Metabolismo de Carbohidratos (ppt2)

Metabolismo de Carbohidratos

principales enzimas en los procesos metabólicos

  • Glucólisis: PFK-1 (fosfofructoquinasa-1)

  • Gluconeogénesis: Fructosa-1,6 bifosfatasa

  • Síntesis de glucógeno: Glucógeno sintasa

  • Degradación de glucógeno: Glucógeno fosforilasa

  • Vía de los fosfatos de pentosa: Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa

procesos principales:

  • Glucólisis: Es la ruptura de una molécula de glucosa (6C) en 2 piruvatos (3C), generando energía. Sucede en el citosol de las células.

  • Gluconeogénesis: el cuerpo fabrica glucosa a partir de otros compuestos, como el piruvato o aminoácidos, cuando no estas comiendo (ayuno, ejercicio intenso, etc.)

  • Síntesis/degradación de glucógeno:

    • Glucogénesis: almacena glucosa como glucógeno (reserva energética)

    • Glucogenólisis: rompe glucógeno para liberar glucosa cuando hace falta.

  • Vía de los fosfatos pentosos: transforma glucosa-6-fosfato para:

    • generar NADPH (cofactor usado para la biosíntesis y defensa antioxidante)

    • Producir ribosa-5-fosfato (para sintetizar nucleótidos y ADN/ARN)

Glucólisis

  • Definición: Descomposición del monómero de glucosa.

  • Reacciones Netas:
    Glucosa+2ADP+2PO43−+2NAD+→2piruvato+2ATP+2NADH+2H+\text{Glucosa} + 2 \text{ADP} + 2 \text{PO}_4^{3-} + 2 \text{NAD}^+ \rightarrow 2 \text{piruvato} + 2 \text{ATP} + 2 \text{NADH} + 2\text{H}^+

  • Ocurre en 10 pasos, divididos en dos fases:

    • Pasos 1-5 = inversión de energía

      • Se consumen 2 ATP para descomponer la glucosa.

      • Se forma una molécula llamada fructosa-1,6-bisfosfato que luego se divide en 2 triosas fosfato (moléculas de 3C)

    • Pasos 6-10 = generación de energía

      • Los trios fosfatos se oxidan a 2 ácidos pirúvicos, produciendo 4 ATP y 2 NADH (en total).

  • Enzimas:

    • Quinasas: enzimas que fosforilan moléculas

      • Hexoquinasa: tiene una especificidad de sustrato amplia y puede fosforilar varias hexosas ademas de glucosa (ej. fructosa y manosa)

    • Aldolasa (mecanismo general que divide la molecula de 6C en dos moléculas de 3C):

      1. Un residuo de lisina en el sitio activo de la enzima reacciona con el C-carbonilo (C=O) de la fructosa-1,6-bisfosfato.

      2. Se forma una base de Schiff (una imina, C=N), estabilizando la molécula.

      3. La enzima rompe el enlace entre los C3 y C4 produciendo G3P y una base de Schiff unida a DHAP.

      4. El DHAP se libera tras la hidrólisis de la base de Schiff.

    • Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) (mecanismo)

      1. GAP se une al sitio activo de GAPDH. La enzima tiene un residuo de cisteína (-SH) que ataca el grupo aldehído del GAPDH.

      2. El grupo aldehído se oxida y se une a la cisteína formando un intermediario tioéster. Al mismo tiempo, el NAD+ acepta los e- y se convierte en NADH.

      3. Un fosfato inorgánico (no ATP) ataca el intermediario y se rompe. Se forma 1,3-bisfosfoglicerato(1,3-BPG), molécula rica en energía.

      4. El 1,3-BPG se libera del sitio activo. La enzima se regenera para catalizar otra molécula GAP.

      • Arseniato (ASO4 3-) puede sustituir al fosfato en este paso, generando un producto inestable que impide la formación de ATP. Por eso, se considera un veneno metabólico.

  • Reacciones espontáneas:

    • Hexoquinasa (paso 1)

    • Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) (paso 3)

    • Piruvato quinasa (paso 10)

Regulación de la Glucólisis

  • Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) es un punto clave de control de la glucólisis basado en la demanda energética celular. Se regula a través de la enzima bifuncional, que tiene dos funciones (dominios):

    1. Fosfofructoquinasa-2 (PFK2): produce fructosa-2,6-bisfosfato

    2. Fructosa bisfosfatasa-2 (FBPasa-2): elimina fructosa-2,6-bisfosfato

  • Activadores (se activa cuando hay poca energía):

    • AMP: indica baja energía

    • fructosa-2,6-bisfosfato: (activador mas potente, activa PFK-1 aun si hay mucha energía) producida por insulina

  • Inhibidores (se inhibe cuando hay mucha energía):

    • ATP: ya hay suficiente energía, disminuye la afinidad por F6P

    • citrato (intermediario del ciclo de Krebs)

    • fosfoenolpiruvato (PEP) (intermediario de glucólisis)

Interacciones hormonales y Regulaciones Metabólicas

  • Insulina: luego de comer, estimula la captación de glucosa y activa PFK-2, aumentando la producción de fructosa-2,6-bisfosfato y la tasa de glucólisis.

  • Glucagón: en ayuno, activa la proteina quinasa A (PKA) para activar FBPasa-2 y estimula la gluconeogénesis, disminuyendo la glucólisis.

Intermediarios Metabólicos

  • Piruvato es el producto final de la glucólisis.

  • Dependiendo de las condiciones:

    • Aeróbicas (con O): se convierte en acetil-CoA para entrar al ciclo de Krebs

    • Anaeróbicas (sin O): se convierte en lactato (en músculos) o etanol (en levaduras) para regenerar NAD+.

Vías Alternativas del Piruvato

  • Decarboxilación a Acetil-CoA: (más favorecida)

    • Condición: aeróbica

    • Acetil-CoA entra al ciclo de Krebs

  • Carboxilación a Oxaloacetato:

    • Condición: gluconeogénesis

    • Metabolito utilizado en el ciclo de Krebs e intermediario en la síntesis de aminoácidos.

  • Fermentación a Lactato:

    • Condición: anaeróbica en humanos (por los músculos)

  • Fermentación a Etanol + CO2:

    • Condición: anaeróbica en levaduras

ΔG°′ vs ΔG

  • ΔG°′ (delta G estándar): es el cambio en energía libre de una reacción en condiciones estándar: 25ºC, 1 atm, pH 7 y concentraciones de 1 M.

  • ΔG (delta G real): el cambio en energía libre en condiciones reales dentro de la célula.