Buenas tardes apasionados de la bioquímica!!! Hoy vamos a hablaros de una de las rutas más importantes y de las que seguro caerá en vuestro EXAMEN FINAL !!!!
Es la degradación anaerobia de la
glucosa. La glucosa que va a las células puede seguir esta vía a través de 10
etapas repartidas en 2 fases que cursan en el citoplasma y que están
catalizadas por enzimas específicos. No presentan asociación física entre
ellas, cada una es independiente de la otra.
FASES
- PREPARATORIA: (Se activa la glucosa). Gasto de energía. Se prepara la glucosa. Se gasta ATP en 2 fosforilaciones del sustrato quedando preparado para las reacciones de óxido-reducción de la 2ª fase.
- PROPIA O DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA (fase de rendimiento energético): Se logra la extracción de energía del sustrato que será transferida del ADP para formar ATP. Se generan 4 moléculas de ATP. Tiene lugar procesos de oxidación-reducción que genera ATP.
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| Glucólisis ( sus dos fases ) |
Puntos de control
- La HEXOQUINASA puede ser inhibida por la glucosa – 6P cuando hay una elevada concentración de ésta. Esto representa el 1º punto de control de la glucosa. La glucosa en exceso puede ser catalizada por otras encimas
- La FOSFOFRUCTOQUINASA – 1 puede ser inhibida o estimulada según la concentración de ATP y ADP. Representa el 2º punto de control. (enzima alostérico, moduladores positivos y negativos)
Cuando los niveles de ATP son
altos, el propio ATP puede inhibir al enzima. La HEXOQUINASA puede fosforilar a
otros sustratos. En cambio hay un enzima, la GLUCOQUINASA, que solo fosforila a
la glucosa y lo hace en el hígado. La presencia de otros combustibles pueden
inhibir al enzima FOSFOFRUCTOQUINASA – 1, tales como el citrato o la presencia
de ácidos grasos ya que para la célula es más rentable degradar ácidos grasos
que glucosa porque le proporciona más energía y tiene que fabricar menos
enzimas.
El poder reductor no se puede
almacenar en la célula por ello el NADH + H+ producido anteriormente
se usa para transformar el piruvato en lactato, aceptando los electrones y
reduciéndose. El lactato proviene del músculo esquelético y llega al hígado.
Si no se transforma en lactato,
en presencia de O2 el poder reductor quedará pendiente de su
utilización y el piruvato seguirá degradándose.
ESQUEMA DE LA CIRCULACIÓN HEPÁTICA
En las células nerviosas es necesario que el piruvato entre
en la mitocondria: descarboxilación oxidativa.
En los glóbulos rojos el piruvato no puede adentrarse en las
mitocondrias porque no tiene, el piruvato no puede almacenarse porque si se
acumula el piruvato y el poder reductor inhibe la glucólisis, entonces no
podrán obtener energía de las células. Con lo cual tendrá que ser eliminado.
Reduciéndose a lactato donde se gasta el NADH+H+
Piruvato + NADH+H+ --------------------- Lactato
+ NAD
El lactato se desplaza hacia el hígado. El cual transforma
el lactato a piruvato obteniendo poder reductor NADH+H+, puede utilizarlo para
la síntesis de aa, glucosa, rutas anapleroticas.
DESTINOS DEL PIRUVATO
- Reducción de piruvato a lactato.
- Descarboxilación oxidativa del Ác. Pirúvico a Acetil CoA.
- Rutas anapleróticas; Rutas de abastecimiento de algunos intermediarios del Ciclo de Krebs. Por ejemplo: Piruvato → Oxalacetato/Piruvato → Malato.
- Procesos de síntesis → Piruvato precursor de la alanina, ácidos grasos mediante la gluconeogénesis (Piruvato →→→→ Glucosa)
1. Reducción de Piruvato a
Lactato.
En la 2ª fase
de la glucolisis tiene lugar una reacción Re-dox en la que el ión hidruro es
captado por el NAD. El poder reductor del NADH + H+ puede dirigirse
a la mitocondria, accediendo a su membrana interna donde cede los electrones,
se regenera en presencia de O2 y deja una molécula de ATP (cadena de
transporte electrónico). O puede gastarse al reducir el piruvato a lactato:
La enzima es la Lactohidrogenasa,
cataliza la transformación reversible.
El Ácido Láctico puede:
- Ser producto de desecho.
- Ser captado por el músculo
cardíaco y células hepáticas y ser usado como combustible.
Durante
la glucolisis en una célula del músculo esquelético que ha trabajado en
anaerobiosis se genera Ácido Pirúvico y NADH + H+, si lo hace
masivamente en un período breve de tiempo los coenzimas se gastan y no pueden
realizar la óxido-reducción, paralizando la glucolisis. Para evitar lo hay que regenerar los coenzimas y
una vía de salida es hacer que el NADH + H+ transfiera su ión hidruro para volver a usarse
como NAD.
En trabajos intensos degradamos
rápidamente glucosa produciendo gran cantidad de Ácido Láctico para poder
trabajar en anaerobiosis. Lo que sucede es que ese acúmulo de Ácido Láctico no
puede mantenerse desplazándose al hígado donde se transforma en piruvato que
ingresa en la mitocondria y tras unas reacciones se transforma en Fosfoenolpiruvato
siguiendo un curso de reacciones parecidas a la glucolisis sintetizándose
glucosa (gluconeogénesis). Una vez regenerado el coenzima NAD el Ácido Láctico
se transforma en glucosa en el hígado con un gasto muy elevado de energía (6
ATP).
Cuando
metabolizamos un carbohidrato y obtenemos glucosa, ésta es absorbida por las
células de la mucosa intestinal y pasa a la vía porta. La molécula de glucosa,
tras la digestión, está en mayor concentración y pasa a zonas de menor
concentración. En este caso es absorbida por la mucosa de forma pasiva. De aquí
pasan a la circulación, también de forma pasiva porque la concentración en
sangre es menor.
El problema aparece cuando en la circulación hay mayor
concentración y menor concentración en las células de la mucosa intestinal.
Para pasar a la sangre sería necesario un transporte activo, pero no es eso lo
que ocurre.
Lo que ocurre es que la
glucolisis tiene lugar en las células intestinales y esta glucosa pasa al
hígado en forma de Ácido Láctico que usa para la gluconeogénesis gastando la
energía procedente de los ácidos grasos.
El Lactato que pasa al músculo
cardíaco le permite obtener energía para estar trabajando, ya que lo transforma
en piruvato y lo usa en la vía aerobia para la obtención de energía.
En anaerobiosis aumenta la
concentración de Lactato pero en el músculo esquelético se crea siempre.
2. Descarboxilación Oxidativa
ÁC. PIRÚVICO------ACETIL CoA-------CICLO DE KREBS-----CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO
El piruvato se considera como el
centro de una encrucijada metabólica. Esto supone una gran ventaja porque
controlando los sistemas multienzimáticos se está regulando el flujo y es más
fácil que controlar muchas reacciones.
El piruvato se puede transformar
en Acetil-CoA por medio de una descarboxilación oxidativa (matriz mitocondrial)
Si el Acetil-CoA ingresa en el
ciclo del Ácido Cítrico se va a degradar hasta obtener la energía que está en
los electrones de los H2. Para liberar estos H2 es
necesario transferirlos a coenzimas que posean la capacidad de aceptar estos H2
a la cadena de transporte
electrónico, liberándose así la energía para la obtención de ATP.
El transporte es temporal ya que
luego tiene que volver a oxidarse para poder volver a formar parte de otro
proceso de deshidrogenación.
El Ácido Pirúvico pasa del
citoplasma a la mitocondria en presencia de O2, donde se va a
descarboxilar (CO2) y deshidrogenar →→ Acetil-CoA.
El piruvato es catalizado por un
sistema multienzimatico, de coenzimas y enzimas derivados de vitaminas:
Coenzima A: acido pantolénico
NAD: acido nicotínico
FAD: vitamina B2
Pirofosfato de tiamina: vitamina
B1
Este proceso es muy complejo y es
llevado a cabo por un sistema multienzimáticos →→Piruvato Deshidrogenasa. Es
totalmente irreversible, es un punto de control importantísimo en el
metabolismo (paso a la vía aerobia). El sistema multienzimático consta de 8
elementos:
- 3
enzimas (E z 1, E z 2, E z 3)
- 5 coenzimas; Pirofosfato de tiamina (la deficiencia más habitual), NAD, FAD, CoA, Ácido Lipoico.
Los coenzimas son en su mayoría
derivados de vitaminas. El fallo de cualquiera de estos enzimas o su
deficiencia altera todo el complejo provocando alteraciones muy graves e
incluso la muerte.
La PDH (Piruvato Deshidrogenasa)
cuando un enzima modulado covalentemente de modo que:
- Forma activa: Desfosforilada
- Forma inactiva: Fosforilada
Quien adiciona grupos P y
transforma la PDH en inactiva es la QUINASA. Y la FOSFATASA se lo quita
activándolo.
Si los niveles de ATP son
correctos no será necesario la transformación Piruvato →AcetilCoA el ATP va a
actuar como modulador positivo en la quinasa para inactivar la PDH.
Si hay suficiente Acetil- CoA
procedente de ácidos grasos, el Acetil-CoA puede actuar sobre la quinasa como
modulador negativo. El Acetil-CoA no puede actuar directamente sobre la PDH.
3. Rutas Anapleróticas
Son rutas de abastecimiento de algunos intermediarios del Ciclo del Ácido Cítrico. Por ejemplo:
PIRUVATO-------MALATO
PIRUVATO-------OXALACETATO
4. Procesos de Síntesis.
Gluconeogénesis (Piruvato →→→Glucosa)
RUTAS ANAPLERÓTICAS – RUTAS DE
ABASTECIMIENTO
Cuando en nuestra dieta plantan
glucosa y ácidos grasos, nuestros niveles de glucógeno pasado el tiempo
disminuyen pero el hígado ha de controlar igual la glucosa en sangre, pero
nuestro organismo sigue requiriendo energía, esta energía se obtiene de la
ALANINA (aminoácido obtenido por la degradación de proteínas) que se encuentra
en el músculo esquelético.
La Alanina, en el hígado sufre
una transaminación y se transforma en Piruvato, que entra en el Ciclo del Ácido
Cítrico y se obtiene energía. El hígado ha fabricado gracias al piruvato
exógeno Oxalacetato para el Ciclo de Krebs y el Oxalacetato sobrante sale del
ciclo para formar parte de la gluconeogénesis, ya que es un precursor.
Alanina →→ Hígado→→ Piruvato →→
C. de Krebs→→ Oxalacetato
(músc. Esquelético)
También se obtiene energía a partir de los ácidos
grasos acumulados en las células adiposas ya que estos ácidos grasos entran en
la mitocondria donde sufren la β-oxidación y se obtiene Acetil-CoA. Este
Acetil-CoA si está en mayor concentración no entra todo en el Ciclo de Krebs,
sino que se usa para formar cuerpos Cetónicos que van a ser aportes rápidos de
energía.
Β-oxidación │→ Ciclo de Krebs
Ác. Grasos →→ Mitocondria →→
Acetil-CoA →→│ ÞEnergia
(cél.
Adiposas)
│→ Formación Cuerpos Cetónicos
El Lactato que producen los
glóbulos rojos (no tienen mitocondrias→→no tienen Ciclo de Krebs) es enviado
por la sangre a las células hepáticas donde se regenera a Piruvato que entra en
el Ciclo de Krebs.
(Sangre)
Glóbulos rojos →→ Lactato →→→→→
Células Hepáticas →→ Piruvato →→ C. de Krebs
El Ciclo de Krebs está siendo
abastecido continuamente. Cuando el glutarato pierde su grupo amino o se
degrada pasa a ser ά- cetoglutarato. El Ciclo de Krebs si no fuera abastecido
desde el exterior se degradaría.
Partimos de Piruvato en el
interior de la mitocondria. El piruvato en vez de sufrir una descarboxilación
oxidativa puede ser el sustrato de la piruvato-carboxilasa transformándose en
Oxalacetato (4 átomos de C/se añade 1
C ). La biotina es un coenzima de los procesos de
carboxilación. Para la carboxilación se ha gastado un ATP. Al obtenerse más
Oxalacetato se regenera el Ciclo de Krebs y este funciona con más rapidez.
Para obtener Oxalaceteto por esta
vía el Acetil-CoA tiene que estar en altas concentraciones, al pasar esto el
mismo Acetil CoA actúa inhibiendo la piruvato-deshidrogenasa y el Piruvato se
convierte en Oxalacetato.
Para convertir el Piruvato en Malato
se usa al enzima málico, en este proceso también existe una carboxilación y
además se donan electrones, estos vienen del NADPH + H+.
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