GLUCOLISIS Secuencia de reacciones que convierten glucosa en piruvato formando ATP. Condiciones aeróbicas: precede al TCA y la cadena de transporte de electrones. Condiciones anaeróbicas: músculo activo Piruvato

Lactato + CO 2 + H2O

Levaduras Piruvato

Etanol + CO2 + H2O

GLUCOLISIS

Los metabolitos intermediarios tienen 3 ó 6 átomos de C CH2OH

CH2OH C=0

O

OC

OC

H – C- OH

H – C - OH

CH2OH

CH2OH

Dihidroxiacetona

Gliceraldehído

CH2OH Glicerato

6C

O

Derivados de glucosa y fructosa

C=O CH3 Piruvato

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS HEXOCINASA: Primera utilización de ATP

Se forma un complejo ATP-Mg++

El grupo OH del C6 de la glucosa lleva a cabo un ataque nucleofílico sobre el fosfato del ATP en el complejo ATP-Mg++

La hexocinasa es inhibida por ATP libre Sigue un mecanismo Bi Bi al azar y su especificidad esta dada por un cambio conformacional inducido por sustrato (glucosa)

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOGLUCOSA ISOMERASA (PGI) GLUCOSA 6-FOSFATO ISOMERASA

Aldosa

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOFRUCTO CINASA (PFK): Segunda utilización de ATP Esta reacción es similar a la de la hexocinasa. PFK Cataliza el ataque nucleofílico del grupo OH del C1 de la F6P sobre el fosfato del ATP en el complejo ATP-Mg

PFK juega un papel central en el control de la glucólisis ya que cataliza una reacción que determina la velocidad de la ruta.

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS ALDOLASA

Enzima estereoespecífica Existen dos clases de aldolasas Clase I: presente en animales y plantas Clase II: presente en hongos, algas y algunas bacterias.

Mecanismo de Reacción de la aldolasa

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS TRIOSA FOSFATO ISOMERASA (TIM o TIP)

TIM es una enzima perfecta

TIM posee perfección Catalítica, aquí la velocidad de reacción es controlada por la difusión de la E y su S, esto significa que el producto se forma en cuanto la enzima y el sustrato se encuentran.

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS GLICERALDEHIDO 3-FOSFATO DESHIDROGENASA FORMACION DEL PRIMER INTERMEDIARIO DE ALTA ENERGÍA

Oxidación del aldehído por NAD + y Fosforilación por Pi

Oxidación del aldehído es una reacción exergónica, por tanto conduce la síntesis del 1,3-bifosfoglicerato

Mecanismo de reacción de la GAPDH

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOGLICERATO CINASA: (PGK) Primera generación de ATP

La apariencia de la PGK es muy similar a la de la hexocinasa. Después de la unión del sustrato, la conformación de la enzima cambia de tal manera que permite que la reacción se lleve a cabo en un medio ambiente libre de agua.

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS Mecanismo de la PGK Mecanismo secuencial Ataque nucleofílico del O del fosfato del complejo ADP-Mg++ sobre el fosfato Del C1 del 1,3 BPG

1,3-BPG + ADP

3PG + ATP Go’ = -18.8 kJ. Mol-1

GAP + Pi + NAD+

1,3-BPG + NADH Go’ = + 6.7 kJ. Mol-1

GAP + Pi + NAD+ + ADP

3PG + NADH + ATP

Go’ = -12.1 kJ. Mol-1

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS FOSFOGLICERATO MUTASA (PGM)

Mecanismo de reacción de la Fosfoglicerato mutasa

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS ENOLASA Formación del segundo intermediario de alta energía La enolasa forma un complejo con iones divalentes, tales como el Mg++ antes de que el sustrato se una a la enzima.

La enolasa es fuertemente inhibida por el ión floruro así como por Pi, esta inhibición es el resultado de la unión de estos iones al Mg++ en el sitio activo, bloqueando la entrada del sustrato.

Mecanismo de Reacción de la enolasa

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS PIRUVATO CINASA (PK) Segunda generación de ATP

PK requiere de cationes mono (K+) y divalentes (Mg++)

La hidrólisis del PEP tiene un Go’ = -61.9 kJ mol-1 Lo cual significa que es un compuesto de alta energía.

Mecanismo de reacción de la Piruvato Cinasa

1) Ataque nucleofílico de un átomo de oxígeno del complejo ADP-Mg++ sobre el átomo de fósforo del PEP para formar ATP y enolpiruvato 2) Tautomerización del enolpiruvato a piruvato.

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS

Consumo y generación de ATP Reacción

Intercambio ATP/Glucosa

Glucosa Glucosa 6-fosfato -1 Fructosa 6-fosfato Fructosa 1,6-Bifosfato -1 (2) 1,3 bifosfogliceraldehído +2 (2) 3-Fosfoglicerato (2) Fosfoenol piruvato

Piruvato

+2

Suma

+2

REACCIONES DE LA GLUCOLISIS Durante la glucólisis ocurren 3 tipos de transformaciones químicas principales 1) Degradación de glucosa a piruvato 2) Fosforilación de ADP a ATP por los compuestos altamente energéticos formados durante la glucólisis 3) Transferencia de átomos de hidrógeno o electrones al NAD+ formando NADH

Destinos del piruvato Condiciones anaeróbicas

2 Etanol + 2CO2

2 Piruvato 2 Acetil CoA TCA 4CO2 + 4H2O

Condiciones anaeróbicas

2 Lactato Músculo contrayéndose vigorosamente, en eritrocitos y en algunos microorganismos

FERMENTACION ANAEROBICA HOMOLACTICA (Músculo) ALCOHOLICA (Hígado) Fermentación homoláctica Actividad vigorosa,  necesidad de ATP y  [O2] LDH enzima altamente Estereoespecífica. LDH tiene 5 isoenzimas en mamíferos: M4, M3H, M2H2, MH3, H4

FERMENTACION ANAEROBICA FERMENTACION HOMOLACTICA LDH H4 –LDH predomina en tejido aeróbico tal como el músculo cardiaco. Tiene baja Km para piruvato y es inhibida alostéricamente por altas concentraciones de piruvato.

M4-LDH predomina en tejido anaeróbico tal como el músculo esquelético e hígado. Tiene alta Km para piruvato y no es inhibida alostéricamente por su sustrato. Piruvato + NADH Lactato + NAD+

M-LDH

H-LDH

Lactato + NAD+ Piruvato + NADH

El lactato formado es exportado del músculo y transportado por la sangre al hígado donde es convertido nuevamente a glucosa.

FERMENTACION ALCOHOLICA

Levaduras

Tiamina pirofosfato TPP

Forma cataliticamente Activa de la TPP

Mecanismo de Reacción de la Piruvato Descarboxilasa

1) Ataque nucleofílico del TPP sobre el carbono carbonilo del piruvato 2) Salida de CO2 para generar un carbanión estabilizado por resonancia 3) Protonación del carbanión 4) Eliminación de TPP y liberación del producto

Energética de la fermentación

Glucosa Glucosa

2 Lactato + 2H+ 2 Etanol + 2CO 2

Go’= -196 kJ/mol glucosa Go’= -235 kJ/mol glucosa

Eficiencia de la fermentación homoláctica: 31% Bajo condiciones estándar 31% de la energía liberada por este proceso es convertida a ATP.

Eficiencia de la fermentación alcohólica: 26% Bajo condiciones estándar

Bajo condiciones no estándar = condiciones fisiológicas ambos procesos tienen una eficiencia > 50%

Glucólisis Es usada para producción rápida de ATP La

producción

neta

de

ATP

a

través

de

fermentación anaeróbica puede llegar a ser 100 veces más rápida que la fosforilación oxidativa. Por lo tanto cuando los tejidos tales como el músculo están consumiendo ATP rápidamente, ellos lo regeneran casi por completo mediante fermentación anaeróbica

Control del flujo metabólico en Glucólisis

Los organismos vivos tienden a alcanzar un estado estacionario más que el equilibrio. El flujo a través de una ruta en estado estacionario es constante y es generado por pasos que determinan la velocidad o rapidez de la ruta. Por lo tanto, el control del flujo en una ruta metabólica depende de: a) Cambios en los requerimientos metabólicos del organismo b) Comunicación en toda la ruta de dichos cambios La habilidad de una reacción para comunicar cambios en el flujo, aumenta conforme la reacción se acerca al equilibrio

Mecanismos que alteran el flujo en una ruta metabólica 1. Control alostérico 2. Modificación covalente

3. Ciclos de sustratos 4. Control genético

Regulación de la Glucólisis I) Disponibilidad de sustrato II) Pasos intermedios I) Disponibilidad de sustrato i) HEXOCINASA ( músculo esquelético) alta Km por hexosas Regulación alostérica

ii) GLUCOCINASA (hígado) baja Km por glucosa No alostérica [glucosa]

[insulina]

síntesis de glucocinasa

iii) FOSFORILASA Modulación

Covalente (fosforilación) Alostérica (AMP; músculo esquelético) Hormonal (Adrenalina o glucagon)

HEXOCINASA

Esta enzima no es regulada de manera importante cuando la glucosa 6-fosfato viene de glucógeno como sucede en el músculo esquelético. Regulada cuando la glucosa 6-P no viene de degradación de glucógeno sino de glucosa que debe ser fosforilada: Inhibidores G6P ATP T6P TPS

Activadores Glucosa

II) Pasos intermedios FOSFOFRUCTO CINASA (PFK) PIRUVATO CINASA (PK) En ambas hay modulación alostérica PFK Activadores ADP, AMP F1,6-BP F2,6BP F6P AMPc Pi, K+, NH+4 PK

[ATP]

Inhibidores ATP PEP Citrato Mg++ Ca++ H+ [ATP] Ac. Grasos Acetil CoA

RESUMEN

 Los puntos de control son irreversibles  Las reacciones no reguladas están cerca del equilibrio  El proceso completo es irreversible

OTRAS HEXOSAS EN GLUCOLISIS

Sacarosa

Glucosa + Fructosa

Lactosa

Glucosa + Galactosa

ENTRADA DE FRUCTOSA A LA GLUCOLISIS

Fructosa es la mayor fuente de energía en dietas que Contienen grandes cantidades de sacarosa. Existen 2 rutas metabólicas para la utilización de fructosa una se lleva a cabo en músculo y la otra en hígado

Dietas con una ingesta de altas concentraciones de fructosa, pueden depletar al hígado de Pi, lo cual provocaría una disminución en la [ATP] y por tanto un aumento en la [lactato] circulando en sangre.

Metabolismo de fructosa

Intolerancia a fructosa Alta [fructosa 1fosfato]

ENTRADA DE GALACTOSA A GLUCOLISIS

Galactosa principal constituyente de la leche y productos lácteos Galactosemia Enfermedad genética caracterizada por la incapacidad para convertir galactosa en glucosa

ENTRADA DE MANOSA A GLUCOLISIS

Es un epímero de glucosa (difiere en la configuración del C2). Principal componente de glucoproteínas.