La glucólisis y los destinos del piruvatoGlukolisia eta pirubatoaren helmugak

Es el conjunto de reacciones bioquímicas imprescindibles para que las células consigan la energía y el poder reductor que necesitan para sobrevivir. Ahí se conseguirán también los monómeros que necesitan para formar las macromoléculas que les hacen falta.

ANABOLISMO: son las reacciones dirigidas a formar las biomoléculas de los seres vivos. Es decir, la formación de moléculas grandes partiendo de moléculas pequeñas o más simples. Para eso son necesarios el poder reductor y un gasto de energía.

Biosíntesis.

CATABOLISMO: conseguir moléculas simples a partir de moléculas grandes. Es el conjunto de reacciones químicas dirigidas a conseguir energía y poder reductor. Rotura.

Estos dos procesos ocurren a la vez en las células.

La célula consigue energía de la rotura de las moléculas complejas: las células aerobias utilizan el oxígeno para convertir esas moléculas, mediante etapas, en sustancias más simples: CO2 y H2O. El camino contrario también ocurre dentro de las células.

1. Glucólisis anaerobia: glucosa → piruvato.

2. Fermentación láctica: piruvato → lactato.

3. Glucólisis aerobia: piruvato → H2O + CO2 a. Ciclo de Krebs b. Fosforilación oxidativa: ATP 4. Vía de las pentosas: glucosa-6-fosfato → ribosa-5-fosfato 5. Ciclo de Cori 6. Glucogenosíntesis y glucogenólisis: glucosa-6-fosfato.

El catabolismo de los carbohidratos es el centro del metabolismo. Ese catabolismo puede ser aerobio o anaerobio, pero de las dos maneras el primer paso es la glucólisis, un proceso que ocurre en el citoplasma de las células.

GLUCÓLISIS: glucosa → 2 ácidos pirúvicos + 2ATP + 2NADH + 2H+ Aun así, el catabolismo de la glucosa puede ajustarse a esta reacción: C6H12O6 + O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energía

VÍAS CATABÓLICAS:

Glucólisis:

Glucosa → piruvato

La entrada de otros azúcares

El destino del piruvato:

Fermentación láctica

Ciclo de Krebs + fosforilación oxidativa

Vía de las pentosas fosfato

Glucosa → 2 ácidos pirúvicos + 2ATP + 2NADH + 2H+ También se le llama vía de Embden-Meyerhof (-Parnas). La reacción tiene dos fases, la fase preparatoria y la fase de rendimiento. Ocurre en el citoplasma.

Fase preparatoria: la molécula de glucosa se rompe hasta gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato.

Fase de rendimiento: convertir las moléculas de gliceraldehído en ácido pirúvico y obtener moléculas de ATP y NADH + H+.

Elemento reductor: elemento químico que da electrones al medio desde su estructura química, oxidándose así a sí mismo.

Elemento oxidante: elemento químico que recibe electrones del medio, reduciéndose así a sí mismo.

Se utilizan las enzimas glucoquinasa, hexoquinasa y fosfofructoquinasa, porque catalizan reacciones irreversibles. Para la regulación de las vías metabólicas normalmente se utilizan reacciones irreversibles, para poder regular la vía en un solo sentido.

La glucoquinasa está en el hígado, se activa cuando hay mucha glucosa y gasta ATP.

La hexoquinasa está en el músculo y, si hay mucha glucosa, se inhibe.

La fosfofructoquinasa se inhibe cuando hay mucho ATP.

En la fase de rendimiento hay otras dos reacciones que también son irreversibles, pero la que se utiliza para la regulación es la que cataliza la piruvato quinasa.

Hay distintas isoenzimas de la piruvato quinasa: L y M. La L se localiza en el hígado; la M, en cambio, se localiza sobre todo en el cerebro y en el músculo. Cuando hay poca glucosa en la sangre, la isoenzima L se fosforila haciendo disminuir su actividad. La M, en cambio, no sufre fosforilación.

Glucosa:

Lactosa, maltosa y sacarosa → glucosa-6-fosfato

Almidón y glucógeno → glucosa-1-fosfato → glucosa-6-fosfato

Galactosa → glucosa-1-fosfato → glucosa-6-fosfato

Lactosa

Hidrólisis de los galactoderivados endógenos: cerebrósidos y gangliósidos.

El desarrollo de los oligosacáridos de los glucolípidos, la membrana celular.

Manosa:

Hexosa, en algunas frutas → fructosa-6-fosfato

Fructosa, sacarosa, zumos, miel

Músculo y tejido adiposo → fructosa-6-fosfato

Hígado → GAP (gliceraldehído-3-fosfato) La glucosa puede obtenerse de otros carbohidratos y entrar así en la glucólisis.

Cuando el objetivo es obtener energía, las células pueden hacer 3 cosas con el ácido pirúvico:

Fermentación láctica (anaerobia)

Fermentación alcohólica (anaerobia)

Convertirlo en acetil coenzima A (aerobia)

La piruvato deshidrogenasa es un complejo multienzimático y puede estar de dos maneras distintas.

Cuando la enzima está fosforilada está inactiva; cuando la enzima está sin fosforilación, en cambio, activa.

Los niveles altos de ATP, NADH + H+ y acetil-CoA y el glucagón conllevan la fosforilación de la piruvato deshidrogenasa y, en consecuencia, la inhibición.

Los niveles altos de ADP y de piruvato y la insulina, la vasopresina y las catecolaminas conllevan la desfosforilación del piruvato y, en consecuencia, la activación.

CICLO DE KREBS Es un proceso que se da en la mitocondria y tiene función anfibólica. Puede ser tanto catabólico como anabólico:

Catabólico: se da la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y proteínas para obtener energía.

Anabolismo: algunos intermediarios son precursores biosintéticos.

En general es una secuencia cerrada formada por 8 reacciones que oxida el acetil-CoA a CO2.

Se forman ATP, NADH y FADH2.

Es una reacción aerobia; sin O2 el ciclo se inhibe.

1. Convertir los sustratos en acetil-CoA.

2. Como consecuencia de la oxidación completa del carbono se obtienen CO2, NADH, FADH2 y ATP.

3. Los transportadores electrónicos reducidos se oxidarán de nuevo para formar ATP.

Es un ciclo universal: casi todo el CO2 que producen las plantas y los animales se forma aquí.

Antes de entrar en el ciclo, el ácido pirúvico tiene que convertirse en acetil-CoA; este proceso también ocurre en las mitocondrias. Aunque el acetil-CoA puede tomar muchas vías, la más importante es el ciclo de Krebs.

El primer producto del ciclo y el último son el mismo: el oxalacetato. Como la tercera reacción (isocitrato → α-oxoglutarato) es irreversible, el ciclo tiene una sola dirección. En cada ciclo se oxida un acetil-CoA y se producen 2 CO2.

1. Condensación: el acetil-CoA se une al oxalacetato (4C), liberando el grupo CoA y el citrato (6C).

2. Deshidratación-hidratación: el citrato se convierte en su isómero, el isocitrato, en 2 pasos.

3. Descarboxilación oxidativa: el isocitrato se oxida liberando una molécula de CO2 y produciendo α-cetoglutarato (5C). El NAD+ se reduce a NADH mediante la enzima isocitrato deshidrogenasa.

4. Descarboxilación oxidativa: se da la oxidación del α-cetoglutarato, liberando una molécula de CO2 y produciendo succinil-CoA mediante la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa.

5. Fosforilación: el grupo CoA del succinil-CoA se cambia por un grupo fosfato y se forma succinato (4C).

6. Deshidrogenación: oxidando el succinato se obtiene fumarato.

7. Hidratación: al fumarato se le une agua, formando malato (4C).

8. Deshidrogenación: oxidando el malato se regenera el oxalacetato.

Mediante el ciclo de Krebs, de cada molécula de acetil-CoA se obtienen moléculas que después, al entrar en la fosforilación oxidativa, servirán para producir ATP.

Acetil-CoA → GTP + 3 NADH + H+ + FADH2

REGULACIÓN

Este ciclo se utiliza para obtener energía y poder reductor; si hay ATP o poder reductor alto, el ciclo se inhibe.

El ATP inhibe la isocitrato deshidrogenasa:

El ácido cítrico se acumula en la mitocondria; si esa acumulación es demasiado grande, pasará al citoplasma.

En el citoplasma está la citrato liasa:

Ácido cítrico → ácido oxalacético + acetil-CoA

El acetil-CoA que se ha formado es el punto de partida de la síntesis de los ácidos grasos.

Los agonistas de los α-1-adrenorreceptores, la vasopresina y la insulina activan la piruvato deshidrogenasa; el glucagón, en cambio, la inhibe.

La citrato sintasa y la α-cetoglutarato DH son irreversibles y obligan al ciclo a moverse en la dirección de las agujas del reloj. Cuando la concentración de ATP es alta, se inhiben.

Isocitrato DH: se activa cuando la carga energética es baja. Cuando la concentración de ATP es alta, se inhibe.

α-cetoglutarato DH: la inhiben el NADH y el succinil-CoA.

La velocidad de la oxidación disminuye cuando en la célula hay una carga energética alta y una concentración de oxígeno baja o nula.

Tenemos que considerar el ciclo de Krebs también como punto de partida para producir otras muchas moléculas: la biosíntesis. Los intermediarios del ciclo hay que reponerlos; de eso se ocupan las reacciones anapleróticas, porque si algunos compuestos desaparecen del ciclo, el ciclo se para.

Ej.: si se utiliza α-cetoglutarato para producir glutamato, habrá que meter componentes nuevos para mantener el funcionamiento del ciclo.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Se libera un montón de energía para acumularla en forma de ATP. Ocurre en las mitocondrias.

Los poderes reductores que se obtienen se oxidan gracias a la cadena de transporte de electrones.

Allí se libera mucha energía y esa energía se utilizará para crear un gradiente de protones. Reduce el oxígeno y da agua.

El objetivo de la respiración es convertir el ADP en ATP. Para ello, en la membrana de las mitocondrias se introduce la ATP sintetasa.

La membrana tiene en el centro un agujero por el que pasan los protones; al unirse la energía que se libera en ese flujo con un ADP y un fosfato, se forma ATP. Por cada molécula de NADH se producen 3 ATP; por cada molécula de FADH, en cambio, 2 ATP.

La lactato deshidrogenasa tiene 2 isoenzimas: la M4 en el músculo, que convierte el piruvato en ácido láctico, y la H4 en el hígado, que convierte el lactato en piruvato.

Cuando los músculos no tienen oxígeno suficiente y necesitan energía, ponen en marcha la fermentación láctica. Como llevarlo hasta la fermentación láctica tiene un rendimiento bajo y puede hacer bajar demasiado el pH, el músculo y el hígado empiezan a colaborar.

De esa manera, el hígado coge las moléculas de ácido láctico que los músculos han vertido a la sangre y, utilizando la vía inversa, convertirá el ácido láctico en glucosa, mediante la gluconeogénesis y con gasto de ATP.

El ciclo glucosa-alanina es una variación del ciclo de Cori. De la alanina puede obtenerse piruvato y, así, se obtiene glucosa de las proteínas. La alanina se transporta desde los músculos al hígado; allí, mediante la transaminación, se convierte en piruvato, para utilizarlo en la gluconeogénesis.

Del mismo modo, es la vía para llevar el nitrógeno al hígado y realiza la reacción contraria: piruvato → alanina → biosíntesis de proteínas.