Bioquímica: Metabolismo de Glúcidos en la Universidad de Santiago de Compostela

Universidad de Santiago de Compostela

Departamento de Bioquímica y Biología Molecular

USC UNIVERSIDADE DE SANTIAGO DE COMPOSTELA Universidad de Santiago de Compostela Departamento de Bioquímica y Biología Molecular Facultad de Veterinaria

Bioquímica

Unidad Didáctica III: Metabolismo de Glúcidos

Tema 12: Degradación y síntesis de glucosa (Glucolisis/Gluconeogénesis) Tema 13: Degradación y síntesis de glucógeno (Glucogenolisis/Glucogenogénesis) Tema 14: Ruta de las Pentosas Fosfato Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta

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Lactosa Heteropolisacáridos Glucógeno Almidón Sacarosa Celulosa Glucosa Ribosa 5-fosfato + NADPH Glicerol Triglicéridos - Lactato 3-fosfoglicerato Fijación de CO2 Piruvato Etanol, Propionato, Acetato ... - Acetil-CoA CO2 NADH Ciclo de Krebs Aminoácidos FADH2 C.T.E. F.O. O2 H2O Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta

Glucosa en Sangre

Tema 12: Degradación y Síntesis de Glucosa (Glucolisis/Gluconeogénesis)

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Glucosa (en sangre) Transportador Glucógeno (en hígado y músculo) Citoplasma Glucosa C )-ATP Glucosa 6-fosfato Fructosa 6-fosfato U ATP Fructosa 1,6-bisfosfato Gliceraldehído 3-fosfato + Dihidroxiacetona fosfato (2) Gliceraldehído 3- fosfato (2) NAD+ (2) NADH (2) 1,3-Bisfosfoglicerato 1 (2) ATP (2) 3-Fosfoglicerato 1 (2) 2-Fosfoglicerato (2) Fosfoenolpiruvato ->(2) ATP (2) Piruvato

Glucolisis

Es la ruta metabólica mediante la que se produce la ruptura de una molécula de glucosa (6C) en dos moléculas de Pyr (3C). > En este proceso se libera parte de la energía que contiene la molécula de glucosa, energía que queda acumulada en forma de ATP y de NADH => por molécula de glucosa se sintetizan 2 de ATP y 2 de NADH. > Tiene lugar en el citoplasma. > Todos los metabolitos entre la glucosa y el piruvato están fosforilados. > El resto de los monosacáridos (fructosa, galactosa ... ) se degradan también mediante esta ruta metabólica. > No es una ruta exclusivamente degradativa, diferentes intermediarios se emplean para sintetizar otras moléculas => es una ruta anfibólica. https://www.youtube.com/watch?v=EAmW4QsT1Mc Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta

Glucolisis: Fase Preparatoria

Tema 12

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(a) Glucosa HO-CH2 5 O H H 4 OH H HO OH > ADP H OH Glucosa 6-fosfato P-O-CH2 O H H 2 OH H HÓ OH H OH Fructosa 6-fosfato P-O-CH2 O CH2-OH HO H OH OH H Aldolasa Fructosa 1,6-bisfosfato PO-CH2 O CH2-0-P H HO H 4 OH H Gliceraldehído 3-fosfato P-O-CH2-CH-C + OH H Dihidroxiacetona fosfato P-O-CH2-C-CH2OH 5

Fase de Beneficios

(b) O Gliceraldehído 3-fosfato (2) P-O-CH2-CH-C OH H Conversión oxidativa del gliceraldehído 3-fosfato a piruvato con formación acoplada de ATP y NADH 2NAD+ oxidación y fosforilación 6 > 2 NADH + H+ 1,3-Bisfosfoglicerato (2) P-O-CH2-CH-C OH P 6Gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa primera reacción de formación de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) 7 2 ATP 3-Fosfoglicerato (2) PO-CH2-CH-C OH O 8 .O 2-Fosfoglicerato (2) CH2-CH-C OH O 9 > 2H2O P 10 Piruvato quinasa CH2=C-C O o segunda reacción de formación de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) 10 P 2 ATP Piruvato (2) CH3-C-C Ö C Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta

Glucolisis: Ubicación y Reacciones

Tiene lugar en el citoplasma de cualquier célula

Fase preparatoria Fosforilación de glucosa y su conversión en gliceraldehído 3-fosfato primera reacción de cebado 1 ATP 1 2 H 1 Hexoquinasa 2 Fosfohexosa isomerasa 3 Fosfofructo- quinasa-1 segunda reacción de cebado ATP 3 ADP rotura de un azúcar fosfato de 6 carbonos en dos azúcares fosfato de 3 carbonos 5 Triosa fosfato isomerasa O 2P. 2ADP 7 Fosfoglicerato quinasa 8 Fosfoglicerato mutasa 9 Enolasa Fosfoenolpiruvato (2) 2ADP 0 6

Glucolisis: Reacciones

Tema 12

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Las 10 reacciones que conforman esta ruta metabólica se pueden dividir en 2 fases: una fase de CEBADO, y una fase PRODUCTIVA.

Fase de Cebado

1. Fosforilación de la molecula de Glucosa a Glucosa-6-fosfato (Glu-6-P). El grupo fosfato es cedido por el ATP => Se consume el primer ATP. Es una reacción exergonica, y por lo tanto irreversible. La reacción está catalizada en todas las células por el enzima Hexoquinasa (HK), que funciona tanto cuando la concentración de glucosa en sangre es baja (entre comidas) como alta (después de ingerir comida rica en azúcares). Permite que todas las células puedan adquirir glucosa sin problemas, ahora bien, se satura rápido, si hay mucha glucosa en sangre no es capaz de retirarla a suficiente velocidad. Posee una elevada afinidad por la D-Glucosa, aunque también puede catalizar la fosforilación de otras hexosas como D-Fructosa, D-Manosa o D- Glucosamina. Es un enzima alosterico, y por lo tanto se convierte en uno de los puntos de regulación de la ruta. En hígado de vertebrados hay otro enzima que cataliza esta reacción, la GLUCOQUINASA (GK). Este enzima sólo puede fosforilar D-glucosa, y además muestra una baja afinidad por ella => sólo actúa cuando la concentración de glucosa en sangre es elevada, es una válvula de seguridad metabólica.
2. Isomerización de Glucosa-6-fosfato a Fructosa-6-fosfato (Fru-6-P). Es una reacción que se encuentra en el equilibrio y está catalizada por la Fosfoglucosa isomerasa. La razón de esta reacción es dejar libre en el C1 un grupo -OH que se pueda fosforilar en la siguiente reacción.
3. Fosforilación de Fructosa-6-fosfato en el C1 para dar Fructosa-1,6-bisfosfato (Fru-1,6-P2) (bis, los dos grupos fosfato están unidos a C diferentes). Es una reacción exergónica, y por lo tanto irreversible. Está catalizada por la Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1), enzima alostérico, principal punto de regulación de la ruta glucolítica. Una vez que pasa esta reacción, la glucosa queda comprometida para la glucolisis, la Fru-1,6-P2 no puede seguir otro camino, Glu-6-P y Fru-6-P si pueden. Además, cuando en la siguiente reacción esta molécula se parte en dos, los productos quedan fosforilados con lo cual son reactivos y además no pueden salir de la célula.
4. Ruptura de la molécula de Fructosa-1,6-P2 (6C) para dar 2 triosas fosfato: Gliceraldehido-3-fosfato (G3P) + Dihidroxiacetona fosfato (DHAP). Es una reacción reversible catalizada en ambos sentidos por un enzima denominado Aldolasa.
5. Isomerización de la molécula de Dihidroxiacetona fosfato a Gliceraldehido-3-fosfato (grupo ceto a aldehido). Esta reacción tiene lugar porque sólo el G3P puede continuar la glucolisis. La reacción está catalizada por el enzima Triosa fosfato isomerasa. Es una reacción que se encuentra en el equilibrio, pero tiende a la formación de G3P porque este es rápidamente consumido en la siguiente reacción.

Aquí termina la fase de cebado: activar, y romper en dos, una molecula de Glucosa nos cuesta dos moleculas de ATP. Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta

Glucolisis: Esquema de la Fase Preparatoria

Tema 12

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(a) Glucosa HO-CH2 5) -0 H H H 4 OH H HO OH 3 2 H OH P-O-CH2 0 H H H OH H OH H OH Fructosa 6-fosfato P-O-CH2 O CH2-OH H HO H OH OH H P-O-CH2 0 CH2-0-P H HO H OH OH H rotura de un azúcar fosfato de 6 carbonos en dos azúcares fosfato de 3 carbonos 4 Gliceraldehído 3-fosfato P-O-CH2-CH-C O=0 H OH + Dihidroxiacetona fosfato P-O-CH2-C-CH2OH Ő

Fase Preparatoria: Fosforilación y Conversión

Fase preparatoria Fosforilación de glucosa y su conversión en gliceraldehído 3-fosfato Glucosa 6-fosfato 2 1 Hexoquinasa 2 Fosfohexosa isomerasa 3 Fosfofructo- quinasa-1 4 Aldolasa 5 Triosa fosfato isomerasa Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta ATP segunda reacción de cebado 3 ADP Fructosa 1,6-bisfosfato 6 primera reacción de cebado ATP 1 1 ADP

Fase de Producción de Energía

Tema 12

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FASE DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA (a partir de aquí, todo multiplicado por 2 dado que se han generado 2 moléculas de Gliceraldehido-3-P)

1. Oxidación del Gliceraldehido-3-P a 1,3-Bisfosfoglicerato. Los electrones que se liberan en este proceso de oxidación son recogidos por el NAD+ que se reduce a NADH + H+ => Se generan 2 moléculas de NADH + H+. Al ser una reacción de oxidación se libera energía, que se conserva de forma transitoria en forma de un enlace fosfato de alta energía (enlace del ácido fosfórico con el grupo carboxilo => se forma una biomolécula de alta energía). La reacción en conjunto se encuentra en el equilibrio, y está catalizada por la Gliceraldehido-3-P Deshidrogenasa.
2. Ruptura del enlace fosfato de alta energía. A partir de 1,3-Bisfosfoglicerato se obtiene 3-Fosfoglicerato. En este proceso se libera P y energía que se aprovecha para fosforilar ADP => se sintetizan 2 moléculas de ATP. La reacción en ambos sentidos está catalizada por la Fosfoglicerato quinasa.
3. Isomerización del 3-Fosfoglicerato a 2-Fosfoglicerato. El grupo P pasa a la posición 2 para poder deshidratar en la reacción siguiente. La reacción está en el equilibrio, y catalizada por la Fosfogliceromutasa.
4. Deshidratación del 2-Fosfoglicerato para dar Fosfoenolpiruvato (PEP). La reacción está en el equilibrio, y catalizada por la enzima Enolasa. Se genera un compuesto, el PEP, que contiene un enlace rico en energía. Es una molécula inestable.
5. Defosforilación del Fosfoenolpiruvato a Piruvato (Pyr). El PEP cede su grupo fosfato al ADP formando ATP. Es la segunda reacción de la ruta en la que se genera ATP (2 moléculas de ATP). Es una reacción fuertemente exergónica, ya que la forma ceto (Pyr) es más estable que la forma enol (PEP), e irreversible. La reacción está catalizada por la Piruvato quinasa, y es el tercer punto en el que se regula la glucolisis.

Prof. Mª Izaskun Ibarguren Ariceta