinasa:La hexoquinasa es inhibida por la glucosa 6-fosfato, su producto.Altas concentraciones de G6P indican que la célula no requiere más glucosa como fuente de energía, para almacenaje de glucógeno o como fuente de precursores biosintéticos y la glucosa queda en sangre.La inhibición de la fosfofructoquinasa 1 conduce a la inhibición de la hexoquinasa.El hígado posee un isozima de la hexoquinasa llamado glucoquinasa, que no resulta inhibida por la G6P.La función de la glucoquinasa es suministrar G6P para la síntesis de glucógeno y la formación de ácidos grasosLa glucoquinasa esta regulada por una proteína reguladora, que si se acumula fructosa-6-fosfato inhibe a la glucoquinasa.La glucoquinasa es activada por la fructosa 1-fosfato.

- Fosfofrutoquinasa 1 es el enzima clave en el control de la glicolisis:El enzima hepático se inhibe por niveles elevados de ATP, que hacen disminuir la afinidad del enzima por la fructosa 6-fosfato.Esto se consigue por la unión del ATP a un centro regulador específico diferente del centro catalítico.Altas cantidades de AMP activan la fosfofructoquinasa 1.Como la glucólisis también suministra los esqueletos carbonados para la biosíntesis, de modo que cabe esperar que la fosfofrutoquinasa 1 pueda ser regulada por una señal que indique si los sustratos de las reacciones biosintéticas abundan o escasean.La fosfofructoquinasa 1 se inhibe por el citrato, intermediario del ciclo del ácido cítrico.

Un nivel alto de citrato indica que los precursores biosintéticas abundan, de modo que no hace falta degradar más glucosa.La fructosa-2,6-bisfosfato activa la fosfofructoquinasa 1 al aumentar su afinidad por la fructosa-6-fosfato y disminuir el efecto inhibitorio del ATP.La fructosa-2,6-bisfosfato es un activador alostérico que desplaza el equilibrio conformacional del enzima tetramérico desde la forma T a la forma R.

- - Un enzima bifuncional regulado sintetiza y degrada la fructosa-2,6-bisfosfato:

Dos enzimas regulan la concentración de este importante regulador de la glicolisis mediante la fosforilación de la fructosa-6-fosfato y la desfosforilación de la fructosa-2,6-bisfosfato.La fructosa-2,6-bisfosfato se forma en una reacción catalizada por la fosfofructoquinasa 2 (PKF2).La fructosa-2,6- bisfosfato se hiidroliiza a fructosa 6-fosfato por una fosfatasa específica, la fructosa bisfosfatasa 2(FBPasa2). Ambas enzimas se encuentran formando un enzima bifuncional que contiene un dominio regulador en la región N-terminal, seguido por un dominio quinasa y un dominio fosfatasa.El enzima bifuncional tiene 5 isozimas diferentes. La isozima L predominante en el hígado.La isozima M predominante en el músculo.La isozima L ayuda a mantener la homeostasis de la glucosa en sangre. En el hígado cuando la concentración de la glucosa en sangre aumenta la concentración de fructosa 6-fosfato, y esta abundancia de fructosa 6-fosfato acelera la síntesis de fructosa 2,6-bisfosfato.La mayor concentración de fructosa 2,6-bisfosfato estimula a su vez a la fosfofructoquinasa 1.Las actividades de la PFK2 y FBPasa2 están mutuamente controladas mediante la fosforilación de un residuo de serina.Cuando el glucagón desencadena la cadena de AMPc y de Gαs, lo que conduce a la fosforilación del PFK2 por la PKA. Esta modificación covalente activa la FBPasa2 e inhibe a la PFK2, lo que hace descender el nivel de fosfofructoquinasa 1.Cuando la glucosa es abundante se desfosforila la PFK2 mediante la fosfoproteína fosfatasa, que se activa mediante la F6P, inhibiéndose la FBPasa2, lo que hace aumentar el nivel de F-2,6-BP y acelerar así la glucólisis.

- Regulación de la piruvato quinasa:Es un tetrámero que tiene varios isozimas.La forma L abunda en el hígado.La forma M abunda en el músculo y cerebro.

La fructosa 2,6-bisfosfato activa ambas isozimas para permitirles mantener la catálisis aún con un alto flujo de entrada de intermediarios.El ATP alto inhibe ambas formas, desacelerando la glucólisis.La alanina, citrato, acetil-CoA, ác. grasos también inhibe alostéricamente a la piruvato quinasa, para indicar que abundan los elementos de construcción.La forma L se modifica covalentemente mediante el glucagón a través de la cascada de AMPc conduciendo a al fosforilación de la piruvato quinsa, lo que disminuye su actividad.

ETAPAS DE LA GLUCOLISIS