GLUCONEOGÉNESIS
Es una reacción anabólica. Es la vía que permite la síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos (ni provienen ni son glucosa). Es muy importante en animales. Permite ver la regulación de las vías metabólicas. Es necesaria porque muchos tejidos de los animales no necesitan glucosa, mientras que otros son completamente glucosadependientes (cerebro, eritrocitos, médula renal...). Es imprescindible tener siempre glucosa disponible.
Se puede hacer glucosa a partir de:
-Lactato.
-Piruvato.
-Algunos aminoácidos.
-Intermedios del ciclo de Krebs.
-Glicerol.
Cada precursor tiene un significado diferente. La gluconeogénesis ocurre sólo en algunos órganos muy concretos, sobretodo en hígado. La corteza renal también puede llevarla cabo.
Las plantas no lo hacen porque pueden fabricar glucosa a partir de CO2 mediante fotosíntesis. Pasar de Pyruvato a Glucosa es lo contrario de hacer glucólisis. La glucólisis tiene 3 reacciones irreversibles. Estas 3 reacciones son las únicas diferentes. La gluconeogénesis, con la excepción del paso de pyruvato a OAA, que ocurre en la membrana mitocondrial, ocurre en el citosol. Sólo el paso de PEP a Pyr, de Fructosa1,6-bisfosfato a Fructosa-6-Fosfato y de Glucosa-6-Fosfato a Glucosa es diferente.
El OAA que sale de la mitocondria lo hace convirtiéndose en Malato y después vuelve a ser OAA.
Una vez se tiene PEP, hay muchas reacciones seguidas en equilibrio, hasta llegar a la Fructosa-1,6-bisfosfato, que cuesta 1 ATP transformarla en Fructosa-6-Fosfato.
La segunda reacción costosa es pasar de glucosa-6-fosfato a glucosa, que cuesta también un ATP:
Lo hace la Glucosa-6-fosfato fosfatasa, que está ubicada en el retículo endoplasmático y no la tienen todos los órganos. Ni músculo ni cerebro pueden liberar glucosa a partir de Glucosa-6-Fosfato.
Para que la glucosa pase a la sangre debe no estar fosforilada:
2 Pyr + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O --> GLUCOSA + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi +2 NAD+ + 2 H+
Meter los Carbonos de 2 Pyruvatos cuestan 6 enlaces fuertemente energéticos. En la glucólisis se consiguen 2. El gasto es de -4.
El glicerol que usan las células para formar glucosa sale de los triglicéridos. Se aprovecha:
Los intermedios del ciclo de Krebs están en la mitocondria para transformarse en OAA. Después, el OAA se transforma en malato, sale de la mitocondria y vuelve a transformarse en OAA y después en PEP. Hay varios tamaños de intermedios (citratos (6C) y fumaratos (4C)). De los 6 C del citrato, sólo se usan 3 para formar glucosa. Sólo la mitad de los carbonos llegan a dar 1 glucosa.
No todos los aminoácidos dan C que se convierte en glucosa: la Leucina y la Lisina no dan C a la glucosa ( son aminoácidos cetogénicos)). Los aminoácidos glucogénicos dan todos sus Carbonos para la glucosa. Los aminoácidos mixtos sólo dan algunos C para formar glucosa. Los aminoácidos entran de diferente forma:
Según su esqueleto sufren transformaciones más o menos sencillas.
El lactato se produce en situaciones de glucólisis anaeróbica ( en el tejido muscular). Se acumula Pyr, se agota NADH citosólico y se fabrica lactato para regenerar NAD. El lactato es el músculo no puede hacer nada. El lactato sale del músculo por l sangre y llega al hígado donde se oxida a Pyr y se oxida a glucosa mediante la gluconeogénesis. Esta glucosa va a sangre y se puede volver a usar por el músculo para obtener energía mediante la glucólisis. Se llama ciclo del lactato o ciclo de Cori.
Gasta energía en el hígado y no la recupera en el músculo. Es imprescindible para que el músculo siga funcionando.
La gluconeogénesis se controla esencialmente a nivel de las reacciones exclusivas de la gluconeogénesis.
1. A nivel de la Piruvatocarboxilasa, está regulado positivamente por Acetil co-A (si se acumula Acetil co-A, se produce piruvato). El Acetil co-A tiene un efecto negativo sobre la piruvatoquinasa. Se regula a nivel de la expresión génica, de forma que la insulina es un inhibidor de la PEPCK. El glucagón es un activador de la PEPCK.
2. A nivel de la Fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa es inhibida por concentraciones de AMP, al contrario que la PFK-1 (del que es activador). Niveles elevados de Fructosa-2,6-bisfosfato activan la PFK-1 e inhiben la fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa.
3. El glucagón regula la glucólisis y la gluconeogénesis:
Los animales hacen gluconeogénesis:
-Omnívoro: sólo cuando no tenga aporte de glucosa por la dieta. La gluconeogénesis se hace a partir del glicerol y, si no, de aminoácidos de proteínas. Si además, hace glucólisis anaeróbica, lo hace del lactato.
-Rumiante: los microorganismos del rumen transforman la glucosa en lactato y acetato, proparato y butirato. Siempre deben fabricar glucosa. La gluconeogénesis siempre es activa o muy activa. Además, en lactantes, deben formar mucha lactosa, que lleva glucosa.
-Carnívoros: tienen pocos carbohidratos. Deben hacer glucosa a partir de glicerol o aminoácidos (proteínas de la dieta).
Los rumiantes obtienen glucosa a partir del propionato. El pirofosfato que se forma, todavía tiene energía. Se hidroliza fácilmente a 2 Pi soltando energía. Es una forma de empujar una reacción en un sentido determinado.
El D-metilmalonil-co-A debe ser transformado en la forma L mediante una racemasa y, mediante una mutasa se transforma en succinil, después pasa a OAA, después a PEP y, finalmente a glucosa.
Los rumiantes transforman el propiónico mediante los microorganismos del rumen en glucosa.
VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO
Las vías de tipo anabólico, además de energía, necesitan poder reductor. La célula distingue los electrones de destino de la cadena de transporte de electrones de los que están involucrados en reacciones red-ox biosintéticas. Están colocadas en el NADH (electrones catabólicos para dar energía) y NADPH (electrones para reducir moléculas).
El NADPH tiene en el C2´ un fosfato. La vía de las pentosas fosfato es una vía importante para fabricar NADPH (poder reductor para los procesos sintéticos). Además, fabrica pentosas fosfato.
Glucosa-6-P + 2 NADP + 2 H2O ===> RIBOSA-5-P + 2 NADPH + CO2 + 2 H+
Además, también fabrica ribosa-5-P. Es una molécula importante para la célula como el RNA, NAD, ATP, FAD... Es una vía citosólica. También se puede llamar como vía del fosfogluconato. En su 1ª fase es una fase oxidativa: 1 C salta como CO2.
La G6P es oxidada a 6-Fosfoglucono-d-lactona mediante la G6P deshidrogenasa, que trabaja con NADP y la transforma en NADPH. En la célula no hay suficiente NAD para que lo use. La 6-Fosfoglucono-d-lactona, mediante la lactonasa, se hidroliza en 6-fosfogluconato que, mediante la 6-fosfogluconato deshidrogenasa (también trabaja con NADP que lo pasa a NADPH), oxida el OH en cetona y forma un b-cetoácido (son inestables y se descarboxilan). El producto que queda es un CO2 + ribulosa-5-P.
La fase oxidativa fabrica 2 moléculas de NADPH. A partir de la ribulosa-5-P no hay más proceso oxidativo.
La ribulosa-5-P es la forma ceto y la ribosa-5-P es la forma aldehido. Se transforma mediante un enodiol intermedio por la fosfopentosa isomerasa. Se obtiene ribosa-5-P.
Además, existe la posibilidad que de la ribulosa-5-P se puede obtener la xilulosa-5-P (se diferencia sólo en la estereoisomeria de un solo centro asimétrico). Son epímeros. Se hace por la fosfopentosa epimerasa.
La 1ª deshidrogenasa (Glucosa-6-P deshidrogenasa) es el primer enzima que regula la vía de las pentosas fosfato. Está inhibida por NADPH (el exceso de NADPH inhibe a la Deshidrogenasa).
En la célula es bastante normal encontrarse con que los requerimientos de NADPH son mayores que los de ribosa-5-P. Para evitar generar un residuo de Ribosa-5-P, se aprovecha en la glucólisis. Puede transformarla Ribosa-5-P en Fructosa-6-P y en G3P.
Es la fase no oxidativa de las pentosas fosfato.
Las 2 pentosas-P iniciales (ribosa-5-P y xilulosa-5-P). La 3ª pentosa es una xilulosa-5-P. De 3 pentosas se sacan 2 hexosas y 1 triosa.
La célula va a manejar la vía de las pentosas fosfato.
Si la célula sólo quiere ribosa, la célula pasa de la fase oxidativa que producen NADPH y fabrica los precursores y regenerarán las pentosas fosfatos. No produce nada de NADPH. Reconvierte C de Glucosa-6-P en ribulosa-5-P
Si las necesidades de Ribosa-5-P y NADPH son equivalentes, la célula hace la vía oxidativa. De cada glucosa obtiene 2 NADPH y una Ribosa mediante las 2 deshidrogenasas.
Si la célula quiere mucho NADPH y pocas Ribosa-5-P, lo hace iniciando la vía oxidativa.
Ribulosa-5-P=>cetosa=>aldosa =>sigue fase no oxidativa=>Ribosa=>Fructosa+G3P
Entonces, las F6P pueden dar otra vez G6P. Este mecanismo puede llegar a oxidar todos los C de una glucosa-6-P a CO2. Se producen 12 moléculas de NADPH como cambio de esa oxidación. Es una forma alternativa para oxidar G6P. Es 1 mecanismo opuesto a la glucólisi (ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones). No se obtiene energía porque la energía de la G6P se invierte en producir NADPH.
Si la célula necesita NADPH y algo de energía, la G6P entra en la vía oxidativa:
Ribosa-5-P => Fructosa => G3P => SÍNTESIS DE Pyr
Es una vía mixta. Se obtiene algo de NADPH y algo de ATP.
La vía pentosa fosfato es importante en órganos con perfil biosintético. En el tejido adiposo, la pentosa fosfato es muy importante. También en glándulas mamarias. En músculo es una vía poco importante.
La G6P es una encrucijada importante en la regulación.
El PEP y el Pyr también son puntos importantes de regulación.
Hay vías que se inician en G6P y pueden llegar a otras moléculas.
La orina, el sudor y las heces implican disolver sustancias en agua para eliminarlas. Muchos xenobióticos no son solubles en agua. Los xenobióticos reaccionan con ácido glucurónico (que es muy hidrofílico) y se convierten en un compuesto soluble en agua.
La vitamina C no es sintetizable por cobayas, primates ni algunas aves.
Los que no saben hacerla, no pueden hacerla porque les falta el enzima que fabrica el doble enlace.
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
El glucógeno es un polisacárido de moléculas de glucosa, formando un enlace O-glicosídico a 1=>4. 2 glucosas fusionan sus OH en posición 1 y 4, dando una molécula de H2O. Se trata de a porque el OH es el del C anomérico y trata de a. De tanto en tanto, existe una glucosa que está unida por enlaces a 1=>6 (además), implica que en esos puntos exista una ramificación de la cadena de glucógeno.
Es el sistema de reserva de carbohidratos de las células animales (glucosa). Las plantas lo acumulan en forma de almidón.
Características
Son estructurados en gránulos muy grandes en el citoplasma de prácticamente todas las células del organismo. Se pueden ver al microscopio óptico. En los gránulos también tienen los enzimas que lo fabrican y degradan.
Es 1 sistema de reserva de movilización rápida. En pocos minutos, pasa de estar acumulado a circular. Es de alcance o potencial limitado. Después de periodos de aproximadamente 12 h, las reservas de glucógeno prácticamente están agotadas.
Es un polímero de reserva que está prácticamente en todos los tejidos, pero sobretodo hay en hígado y músculo esquelético. El sentido metabólico del glucógeno hepático es muy diferente al del músculo esquelético.
Hay más concentración en hígado que en músculo esquelético. La movilización del glucógeno implica que las glucosas que se liberan son G1P. En el hígado donde existen G6P fosfatasa, la glucosa-1-P se puede transformar en glucosa y pueden pasar directamente al corriente circulatorio. El músculo lo tiene que consumir directamente en la miofibrilla donde se almacena. El glucógeno hepático sirve para abastecer zonas alrededor de todo el cuerpo.
DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO
Está catalizada por la glucógeno fosforilasa según:
Glucógeno (n) + Pi G1P + glucógeno (n-1)
La fosforilasa no hidroliza el glucógeno, sino que lo fosforila. La molécula es atacada por Pi que rompe el enlace y da lugar a una molécula de G1P. No aparece H2O por ningún sitio, por lo tanto, no es hidrólisis. Es un hecho transcendental. El residuo de glucosa ya sale fosforilado con un coste = 0. En la célula fosforilar glucosa cuesta un ATP.
El enzima se caracteriza porque cataliza una reacción muy cercana al equilibrio. Por eso, durante mucho tiempo se pensó que la glucosa fosforilasa podía degradar y formar glucógeno. Este enzima es un dímero en el músculo. Tiene piridoxal fosfato como grupo prostético. Sólo puede fosforilar enlaces a 1=>4 pero, por motivos estéricos, la glucosa fosforilasa, cuando llega una molécula de glucosa que está a 4 residuos a contar desde el punto de fosforilación, la glucosa fosforilasa no puede llegar a fosforilarla.
Existe otra proteína que ayuda a la glucosafosforilasa a solucionar su problema (enzima desramificante). Es una transferasa que coge las moléculas indigeribles por la glucosafosforilasa y se une a otro lugar.
El residuo que queda de la ramificación es hidrolizada por una actividad a (1=>6) glucosilasa y da lugar a glucosa.
La actividad transferasa y la actividad a (1=>6) glucosilasa, está en el enzima desramificante. La gran mayoría de residuos del glucógeno son liberados como glucosa-1-P. Otro gran porcentaje son liberados como glucosa.
SÍNTESIS DE GLUCÓGENO
Está realizada por la glucógeno sintasa. Es el enzima que sintetiza glucógeno en vivo.
GLUCÓGENO (n) + UDPG GLUCÓGENO (n+1) + UDP
La glucógeno sintasa transfiere la glucosa de UDPG a la molécula de glucógeno. Es una transferasa. La transfiere al C4.
La glucógeno sintasa necesita como sustrato glucógeno y UDPG. El glucógeno preexistente no lo puede fabricar la molécula de glucógeno sintasa.
La glucogenina tiene una tiroxina (grupo OH) que tiene capacidad autoglucosilante.
A-Y-G-G-G
La glucógeno sintasa emplea la glucogenina para empezar la molécula de glucógeno. La sintasa produce polímeros lineales, las ramificaciones son fabricadas por el enzima ramificante. Coge un bloque de residuos de glucosa y lo transfiere a un punto interior de la molécula de glucógeno estableciendo enlaces a 1=>6. El glucógeno está ramificado cada 6-8 residuos de glucosa. El enzima ramificante concentra las ramificaciones.
La ventaja del glucógeno de ser ramificado es que es mucho más soluble que si fuera lineal. También tiene un sentido de reserva de acción inmediata porque tiene múltiples puntos de ataque simultáneos por la glucógenofosforilasa.
A la célula le cuesta poco formar glucógeno. Sólo cuesta fabricar UDPG. Se gasta UTP y se regenera UDP. Cuesta 1 molécula de ATP volver a regenerar UTP.
Glucógeno (n) + UDPG Glucógeno (n+1) + UDP
Cuando se degrada el glucógeno, se obtiene, en más del 95% de los casos G1P. En un 3% se obtiene glucosa. El ATP se recupera casi al 100% cuando se degrada el glucógeno, porque si se tuviese que fosforilar la glucosa, se gastaría.
Hay una pequeña pérdida de energía con la glucosa a (1=>6), que es hidrolizada por la a (1=>6)-glucosidasa.
Es un mecanismo muy efectivo y barato con el único problema que ocupa mucho espacio en almacenamiento porque acumula muchas moléculas de H2O.
REGULACIÓN DE SÍNTESIS Y DEGRADACIÓN DE GLUCÓGENO
La regulación de la degradación de glucógeno se ejerce a nivel de la glucógenofosforilasa. Puede existir de 2 formas: inactiva (fosforilasa B) y activa (fosforilasa A). Difieren en que la A está fosforilada en la serina 14 (cerca del extremo amino terminal). La forma inactiva puede volverse activa sin ser fosforilada en niveles altos de AMP. Es típico en músculo. La forma A es inhibida por concentraciones altas de ATP y de concentraciones de Glucosa-6-P.
La G6P es precursor y producto del glucógeno.
El enzima responsable de la actividad de la fosforilasa es la fosforilasa quinasa (es una reacción que requiere ATP). A diferencia de muchas otras quinasas que pueden fosforilar diferentes proteínas, es muy específica. Es un enzima interesante porque es un oligómero constituido por 4 subunidades diferentes (a,b, g, d), que están cuadriplicados. Es muy grande >106D. La subunidad d es la más pequeña y que, cuando fue secuenciada, vieron que es la calmodulina (proteína de 16 KD que tiene una estructura que es capaz de enlazar Ca2+). Es sensible a los niveles de Ca2+ intracelular. Es capaz de interaccionar con el Ca2+. Es sensible y activable por variaciones de los niveles de Ca2+ intramuscular. Es importante porque la misma señal pone en marcha la contracción muscular (consume energía) y la fosforilasaquinasa (que degrada el glucógeno y produce energía). Las fosforilasa quinasa es activable, además, por fosforilación mediante la PK-A (dependiente de AMPcíclico). Son sensibles a variaciones en la concentración de AMP cíclico y a las hormonas que regulan el AMP cíclico.
La síntesis de glucógeno se regula mediante la fosforilación de la glucosa sintasa. Tiene 2 formas: fosforilada (inactiva) y no fosforilada (inactiva). Se produce una fosforilación múltiple. Las formas más fosforiladas son menos activas. La sensibilidad es hacia niveles de concentraciones de G6P. Cuando hay mucha más G6P, incluso las formas fosforiladas se vuelven activas.
Las proteínas quinasa que inactivan la síntesis de glucógeno son varias quinasas. Una de ellas es la PK-A. Inhibe el enzima y bloquea la síntesis de glucógeno.
Estos 2 procesos se integran en un mecanismo de regulación común. Ej: incremento de epinefrina por el estrés. La adrenalina interacciona con su receptor y da como resultado la adenilato ciclasa, que da como función dar AMP cíclico, que es un activador de la proteína Kinasa-A. Es 1 activador porque la PK-A tiene 2 subunidades proteína-kinasa y 2 actividades reguladoras.
En concentraciones de AMPcíclicos muy bajos está
La degradación de AMP cíclico es por la fosfodiesterasa. La ciclasa sintetiza AMP cíclico. Cuando el AMP cíclico está muy elevado, se une a las subunidades reguladoras y las cambia por las catalíticas, que se disocian y puede fosforilar.
En cualquier caso activa la PK-A que es responsable de activar a la fosforilasaquinasa, que da lugar a la síntesis de glucógeno. Todos estos pasos tienen como ventajas:
* Con más de 1 paso intermedio, hay más de 1 sitio donde se puede regular.
* Amplificación. Son mecanismos de transducción de señal y se caracteriza porque permite una amplificación muy potente de la señal extracelular.
Las hormonas funcionan a concentraciones subnanomolares (10-10). Son pocas moléculas activas. Cada molécula tiene pocos receptores en las células. Son señales muy débiles (cientos de moléculas interaccionando con los receptores).
Si 1 molécula de adrenalina activa 1 adenilato ciclasa, que puede fosforilar 100 moléculas de AMP cíclico. A su vez puede fosforilar cada AMP 100 proteínas Kinasas...
Las señales que suelen llegar a la célula son muy débiles y la célula puede amplificarlas.
La proteína kinasa A fosforila e inactiva a la glucógeno sintasa. Da lugar a un incremento en la degradación de glucógeno y disminuye la síntesis de glucógeno.
Estos procesos se regulan también por la desfosforilación de esos mismos enzimas. En las células eucariotas existen 3 residuos que se pueden fosforilar (ser/Thr y Tyr). Estas diferencias responden a la cuantía. Más del 95% están fosforiladas en Ser o Thr. Sólo un 5% en Tyr.
Son enzimas completamente diferentes que catalizan la fosforilación. La mayoría ocurre en procesos de transducción de señal o en procesos que regulan el crecimiento y diferenciación de las células. Ej: efector insulina (prot Kinasa). La fosforilación de Ser/Thr está regulada por el tipo de metabolismo. Se habla de Ser/Thr (PK-A) fosfatasa o Tyr-fosfatasa.
Las fosfatasas, en eucariotas, son esencialmente, 4 tipos de Ser/Thr proteína fosfatasa (1, 2A, 2B, 2C). El 1 y 2A intervienen en la desfosforilación de glucógeno sintasa (activa) y fosforilasa (inactiva). La actividad de las fosfatasas también está regulada, las células tienen todos los enzimas dando vueltas y, para que unos enzimas hagan una función, tienen que estar los contrarios inactivos. Para coordinarlos, se puede hacer a nivel de la fosfatasa tipo 1, es una fosforilasa-fosfatasa y sintasa-fosfatasa. Tiene un espectro de regulación amplio.
Normalmente son activas cuando están solas. Las proteína inhibidora 1 puede inhibir a la fosfatasa tipo 1, cuando interacciona con ella.
El inhibidor 1 depende de que esté fosforilado para unirse a la fosfatasa tipo 1. La protein-kinasa A fosforila el inhibidor.
La PK-A puede fosforilar la fosforilasa y activar degradación de glucógeno. La PK-A puede fosforilar la sintasa y bloquear la síntesis de glucógeno. También puede fosforilar el inhibidor de tipo 1 e inactivar la fosfatasa-1 y bloquea la desfosforilación.
El control más delicado es sobre que células de tejido funcionan las hormonas. Se consigue expresando o no receptores para esas hormonas. Para que no sean sensibles no se dispone de receptores. Tampoco puede haber transducción o algún efector.
Es una reacción anabólica. Es la vía que permite la síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos (ni provienen ni son glucosa). Es muy importante en animales. Permite ver la regulación de las vías metabólicas. Es necesaria porque muchos tejidos de los animales no necesitan glucosa, mientras que otros son completamente glucosadependientes (cerebro, eritrocitos, médula renal...). Es imprescindible tener siempre glucosa disponible.
Se puede hacer glucosa a partir de:
-Lactato.
-Piruvato.
-Algunos aminoácidos.
-Intermedios del ciclo de Krebs.
-Glicerol.
Cada precursor tiene un significado diferente. La gluconeogénesis ocurre sólo en algunos órganos muy concretos, sobretodo en hígado. La corteza renal también puede llevarla cabo.
Las plantas no lo hacen porque pueden fabricar glucosa a partir de CO2 mediante fotosíntesis. Pasar de Pyruvato a Glucosa es lo contrario de hacer glucólisis. La glucólisis tiene 3 reacciones irreversibles. Estas 3 reacciones son las únicas diferentes. La gluconeogénesis, con la excepción del paso de pyruvato a OAA, que ocurre en la membrana mitocondrial, ocurre en el citosol. Sólo el paso de PEP a Pyr, de Fructosa1,6-bisfosfato a Fructosa-6-Fosfato y de Glucosa-6-Fosfato a Glucosa es diferente.
El OAA que sale de la mitocondria lo hace convirtiéndose en Malato y después vuelve a ser OAA.
Una vez se tiene PEP, hay muchas reacciones seguidas en equilibrio, hasta llegar a la Fructosa-1,6-bisfosfato, que cuesta 1 ATP transformarla en Fructosa-6-Fosfato.
La segunda reacción costosa es pasar de glucosa-6-fosfato a glucosa, que cuesta también un ATP:
Lo hace la Glucosa-6-fosfato fosfatasa, que está ubicada en el retículo endoplasmático y no la tienen todos los órganos. Ni músculo ni cerebro pueden liberar glucosa a partir de Glucosa-6-Fosfato.
Para que la glucosa pase a la sangre debe no estar fosforilada:
2 Pyr + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O --> GLUCOSA + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi +2 NAD+ + 2 H+
Meter los Carbonos de 2 Pyruvatos cuestan 6 enlaces fuertemente energéticos. En la glucólisis se consiguen 2. El gasto es de -4.
El glicerol que usan las células para formar glucosa sale de los triglicéridos. Se aprovecha:
Los intermedios del ciclo de Krebs están en la mitocondria para transformarse en OAA. Después, el OAA se transforma en malato, sale de la mitocondria y vuelve a transformarse en OAA y después en PEP. Hay varios tamaños de intermedios (citratos (6C) y fumaratos (4C)). De los 6 C del citrato, sólo se usan 3 para formar glucosa. Sólo la mitad de los carbonos llegan a dar 1 glucosa.
No todos los aminoácidos dan C que se convierte en glucosa: la Leucina y la Lisina no dan C a la glucosa ( son aminoácidos cetogénicos)). Los aminoácidos glucogénicos dan todos sus Carbonos para la glucosa. Los aminoácidos mixtos sólo dan algunos C para formar glucosa. Los aminoácidos entran de diferente forma:
Según su esqueleto sufren transformaciones más o menos sencillas.
El lactato se produce en situaciones de glucólisis anaeróbica ( en el tejido muscular). Se acumula Pyr, se agota NADH citosólico y se fabrica lactato para regenerar NAD. El lactato es el músculo no puede hacer nada. El lactato sale del músculo por l sangre y llega al hígado donde se oxida a Pyr y se oxida a glucosa mediante la gluconeogénesis. Esta glucosa va a sangre y se puede volver a usar por el músculo para obtener energía mediante la glucólisis. Se llama ciclo del lactato o ciclo de Cori.
Gasta energía en el hígado y no la recupera en el músculo. Es imprescindible para que el músculo siga funcionando.
La gluconeogénesis se controla esencialmente a nivel de las reacciones exclusivas de la gluconeogénesis.
1. A nivel de la Piruvatocarboxilasa, está regulado positivamente por Acetil co-A (si se acumula Acetil co-A, se produce piruvato). El Acetil co-A tiene un efecto negativo sobre la piruvatoquinasa. Se regula a nivel de la expresión génica, de forma que la insulina es un inhibidor de la PEPCK. El glucagón es un activador de la PEPCK.
2. A nivel de la Fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa es inhibida por concentraciones de AMP, al contrario que la PFK-1 (del que es activador). Niveles elevados de Fructosa-2,6-bisfosfato activan la PFK-1 e inhiben la fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa.
3. El glucagón regula la glucólisis y la gluconeogénesis:
Los animales hacen gluconeogénesis:
-Omnívoro: sólo cuando no tenga aporte de glucosa por la dieta. La gluconeogénesis se hace a partir del glicerol y, si no, de aminoácidos de proteínas. Si además, hace glucólisis anaeróbica, lo hace del lactato.
-Rumiante: los microorganismos del rumen transforman la glucosa en lactato y acetato, proparato y butirato. Siempre deben fabricar glucosa. La gluconeogénesis siempre es activa o muy activa. Además, en lactantes, deben formar mucha lactosa, que lleva glucosa.
-Carnívoros: tienen pocos carbohidratos. Deben hacer glucosa a partir de glicerol o aminoácidos (proteínas de la dieta).
Los rumiantes obtienen glucosa a partir del propionato. El pirofosfato que se forma, todavía tiene energía. Se hidroliza fácilmente a 2 Pi soltando energía. Es una forma de empujar una reacción en un sentido determinado.
El D-metilmalonil-co-A debe ser transformado en la forma L mediante una racemasa y, mediante una mutasa se transforma en succinil, después pasa a OAA, después a PEP y, finalmente a glucosa.
Los rumiantes transforman el propiónico mediante los microorganismos del rumen en glucosa.
VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO
Las vías de tipo anabólico, además de energía, necesitan poder reductor. La célula distingue los electrones de destino de la cadena de transporte de electrones de los que están involucrados en reacciones red-ox biosintéticas. Están colocadas en el NADH (electrones catabólicos para dar energía) y NADPH (electrones para reducir moléculas).
El NADPH tiene en el C2´ un fosfato. La vía de las pentosas fosfato es una vía importante para fabricar NADPH (poder reductor para los procesos sintéticos). Además, fabrica pentosas fosfato.
Glucosa-6-P + 2 NADP + 2 H2O ===> RIBOSA-5-P + 2 NADPH + CO2 + 2 H+
Además, también fabrica ribosa-5-P. Es una molécula importante para la célula como el RNA, NAD, ATP, FAD... Es una vía citosólica. También se puede llamar como vía del fosfogluconato. En su 1ª fase es una fase oxidativa: 1 C salta como CO2.
La G6P es oxidada a 6-Fosfoglucono-d-lactona mediante la G6P deshidrogenasa, que trabaja con NADP y la transforma en NADPH. En la célula no hay suficiente NAD para que lo use. La 6-Fosfoglucono-d-lactona, mediante la lactonasa, se hidroliza en 6-fosfogluconato que, mediante la 6-fosfogluconato deshidrogenasa (también trabaja con NADP que lo pasa a NADPH), oxida el OH en cetona y forma un b-cetoácido (son inestables y se descarboxilan). El producto que queda es un CO2 + ribulosa-5-P.
La fase oxidativa fabrica 2 moléculas de NADPH. A partir de la ribulosa-5-P no hay más proceso oxidativo.
La ribulosa-5-P es la forma ceto y la ribosa-5-P es la forma aldehido. Se transforma mediante un enodiol intermedio por la fosfopentosa isomerasa. Se obtiene ribosa-5-P.
Además, existe la posibilidad que de la ribulosa-5-P se puede obtener la xilulosa-5-P (se diferencia sólo en la estereoisomeria de un solo centro asimétrico). Son epímeros. Se hace por la fosfopentosa epimerasa.
La 1ª deshidrogenasa (Glucosa-6-P deshidrogenasa) es el primer enzima que regula la vía de las pentosas fosfato. Está inhibida por NADPH (el exceso de NADPH inhibe a la Deshidrogenasa).
En la célula es bastante normal encontrarse con que los requerimientos de NADPH son mayores que los de ribosa-5-P. Para evitar generar un residuo de Ribosa-5-P, se aprovecha en la glucólisis. Puede transformarla Ribosa-5-P en Fructosa-6-P y en G3P.
Es la fase no oxidativa de las pentosas fosfato.
Las 2 pentosas-P iniciales (ribosa-5-P y xilulosa-5-P). La 3ª pentosa es una xilulosa-5-P. De 3 pentosas se sacan 2 hexosas y 1 triosa.
La célula va a manejar la vía de las pentosas fosfato.
Si la célula sólo quiere ribosa, la célula pasa de la fase oxidativa que producen NADPH y fabrica los precursores y regenerarán las pentosas fosfatos. No produce nada de NADPH. Reconvierte C de Glucosa-6-P en ribulosa-5-P
Si las necesidades de Ribosa-5-P y NADPH son equivalentes, la célula hace la vía oxidativa. De cada glucosa obtiene 2 NADPH y una Ribosa mediante las 2 deshidrogenasas.
Si la célula quiere mucho NADPH y pocas Ribosa-5-P, lo hace iniciando la vía oxidativa.
Ribulosa-5-P=>cetosa=>aldosa =>sigue fase no oxidativa=>Ribosa=>Fructosa+G3P
Entonces, las F6P pueden dar otra vez G6P. Este mecanismo puede llegar a oxidar todos los C de una glucosa-6-P a CO2. Se producen 12 moléculas de NADPH como cambio de esa oxidación. Es una forma alternativa para oxidar G6P. Es 1 mecanismo opuesto a la glucólisi (ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones). No se obtiene energía porque la energía de la G6P se invierte en producir NADPH.
Si la célula necesita NADPH y algo de energía, la G6P entra en la vía oxidativa:
Ribosa-5-P => Fructosa => G3P => SÍNTESIS DE Pyr
Es una vía mixta. Se obtiene algo de NADPH y algo de ATP.
La vía pentosa fosfato es importante en órganos con perfil biosintético. En el tejido adiposo, la pentosa fosfato es muy importante. También en glándulas mamarias. En músculo es una vía poco importante.
La G6P es una encrucijada importante en la regulación.
El PEP y el Pyr también son puntos importantes de regulación.
Hay vías que se inician en G6P y pueden llegar a otras moléculas.
La orina, el sudor y las heces implican disolver sustancias en agua para eliminarlas. Muchos xenobióticos no son solubles en agua. Los xenobióticos reaccionan con ácido glucurónico (que es muy hidrofílico) y se convierten en un compuesto soluble en agua.
La vitamina C no es sintetizable por cobayas, primates ni algunas aves.
Los que no saben hacerla, no pueden hacerla porque les falta el enzima que fabrica el doble enlace.
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
El glucógeno es un polisacárido de moléculas de glucosa, formando un enlace O-glicosídico a 1=>4. 2 glucosas fusionan sus OH en posición 1 y 4, dando una molécula de H2O. Se trata de a porque el OH es el del C anomérico y trata de a. De tanto en tanto, existe una glucosa que está unida por enlaces a 1=>6 (además), implica que en esos puntos exista una ramificación de la cadena de glucógeno.
Es el sistema de reserva de carbohidratos de las células animales (glucosa). Las plantas lo acumulan en forma de almidón.
Características
Son estructurados en gránulos muy grandes en el citoplasma de prácticamente todas las células del organismo. Se pueden ver al microscopio óptico. En los gránulos también tienen los enzimas que lo fabrican y degradan.
Es 1 sistema de reserva de movilización rápida. En pocos minutos, pasa de estar acumulado a circular. Es de alcance o potencial limitado. Después de periodos de aproximadamente 12 h, las reservas de glucógeno prácticamente están agotadas.
Es un polímero de reserva que está prácticamente en todos los tejidos, pero sobretodo hay en hígado y músculo esquelético. El sentido metabólico del glucógeno hepático es muy diferente al del músculo esquelético.
Hay más concentración en hígado que en músculo esquelético. La movilización del glucógeno implica que las glucosas que se liberan son G1P. En el hígado donde existen G6P fosfatasa, la glucosa-1-P se puede transformar en glucosa y pueden pasar directamente al corriente circulatorio. El músculo lo tiene que consumir directamente en la miofibrilla donde se almacena. El glucógeno hepático sirve para abastecer zonas alrededor de todo el cuerpo.
DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO
Está catalizada por la glucógeno fosforilasa según:
Glucógeno (n) + Pi G1P + glucógeno (n-1)
La fosforilasa no hidroliza el glucógeno, sino que lo fosforila. La molécula es atacada por Pi que rompe el enlace y da lugar a una molécula de G1P. No aparece H2O por ningún sitio, por lo tanto, no es hidrólisis. Es un hecho transcendental. El residuo de glucosa ya sale fosforilado con un coste = 0. En la célula fosforilar glucosa cuesta un ATP.
El enzima se caracteriza porque cataliza una reacción muy cercana al equilibrio. Por eso, durante mucho tiempo se pensó que la glucosa fosforilasa podía degradar y formar glucógeno. Este enzima es un dímero en el músculo. Tiene piridoxal fosfato como grupo prostético. Sólo puede fosforilar enlaces a 1=>4 pero, por motivos estéricos, la glucosa fosforilasa, cuando llega una molécula de glucosa que está a 4 residuos a contar desde el punto de fosforilación, la glucosa fosforilasa no puede llegar a fosforilarla.
Existe otra proteína que ayuda a la glucosafosforilasa a solucionar su problema (enzima desramificante). Es una transferasa que coge las moléculas indigeribles por la glucosafosforilasa y se une a otro lugar.
El residuo que queda de la ramificación es hidrolizada por una actividad a (1=>6) glucosilasa y da lugar a glucosa.
La actividad transferasa y la actividad a (1=>6) glucosilasa, está en el enzima desramificante. La gran mayoría de residuos del glucógeno son liberados como glucosa-1-P. Otro gran porcentaje son liberados como glucosa.
SÍNTESIS DE GLUCÓGENO
Está realizada por la glucógeno sintasa. Es el enzima que sintetiza glucógeno en vivo.
GLUCÓGENO (n) + UDPG GLUCÓGENO (n+1) + UDP
La glucógeno sintasa transfiere la glucosa de UDPG a la molécula de glucógeno. Es una transferasa. La transfiere al C4.
La glucógeno sintasa necesita como sustrato glucógeno y UDPG. El glucógeno preexistente no lo puede fabricar la molécula de glucógeno sintasa.
La glucogenina tiene una tiroxina (grupo OH) que tiene capacidad autoglucosilante.
A-Y-G-G-G
La glucógeno sintasa emplea la glucogenina para empezar la molécula de glucógeno. La sintasa produce polímeros lineales, las ramificaciones son fabricadas por el enzima ramificante. Coge un bloque de residuos de glucosa y lo transfiere a un punto interior de la molécula de glucógeno estableciendo enlaces a 1=>6. El glucógeno está ramificado cada 6-8 residuos de glucosa. El enzima ramificante concentra las ramificaciones.
La ventaja del glucógeno de ser ramificado es que es mucho más soluble que si fuera lineal. También tiene un sentido de reserva de acción inmediata porque tiene múltiples puntos de ataque simultáneos por la glucógenofosforilasa.
A la célula le cuesta poco formar glucógeno. Sólo cuesta fabricar UDPG. Se gasta UTP y se regenera UDP. Cuesta 1 molécula de ATP volver a regenerar UTP.
Glucógeno (n) + UDPG Glucógeno (n+1) + UDP
Cuando se degrada el glucógeno, se obtiene, en más del 95% de los casos G1P. En un 3% se obtiene glucosa. El ATP se recupera casi al 100% cuando se degrada el glucógeno, porque si se tuviese que fosforilar la glucosa, se gastaría.
Hay una pequeña pérdida de energía con la glucosa a (1=>6), que es hidrolizada por la a (1=>6)-glucosidasa.
Es un mecanismo muy efectivo y barato con el único problema que ocupa mucho espacio en almacenamiento porque acumula muchas moléculas de H2O.
REGULACIÓN DE SÍNTESIS Y DEGRADACIÓN DE GLUCÓGENO
La regulación de la degradación de glucógeno se ejerce a nivel de la glucógenofosforilasa. Puede existir de 2 formas: inactiva (fosforilasa B) y activa (fosforilasa A). Difieren en que la A está fosforilada en la serina 14 (cerca del extremo amino terminal). La forma inactiva puede volverse activa sin ser fosforilada en niveles altos de AMP. Es típico en músculo. La forma A es inhibida por concentraciones altas de ATP y de concentraciones de Glucosa-6-P.
La G6P es precursor y producto del glucógeno.
El enzima responsable de la actividad de la fosforilasa es la fosforilasa quinasa (es una reacción que requiere ATP). A diferencia de muchas otras quinasas que pueden fosforilar diferentes proteínas, es muy específica. Es un enzima interesante porque es un oligómero constituido por 4 subunidades diferentes (a,b, g, d), que están cuadriplicados. Es muy grande >106D. La subunidad d es la más pequeña y que, cuando fue secuenciada, vieron que es la calmodulina (proteína de 16 KD que tiene una estructura que es capaz de enlazar Ca2+). Es sensible a los niveles de Ca2+ intracelular. Es capaz de interaccionar con el Ca2+. Es sensible y activable por variaciones de los niveles de Ca2+ intramuscular. Es importante porque la misma señal pone en marcha la contracción muscular (consume energía) y la fosforilasaquinasa (que degrada el glucógeno y produce energía). Las fosforilasa quinasa es activable, además, por fosforilación mediante la PK-A (dependiente de AMPcíclico). Son sensibles a variaciones en la concentración de AMP cíclico y a las hormonas que regulan el AMP cíclico.
La síntesis de glucógeno se regula mediante la fosforilación de la glucosa sintasa. Tiene 2 formas: fosforilada (inactiva) y no fosforilada (inactiva). Se produce una fosforilación múltiple. Las formas más fosforiladas son menos activas. La sensibilidad es hacia niveles de concentraciones de G6P. Cuando hay mucha más G6P, incluso las formas fosforiladas se vuelven activas.
Las proteínas quinasa que inactivan la síntesis de glucógeno son varias quinasas. Una de ellas es la PK-A. Inhibe el enzima y bloquea la síntesis de glucógeno.
Estos 2 procesos se integran en un mecanismo de regulación común. Ej: incremento de epinefrina por el estrés. La adrenalina interacciona con su receptor y da como resultado la adenilato ciclasa, que da como función dar AMP cíclico, que es un activador de la proteína Kinasa-A. Es 1 activador porque la PK-A tiene 2 subunidades proteína-kinasa y 2 actividades reguladoras.
En concentraciones de AMPcíclicos muy bajos está
La degradación de AMP cíclico es por la fosfodiesterasa. La ciclasa sintetiza AMP cíclico. Cuando el AMP cíclico está muy elevado, se une a las subunidades reguladoras y las cambia por las catalíticas, que se disocian y puede fosforilar.
En cualquier caso activa la PK-A que es responsable de activar a la fosforilasaquinasa, que da lugar a la síntesis de glucógeno. Todos estos pasos tienen como ventajas:
* Con más de 1 paso intermedio, hay más de 1 sitio donde se puede regular.
* Amplificación. Son mecanismos de transducción de señal y se caracteriza porque permite una amplificación muy potente de la señal extracelular.
Las hormonas funcionan a concentraciones subnanomolares (10-10). Son pocas moléculas activas. Cada molécula tiene pocos receptores en las células. Son señales muy débiles (cientos de moléculas interaccionando con los receptores).
Si 1 molécula de adrenalina activa 1 adenilato ciclasa, que puede fosforilar 100 moléculas de AMP cíclico. A su vez puede fosforilar cada AMP 100 proteínas Kinasas...
Las señales que suelen llegar a la célula son muy débiles y la célula puede amplificarlas.
La proteína kinasa A fosforila e inactiva a la glucógeno sintasa. Da lugar a un incremento en la degradación de glucógeno y disminuye la síntesis de glucógeno.
Estos procesos se regulan también por la desfosforilación de esos mismos enzimas. En las células eucariotas existen 3 residuos que se pueden fosforilar (ser/Thr y Tyr). Estas diferencias responden a la cuantía. Más del 95% están fosforiladas en Ser o Thr. Sólo un 5% en Tyr.
Son enzimas completamente diferentes que catalizan la fosforilación. La mayoría ocurre en procesos de transducción de señal o en procesos que regulan el crecimiento y diferenciación de las células. Ej: efector insulina (prot Kinasa). La fosforilación de Ser/Thr está regulada por el tipo de metabolismo. Se habla de Ser/Thr (PK-A) fosfatasa o Tyr-fosfatasa.
Las fosfatasas, en eucariotas, son esencialmente, 4 tipos de Ser/Thr proteína fosfatasa (1, 2A, 2B, 2C). El 1 y 2A intervienen en la desfosforilación de glucógeno sintasa (activa) y fosforilasa (inactiva). La actividad de las fosfatasas también está regulada, las células tienen todos los enzimas dando vueltas y, para que unos enzimas hagan una función, tienen que estar los contrarios inactivos. Para coordinarlos, se puede hacer a nivel de la fosfatasa tipo 1, es una fosforilasa-fosfatasa y sintasa-fosfatasa. Tiene un espectro de regulación amplio.
Normalmente son activas cuando están solas. Las proteína inhibidora 1 puede inhibir a la fosfatasa tipo 1, cuando interacciona con ella.
El inhibidor 1 depende de que esté fosforilado para unirse a la fosfatasa tipo 1. La protein-kinasa A fosforila el inhibidor.
La PK-A puede fosforilar la fosforilasa y activar degradación de glucógeno. La PK-A puede fosforilar la sintasa y bloquear la síntesis de glucógeno. También puede fosforilar el inhibidor de tipo 1 e inactivar la fosfatasa-1 y bloquea la desfosforilación.
El control más delicado es sobre que células de tejido funcionan las hormonas. Se consigue expresando o no receptores para esas hormonas. Para que no sean sensibles no se dispone de receptores. Tampoco puede haber transducción o algún efector.
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