Introducción al metabolismo y Ciclo de Krebs
1. Definir el concepto de metabolismo. R/ Metabolismo: todo aquel conjunto de transformaciones químicas que ocurren en un momento a nivel de una célula o del organismo como tal. Todas esas reacciones ocurren por la acción catalítica de las enzimas. Estas reacciones no se encuentran en forma desordenada, sino que están ordenadas en vías metabólicas.
2. Explicar qué es una vía metabólica. Vías metabólicas: hay 3 tipos de vía:
Vía catabólica : Moléculas de alto peso molecular como triglicéridos, glucógeno, sacarosa, etc; se va a degradar a una molécula de bajo peso molecular (degradación de moléculas) por una serie de transformaciones. Glucosa
→
6CO2
En estas vías se libera energía (exergónica) en forma de ATP. Conver Convergen gente: te: se refier refiere e a que diferen diferentes tes tipos tipos de molécu moléculas las (trigli (triglicér cérido idos, s, fosfolí fosfolípid pidos, os, carbohidratos, etc) por una serie de reacciones en última instancia todo va a converger en una misma molécula llamada acetil CoA (ácido acético unido a la CoA). No importa por la vía que la molécula se vaya, ya que siempre terminará en acetil CoA.
Vía anabólica: Una molécula o pocas moléculas como la acetil CoA (ácido acético) da origen a varias moléculas de más peso molecular como los ácidos grasos a partir de acetil CoA y luego estos ácidos grasos forman forman triglicérido triglicéridos. s. Además el acetil acetil CoA puede dar origen al colest colestero erol, l, hormon hormonas as estero esteroide ides, s, ácido ácidos s biliare biliares, s, éstere ésteres s de colest colestero erol, l, o sea es una vía divergente (una sola molécula por diferentes reacciones puede dar origen a diversas
moléculas diferentes). Moléculas de peso molecular bajo se van a unir entre sí para dar moléculas de peso molecular alto. Es una vía endergónica, se consume ATP y se produce ADP.
Vía Cíclica: Ciclo de Krebs Vía anfibólica, en determinado momento el ciclo del ácido cítrico es catabólico (produce ATP), pero en un momento diferente, según los requerimientos de la célula el ciclo del ácido cítrico puede ser anabólico.
3. Definir los conceptos de anabolismo, anfibolismo y catabolismo . endergónico, se consume energía. energía. Tomamos aminoácidos aminoácidos y los Anabolismo: es un proceso endergónico, unimos unimos para para formar formar proteí proteínas nas,, por ende, ende, en necesi necesitam tamos os energía energía para para hacer hacer los enlac enlaces es peptíd peptídico icos s entre entre los amino aminoáci ácidos dos;; de igual igual manera manera se forman forman los enlaces enlaces éster éster de los
triglicéridos y los enlaces glicosídicos de los carbohidratos. El anabolismo toma su energía degradando el ATP a ADP. ATP es un compuesto rico en energía que va a servir para enlazar el anabol anabolism ismo o con el catabo catabolism lismo. o. No podría podría ocurrir ocurrir el anabol anabolism ismo o si no ocurre ocurre primer primero o el catabolismo. También hay otras moléculas que producen energía como el FAD reducido, el NADPH y FADH2.
Anfibolismo: un tiempo anabólica y otro tiempo catabólica, depende la necesidad. Ejemplo ciclo de ácido citríco. catabo bolis lismo mo típi típico co es cuan cuando do toma tomamo mos s alime aliment ntos os de los los tres tres tipo tipos s Catabolismo: El cata (carbohidratos, grasas y proteínas) y los oxidamos. Toda la oxidación produce energía en
forma de ATP. Cuando los carbohidratos, grasas y proteínas se degradan en moléculas más pequeñas, se produce energía que va a la cadena respiratoria en donde se transforma en ATP. Además se produce energía ATP o nivel de sustrato en algunas de las vías de catabolismo (producen compuestos ricos en energía).
4. Explicar Explicar las tres fases del catabolismo catabolismo.. *La primera fase del catabolismo es la producción de acetil CoA *Una vez que se forma la acetil CoA viene la 2da fase del catabolismo , que es lo que se conoce como ciclo del ácido cítrico, en donde el acetil CoA se oxida a dos moléculas de CO 2. *La tercera fase del catabolis catabolismo mo es la cadena respiratoria . En donde las moléculas de FADH2 y NADP (producidas en la fase 1 y 2) van a la cadena oxidativa para producir ATP y H2O.
Las 3 fases son interdependientes unas de otras.
5. Expl Explic icar ar las las form formas as gener eneral ales es por med medio de las las cual cuales es se reg regula ula el metabolismo. Las vías no ocurren todo el tiempo, en determinado momento unos se activan y otros se inhiben. El catabolismo y el anabolismo no pueden ocurrir al mismo tiempo.
1. La forma más rápida para que una vía se apague o se ponga a trabajar es el asunto de las regulaciones alostéricas. ( interacciones alostéricas). Vamos a tener que en una vía como la glicólisis hay 3 enzimas alostéricas, l as cuales son reguladas rápidamente por efectos positivos o negativos. Por ejemplo el ATP se une a muchas enzimas por enlaces débiles a un sitio diferente al sitio activo, e inhibe a la enzima. El ATP es uno de los reguladores alostéricos más importantes. Al inhibirse 1,2 o 3 enzimas de una vía que tienen 11 o 12 enzimas se inactiva toda la vía. Otro ejemplo es el ADP activando.
2. También existe otra forma rápida de regulación, la cual es la modificación covalente (por ej la fostorilación) llega una enzima que le introduce un fosfato a una enzima reguladora (en la glicólisis hay 3 de estas que manejan toda la vía). Las enzimas
reguladores son proteínas con estructura cuaternaria (casi la mayoría de los casos), y están colocadas en sitios importantes de la vía y son reguladas (inhibidas o activadas) de forma muy rápida. 3. Es importante mencionar que el nivel que haya de enzima regula la reacción (concentración de la enzima en determinado momento), esto es regulado con más tiempo. Por ejemplo el calcitriol y el ácido retinoico llegan y se unen a sitios específicos del ADN para afectar o regular la transcripción de genes específicos. La regulación a nivel de enzimas es dirigido por hormonas, siendo este un proceso lento en comparación con las otras dos regulaciones anteriores que se dan sobre enzimas ya sintetizadas.
4. Compartimentalización: hay enzimas que se encuentran exclusivamente en la mitocondria y otras en el citoplasma.
6. Explicar la función y localización a nivel celular del ciclo del ácido cítrico. Función: Depende totalmente de la cadena oxidativa. Se localiza en matriz mitocondrial la molécula de ácido acético de manera indirecta en forma de acetil CoA se va a oxidar en dos moléculas de CO2 . Esta oxidación produce mucha energía. En el ciclo se forma mucha energía que se trasforma en ATP a nivel de cadena oxidativa. Cada acetil CoA que entra se degrada a dos moléculas de CO 2. La función de la vía también es anabólica, por ejemplo el oxalacetato o cualquiera de los intermediarios de Krebs pueden dar origen a la glucosa. El nombre de ciclo de ácido cítrico se debe a que su primer intermediario es el citrato y todos los intermediarios son ácidos tricarboxílicos.
7. Explicar cada una de las reacciones del ciclo del ácido cítrico indicando si son fisiológicamente irreversibles. 1.Vía oxidativa para producir ATP Viene el acetil CoA de carbohidratos, lípidos y aminoácidos, reacciona con el intermediario oxalacetato del ciclo. Es una reacción de síntesis. El grupo acetilo de la acetil CoA se pega al oxalacetato formando citrato y se libera CoA. Cuando se hidroliza la CoA se libera la suficiente energía para que el acetilo se pegue al oxalacetato. Se da por medio de la citrato sintasa, de la familia de las ligasas (clase 6 en la cual se necesitaba la hidrólisis de un complejo de energía) Si el ATP diera la energía sería citrato sintetasa, pero el ATP no dio la energía (la dio el CoA al despegarse por eso se le llama citrato sintasa). La reacción es muy exergónica.
La finalidad del ciclo es que los intermediarios se oxiden y formen FADH2 y NADH El citrato debe ser oxidado y convertir al citrato que es un alcohol terciario en alcohol secundario y luego en grupo ceto. No hay enzima que haga lo anterior en un paso, por ende se necesita de un enzima que deshidrate y luego de otra que vuelva a hidratar.
2. La reacción 2 son dos reacciones en una, trasformar el citrato en isocitrato mediante un intermediario. Actúa la aconitasa (liasa que deshidrata). Primero coge OH y H y los elimina. La reacción es reversible, al quitar el H 2O hace que se forme el intermediario cis-aconitato; luego ella misma agrega H 2O, la agrega en posición diferente a la original. Se produce el isocitrato el cual va a ser oxidado en el siguiente paso por otra enzima. el ∆G es positivo, pero el ciclo se va compensando.
3. La isocitrato deshidrogenasa actúa dos veces. Se eliminan 2H+ primero -Quita el CO2 -Oxida la molécula Requiere de NAD+ (en algunos casos NADP + ⇒ otros animales)
a) quita 2H+ y se los pasa al NAD + formando NADH. Queda un intermediario llamado oxalosuccinato. El manganeso estabiliza la reacción.
b) Quita el CO2 y se da un rearreglo de e- y se da la formación de
− cetoglutar
α
ato
4. El α − cetoglutar ato es, al igual que el piruvato un α − cetoácido . Se da una descarboxilación oxidativa del α − cetoglutar ato . al igual que la de la citrato sintasa es altamente irreversible. La #3 es reversible pero la #4 la jala en el sentido del ciclo. Catalizada por el complejo α − cetoglutar ato deshidrogenasa. El complejo posee 3 enzimas con 5 coenzimas ( α − cetoglutar ato deshidrogenasa, α − cetoglutar ato transacetilasa). α − cetoglutar ato primero El es descarboxilado (segunda y última descarboxilación del ácido cítrico) el CO2 es liberado al medio. Cuando se
despega el CO2 se pega la CoA al compuesto restante de 4 carbonos, formándose la succinilCoA. En la reacción se produce NADH Nota: participa el TPP, ácido lipoico, FAD+, la acetil CoA y el NAD+. La succinil-CoA es derivado CoA y tiene enlace de lata energía de hidrólisis, es irreversible. Hasta aquí tenemos 2 moléculas de NADH en el ciclo.
5. El succinil-CoA puede formar ATP. pso muy importante porque se produce ATP a nivel de sustrato. La succinil CoA en una reacción reversible, catalizada por la enzima succinato tioquinasa (también conocida como succinil CoA-sintetasa). La enzima hidroliza la CoA, se libera mucha energía que toma al GDP y le
une
un
fosfato
del
medio, fomando GTP. Se forma además el succinato. Es una reacción acoplante y la suma de los dos ∆G da una reacción reversible. El GTP se va a ir y una enzima llamada nucleosido difostato quinasa (enzima que estaá en citoplasma y matriz mitocondrial) se encarga de pasar fosfatos de un trifosfato a otro. (toma el fosfato de GTP y se lo une a un ADP). Al final tenemos el GTP como ATP. En algunos tejidos se da la formación de ATP sin tener que pasar por GTP Es la única reacción en el ciclo en la que hay fosforilación a nivel de sustrato.
6. El succinato tiene 4carbonos y tiene 2 grupos fácilmente oxidables. La succinato deshidrogenasa oxida al succinato (flavoproteína,) en fumarato. Esta enzima está asociada al complejo 2 de la cadena oxidativa, o sea, está asociada a la membrana (las demás enzimas del ciclo de Krebs están en la matriz mitocondrial). Succinato pierdo 2H+ y la enzima produce FADH2, este FADH2 cede sus equivalentes reductores a la cadena oxidativa. Se produce fumarato en el isómero trans. Es una reacción reversible. La succinato deshidrogenasa tiene un inhibidor
competitivo
llamado
malonato o ácido masónico, se parece mucho al succinato. El malonato se pega al sitio acitvo de la succinato deshidrogenasa y nunca origina un producto.
7.
el
fumarato
no
se
puede
oxidar
más
biológicamente, entonces la reacción introduce
H2O para poder oxidarse y obtener otra coenzima reducida. La enzima convierte al fumarato en malato, es la fumarosa que es liasa. Nota:
las liasas quitan o adicionan grupos por mecanismos diferentes a la hidrólisis. Las
hidrolasas rompen una molécula por medio de hidrólisis. La liasa mete H 2O pero no rompe moléculas. El malato tiene un OH oxidable.
8. cuando tengo el malato, viene la malato deshidrogenasa, que oxida la molécula y tiene el NAD+ como coenzima que se transforma en NADH y se forma en oxalacetato, este se transforma rápidamente a citrato con la unión de acetil CoA. Pero es reversible. Se forma el tercer NADH. Al finalizar produce 3 NADH, un FADH2 y un ATP. Cualquier molécula inhibidora en cualquier sitio de ciclo se inhibe todo el ciclo.
8. Indicar el número de moléculas de NADH, FADH2 y ATP que se producen por cada molécula de acetil CoA que entra al ciclo. Al finalizar produce 3 NADH, un FADH2 y un ATP.Cualquier molécula inhibidora en cualquier sitio de ciclo se inhibe todo el ciclo.
9. Explicar la regulación del ciclo del ácido cítrico. Regulación Se da principalmente a nivel de la citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α cetoglutarato deshidrogenasa. -Citrato sintasa: inhibida por 1. NADH, 2. Succinil CoA (se parece a la acetil CoA) citrato, es una reacción inhibida por su propio pr oducto, 3. ATP (efecto alostérico, no hay fosforilación. -Isocitrato deshidrogenasa es inhibida por ATP y estimulada por calcio y ADP, son efectores alostéricos. - α cetoglutarato deshidrogenasa: inhibida • 3 NADH ( 3 por 2,5 ATP) = 7,5 ATP por succinil CoA, NADH y estimulada por calcio. A
•
1 FADH2 (1 por 1,5 ATP) =
•
1 GTP ( ATP) =
1,5
1 10 ATP
diferencia del complejo piruvato deshidrogenasa esta no es regulada covalentemente solo alostéricamente.
Nota: en el ciclo de Krebs, uno de los intermediarios forma el grupo hem. 10. Explique
el
mecanismo
por
medio
del
cual
el
complejo
piruvato
deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. Mecanismo: Piruvato= α cetoácido 1.Primero actúa la E1, el piruvato es descarboxilado por E1, el CO 2 pasa al medio (disuelto como bicarbonato) el grupo que queda está pegado al TPP, es un grupo acetilo. 2. Catalizada también por E1. Le quita el grupo acetilo a TPP y se lo pasa al ácido lipoico. La TPP queda en su estado nativo. El ácido lipoico queda reducido. 3. E2 le quita al ácido lipoico el acetilo y se lo pasa a la CoA, la cual se tiene que acercar para poder recibir al grupo acetilo. Formándose la acetil CoA. El ácido lipoico queda reducido. 4.
Actúa
E3
que
es
una
flavoproteína. Oxida al ácido lipoico,
se
forma
enlace
disulfuro y el FAD pasa
a
FADH2 (reducido) 5. El FADH2 reducido le cede los equivalentes reductores al NAD+ y FADH2
forma NADH, y
vuelve
a
su
el
estado
nativo como FAD. Este paso es espontáneo. Las coenzimas asociadas al complejo vuelven a su estado nativo, pero las coenzimas solubles son las que sufren transformaciones. La CoA queda con el grupo acetilo y el NAD + queda como NADH. El acetil CoA se va al ciclo de Krebs para ser descarboxilado. Esta vía es catabólica y está catalizada por un complejo enzimático llamado piruvato
deshidrogenasa, formado por 3 enzimas (E 1, E 2, E 3) que a su vez tiene 5 coenzimas: la CoA, NADH (solubles), TPP, FAD y el ácido lipoico o lipoato (coenzimas insolubles)
La reacción es fuertemente irreversible, ∆G muy negativo, es una reacción muy exergónica. Acetil CoA no puede dar origen al piruvato, por eso los ácidos gr asos de número par.
11. Explique dónde ocurre y la función de la descarboxilación oxidativa del piruvato. Es una vía metabólica. El piruvato procedente de la glucosa o de aminoácidos en el citoplasma entra por transportadores específicos en la membrana interna de la mitocondria. Al entrar en la matriz mitocondrial ocurre la descarboxilación oxidativa del piruvato. Descarboxilación oxidativa se refiere a que se produce NADH que se va a la cadena
oxidativa para formar ATP . O sea el NADH se tiene que oxidar para que siga la reacción, por lo que es una vía dependiente de oxígeno, si no hay O 2 no se oxida el NADH y la descarboxilación oxidativa se detiene. Es una reacción aeróbica. Se da un reciclaje de las coenzimas.
12. Explique cómo se regula la descarboxilación oxidativa del piruvato. El complejo piruvato es inhibido por concentraciones elevadas de ATP . Si hay mucho ATP hay poco ADP. También es inhibida por su propio producto, o sea acetil CoA en alta concentración inhibe
al complejo. Además el NADH en gran cantidad y los ácidos grasos de cadena larga que al oxidarse producen mucho ATP. Concentraciones elevadas de AMP (poco ATP). La CoA estimula al igual que el NAD+. El calcio en el músculo esquelético es un activador. 1. Regulación covalente: el complejo tiene residuos de serina, entonces el complejo es regulado por fosforilación. La proteínquinasa actúa introduciendo un fosfato del ATP, pegándolo a un residuo de serina. Se forma ADP cuando se fosforila hay un cambio de conformación en el complejo que lo inactiva o inhibe. 2. El ATP, NAD y acetil CoA se unen con enlaces débiles o sitios diferentes del complejo para regularlo. Es importante tener claro que tanto la proteínquinasa como la fosfoproteín fosfatasa están pegados al complejo, o sea son parte del complejo. Nota: la gluconeogénesis (síntesis de glucosa a partir de complejos como el piruvato) a partir de compuestos no carbohidratos (después de 6hts de no comer). La acetil CoA viene mucho de los ácidos grasos, esto no puede dar origen a glucosa. No podemos hacerlo por la reacción irreversible de la descarboxilación oxidativa del piruvato. Si es un ácido graso impar se produce al final una molécula de propionil CoA el cual se transforma en intermediario de Krebs, que luego pueden formar glucosa.
Metabolismo de carbohidratos .
1. Explique la función carbohidratos:
a.
de
las
Glicólisis,
siguientes b.
vías
del metabolismo
Gluconeogénesis,
c.
de
Glucogénesis,
los d.
Glucogenólisis, y e. Vía Oxidativa de las Pentosas Fosfato. a.
Glicólisis: por esta vía la glucosa que se ingiere en la dieta o por degradación de glucógeno, esta glucosa se empieza a oxidar para obtener energía a partir de ella.
Ocurre: en citoplasma b.
Gluconeogénesis: Biosíntesis de glucosa a partir de compuestos
que no son
carbohidratos. Como lactato, piruvato, glicerol (intermediarios del ciclo del ácido cítrico). En períodos de inanición, después de muchos días de no comer el riñón empieza a producir bastante glucosa por gluconeogénesis, para ayudarle al hígado, pero normalmente el hígado quien tiene la función mas importante para producir glucosa por gluconeogénesis. Ocurre: en hígado y riñón. c.
Glucogénesis: Síntesis de glucógeno o glucogénesis.
Cuál es la finalidad de que el hígado sintetice glucógeno? R/ En el proceso de absorción de 2 a 4 horas después de comer esta llegando por la vena porta, procedente del intestino delgado una gran cantidad de glucosa. Esa glucosa que llega al hígado, el 60% de ella el hígado la transforma en glucógeno y el 40% restante va para circulación general. De 100 moléculas de glucosa que llegan al hígado procedentes de la digestión 60% se transforman en glucógeno y el resto va a circulación general. Una molécula de glucógeno hepático tiene alrededor de 60 000 glucosas, el hígado almacena ese glucógeno en el citoplasma junto con todas las enzimas responsables de su síntesis y de su degradación para tener una molécula que en el período de entre comidas, cuando no se esta comiendo, sea degradada de glucógeno a glucosa y mantenga los niveles de glucosa normales en sangre. Recordar que la glucosa esta continuamente siendo incorporada o muy a menudo siendo incorporada de la circulación general a los tejidos para ser oxidada o para llevar a cabo diversos procesos a partir de ella. Este es el fin del glucógeno hepático, contribuir a regular la glicemia en el período entre comidas. Otro sitio donde se produce glucógeno de forma importante es en el músculo esquelético. En el músculo esquelético el glucógeno se esta produciendo a partir de la glucosa de la circulación general. Este glucógeno va a tener la finalidad de contribuir a dar energía para la contracción muscular. El glucógeno muscular y la contracción muscular se transforma en Co2 y H2O + ATP.
La finalidad del glucógeno muscular no es producir glucosa como el del hígado, sino producir ATP. Las células musculares cuando consumen su glucógeno muscular tienen que volverlo a sintetizar. Este glucógeno muscular no depende tanto de la dieta, en cambio el glucógeno hepático si depende de la dieta. 24 horas después de no comer no hay glucógeno hepático pero siempre el glucógeno muscular se esta formando a partir de la glucosa de la dieta, esta glucosa que va a ser regulada en un caso de 24 horas después de no comer, va a ser regulada por gluconeogénesis. Ya para que al ser humano se le acabe el glucógeno muscular tiene que pasar varios días o semanas en inanición para que le afecte. La finalidad de ambos procesos es diferente.
Ocurre: en citoplasma. d.
Glucogenólisis: La finalidad de la vía es producir ATP, para la contracción muscular, el glucógeno muscular, no contribuye a la glucosa sanguínea. Ocurre: en hígado y músculo esquelético.
e. Vía Oxidativa de las Pentosas Fosfato: tiene dos funciones: 1.
Producción de NADPH para la síntesis de ácidos grasos y esteroides.
2.
Síntesis de pentosas.
3. Ocurre: en el citoplasma de ciertos tejidos: 1.Corteza de glándulas suprarrenales
2.Hígado
3.Testículo
4.Tejido adiposo
5.Ovario
6.Glándula mamaria
7.Glóbulo rojo
2. Describa la oxidación de la glucosa hasta CO 2 + H2O + ATP y explique cuántas moléculas de ATP se producen en este proceso. La oxidación aeróbica de la glucosa es: glucosa + oxígeno
Co2 + H2O. A partir
de la glucosa se obtiene el CO2 y el oxígeno del agua. La glicólisis en presencia de oxígeno que es la que normalmente esta ocurriendo en nuestro organismo la glucosa se transforma en piruvato. El cual (piruvato) es incorporado a través de un transportador a la matriz mitocondrial y de allí se sigue oxidando hasta CO2 y agua + ATP. El CO2 se produce empezando en la descarboxilación oxidativa del piruvato
y en el ciclo del ácido cítrico también. Este CO2 se va a la sangre y lo votamos cuando estamos respirando.
3. Explique la oxidación de la glucosa en ausencia de oxígeno. La oxidación anaeróbica de la glucosa es: glucosa
2-lactatos + 2 ATP. Los
menos 2 de la primera fase y los 4 de la segunda fase o sea 2 ATP.
Anaerobiosis: en ausencia de oxígeno. La glucosa va dar origen a dos lactatos + 2 ATP. La glicólisis no necesita oxigeno atmosférico porque puede ocurrir independiente de la cadena oxidativa. Entiéndase oxigeno atmosférico en la cadena oxidativa, como Kreps y la descarboxilación oxidativa del piruvato. De hecho la ventaja de esta vía es que es poco eficiente en cuanto a producción de ATP, porque el hecho de que una molécula de glucosa al transformarse en 2- lactato de origen nada más a dos moléculas de ATP es muy poco. Pero le permite al tejido seguir respirando en ausencia de oxígeno. Por ejemplo: si todas las vías fueran aeróbicas, en el momento que no llega oxígeno a la célula porque hay un bloqueo en un vaso sanguíneo y no llega sangre con oxígeno a la célula, el tejido muere instantáneamente. La glicólisis le permite al tejido seguir respirando por períodos cortos de tiempo, con lo que en un caso como el anterior la célula sigue respirando a pura glicólisis, la glucosa que le llega rápidamente la transforma en lactato para obtener el mayor número de
moléculas de ATP en el menor tiempo posible. Claro esta que si no se
restablece la circulación el tejido eventualmente muere. Aunque es una vía ineficiente en la producción de ATP le permite a la célula seguir respirando por períodos cortos de tiempo, sin oxígeno.
4. Explique la regulación alostérica y covalente de las vías citadas en la pregunta 1 de este capítulo. Glicólisis:
Regulación de la glicólisis:
Se regula en las tres reacciones fisiológicamente irreversibles: •
A nivel de la hexokinasa o glucokinasa.
•
A nivel de la fosfofructokinasa 1.
•
A nivel de la piruvato kinasa.
La regulación se da de a siguiente manera: •
A nivel de la hexokinasa: es inhibida por su propio producto (si hay mucha glucosa 6-fosfato esta misma inhibe a la hexokinasa. Recordar que la glucosa 6-fosfato también pude provenir del glucógeno.
A nivel de la glucokinasa: (estamos en hígado) Hay dos formas de regulación, dependientes una de la otra. La concentración elevada de glucosa hace que haya
suficiente glucosa para que la glucokinasa tenga la km apropiada para transformarla en glucosa 6-fosfato y a su vez la concentración elevada de glucosa favorece también el traspaso de la glucokinasa a que este en el citoplasma. Esto vendría a ser una regulación por Km, pero también por compartamentalización •
A nivel de la fosfofructokinasa 1: es una enzima alostérica, es regulada muy finamente. La fosfofructokinasa 1 es quien pone a trabajar o detiene a la glicólisis. Entonces elevadas concentraciones de ATP inhiben a la fosfofructokinasa 1. Es un inhibidor alostérico, o un modulador alostérico negativo. El citrato es un inhibidor alostérico
•
A nivel de la piruvato kinasa: Transforma el fosfoenol piruvato en piruvato. Esta regulación es covalente y alostérica. La regulación exclusivamente covalente ocurre únicamente en el hígado. En los otros tejidos solo hay regulación alostérica. En hígado puede ocurrir regulación covalente y alostérica y en los otros tejidos solamente alostérica.
•
PARA ESTIMULA O ACTIVAR: fructuosa 2,6 bifosfato, ADP y AMP.
Gluconeogénesis: La regulación del proceso se va a llevar a cabo en dos enzimas: •
la piruvato carboxilasa: la concentración de Acetil CoA proveniente de los ácidos grasos en tejido adiposo es elevada, por lo tanto esta inhibe al complejo piruvato deshidrogenasa, pero ella misma activa la piruvato carboxilasa.( en este caso la Acetil CoA actúa como un activador alostérico)
•
la fructosa 1,6 difosfatasa: va a ser inhibida por fructuosa 2,6 –bifosfato y por el AMP. La fructuosa 2,6–bifosfato no necesita estar en condiciones elevadas con solo que se sintetice se inhibe fructuosa 1,6 difosfatasa y por lo tanto se inhibe la gluconeogénesis. Si hay mucho citrato y ATP se estimula la vía anabólica.
•
La síntesis de la fructuosa 2,6–bifosfato depende en última instancia de hormonas.
Glucogénesis: •
Enzima
reguladora:Glucógeno
sintasa.
Activada
en
forma
covalente
por
defosforilación. cuando se fosforila se inactiva.
Glucogenólisis: La finalidad de la vía es producir ATP, para la contracción muscular, el glucógeno muscular, no contribuye a la glucosa sanguínea.
•
Enzima reguladora: Glucógeno fosforilasa. Cuando se fosforila se activa.
Vía Oxidativa de las Pentosas Fosfato:
La vía se regula por el NADPH. Este inhibe alostéricamente a la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa. Concentraciones elevadas de NADP+ activa la glucosa 6-fosfato deshidrogensa.
5. Con relación al NADH producido en la glicólisis, explique cómo se produce y las lanzaderas por medio de las cuales envía sus equivalentes reductores a la cadena oxidativa en ciertos tejidos. QUE LE PASA AL NADH DE LA GLICOLISIS? Características de este NADH: o
Es citosólico, producido en el citoplasma.
o
El NADH para entrar a la cadena oxidativa, por producirse en la matriz mitocondrial, le da los equivalentes reductores al complejo 1, y de allí se iba hasta el final. Cada NADH produce 2.5 moléculas de ATP en la cadena oxidativa.
o
El NADH tiene que atravesar la membrana interna de la mitocondria, para entrar a la matriz mitocondrial y no hay ningún sistema de transporte que introduzca al NADH. Entonces hay dos mecanismos llamados lanzaderas que se llevan a cabo para que el NADH entre a la matriz mitocondrial.
Lanzaderas del NADH producido en la glicólisis 1. Lanzadera del glicerol fosfato •
Músculo esquelético y cerebro
2. Lanzadera del malato-aspartato
•
Hígado, riñón y corazón.
6. Explique la importancia de la glicólisis como vía anaeróbica. Pero al referirse a glicólisis que esta ocurriendo en ausencia de oxígeno se debe entender por ejemplo glóbulo rojo, músculo esquelético en determinado momento. El glóbulo rojo no tiene mitocondrias, todo su metabolismo es anaeróbico, entonces lo que ocurre es que el NADH tiene que recuperarse en forma de NAD oxidado porque sino toda la vía se detiene. Entonces este NADH puede tener dos destinos: 1.
irse a la cadena oxidativa: una célula aeróbica o en presencia de oxígeno.
2.
irse al algún para ceder los equivalentes reductores para recuperarse en forma de NAD oxidado.
En los glóbulos rojos y en microorganismos anaeróbicos, el NADH cuando no hay oxigeno, no hay mitocondrias, no están funcionando las mitocondrias por falta de oxígeno, él como es una coenzima soluble, se separa del gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, se va ir y le va a ceder al piruvato (que es un alfacetoácido) los equivalentes reductores. Este NADH en
ausencia de oxígeno o anaerobiosis le va ceder los equivalentes reductores por medio de la enzima lactato deshidrogenasa, la cual actúa en ausencia de oxígeno.
7. Cite las formas por medio de las cuales se regula la glicemia. Hay 3 formas de regular l a concentración de glucosa en sangre: -
Con glucosa exógena, que es la glucosa que ingerimos en la dieta, y que proviene principalmente del almidón y la sacarosa.
-
Transformación (degradación) de glucógeno hepático en glucosa (dura de 18-24h en ayuno)
-
Gluconeogénesis: empieza a funcionar luego de 6h de no comer y sigue funcionando después de que se acaba el glucógeno, que se degrada en glucógeno hepático.
8. Explique qué es la glicogenia y su función. Hace algunos años encontraron la molécula que explica de donde salio la primera molécula de glucógeno, esta es la glicogenina que es una proteína. La función de la glicogenina es sintetizar el glucógeno por acción de la glucógeno sintasa, es una proteína que tiene actividad de enzima
9. Cite seis sustratos gluconeogénicos.
Sustratos gluconeogénicos (moléculas que se
convierten
en
glucosa
en
nuestro
organismo por gluconeogénesis):
•
El piruvato
•
Lactato
•
Mas todos aquellos
aminoácidos
que se van o pueden convertirse en intermediarios del ciclo del ácido cítrico o que pueden convertirse en piruvato. Se les llama aminoácidos glucogénicos porque tienen la capacidad ya sea de convertirse
en
piruvato,
alfa-
cetoglutarato, succinil – CoA, fumarato y oxalacetato. 10. Explique por qué la acetil CoA no es un sustrato gluconeogénico.
No olvidar que Acetil CoA no es un compuesto gluconeogénico o glucogénico. La única forma es que la acetil CoA se transforme en piruvato para ir a formar glucosa.Y eso no sucede.
11. Describa el consumo o producción de ATP por molécula sustrato que se convierte en producto en las vías citadas en la pregunta 1. Número de moléculas de ATP producidas en la oxidación de una molécula de glucosa
•
Oxidación aeróbica: típica reacción de oxido-reducción
•
Glucosa + 6 O2
•
Glucosa
•
2 piruvato
•
2 acetil CoA
→
→
6 CO2 + 6 H2O
2 piruvato
7 ATP
2 acetil CoA +2CO2
5 ATP
→
→
4 CO2
20 ATP
_________
•
32 /30 ATP
•
•
Oxidación anaeróbica:
•
Glucosa
→
2 lactato
2 ATP
30 ATP en músculo esquelético y cerebro 32 ATP en los demás tejidos a. Glicólisis: Produce 7 ATP b. Gluconeogénesis: consume 6 ATP c. Glucogénesis: Si viene como glucosa 6-fosfato consume un ATP. Si viene como glucosa libre 2 ATP.
12. Explique el Efecto Pasteur. Se refiere a que el oxígeno no es necesario para la glicólisis, e i ncluso en presencia de este elemento puede suprimirla indirectamente.
13. Explique el Ciclo de Cori o del Acido Láctico y su importancia. Hay una relación entre aquellos tejidos que producen lactato como producto final con el hígado. Aquí se toma en cuenta al músculo esquelético, durante el ejercicio intenso donde participan las fibras musculares de contracción rápida, entonces se produce lactato, él cual sale por un transportador a la sangre. Sale a circulación sanguínea, l lega al hígado. El hígado todo el lactato que le llega, bueno casi todo porque el proceso no es 100% efectivo, lo transforma en glucosa. Es como un recambio, el lactato entra por un transportador al hepatocito y éste lactato se transforma en piruvato y se va a formar glucosa, ésta sale y es exportada a la circulación. Esta glucosa llega otra vez al músculo, éste la transforma en glucógeno, después de ejercicio intenso se transforma en lactato. Es una relación o ciclo que hay entre aquellos tejidos que produzcan lactato, por ejemplo músculo esquelético o glóbulos rojos. El famoso ciclo de Cori o del ácido láctico se refiere a que el lactato es reutilizado para sintetizar glucosa por supuesto este proceso consume energía. Se necesita mucha glucosa para la contracción muscular, entonces el músculo produce glucógeno.
En la contracción rápida del ejercicio intenso el glucógeno se transforma en
lactato, el lactato es transportado y el hígado lo vuelve a transformar en glucosa y lo exporta para que el músculo vuelva a producir glucógeno.
14. Cite las reacciones exclusivas de la gluconeogénesis o las que no son compartidas con la glicólisis y cite las enzimas que las catalizan. La gluconeogénesis, a diferencia de la glicólisis, hay parte que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial (la primera reacción), el resto ocurre en el citoplasma de los hepatocitos.
1° Reacción: Gluconeogénesis a partir de piruvato 1.Conversión del piruvato en oxalacetato por acción de la piruvato carboxilasa
Estamos en la matriz mitocondrial,
el piruvato puede tomar dos vías: la catabólica (vía
oxidativa donde el piruvato se puede descarboxilar para formar acetil CoA Piruvato acetil CoA acetil CoA CO2 y H2O) o se puede ir a la vía anabólica o endergónica, que sería la
gluconeogénesis, a la que se le da énfasis en esta clase, el destino del piruvato de trasformarse en glucosa. La reacción consiste en la carboxilación del piruvato en oxalacetato, esta primera reacción es fisiológicamente irreversible. El piruvato que tiene tres carbonos va a incorporar el CO2 para transformarse en el oxalacetato (alfa cetoácido de 4 carbonos), por medio de la enzima piruvato carboxilasa (es un típico ejm de una ligasa y necesita a la biotina como coenzima, está en la matriz mitocondrial y va a necesitar energía para llevar a cabo esta reacción, la cual proviene de la hidrólisis del ATP). Como son 2 moléculas de bicarbonato y 2 de piruvato, se consumen 2 moléculas de ATP.
Síntesis de oxalacetato en la matriz mitocondrial
El oxalacetato formado tiene que salir al citoplasma porque el
resto de la reacción ocurre en el citoplasma. Al no haber ningún transportador que saque el oxalacetato al citoplasma, este se tiene que convertir primero en malato (por medio de la malato deshidrogenasa), que una vez formado, sale a través de la membrana interna de la mitocondria por un transportador específico, y en el citoplasma se transforma nuevamente en oxalacetato (por medio de la isoenzima, malato deshidrogenasa citoplasmática) [Las isoenzimas son distintas formas moleculares de una misma enzima que presentan o muestran especificidad por el mismo sustrato.]
Estas dos reacciones, desde el punto de vista de la gluconeogénesis, se pueden cancelar porque se dieron con el único f in de sacar el oxalacetato al citoplasma.
2° Reacción (es propia de la gluconeogénesis, ya que no la c omparte con la glicólisis) Reacción catalizada por la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (irreversible)
Una vez formado el oxalacetato viene una enzima llamada fosfoenolpiruvato carboxiquinasa y convierte las 2 moléculas de oxalacetato en fosfoenolpiruvato (reacción reversible) Se tiene el oxalacetato en lila, el CO2 que acaba de incorporar la piruvato carboxilasa en el piruvato. Ocurre una descarboxilación: el mismo CO2 que incorporó la piruvato carboxilasa, la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (que cataliza este paso) lo libera; quedando entonces un compuesto de tres carbonos y van a reaccionar dos moléculas de GTP que se transforman en GDP (cuya finalidad es ceder el fosfato que va a formar parte del fosfoenolpiruvato). Se logar aquí transformar el oxalacetato en fosfoenolpiruvato. Entonces la piruvato
carboxilasa
transformo
el
piruvato
en
oxalacetato
y
la
fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa transformo el oxalacetato en fosfoenolpiruvato. De esta manera se brinca el último paso en sentido contrario de la glicólisis, en el cual el fosfoenolpiruvato se transforma en piruvato. El fosfoenolpiruvato podría irse para diferentes vías, pero en este momento podría ser precursor de serina, císteina y glicina (como en el esquema), pero en realidad lo que nos interesa es que ese fosfoenolpiruvato se va a i r a la gluconeogénesis. Hasta el momento hemos gastado 2 ATP y 2 GTP. Se han gastado 4 fosfatos de elevada energía. En este caso éstos GTP se podrían
considerar desde el punto de vista de gasto
energético como si fueran ATP. Hasta el momento se han gastado “4 fosfatos de elevada energía para llegar hasta el fosfoenolpiruvato”. Ahora se va a ir en sentido contrario por todas las reacciones de la glicólisis que son reversibles: •
2 moléculas fosfoenolpiruvato se transforma en 2 moléculas de 2-fosfoglicerato
•
2 moléculas 2- fosfoglicerato se transforma en 2 moléculas de 3-fosfoglicerato
•
2 moléculas 3-fosfoglicerato se transforma en 2 moléculas 1,3 bifosfoglicerato, aquí se consumen 2 ATP, que son los últimos 2 fosfatos de elevada energía, (hasta aquí llevamos 6 fosfatos de elevada energía, para que dos moléculas de piruvato se transformen en una molécula de glucosa se gastan 6 fosfatos de elevada energía).
•
2 moléculas 1,3 bifosfoglicerato se transforman en 2 moléculas de gliceraldehído 3fosfato, es reversible, se gastan 2 moléculas de NADH.
•
Para que 2 moléculas de gliceraldehído 3-fosfato den origen a
una molécula de
fructuosa 1,6-difosfato, se necesita que una se transforme en dihidroxiacetonafosfato (como en la glicólisis). Aquí para que la Aldolasa A de origen a la fructuosa 1,6difosfato de esos dos gliceraldehído 3-fosfato uno de ellos se tiene que transformar en dihidroxiacetonafosfato, porque es una condensación aldólica.
3ª reacción: Hidrólisis de la fructosa-1,6-difosfato a fructosa-6-fosfato por acción de fructosa-1,6-difosfatasa
•
La fructosa-1,6-difosfato a fructosa-6-fosfato por acción de fructosa-1,6-difosfatasa (la cual es una enzima hidrolaza de fosfato, introduce agua y sale el fosfato inorgánico). Son irreversibles.
4.Hidrólisis de la glucosa-6-fosfato a glucosa por acción de la glucosa-6fosfatasa
•
La glucosa-6-fosfato a glucosa por acción de la glucosa-6-fosfatasa (hidrolaza de fosfato, que introduce agua y sale un fosfato inorgánico).Son irreversibles. La glucosa va a ser exportada del hígado y del riñón a la circulación general.
•
•
Fuertemente exergónica. la glucosa-6-fosfatasa también va a estar en el proceso en el cual el glucógeno se transforma en glucosa en el hígado.
15. Explique la función del UDP-glucosa en la glucogénesis. Todas las moléculas de glucosa
que van a formar parte del glucógeno se tienen que
transformar en UDP-Glucosa. Uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa).
El UDP-
glucosa va a ser el que va a donar las moléculas de glucosa que van a formar parte de glucógeno. La UDP-glucosa viene a ser el uracilo, ribosa, 2 fosfato + la glucosa. UDP-glucosa, viene a ser como un transportador de moléculas de glucosa. Recordar que estamos en el citoplasma.
16. Cite los tejidos que sintetizan glucógeno en forma importante y explique la función de la molécula en esos tejidos. Una molécula de glucógeno hepático tiene alrededor de 60 000 glucosas, el hígado almacena ese glucógeno en el citoplasma junto con todas las enzimas responsables de su síntesis y de su degradación para tener una molécula que en el período de entre comidas, cuando no se
esta comiendo, sea degradada de glucógeno a glucosa y mantenga los niveles de glucosa normales en sangre. Recordar que la glucosa esta continuamente siendo incorporada o muy a menudo siendo incorporada de la circulación general a los tejidos para ser oxidada o para llevar a cabo diversos procesos a partir de ella. Este es el fin del glucógeno hepático, contribuir a regular la glicemia en el período entre comidas. Otro sitio donde se produce glucógeno de forma importante es en el músculo esquelético. En el músculo esquelético el glucógeno se esta produciendo a partir de la glucosa de la circulación general. Este glucógeno va a tener la finalidad de contribuir a dar energía para la contracción muscular. El glucógeno muscular y la contracción muscular se transforma en Co2 y H2O + ATP. La finalidad del glucógeno muscular no es producir glucosa como el del hígado, sino producir ATP. Las células musculares cuando consumen su glucógeno muscular tienen que volverlo a sintetizar. Este glucógeno muscular no depende tanto de la dieta, en cambio el glucógeno hepático si depende de la dieta. 24 horas después de no comer no hay glucógeno hepático pero siempre el glucógeno muscular se esta formando a partir de la glucosa de la dieta, esta glucosa que va a ser regulada en un caso de 24 horas después de no comer, va a ser regulada por gluconeogénesis. Ya para que al ser humano se le acabe el glucógeno muscular tiene que pasar varios días o semanas en inanición para que le afecte. La finalidad de ambos procesos es diferente. Por peso o masa el hígado tiene mayor capacidad en sintetizar glucógeno por masa. El glucógeno se almacena en el citoplasma y esta totalmente hidratado. El hígado puede almacenar alrededor de un 4% de su masa en glucógeno nada más. Llega un momento en que en el citoplasma no cabe más glucógeno y de hecho el proceso esta totalmente regulado. El músculo puede almacenar alrededor de 1 al 2%, el músculo tiene menor capacidad por peso, por masa de
acomodar glucógeno. En realidad por tejido; el hígado tiene mayor
capacidad de almacenar glucógeno por peso, al final de cuentas va a haber más glucógeno muscular que glucógeno hepático. Hay más glucógeno muscular.
17. Explique la importancia de la Vía Oxidativa de las Pentosas Fosfato en: hígado, tejido adiposo, glándula mamaria durante la producción de leche, testículo, corteza de las glándulas suprarrenales y glóbulo rojo. Tejido 1.Corteza de glándulas suprarrenales
Función Síntesis de esteroides
2.Hígado
Síntesis de ácidos grasos y colesterol
3.Testículo
Síntesis de esteroides
4.Tejido adiposo
Síntesis de ácidos grasos
5.Ovario 6.Glándula mamaria 7.Glóbulo rojo
Síntesis de esteroides Síntesis de ácidos grasos Mantenimiento del glutation reducido
