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Regulación de la glucólisis y otras vías en los pasos de reacción 'irreversibles'

Regulación de la glucólisis y otras vías en los pasos de reacción 'irreversibles'


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Los pasos de la glucólisis de hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvato cinasa (1,3 y 10, a continuación) son los únicos que son irreversibles y también son los pasos en los que se regula la glucólisis.

¿Es necesario que un paso regulador en la glucólisis sea irreversible y, de ser así, esto se aplica a las vías metabólicas en general?


En lo que respecta a la glicolitis, la respuesta es sencilla. En ciertas células y tejidos hay una vía que trabaja en la dirección opuesta, la gluconeogénesis, en la que los pasos `` irreversibles '' de la glucólisis son, de hecho (y necesariamente), revertidos por una reacción enzimática diferente en la que la posición del equilibrio es en la dirección opuesta.

Obviamente, si es metabólicamente apropiado que ocurra la glucólisis, no es apropiado que ocurra la gluconeogénesis. La única forma de girar, p. Ej. La glucólisis se desactiva y, al mismo tiempo, se activa la gluconeogénesis mediante la regulación de la actividad de las diferentes enzimas en estos tres pasos.

La glucólisis es, por lo tanto, un caso especial al compartir muchas reacciones con otra vía que trabaja en la dirección inversa. ¿Qué pasa con las vías en las que las interconversiones solo proceden en una dirección? Los ejemplos clásicos son las vías biosintéticas que están reguladas por lo que se conoce como inhibición de "retroalimentación" o "producto final". Un ejemplo (para el que tengo mi propio diagrama) es la síntesis de isoleucina a partir de treonina en bacterias:

Cuando la concentración de isoleucina aumenta a una cierta cantidad (suficiente para las necesidades de la célula), esto inhibe la enzima treonina desaminasa, evitando la conversión inútil de treonina en isoleucina.

El punto principal no es la posición de equilibrio de la reacción de treonina desaminasa (aún no lo he comprobado), sino que es el primer paso único en la ruta de síntesis. Por lo tanto, la regulación de este paso evita la eliminación innecesaria de treonina de una manera que no permite la acumulación inútil de intermediarios.

Moral

Hay un viejo juego de fiesta en el que le pasas unas tijeras a tu vecino diciéndole “Te paso estas tijeras cruzadas” o “Te paso estas tijeras sin cruzar”. Los iniciados luego le dicen si ha realizado la operación correctamente. El jugador no iniciado asume que lo importante es si el tijeras se cruzan. De hecho, es si su piernas se cruzan. Cuidado con las asociaciones falsas.


3 Enzimas reguladoras y paso limitante de la glucólisis

La glucólisis (glico = lisis de glucosa = desdoblamiento) es la oxidación de glucosa (C 6) a 2 piruvato (3 C) con la formación de ATP y NADH.

También se le llama como el Camino Embden-Meyerhof.
La glucólisis es una vía universal presente en todos los organismos:
desde la levadura hasta los mamíferos.

Es un proceso anaeróbico universal donde no se requiere oxígeno.

En las vías metabólicas, las enzimas que catalizan reacciones esencialmente irreversibles son sitios potenciales de control. En la glucólisis, las reacciones catalizadas por hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvato cinasa son prácticamente irreversibles, por lo tanto, estas son las enzimas reguladoras en la glucólisis.

Este es nuestro video de 5 minutos sobre las enzimas reguladoras y el paso limitante de la glucólisis.

Regulador Enzima 1: hexoquinasa

Paso 1 : Fosforilación de glucosa a glucosa-6 fosfato (hexoquinasa)

Esta reacción requiere energía y, por lo tanto, se acopla a la hidrólisis de ATP a ADP y Pi.
& # 8226 Enzima: hexoquinasa. Tiene una Km baja para la glucosa hexoquinasa fosforila la glucosa que ingresa a la célula
& # 8226 Escalón irreversible. De modo que la glucosa fosforilada queda atrapada dentro de la célula. Los transportadores de glucosa transportan solo glucosa libre

Activadores de hexoquinasa: AMP / ADP (que indica baja energía o ATP, por lo tanto, activa la hexoquinasa

Si la G6P se acumula en la célula, hay una inhibición por retroalimentación de la hexoquinasa hasta que se consume la G6P.

Regulador Enzima 2 y paso de limitación de velocidad: fosfofructoquinasa (PFK)

Paso 3 : Fosforilación de fructosa-6-bisfosfato (PFK)

El paso de limitación de frecuencia es el paso más lento (irreversible) de una vía, que determina qué tan rápido se puede llevar a cabo toda la vía.

Activadores PFK: AMP / ADP, fructosa-2,6-bisfosfato

El citrato inhibe la PFK al mejorar el efecto inhibidor del ATP.

La fructosa 2,6-bisfosfato (PFK-2) activa la PFK aumentando su afinidad por la fructosa 6-fosfato y disminuyendo el efecto inhibidor del ATP.

Esta reacción es exclusiva de la glucólisis, por lo tanto, es un paso limitante de la velocidad.

Enzima reguladora 3: piruvato quinasa.

Paso 10 : El enolfosfato es un enlace de alta energía. Se hidroliza para formar la forma enólica de piruvato con la síntesis de ATP. Paso irreversible

El piruvato de enol cambia rápidamente a un cetopiruvato más estable.

Activadores de piruvato quinasa: AMP / ADP, fructosa-1,6-bisfosfato

Inhibidores: ATP, Acetil CoA, Alanina

Si se forma fructosa 1,6 bisfosfato, actúa como un activador de alimentación alostérico e impulsa la reacción de piruvato quinasa hacia adelante.

La alanina, un aminoácido derivado del piruvato, es un
efector del catabolismo.


Glucólisis: proceso completo de glucólisis

Reacción 1: Fosforilación de glucosa a glucosa-6 fosfato.

Esta reacción requiere energía y, por lo tanto, se acopla a la hidrólisis de ATP a ADP y Pi.

Enzima: hexoquinasa. Tiene una Km baja para la glucosa, por lo tanto, una vez que la glucosa ingresa a la célula, se fosforila.

Este paso es irreversible. Entonces la glucosa queda atrapada dentro de la célula. (Los transportadores de glucosa transportan solo glucosa libre, no glucosa fosforilada)

Reacción 2: Isomerización de glucosa-6-fosfato a fructosa 6- fosfato. El azúcar de aldosa se convierte en la isoforma ceto.

Esta es una reacción reversible. La fructosa-6-fosfato se consume rápidamente y se favorece la reacción directa.

Reacción 3: es otra reacción de quinasa. Fosforilación del grupo hidroxilo en C1 formando fructosa-1,6-bisfosfato.

Enzima: fosfofructoquinasa. Esta enzima alostérica regula el ritmo de la glucólisis.

La reacción se acopla a la hidrólisis de un ATP a ADP y Pi.

Esta es la segunda reacción irreversible de la vía glucolítica.

Reacción 4: la fructosa-1,6-bisfosfato se divide en 2 moléculas de 3 carbonos, un aldehído y una cetona: fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) y 3-fosfato de gliceraldehído (GAP).

Reacción 5: DHAP y GAP son isómeros entre sí y pueden interconvertirse fácilmente mediante la acción de la enzima triosa-fosfato isomerasa.

GAP es un sustrato para el siguiente paso en la glucólisis, por lo que todo el DHAP eventualmente se agota. Entonces, 2 moléculas de GAP se forman a partir de cada molécula de glucosa.

Reacciones escalonadas de la glucólisis (continuación)

Glucólisis

Glucólisis: balance energético

  • Hexoquinasa: - 1 ATP
  • Fosfofructoquinasa: -1 ATP
  • GAPDH: +2 NADH
  • Cinasa de fosfoglicerato: +2 ATP
  • Piruvato quinasa: +2 ATP

Total / molécula de glucosa: +2 ATP, +2 NADH

Destino del piruvato

  • NADH se forma a partir de NAD + durante la glucólisis.
  • El equilibrio redox de la célula debe mantenerse para que continúen los ciclos posteriores de glucólisis.

• NAD + puede regenerarse mediante una de las siguientes reacciones / vías:

El piruvato se convierte en lactato

El piruvato se convierte en etanol

En presencia de O2, ETC regenera NAD +. El piruvato se convierte en acetil CoA que entra en el ciclo de TCA y se oxida completamente a CO 2.


F2,6BP REGULACIÓN POR ONCOGENOS Y SUPRESORES DE TUMOR Y SU PAPEL EN EL METABOLISMO DE LAS CÉLULAS CÁNCERICAS

El vínculo entre el metabolismo de la glucosa y la transformación cancerosa se conoce desde hace mucho tiempo (Warburg 1956), aunque todavía se están explorando los mecanismos subyacentes a esta conexión. Varias enzimas glucolíticas se encuentran comúnmente elevadas en las células cancerosas, incluida la PFK-1, lo que conduce al flujo glucolítico elevado característico de estas células (Moreno-Sanchez et al. 2007). También existe un vínculo entre la regulación de los niveles celulares de F2,6BP y varios procesos involucrados en el cáncer. La isoforma inducible de PFK-2 PFKFB3 a menudo se expresa en gran medida en los cánceres humanos de astrocitos cerebrales, colon, próstata, mama, ovario y tiroides en comparación con los tejidos normales adyacentes (Atsumi et al.2002 Bando et al.2005 Kessler et al.2008 ). La estricta regulación de PFKFB3, que coordina sus niveles con la progresión del ciclo celular, sugiere un papel de F2,6BP en la proliferación celular (Almeida et al. 2010 Tudzarova et al. 2011). Además, cuando PFKFB3 se silencia en las células HeLa, esto evita el aumento brusco y breve de los niveles de proteína en G tardío1, y las células no progresan a la fase S (Tudzarova et al. 2011). Cabe señalar que, en estas células, la elevación de PFKFB3 coincidió con un aumento en la producción de lactato, lo que respalda su contribución al flujo glucolítico. Otro estudio en células HeLa demostró que la viabilidad celular y el crecimiento celular independiente del anclaje también se ven comprometidos por el silenciamiento de PFKFB3 (Calvo et al. 2006). Deleción genómica heterocigótica de PFKFB3 en rasLos fibroblastos de ratón transformados redujeron la capacidad invasiva de estas células (Telang et al. 2006). Recíprocamente, las células transformadas por oncogenes como v-src/vfps o ras mostró un F2,6BP elevado así como un flujo glucolítico aumentado (Bosca et al. 1986 Kole et al. 1991), lo que demuestra el vínculo entre la transformación oncogénica y la adaptación metabólica conferida por F2,6BP. Sin embargo, existe evidencia de que en algunas células la relación entre la expresión de PFKFB3 y los niveles intracelulares de F2,6BP no es tan sencilla, ya que la expresión elevada de PFKFB3 asociada con la inmortalización se acompaña de una disminución de la F2,6BP intracelular (Telang et al. 2006). . Curiosamente, en este caso, los niveles de F2,6BP tampoco se correlacionaron directamente con el flujo glucolítico. Los autores especulan que esto podría ser el resultado de una glucólisis elevada que conduce a una compensación por retroalimentación negativa o un mayor uso de F2,6BP como sustrato glucolítico después de su conversión a F6P.

Los estudios en diferentes líneas de células cancerosas han demostrado que los niveles aumentados de actividad de PFK-2 se logran a través de varios mecanismos, incluida la transcripción elevada, la activación de la enzima a través de la modificación postraduccional y la degradación proteosomal reducida (Okar et al. 2001 Rider et al. 2004 Bando et al.2005 Almeida et al.2010). Por ejemplo, el factor 1 inducible por hipoxia (HIF1), que comúnmente se estabiliza en las células cancerosas, induce un aumento de la transcripción de los genes PFKFB pero en diferente medida dependiendo del tipo de célula (Minchenko et al. 2003). La fosforilación de PFKFB3, que potencia la actividad enzimática, aumenta en las células tumorales humanas y se correlaciona con una mayor proliferación de células COS7 en cultivo (Bando et al. 2005). La fosforilación de las diferentes isoformas de PFKFB puede lograrse mediante varias quinasas, incluidas AKT y proteína quinasa activada por AMP, proteína quinasa A y proteína quinasa C, entre otras (Marsin et al. 2000, 2002 Rider et al. 2004 Mukhtar et al. 2008 Moon et al.2010), lo que permite la regulación de la glucólisis en respuesta a diversas vías de señalización. Mientras que varias isoformas de PFK-2 se expresan en células cancerosas, se supone que el FKBFB3 inducible tiene el efecto dominante sobre los niveles celulares de F2,6BP y la tasa de flujo glucolítico debido a su alta actividad quinasa (Telang et al.2006 Yalcin et al. 2009b). De hecho, un inhibidor de molécula pequeña diseñado para dirigirse específicamente a PFKFB3 redujo los niveles de F2,6BP, la captación de glucosa y el crecimiento tumoral cuando se administró a ratones portadores de tumores (Clem et al. 2008). Como activador glucolítico eficaz, que está estrechamente regulado en las células normales y altamente expresado en las transformadas, PFKFB3 proporciona un objetivo atractivo para la terapia del cáncer. El desarrollo de inhibidores específicos que inhibirían directamente las células cancerosas modificadas metabólicamente y preservarían las células normales podría proporcionar un método eficaz para utilizar el papel central de los niveles de F2,6BP para el tratamiento del cáncer.

Curiosamente, se ha sugerido otro vínculo entre PFKFB3 y la regulación del ciclo celular en células transformadas porque una de sus variantes de empalme alberga una señal de localización nuclear (Yalcin et al. 2009a). Esta variante es la variante de empalme expresada de forma dominante en varias líneas de células tumorales, y es la única que se localiza en el núcleo. Se encontró que tanto la actividad quinasa como la localización nuclear eran importantes para la inducción de la proliferación celular y dieron como resultado una expresión elevada de proteínas del ciclo celular. Este estudio sugiere que los efectos de F2,6BP en las células cancerosas pueden estar mediados en muchos niveles, lo que requiere una localización y una sincronización correctas.


7.7 Regulación de la respiración celular

La respiración celular debe regularse para proporcionar cantidades equilibradas de energía en forma de ATP. La célula también debe generar una serie de compuestos intermedios que se utilizan en el anabolismo y catabolismo de macromoléculas. Sin controles, las reacciones metabólicas se detendrían rápidamente a medida que las reacciones hacia adelante y hacia atrás alcanzaran un estado de equilibrio. Los recursos se utilizarían de manera inapropiada. Una célula no necesita la cantidad máxima de ATP que puede producir todo el tiempo: a veces, la célula necesita derivar algunos de los intermediarios a vías para la producción de aminoácidos, proteínas, glucógeno, lípidos y ácidos nucleicos. En resumen, la célula necesita controlar su metabolismo.

Mecanismos regulatorios

Se utiliza una variedad de mecanismos para controlar la respiración celular. Existe algún tipo de control en cada etapa del metabolismo de la glucosa. El acceso de la glucosa a la célula se puede regular mediante las proteínas GLUT que transportan la glucosa (figura 7.18). Diferentes formas de la proteína GLUT controlan el paso de la glucosa a las células de tejidos específicos.

Algunas reacciones se controlan con dos enzimas diferentes, una para cada una de las dos direcciones de una reacción reversible. Las reacciones que son catalizadas por una sola enzima pueden llegar al equilibrio, deteniendo la reacción. Por el contrario, si dos enzimas diferentes (cada una específica para una dirección determinada) son necesarias para una reacción reversible, la oportunidad de controlar la velocidad de la reacción aumenta y no se alcanza el equilibrio.

Varias enzimas implicadas en cada una de las vías, en particular, la enzima que cataliza la primera reacción comprometida de la vía, se controlan mediante la unión de una molécula a un sitio alostérico de la proteína. Las moléculas más comúnmente utilizadas en esta capacidad son los nucleótidos ATP, ADP, AMP, NAD + y NADH. Estos reguladores, efectores alostéricos, pueden aumentar o disminuir la actividad enzimática, dependiendo de las condiciones predominantes. El efector alostérico altera la estructura estérica de la enzima, por lo general afectando la configuración del sitio activo. Esta alteración de la estructura de la proteína (la enzima) aumenta o disminuye su afinidad por su sustrato, con el efecto de aumentar o disminuir la velocidad de la reacción. Las señales de unión a la enzima. Esta unión puede aumentar o disminuir la actividad de la enzima, proporcionando retroalimentación. Este tipo de control de retroalimentación es efectivo siempre que el químico que lo afecta esté unido a la enzima. Una vez que la concentración general de la sustancia química disminuye, se difunde lejos de la proteína y el control se relaja.

Control de vías catabólicas

Las enzimas, proteínas, transportadores de electrones y bombas que intervienen en la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones tienden a catalizar reacciones no reversibles. En otras palabras, si tiene lugar la reacción inicial, la vía se compromete a continuar con las reacciones restantes. La liberación de una actividad enzimática particular depende de las necesidades energéticas de la célula (como se refleja en los niveles de ATP, ADP y AMP).

Glucólisis

El control de la glucólisis comienza con la primera enzima de la vía, la hexoquinasa (figura 7.19). Esta enzima cataliza la fosforilación de la glucosa, lo que ayuda a preparar el compuesto para su escisión en un paso posterior. La presencia del fosfato cargado negativamente en la molécula también evita que el azúcar salga de la célula. Cuando se inhibe la hexoquinasa, la glucosa se difunde fuera de la célula y no se convierte en un sustrato para las vías respiratorias en ese tejido. El producto de la reacción de la hexoquinasa es la glucosa-6-fosfato, que se acumula cuando se inhibe una enzima posterior, la fosfofructoquinasa.

La fosfofructoquinasa es la principal enzima controlada en la glucólisis. Los niveles altos de ATP, citrato o un pH más bajo y ácido disminuyen la actividad de la enzima. Puede ocurrir un aumento en la concentración de citrato debido a un bloqueo en el ciclo del ácido cítrico. La fermentación, con su producción de ácidos orgánicos como el ácido láctico, con frecuencia explica el aumento de la acidez en una célula; sin embargo, los productos de la fermentación no suelen acumularse en las células.

El último paso de la glucólisis es catalizado por la piruvato quinasa. El piruvato producido puede proceder a ser catabolizado o convertido en el aminoácido alanina. Si no se necesita más energía y hay un suministro adecuado de alanina, la enzima se inhibe. La actividad de la enzima aumenta cuando aumentan los niveles de fructosa-1,6-bisfosfato. (Recuerde que la fructosa-1,6-bisfosfato es un intermedio en la primera mitad de la glucólisis). La regulación de la piruvato quinasa implica la fosforilación por una quinasa (piruvato quinasa quinasa), lo que da como resultado una enzima menos activa. La desfosforilación por una fosfatasa lo reactiva. La piruvato quinasa también está regulada por ATP (un efecto alostérico negativo).

Si se necesita más energía, más piruvato se convertirá en acetil CoA a través de la acción de la piruvato deshidrogenasa. Si se acumulan grupos acetilo o NADH, hay menos necesidad de reacción y la velocidad disminuye. La piruvato deshidrogenasa también está regulada por la fosforilación: una quinasa la fosforila para formar una enzima inactiva y una fosfatasa la reactiva. La quinasa y la fosfatasa también están reguladas.

Ciclo del ácido cítrico

El ciclo del ácido cítrico se controla mediante las enzimas que catalizan las reacciones que producen las dos primeras moléculas de NADH (Figura 7.9). Estas enzimas son isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa. Cuando se dispone de niveles adecuados de ATP y NADH, las tasas de estas reacciones disminuyen. Cuando se necesita más ATP, como se refleja en el aumento de los niveles de ADP, la tasa aumenta. α-La cetoglutarato deshidrogenasa también se verá afectada por los niveles de succinil CoA, un intermedio posterior en el ciclo, lo que provocará una disminución en la actividad. Una disminución en la tasa de operación de la vía en este punto no es necesariamente negativa, ya que el aumento de los niveles de la vía αEl cetoglutarato no utilizado por el ciclo del ácido cítrico puede ser utilizado por la célula para la síntesis de aminoácidos (glutamato).

Cadena de transporte de electrones

Las enzimas específicas de la cadena de transporte de electrones no se ven afectadas por la inhibición por retroalimentación, pero la tasa de transporte de electrones a través de la vía se ve afectada por los niveles de ADP y ATP. Un mayor consumo de ATP por una célula está indicado por una acumulación de ADP. A medida que disminuye el uso de ATP, la concentración de ADP disminuye y ahora, el ATP comienza a acumularse en la célula. Este cambio es la concentración relativa de ADP a ATP que hace que la célula ralentice la cadena de transporte de electrones.

Enlace al aprendizaje

Visite este sitio para ver una animación de la cadena de transporte de electrones y la síntesis de ATP.

Para obtener un resumen de los controles de retroalimentación en la respiración celular, consulte la Tabla 7.1.


Glucólisis y producción de ATP

En la vía glucolítica, la molécula de glucosa se degrada a dos moléculas de piruvato.
En la primera fase, la fase preparatoria, se consumen dos ATP por molécula de glucosa en las reacciones catalizadas por hexoquinasa y PFK-1. En la segunda fase, la fase de pago, se producen 4 ATP a través de la fosforilación a nivel de sustrato en las reacciones catalizadas por fosfoglicerato quinasa y piruvato quinasa. Entonces hay un ganancia neta de dos ATP por molécula de glucosa utilizada. Además, en la reacción catalizada por gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa, se producen dos moléculas de NADH por cada molécula de glucosa.

Cambios de energía de las reacciones glicolíticas

El ΔG ° y # 8217 general de la glucólisis es -85 kJ / mol (-20,3 kcal / mol), valor resultante de la diferencia entre el ΔG ° & # 8217 de la conversión de glucosa en dos moléculas de piruvato, -146 kJ / mol (-34,9 kcal / mol), y el ΔG ° & # 8217 de la formación de ATP a partir de ADP y PI, 2 x 30,5 kJ / mol = 61 kJ / mol (2 x 7,3 kcal / mol = 14,6 kcal / mol). Aquí están las dos reacciones.

Glucosa + 2 NAD + → 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H +

2 ADP + 2 PI → 2 ATP + 2 H2O

La suma de las dos reacciones da la ecuación general de glucólisis.

Glucosa + 2 NAD + + 2 ADP + 2 PI → 2 Piruvato + 2 NADH + 2 H + + 2 ATP + 2 H20

Por lo tanto, en condiciones estándar, la cantidad de energía liberada almacenada dentro del ATP es (61/146) x 100 = 41,8%.
Observe que la ecuación general de la glucólisis también se puede derivar considerando todos los reactivos, ATP, NAD +, ADP y PI y todos los productos.

Glucosa + 2 ATP + 2 NAD + + 4 ADP + 2 PI → 2 Piruvato + 2 ADP + 2 NADH + 2 H + + 4 ATP + 2 H20

Al cancelar los términos comunes en ambos lados de la ecuación, obtenemos la ecuación general que se muestra arriba.

Glucólisis y producción de ATP en condiciones anaeróbicas.

Debajo condiciones anaeróbicas, independientemente de cuál sea el destino metabólico del piruvato, la conversión a lactato, etanol u otras moléculas, existe sin producción adicional de ATP aguas abajo de la glucólisis.
Por lo tanto, en estas condiciones, la glucólisis extrae solo una pequeña fracción de la energía química de la molécula de glucosa, energía igual a 2840 kJ / mol (679 kcal / mol) liberada como resultado de su conversión en CO.2 y H2O. De hecho, solo se liberan 146 kJ / mol en la conversión de una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, iguales a 5%, [(146 / 2.840) x 100], de la energía química disponible. Por lo tanto, el piruvato todavía contiene la mayor parte de la energía química de la hexosa.
De manera similar, los 4 electrones transportados por NADH producidos en el paso 6 de la glucólisis no pueden usarse para la producción de ATP.
En la fermentación del ácido láctico, el ΔG ° & # 8217 asociado con la conversión de una molécula de glucosa en dos moléculas de lactato es -183,6 kJ / mol (-43,9 kcal / mol), y 33.2% de dicha energía libre, [(61 / 183,6) x 100] se almacena dentro de ATP, mientras que es 41,8% en la conversión de una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato.
Cabe señalar que, en condiciones reales, la cantidad de energía libre necesaria para la síntesis de ATP a partir de ADP y PI es mucho más alto que el requerido en condiciones estándar, es decir, aproximadamente 50% de la energía liberada se almacena en ATP.

Glucólisis y producción de ATP en condiciones aeróbicas.

Debajo condiciones aeróbicas, en las células con mitocondrias, la cantidad de energía química que se puede extraer de la glucosa y almacenar en el ATP es mucho mayor que en condiciones anaeróbicas.
Si consideramos los dos NADH producidos durante la glucólisis, el flujo de sus 4 equivalentes reductores a lo largo de la cadena de transporte de electrones mitocondrial permite la producción de 2-3 ATP por par de electrones a través de la fosforilación oxidativa. Por lo tanto, 6 a 8 ATP se producen cuando una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato, 2 de la glucólisis y 4-6 de la fosforilación oxidativa.

Nota: La cantidad de ATP producida a partir de los equivalentes reductores de NADH depende de el mecanismo por el cual son transportados a las mitocondrias.

Por otro lado, si analizamos la acción coordinada y consecutiva de la glucólisis, el complejo piruvato deshidrogenasa, el ciclo del ácido cítrico, la cadena de transporte de electrones mitocondriales y la fosforilación oxidativa, se puede extraer mucha más energía de la glucosa y almacenarla en el ATP. En este caso, según lo informado por Lehninger, 30 a 32 ATP se producen para cada molécula de glucosa, aunque estimaciones recientes sugieren una producción neta igual a 29,85 ATP / glucosa, o 29,38 ATP / glucosa si también se exporta ATP formado a partir de GTP, a su vez producido por el ciclo del ácido cítrico. Considerando ambas estimaciones, la producción de ATP es de aproximadamente 15 veces mayor que en condiciones anaeróbicas.


Existen diferentes sustratos para la gluconeogénesis como el glicerol, el lactato y los aminoácidos glucogénicos.

Gluconeogénesis - Glicerol | Fuente de la imagen: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

El glicerol se produce a partir de la hidrólisis de triglicéridos en el tejido adiposo. Después de eso, pasa al hígado a través del torrente sanguíneo.

El glicerol entra en la vía de la gluconeogénesis en dos pasos secuenciales:

  1. En el primer paso, el glicerol se fosforila para formar glicerol 3 fosfato con la ayuda de la enzima glicerol quinasa. En esta reacción, se usa una molécula de ATP.
  2. Después de eso, el fosfato de glicerol 3 se oxida para formar fosfato de dihidroxiacetona. En esta reacción, una molécula de NAD se reduce a NADH. La reacción es catalizada por la enzima Glicerol 3 fosfodeshidrogenasa.
  3. También elimina los metabolitos que se acumulan en la sangre, como el lactato y el glicerol, etc.

Gluconeogénesis - lactato | Fuente de la imagen: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

El lactato se produce a través de la glucólisis anaeróbica en los glóbulos rojos y los músculos. Después de eso, el lactato pasa al hígado a través del torrente sanguíneo.

En el hígado, el lactato se convierte en piruvato por la enzima lactato deshidrogenasa. Ahora el piruvato entra en la vía de la gluconeogénesis y produce glucosa.

Aminoácidos glucogénicos

Aminoácidos glucogénicos | Fuente de la imagen: https://biologyreader.com/gluconeogenesis.html

Los aminoácidos glucogénicos se producen por hidrólisis de proteínas tisulares. Algunos ejemplos de aminoácidos glucogénicos son succinil Co-A, α-cetoglutarato, fumarato, oxaloacetato y fumarato.

Los aminoácidos glucogénicos entran en la vía de la gluconeogénesis a través de dos puntos de entrada, como el piruvato y el oxaloacetato.


Acción de regulación hormonal

En la glucólisis y la gluconeogénesis, las hormonas (glucagón e insulina) regulan las vías en los puntos donde se utilizan diferentes enzimas. Como se muestra en la figura 5, el glucagón es secretado por las células alfa del páncreas hacia el torrente sanguíneo cuando hay una disminución en el nivel de glucosa en sangre (James, 2010), estimulando la gluconeogénesis al aumentar la enzima PEPCK e inhibiendo la piruvato cinasa en la glucólisis (mejorando la liberación de glucosa del glucógeno) Esta regulación hormonal previene la hipoglucemia (Eric & # 038 Tony, 2009). La insulina es secretada por las células beta del páncreas cuando los niveles de glucosa en sangre son altos (James, 2010). Por tanto, la gluconeogénesis se inhibe al reducir la enzima PEP carboxiquinasa y la vía de la glucólisis se estimula mediante la activación de la piruvato cinasa (que convierte la glucosa en glucógeno). Esta regulación hormonal previene la hiperglucemia (Eric & # 038 Tony, 2009).

El mal funcionamiento de la regulación de la glucosa en sangre puede causar muchas enfermedades. Ejemplos de niveles altos de glucosa: diabetes mellitus (tipo I insulinodependiente y tipo II no insulinodependiente), enfermedad hepática e hipertiroidismo. Ejemplos de niveles bajos de glucosa: hipotiroidismo e hiperinsulinismo. La diabetes es una falla común en la regulación del metabolismo. Sin embargo, puede provocar complicaciones graves si no se controla (Izak, 2001).

En conclusión, es muy importante que las vías metabólicas estén coordinadas para asegurarse de que el organismo mantenga la vida funcionando de manera eficiente y efectiva. Hay varias formas diferentes en las que se regulan los procesos metabólicos: diferentes tipos de enzimas juegan un papel muy importante en la regulación de las vías, los reguladores alostéricos aumentan o disminuyen la velocidad de las reacciones. La inhibición por retroalimentación evita que se produzca un exceso de producto y los pasos comprometidos en las vías, asegura que se lleve a cabo el resto de la vía. Sin embargo, hay muchas consecuencias, problemas de salud, si la regulación del organismo no funciona correctamente. Sin metabolismo, los organismos no estarían vivos.

El metabolismo son muchas reacciones químicas coordinadas que ocurren dentro de una célula de un organismo para mantener la vida (Berg et al. 2006). Obtener nutrientes, generar desechos, crecer, reproducirse, adaptarse a diferentes ambientes son todos procesos químicos que ocurren en un cuerpo humano para mantener un estado de vida (Deborah, 2009). Muchas enzimas específicas catalizan diferentes reacciones químicas en una vía metabólica. Las vías metabólicas son irreversibles, sin embargo, la reacción puede revertirse mediante otra vía o una enzima (Berg et al. 2006). Por ejemplo, la vía glucolítica puede revertirse mediante gluconeogénesis.

Las vías metabólicas se pueden dividir en reacciones catabólicas, anabólicas y anfibólicas. El catabolismo descompone moléculas complejas como proteínas y lípidos en moléculas más pequeñas y simples como aminoácidos y ácidos grasos.Esta reacción libera energía química, trifosfato de adenosina (ATP) y portadores de electrones reducidos NADH, NADPH y FADH2 (David & # 038 Michael, 2005 ). Estos cofactores son importantes en el metabolismo, ya que se reciclan mediante la fosforilación oxidativa y se reutilizan mediante la glucólisis y el ciclo del TCA. Un ejemplo de reacción catabólica puede incluir la oxidación de la glucosa durante la glucólisis de la respiración aeróbica, la descomposición de la glucosa en ácido piruvato (Joyce, 2007). Las reacciones anabólicas requieren energía que se obtiene de la energía química producida en el proceso catabólico. La energía se utiliza para el mantenimiento y crecimiento de la célula. Pequeñas moléculas precursoras como monosacáridos, aminoácidos y nucleótidos se sintetizan en macromoléculas como polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos. Un ejemplo de vía anabólica puede incluir, gluconeogénesis, una acumulación de una molécula de glucosa a partir del piruvato (David & # 038 Michael, 2005). Tanto las vías catabólicas como las anabólicas juntas se conocen como reacción anfibia, p. el ciclo de TCA, que implica tanto la descomposición como la síntesis de moléculas (Berg et al. 2006).

La regulación de las vías metabólicas es esencial para mantener un equilibrio constante dentro de la célula, es decir, la homeostasis, el control de los intermedios de flujo a través de las vías, la conservación de energía, la prevención de la producción de productos en exceso y el agotamiento de sustratos y / o ciclos de sustratos (William & # 038 Daphne, 2005 ). Hay muchas formas en las que se lleva a cabo la regulación metabólica. Varios de estos procesos se incorporan al metabolismo.

Las enzimas juegan un papel muy importante en la regulación de las vías metabólicas. El control de la cantidad de enzimas y la modificación de la velocidad de síntesis coordina la actividad en la célula, aumentando o disminuyendo la actividad catalítica que es estimulada por determinadas señales (L. Roux, 2010). La regulación alostérica ocurre cuando una molécula se adhiere a un sitio de la enzima que no es el sitio activo, cambiando la actividad de las enzimas como se muestra en la figura 1. Un regulador alostérico aumenta la actividad de las enzimas, conocidas como activadores alostéricos, o disminuye la actividad de las enzimas, llamados inhibidores alostéricos (David & # 038 Michael, 2005). Los zimógenos también ayudan a regular la actividad de las enzimas, se producen en forma inactiva y cuando se requiere esta enzima se transforma en una forma activa, utilizando proteólisis para esta conversión. Los zimógenos se encuentran inactivos en el tracto digestivo hasta que son necesarios para la digestión, lo que evita daños en el estómago (Berg et al. 2006). La deficiencia de una enzima proteolítica puede provocar muchos problemas, como el exceso de alcalinos en la sangre, que puede provocar ansiedad (Enzyme Essentials, 2006).

Regulación de vías por inhibición por retroalimentación. El inhibidor es el producto elaborado a partir de la reacción más adelante, en la vía. Cuando el producto se acumula, retroalimenta el proceso, inhibiendo la actividad de las enzimas que intervienen en su síntesis. Una vez que el nivel de producto disminuye, el camino comienza de nuevo. La inhibición por retroalimentación evita que se produzca un exceso de producto (William & # 038 Daphne, 2005).

Los pasos comprometidos también son muy singulares en la regulación de las vías. Ocurren al principio de la vía, lo que asegura que se lleve a cabo el resto de la vía (Bryant Miles, 2003).

La regulación del metabolismo puede tener lugar en diferentes compartimentos de la célula, p. Ej. en una célula eucariota. La compartimentación ayuda a organizar vías metabólicas diversas u opuestas para que tengan lugar, p. Ej. mitocondrias, en la matriz tiene lugar el ciclo del TCA y en la membrana interna de las mitocondrias se produce la vía de la cadena de transporte de electrones (Bryant Miles, 2003).


La enzima gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) tiene dos funciones en esta reacción. Primero, deshidrogena GAP transfiriendo una de sus moléculas de hidrógeno (H⁺) al agente oxidante nicotinamida adenina dinucleótido (NAD⁺) para formar NADH + H⁺.

A continuación, GAPDH agrega un fosfato del citosol al GAP oxidado para formar 1,3-bisfosfoglicerato (BPG). Ambas moléculas de GAP producidas en el paso anterior se someten a este proceso de deshidrogenación y fosforilación.


Ver el vídeo: Energiestoffwechsel Teil 3 -- Wie wird die Glykolyse reguliert? -- AMBOSS Auditor (Mayo 2022).


Comentarios:

  1. Hashim

    En esto, algo es y es la buena idea. Lo guardo.

  2. Ahtunowhiho

    es la frase graciosa

  3. Munachiso

    Frio. Y no puedes discutir :)

  4. Alchfrith

    Este post, es incomparable))), me gusta mucho :)



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