5. Glucólisis

GLUCÓLISIS

Nelson & Cox Capítulo 14

RUTAS DE UTILIZA RUTAS UTILIZACIÓN CIÓN DE LA GLUCOSA

Nelson & Cox, 2013

GLUCÓLISIS Ruta casi universal del metabolismo de glucosa. Rompimiento oxidativo de la glucosa en dos moléculas de piruvato, asociado a la producción de ATP y NADH + H. Se lleva a cabo en el citosol. Secuencia de reacciones conservadas en evolución. 

Diferencias entre organismos observadas en detalles de regulación y destino de piruvato.

Ruta comprende 10 reacciones enzimáticas divididas en dos fases de preparación y de beneficios.

    N     Ó     I     C     A     R     A     P     E     R     P     E     D     E     S     A     F Nelson & Cox, 2013

Fase de beneficios, 2 veces por cada glucosa.

    S     O     I     C     I     F     E     N     E     B     E     D     E     S     A     F

Nelson & Cox, 2013

    O     T     A     V     U     R     I     P     L     E     D     S     O     N     I     T     S     E     D

Glucólisis acopla formación de ATP y NADH con la hidrólisis de la glucosa y la oxidación de las triosas.

Tipo celular en que se lleva a cabo glucólisis.

Presencia / ausencia de oxígeno ¿Función del oxígeno? Nelson & Cox, 2013

PRODUCCIÓN DE ENERGÍA Fase de preparación: 

Inversión de 2 moléculas de ATP (-2 ATP) y formación de 2 triosas fosfato.

Fase de beneficios: 

2 ATP, 1 NADH + H, 1 piruvato, a partir de cada triosa fosfato.

¿Producción total de ATP y NADH generado por el paso de una sola molécula de glucosa por glucólisis? Nelson & Cox, 2013

GLUCÓLISIS ACOPLA FORMACIÓN DE ATP Y NADH Oxidación completa de glucosa ΔG’° -2840 KJ/mol, glucólisis genera 2 ATP (netos) y 2 NADH Molécula de piruvato conserva mayor parte de energía. Dos procesos involucrados en glucólisis

Nelson & Cox, 2013

INTERMEDIARIOS FOSFORILADOS Intermediarios de la glucolisis se encuentran fosforilados. Fosforilación proceso común en metabolismo, permite: 





Mantener molécula en ambiente celular correcto. Energizar molécula que está modificándose. Fijación de fosfatos a sitio activo de enzimas aumenta especificidad de reacción.

Mg2+ equilibra carga en moléculas fosforiladas, enzimas glucolíticas requieren Mg2+ para ejercer su función.

REACCIONES DE GLUCÓLISIS Nelson & Cox, 2013

Hexoquinasa (1)

Hexosas, principalmente glucosa, como aceptor de grupo fosforilo. Invierte 1 ATP para activar glucosa. Reacción irreversible, regulación.

Isoformas de enzima (I a IV).

Fosfohexosa isomerasa (2)

También llamada fosfoglucosa isomerasa

Isomerización reversible de la molécula (aldehído a cetona). Prepara para modificaciones posteriores.

REACCIONES DE GLUCÓLISIS Fosfofructoquinasa 1 (PFK- 1) (3)   Aldolasa (4)

Fosforilación de glu-6-P en C1. Reacción irreversible, principal enzima reguladora de glucólisis. Compromiso en ruta glucolítica.

Regulación alostérica  ↑[ADP] , ↑[AMP], ↓[ATP], ↑[ATP] y combustibles.

Fructosa 1-6 bifosfato aldolasa.

Reacción reversible de hidrólisis de la molécula para generar dos triosas fosfato Nelson & Cox, 2013

REACCIONES DE GLUCÓLISIS Triosa fosfato isomerasa (5)

Interconversión reversible de triosas fosfato. Garantiza que se generen dos moléculas de gliceraldehído 3 fosfato, que será sustrato de la siguiente reacción. Última reacción fase de preparación.

Nelson & Cox, 2013

REACCIONES DE GLUCÓLISIS Gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa (6)

Fosforilación oxidativa reversible de gliceraldehído 3 fosfato a partir de Pi. Formación de NADH+H por oxidación, el cual debe ser regenerado. Generación de un compuesto de alta energía. Nelson & Cox, 2013

Fosfoglicerato quinasa (7) Fosforilación (de ADP) a nivel sustrato, reacción reversible. Acopla energía de reacción anterior usando 1,3 bifosfoglicerato como intermediario común.

REACCIONES DE GLUCÓLISIS Fosfoglicerato mutasa (8)   Enolasa (9)

Transferencia reversible del grupo fosfato de C3 a C2. Reacción en dos pasos con un intermediario 2,3 bifosfoglicerato. ¿Otra función del 2,3 bifosfoglicerato?

Deshidratación reversible de 2 fosfoglicerato. Genera de PEP, compuesto con alto potencial de transferencia de grupo fosfato

Nelson & Cox, 2013

REACCIONES DE GLUCÓLISIS Piruvato quinasa (10), piruvato como producto final estabilizado por

tautomerización.

Reacción irreversible, reguladora.

Fosforilación a nivel sustrato.

Nelson & Cox, 2013

Balance: Carbonos Energía: ATP y electrones •

•

Nelson & Cox, 2013

REGULACIÓN Efecto Pasteur  Regulación de flujo de glucosa por glucólisis permite generar niveles constantes de ATP. Mecanismos 

Efecto a corto plazo: 



Influencia recíproca entre producción / gasto ATP; Regeneración NAD+; regulación alostérica enzimas reguladoras; monitoreo de fluctuación metabolitos importantes que indica estado energético celular.

Efecto a mediano / largo plazo: 

Control hormonal (insulina, glucagón, adrenalina) y genético (cambios en expresión de genes de enzimas glucolíticas).

TRANSPORTE DE GLUCOSA

Velocidad de captación de glucosa por células.

Smith, Marks, Lieberman, 2006

Captación de glucosa sanguínea, familia de transportadores GLUT.

    )     4     T     U     L     A     G     S     (     O     A     C     N     I     U     L     L     U     G     S     E     N     I     D     R     E     O     T     P     R     O     O     P     D     S     A     I     N     D     A     E     R     T     M

Nelson & Cox, 2008

DIABETES MELLITUS Alteraciones en biodisponibilidad de insulina. 



DM tipo 1 DM tipo 2

Se promueve alteración en metabolismo normal de glucosa en tejidos dependientes de insulina. Hiperglicemia, uso de ácidos grasos como fuente de energía (producción de cuerpos cetónicos, cetoacidosis).

Características células tumorales: Captación de glucosa, aumentada / aumento glucólisis. Hipoxia que lleva a fermentación, HIF-1 estimula síntesis de 8 enzimas glucolíticas, GLUT1 y 3, VEGF. Tolerancia a pH más ácido. •

    S     E     L     A     R     O     N     E     M     U     S     I    T Efecto Warburg     S     I    S Inhibidores de glucólisis como     L     A posible terapia anticancerosa.     Ó     L     C     U     L     U     L     É     G     C Leer recuadro 14-1 •

•

Nelson & Cox, 2008

RUTAS ALIMENTADORAS DE GLUCÓLISIS

Nelson & Cox capítulo 14

GLUCÓLISIS Diversas hexosas pueden ingresar a ruta glucolítica. Homopolisacáridos de reserva y disacáridos proporcionan sustratos de la glucólisis. Transformados a intermediarios de glucólisis.

Nelson & Cox, 2008

POLISACÁRIDOS DE RESERVA Glucógeno y almidón endógenos. Glucógeno (almidón) fosforilasa, fosforólisis que genera Glu 1 P.

Fosfoglucomutasa convierte Glu 1 P en Glu 6 P que ingresa a ruta glucolítica. Nelson & Cox, 2008

FRUCTOSA Dos rutas de ingreso: 1. Fosforilación (hexoquinasa) a Fru 6 P importante en músculo y riñón. 2. Fosforilación en C1 por fructosa 1 fosfato aldolasa , genera Fru 1 P, este se rompe a dihidroxiacetona P y gliceraldehído. Gliceraldehído fosforilado por triosa quinasa. Ruta observada en hígado.

Nelson & Cox, 2008

GALACTOSA Galactoquinasa fosforila la

galactosa generando Gal 1 P. Gal 1 P transformada a Glu 1 P por conjunto de reacciones en que interviene UDP, epimerización. Galactosemia: defectos en enzimas de esta ruta.

Nelson & Cox, 2008

Metabolismo de la galactosa Asociado a galactosemia, que es uno de los errores congénitos del metabolismo

    A     S     O     T     C     A     L     A     G Smith, Marks, Lieberman, 2005

MANOSA Hexoquinasa fosforila a

manosa, Man 6 P. Fosfomanosa isomerasa

isomeriza a Fru 6 P.

Fru 6 P ingresa a glucólisis.

Nelson & Cox, 2008