COLEGIO DE ESTUDIOS CIENTIFICOS Y TECNOLOGICOS DEL ESTADO DE CHIAPAS

PLANTEL-32 LOS MOYOS.

ESPECIALIDAD:

ANALISIS Y TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS.

MATERIA:

BIOQUIMICA

TEMA:

GLUCÓLISIS Y GLUCONEOGÉNESIS.

TRABAJO:

INVESTIGACION.

DOCENTE:

ING. ALFONSO ALTUZAR.

ALUMNO:

EDWAR KENNEDI RAMIREZ MENDEZ.

GRADO Y GRUPO:

6To semestre “A”.

“GLUCÓLISIS”

La glucólisis es un conjunto de reacciones que tienen lugar en todas las células, se cree que es una de las rutas bioquímicas más antiguas. Tanto las enzimas como el número y mecanismos de los pasos de la ruta son muy semejantes en procariotas y eucariotas.

Además la glucólisis es un proceso anaerobio, que tuvo que surgir en la atmósfera con poco oxígeno de la Tierra pre-eucariota.

En la glucólisis, que también se denomina ruta de Embdem-Meyerhof-parnas, cada molécula de glucosa se divide y convierte en dos unidades de tres carbonos (piruvato). Durante este proceso se oxidan varios átomos de carbono. La pequeña cantidad de energía que se captura durante las reacciones glucolíticas (alrededor del 5 % de la total disponible) se almacena temporalmente en dos moléculas de ATP y dos de NADH. El destino ulterior del piruvato depende del organismo que se considere y de sus circunstancias metabólicas. En los organismos anaerobios (aquellos que no utilizan oxigeno para generar energía), el piruvato puede convertirse en productos de desecho. Entre los ejemplos se encuentran el etanol, el acido láctico, el ácido acético y moléculas semejantes. Utilizando oxigeno como aceptor electrónico terminal, los organismos aerobios, como los animales y los vegetales, oxidan totalmente el piruvato para formar CO2 y H2O en un mecanismo complejo por pasos, conocido como respiración aerobia.

La glucolisis, que consta de 10 reacciones, tiene lugar en dos fases:

1.- La glucosa se fosforila dos veces y e fracciona para formar dos moléculas de gliceraldheido-3-fosfato (G-3-P). Las dos moléculas de ATP que se consumen durante esta fase son una inversión, debido a que esta fase crea los sustratos reales de la oxidación de una forma que se atrapan dentro de la célula.

2.- El gliceraldheido-3-fosfato se convierte en piruvato. Se producen cuatro moléculas de ATP y dos de NADH. Debido a que se a consumido dos ATP en la fase 1, la producción neta de ATP por molécula de glucosa es 2.

La ruta glucolítica puede resumirse en la siguiente ecuación:

D-GLUCOSA + 2 ADP + Pi + 2 NAD+

2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H + 2 H20

REACCIONES DE LA RUTA GLUCOLÍTICA.

Las reacciones llevadas a cabo de la ruta glucolítica, son 10 las cuales son las siguientes:

1.-Síntesis de glucosa-6-fosfato. Inmediatamente tras entrar en una célula, la glucosa y otras moléculas de azúcar se fosforilan. La fosforilación impide el transporte de la glucosa fuera de la célula y aumenta la reactividad del oxígeno en el éster fosfato resultante. Varias enzimas, denominadas hexoquinasas, catalizan la fosforilacion de las hexosas en todas las células del organismo. El ATP, un cosustrato de la reacción, está formado complejo con el Mg2+. (Los complejos ATP-Mg2+ son comunes en las reacciones catalizadas por quinasas). En las condiciones intracelulares la reacción es irreversible; es decir,, la enzima no tiene capacidad para retener o acomodar el producto de la reacción en su lugar activo, con independencia de la concentración de G-6-P.

A continuación en este esquema se representa el resumen de la ruta glucolítica.

Ruta glucolítica.

En la glucólisis cada molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato. Además se producen dos moléculas de ATP y dos NADH. Las reacciones con flechas dobles son reacciones reversibles y las que tienen una única flecha son reacciones irreversibles que sirven como puntos de control de la ruta. El hígado de los animales contiene cuatro hexoquinasas. Tres de estas enzimas, que se encuentran en concentraciones variables en otros tejidos del organismo, poseen afinidades elevadas por la glucosa con relación a su concentración en sangre (es decir quedan semisaturadas a concentraciones inferiores a 0.01Mm, aunque las concentraciones de glucosa en sangre sean aproximadamente 4-5 Mm). Además estas enzimas se inhiben de la fosforilacion de las moléculas de glucosa por la glucosa-6-fosfato, el producto de la reacción. Cuando las concentraciones de la glucosa en sangre son bajas estas propiedades permiten a las células, como las del cerebro y el musculo, obtener suficiente glucosa. Cuando las concentraciones de glucosa en sangre son elevadas, las células no fosforilan más moléculas de glucosa que las que se requieren para sus necesidades inmediatas.la cuarta enzima, denominada hexoquinasa D (o glucoquinasa), cataliza la misma reacción pero posee propiedades cinéticas significativamente diferentes que permiten al hígado desviar la glucosa para su almacenamiento como glucógeno. Esta capacidad proporciona los recursos que se utilizan para

mantener las concentraciones de glucosa en sangre,, una función esencial del hígado. La glucoquinasa requiere concentraciones de glucosa mucho mayores para su actividad óptima (alrededor de 10 Mm), y no se inhibe por la glucosa-6-fosfato.

Por consiguiente, tras una comida con hidratos de carbono, el hígado no comienza a retirar cantidades grandes de glucosa de la sangre para la síntesis de glucógeno hasta que los otros tejidos hayan satisfecho sus requerimientos de esta molécula. Entre las comidas, cuando cae la glucosa sanguínea, otra enzima única de las células hepáticas (y del riñón en condiciones de inanición), denominadas glucosa-6-fosfatasa, facilita la liberación a la sangre del azúcar movilizado a partir de los depósitos de glucógeno.

2.-Conversión de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato. Durante la reacción 2 de la glucólisis, la aldosa glucosa-6-fosfato se convierte en la cetosa fructosa-6-fosfato por la fosfoglucosa isomerasa (PGI) en una reacción fácilmente reversible.

Recuerde que la reacción de isomerización de la glucosa y la fructosa comporta un intermediario enediol. Esta transformación hace disponible para la fosforilacion al C-1 de la fructosa producto.

3.- Fosforilación de la fructosa-6-fosfato. La fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) cataliza de forma irreversible la fosforilación de la fructosa-6-fosfato para formar fructosa-1,6-bisfosfato:

La inversión de una segunda molécula de ATP tiene varios fines. En primer lugar, debido a que el ATP se utiliza como agentes fosforilante, la reacción tiene lugar con un gran descenso de energía libre. Tras sintetizarse la fructosa-1,6-bisfosfato, la célula queda comprometida por la glucólisis. Debido a que la fructosa-1,6-bisfosfato se fracciona en dos triosas, otro fin de la fosforilación es evitar que cualquier producto posterior difunda fuera de la célula.

La PFK-1 es una enzima reguladora principal de la glucólisis. Su actividad se inhibe alostéricamente por concentraciones elevadas de ATP y citrato, que son indicadores de que la carga energética de la célula es elevada y de que el ciclo de ácido cítrico, un componente fundamental en la capacidad generadora de energía de la célula. Se ha hecho más lenta. La concentración de AMP aumenta cuando la carga energética que la concentración de ADP. El AMP es un activador alostérico de la actividad PFK-1 en el hígado y se sintetiza por la fosfofructoquinosa-2 (PFK-2) como respuesta a señales hormonales

relacionadas con la concentración sérica de glucosa es elevada, el aumento de la fructosa-2,6-bisfosfato estimulado por las hormonas aumenta coordinadamente la actividad de la PFK 1 (activa la glucolisis) y disminuye la actividad de la enzima que cataliza la reacción inversa, la fructosa-1,6-bisfosfatasa (inhibe la gluconeogénesis).

El AMP es un inhibidor alostérico de la fructosa -1,6-bisfosfatasa.La PFK-2 es una enzima bifuncional que se comporta como una fosfatasa cuando es fosforilada como respuesta a la hormona glucagón (concentración baja de azúcar en sangre) y actúa como una quinasa cuando está desfosforilada en respuesta a la hormona insulina (concentración elevada de azúcar en sangre) y actúa como una quinasa cuando está desfosforilada en respuesta a la hormona insulina (concentración elevada de azúcar en sangre).

4.-Escisión de la fructosa-1,6-bisfosfato. La fase 1 de la glucólisis finaliza con la escisión de la fructosa-1,6-bisfosfato en dos moléculas de tres carbonos: gliceraldheído -3-fosfato (G-3-P) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP). Esta reacción es una escisión aldólica, de ahí el nombre de la enzima: aldolasa. Las escisiones aldólicas son las inversas de las condensaciones aldólicas. En las escisiones aldólicas los productos son un aldehído y una cetona.

Aunque la escisión de la fructosa-1,6-bisfosfato es frecuentemente desfavorable () la reacción tiene lugar debido a que se eliminan rápidamente los

productos.

5.-Interconversión del gliceraldheído-3-fosfato y la dihidroxiacetona fosfato. De los dos productos de la reacción de la aldolasa, sólo el G-3-P se utiliza como sustrato de la reacción siguiente de la glucólisis. Para evitar la pérdida de la glucólisis de la otra mitad de tres carbonos, la triosa fosfato isomerasa cataliza la interconversión de la DHAP en G-3-P:

Tras esta reacción, la molécula original de glucosa se ha convertido en dos moléculas de G-3-P.

6.- Oxidación del gliceraldehído-3-fosfato. Durante la reacción 6 de la glucólisis, el G-3.P se oxida y se fosforila. El producto, el glicerato-1,3-bisfosfato, contiene un enlace de energía elevada que puede utilizarse en la reacción siguiente para generar ATP:

Este complejo proceso está catalizado por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, un tetrámero formado por cuatro subunidades idénticas. Cada subunidad contiene un lugar de unión para el G-3-P y otro para el NAD+.

Al formar la enzima un enlace covalente tioéster con el sustrato, se transfiere al NAD+ un ion hidruro (H:-) en el lugar activo. El NADH deja entonces el lugar activo y se sustituye por el NAD+. El aducto acil enzima es atacado por el fosfato inorgánico y el producto abandona el lugar activo.

7.-Tansferencia del grupo fosforilo. En esta reacción se sintetiza ATP al catalizar la fosfoglicerato quinasa la transferencia de un grupo fosforilo de energía elevada del glicerato-1,3-bisfosfato al ADP:

La reacción 7 es un ejemplo de fosforilación a nivel del sustrato. Debido a que la síntesis de ATP es endergónica, requiere una fuente de energía. En las fosforilaciones a nivel del sustrato se produce el ATP debido a la transferencia de un grupo fosforilo desde un sustrato con un potencial elevado de transferencia de grupo fosforilo. Debido a que se forman dos moléculas de glicerato-1,3-bisfosfato por cada glicerato-1,3-bisfosfasto.

Reacciones de la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.

En el primer paso, el sustrato, gliceraldehído-3-fosfato, entra en el lugar activo. Al catalizar la enzima la reacción del sustrato con un grupo sulfhidrilo dentro del lugar activo (paso 2), el sustrato se oxida (paso 3). El NDAH unido se reoxida por la transferencia de un ion hidruro a un NAD+ citoplásmico (paso 4). El desplazamiento de la enzima por el fosfato inorgánico (paso 5) libera el producto, glicerato-1,3-bisfosfato, volviendo así la enzima a su forma original. Molécula de glucosa, esta reacción produce dos moléculas de ATP y se recupera la inversión de energía del enlace fosfato. Cualquier síntesis posterior de ATP puede considerarse un rendimiento de esta inversión.

8.- Interconversión del 3-fosfoglicerato y 2-fosfoglicerato. El glicerato-3-fosfato tiene un potencial bajo de transferencia de grupo fosforilo. Como tal, es un mal candidato para una síntesis posterior de ATP. Las células convierten el glicerato-3-fosfato con su éster fosfato de baja energía en fosfoenolpiruvato (PEP), que posee un potencial de transferencia de grupo fosforilo excepcionalmente elevado. (Las energías libres estándar de la hidrólisis del glicerati-3-fosfato y del PEP son-12.6Kj/mol,

respectivamente). En el primer paso de esta conversión (reacción 8), la fosfoglicerato mutasa cataliza la conversión de un compuesto fosforilado en C-3 en un compuesto fosforilado en C-2 a través de un ciclo de adición/eliminación en dos pasos.

9.- Deshidratación del-fosfoglicerato. La enolasa cataliza la deshidratación del glicerato-2-fosfato para formar PEP:

El PEP posee un potencial de transferencia de grupo fosforilo mayor que el glicerato-2-fosfato debido a que contiene un grupo enol-fosfato en lugar de un éster fosfato simple. La razón de esta diferencia queda clara en la siguiente reacción. Los aldehídos y cetonas tienen dos formas isoméricas. La forma enol contiene un doble enlace carbono-carbono y un grupo hidroxilo. Los enoles se encuentran en equilibrio con la forma ceto más estable que contiene el carbonilo. La interconversión de las formas ceto y enol, que también se llaman tautómeros, se denomina tautomerización:

Esta tautomerización está restringida por la presencia del grupo fosfato, como lo es la estabilización de resonancia del ion fosfato libre. Como consecuencia, en la reacción 10 está muy favorecida la transferencia del fosforilo al ADP.

10.- Síntesis de piruvato. En la reacción final de la glucólisis, la piruvato aquinasa cataliza la transferencia de un grupo fosforilo desde el PEP al ADP. Se forman dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

Debido a que la energía libre de hidrólisis es excepcionalmente grande, el PEP se convierte en piruvato de forma irreversible. La pérdida de energía libre, que hace a la reacción irreversible, se asocia con la conversión espontánea (tautomerización) de la forma enol del piruvato en la forma ceto, más estable.

“GLUCONEOGÉNESIS”

La gluconeogénesis, la formación de moléculas de glucosa a partir de precursores que no son hidratos de carbono, se produce principalmente en el hígado. Estos precursores son el lactato, el piruvato, el glicerol y determinados α-cetoácidos (moléculas que derivan de los aminoácidos). En determinadas situaciones (esto es, acidosis metabólica e inanición). El riñon puede formar glucosa. Entre las comidas se mantienen las concentraciones sanguíneas adecuadas de glucosa por la hidrólisis del glucógeno hepático. Cuando se agota el glucógeno hepático (p.ej., por un ayuno prolongado o ejercicio vigoroso), la ruta gluconeogénica proporciona al organismo la glucosa adecuada. El cerebro y los eritrocitos dependen exclusivamente de la glucosa como fuente de energía. En circunstancias excepcionales, las células cerebrales también pueden utilizar determinados derivados de los ácidos grasos para generar energía. Los musculos esqueléticos que realizan ejercicio utilizan la glucosa almacenada en forma de glucógeno en la célula muscular en combinación con los ácidos grasos almacenados en forma de micelas en la célula muscular.

REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS.

La secuencia de reacciones, de la gluconeogénesis es, en gran medida, la inversa de la glucólisis. Sin embargo recuerde que tres reacciones glucolíticas (las reacciones catalizadas por la hexoquinasa, la PFK-1 y la piruvato quinasa) son irreversibles. En la gluconeogénesis, para evitar estos obstáculos se utilizan reacciones alternativas catalizadas por enzimas diferentes. Posteriormente se resumen las reacciones singulares de la gluconeogénesis.

Las reacciones de circunvalación de la gluconeogénesis son las siguientes:

1.- Síntesis de PEP. La síntesis de PEP a partir del piruvato requiere dos enzimas: piruvato carboxilasa y PEP carboxiquinasa. La piruvato carboxilasa, que se encuentra dentro de las mitocondrias, convierte el piruvato en oxalacetato (OAA):

La coenzima biotina, que actúa como transportador de CO2, está unida covalentemente en la enzima a través del grupo amino de la cadena lateral de un residuo delisina. El OAA se descarboxila y fosforila por la PEP carboxiquinasa en una reacción impulsada por la hidrólisis de la guanosina trifosfato (GTP):

A continuación se presenta el esquema de la ruta gluconeogénica completa y sus relaciones con la glucolisis.

Metabolismo de los hidratos de carbono: gluconeogénesis y glucólisis.

En la gluconeogénesis, que tiene lugar cuando la concentración de azúcar en sangre es baja y está agotado el glucógeno hepático, se invierten 7 de las 10 reacciones de la glucólisis. Tres reacciones glucolíticas irreversibles se evitan mediante otras reacciones. Los principales sustratos de la gluconeogénesis son determinados aminoácidos (que proceden del musculo), el lactato (que se forma en el musculo y los eritrocitos) y el glicerol (que se producen en la degradación de los triacilgliceriles). Al contrario que las reacciones de la glucólisis, que solo tiene lugar en el citoplasma, varias reacciones

de la gluconeogénesis tienen lugar dentro de las mitocondrias (las reacciones catalizadas por la piruvato carboxilasa y, en algunas especies, la PEP carboxiquinasa) y el retículo endoplásmico (la reacción catalizada por la glucosa-6-fosfatasa).

La PEP carboxinasa se encuentra dentro de las mitocondrias de algunas especies y en el citoplasma de otras. En el ser humano, esta actividad enzimática se encuentra en ambos comportamientos. Debido a que la membrana mitocondrial interna es impermeable al OAA, las células que carecen de PEP carboxiquinasa mitocondrial transfieren el OOA al citoplasma utilizando, por ejemplo, la lanzadera de malato.

En este proceso, el OAA se convierte en malato por malato deshidrogenasa mitocondrial, la reacción inversa está catalizada por la malato deshidrogenasa citoplásmica.

2.- Conversión de la fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato. La reacción irreversible de la glucólisis catalizada por la PFK-1 se evita por la fructosa-1,6-bisfosfatasa:

Esta reacción exergonica es tambien irreversible en las condiciones celulares. EL ATP no se regenera. Lafructosa-1,6-bisfosfata es una enzima alostérica. Su actividad se estimula por el citrato y se inhibe por el AMP y la frucosa-2,6-bisfosfato.

3.- Formación de glucosa a partir de glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfatasa, que sólo se encuentra en el hígado y el riñon, cataliza la hidrólisis irreversible de la glucosa-6-fosfato para formar glucosa y P i.

A continuación la glucosa se libera a la sangre.

Como se ha señalado, cada una de las reacciones anteriores está emparejada con una reacción opuesta irreversible en la glucolisis. Cada conjunto de estas reacciones emparejadas se denomina ciclo de sustrato. Debido a que están reguladas de forma coordinada (un activador de la enzima que cataliza la dirección directa sirve como inhibidor de la enzima que catalizan la reacción inversa), se desperdicia muy poca energía a pesar de que ambas enzimas pueden estar funcionando al mismo nivel al mismo tiempo. El control de flujos (regulación de flujos de sustrato y eliminación del producto) es más eficaz si la acumulación transitoria de un producto se encauza hacia atrás a través del ciclo. La velocidad catalítica de la enzima en sentido directo permanecerá elevada si la concentración del sustrato se hace máxima. La ganancia de eficacia catalítica compensa con creces la pequeña perdida de energía del reciclado del producto.

La gluconeogénesis es un proceso que consume energía. En lugar de generar ATP (como la glucólisis), la gluconeogénesis requiere de hidrólisis de seis enlaces fosfato de energía elevada.