METABOLISMO INTERMEDIARIO DE LA GLUCOSA

METABOLISMO INTERMEDIARIO DE LA GLUCOSA 1.- Concepto de Metabolismo. Transformaciones químicas y físicas que se desarrollan en los seres vivos sobre sus sustancias propias o incorporadas con el fin de obtener la energía necesaria para el desarrollo de sus funciones vitales y sintetizar sus componentes elementales. 2.- Fases del Metabolismo. 2.1.- Metabolismo = Catabolismo + Anabolismo 2.1.1- Catabolismo: reacciones de degradación de las moléculas nutritivas de alto contenido energético. 2.1.2- Anabolismo: reacciones de formación de los componentes celulares.

Rutas pentosas fosfato METABOLISMO INTERMEDIARIO DE LA GLUCOSA Glucógeno Glucógenogenesis Glucógenolisis Triglicéridos Pentosas y otros azúcares Glucosa Rutas pentosas fosfato Ácidos Grasos Glicerol Fosfato Hidroxicetona Fosfato Glucólisis Ciertos amionoácidos Glucóneogenesis 2 Piruvato D.O.P Acetil CoA Lactato .Ciclo de Krebs .Cadena de transporte de electrones . Fosforilación oxidativa ATP CO2 + H2O +

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

GLUCOLISIS. Generalidades Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Disfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato Definición: ATP ADP Vía catabólica que consiste en diez reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato con el objetivo de obtener energía para la célula. ATP ADP Ecuación General: Glucosa + 2NAD+ + 2Pi + 2ADP  2 Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O ∆G°’= -686 Kcal/mol 2NAD+ 2NADH Ubicación: 2Pi Ocurre en el citoplasma de todas las células. Anaeróbica estricta. 2ADP 2ATP Función: .- Generación de compuestos de alta energía (ATP y NADH+) para uso de la célula. .- Producción de intermediarios de 3C y 6 C, que se emplean en otras vías metabólicas. .- Producción del piruvato que ira a Ciclo de Krebs como parte de la respiración aeróbica. 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Disfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE CEBA O CONSUMO ENERGÉTICO ATP ADP 1.- Fosforilación de la Glucosa. ¿Por qué? ATP ADP E: Hexoquinasa / Glucoquinasa ∆G°= -3,99 Kcal/mol 2NAD+ 2NADH 2Pi Hexoquinasa: Glucoquinasa: Inhibida por altas concentraciones Afectada por altas concentraciones de Glucosa6-P de Fructosa6-P 2ADP 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Disfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE CEBA O CONSUMO ENERGÉTICO ATP ADP 2.- Isomerización de la Glucosa6-P. ATP ADP E: Glucosa6-P isomerasa 2NAD+ 2NADH 2Pi ∆G°= 0,41 Kcal/mol 2ADP 2ATP Definición de la geometría molecular 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Disfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE CEBA O CONSUMO ENERGÉTICO ATP ADP 3.- Fosforilación de la Frutosa6-P. Punto de Control ATP E: Fosfofructoquinasa1 ADP 2NAD+ 2NADH 2Pi ∆G°= -3,39 Kcal/mol 2ADP 2ATP Control Alostérico Inhibe: Activa: [ ATP] [ AMP] [ ADP] [ Citrato] [ F-6-P] [ NADH] [ F-2,6-bP] Ácidos Grasos 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – bifosfato 2GALP PDHA 2(1,3Disfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE CEBA O CONSUMO ENERGÉTICO ATP ADP 4.- Ruptura de la Frutosa1,6-biP. ATP ADP ∆G°= 5,69 Kcal/mol E: Aldolasa 2NAD+ 2NADH 2Pi 2ADP Fosfato de Hidroxiacetona Gliceraldehido 3-P 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Disfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE CEBA O CONSUMO ENERGÉTICO ATP ADP 5.- Intercoversión de triosas. ATP ADP E: Triosa Fosfato isomerasa 2NAD+ 2NADH 2Pi ∆G°= 1,79 Kcal/mol Fosfato de Hidroxiacetona Gliceraldehido 3-P 2ADP 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Bisfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE BENEFICIO ENERGÉTICO ATP ADP 6.- Fosforilación Oxidativa del Gliceraldehido 3-P . NAD+ NADH +Pi +H+ ATP ADP E:Gliceraldehido 3-P Deshidrogenasa ∆G°= 1,51Kcal/mol 2NAD+ 2NADH Gliceraldehido 3-P 1,3 Bifosfiglicerato 2Pi 2ADP 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Bisfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE BENEFICIO ENERGÉTICO ATP ADP 7.- Desfosforilación del 1,3 Bifosfoglicerato . ADP ATP ATP ADP E: Fosfoglicerato Quinasa ∆G°= -4,43Kcal/mol 2NAD+ 2NADH 1,3 Bifosfoglicerato 2Pi 3 Fosfiglicerato Fosforilación a nivel del sustrato 2ADP 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Bisfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE BENEFICIO ENERGÉTICO ATP ADP 8.- Isomerización del 3 Fosfoglicerato. ATP ADP E: 3 Fosfoglicerato Mutasa ∆G°= 1,05Kcal/mol 2NAD+ 2NADH 3 Fosfoglicerato 2Pi 2 Fosfiglicerato 2ADP 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Bisfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE BENEFICIO ENERGÉTICO ATP ADP 9.- Deshidratación del 2 Fosfoglicerato. ATP ADP E: Enolasa ∆G°= 1,79Kcal/mol 2NAD+ 2NADH 2 Fosfoglicerato 2Pi Fosfoenolpiruvato 2ADP 2ATP 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Reacciones Enzimáticas. Glucosa Glucosa 6-Fosfato Fructosa 6-Fosfato Fructosa 1,6 – difosfato 2GALP PDHA 2(1,3Bisfosfoglicerato) 2(3Fosfoglicerato) 2(2Fosfoglicerato) 2Fosfoenolpiruvato 2Piruvato FASE DE BENEFICIO ENERGÉTICO ATP ADP 10.- Síntesis de Piruvato. Punto de Control ADP ATP ATP ADP E: Piruvato Quinasa ∆G°= -7,05Kcal/mol 2NAD+ 2NADH Fosfoenolpiruvato 2Pi Piruvato 2ADP 2ATP Control Alostérico Inhibe: Activa: [ ATP] [ F-1,6-bP ] [ Acetil CoA] [ F-1,6-bP ] Ácidos grasos [ Fosfoenol Piruvato] 2H2O 2ADP 2ATP

GLUCOLISIS. Entrada de otros azúcares Hígado Galactosa Manosa-6-P UDP-Gal UDP-Glucosa Glucosa-1-P Glucosa Manosa Galactosa-1-P Fructosa Aldolasa Triosa Kinasa D-Gliceraldeido Piruvato

Destino del Piruvato Glucosa 2 Piruvato 2 Etanol + 2CO2 2 Lactato Glucólisis Condición Anaeróbica Condición Aeróbica Fermentación alcohólica (en levaduras) 2 Acetil-CoA Fermentación láctica: en el músculo, eritrocitos, en otras células.

Descarboxilación Oxidativa Complejo Piruvato Deshidrogenasa (PDH) del Piruvato. Complejo Piruvato Deshidrogenasa (PDH)

Descarboxilación Oxidativa Regulación Alostérica de la enzima del Piruvato. Regulación Alostérica de la enzima Coenzima A Piruvato Acetil CoA Control Alostérico Inhibe: Activa: [ Acetil CoA] [ NAD ] [ NADH] [ AMP ] [ ATP]

Ciclo del Ácido Cítrico Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos Ciclo de Krebs Ciclo del Ácido Cítrico Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos

CICLO DE KREBS. Generalidades. Definición: Vía anfibólica ,llevada a cabo en las mitocondrias (seres eucariotas) y en citoplasma (seres procariotas), que consiste en un conjunto de reacciones enzimáticas consecutivas que forman parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. Ecuación General: AcetilCoA + 3NAD + 1FAD + 1GDP + 1Pi + 2H20  CoA + 3NADH+ 3H + 1FADH2 + 1GTP + 2CO2 Funciónes: .- Es la ruta central oxidativa (catabolismo) de los carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos a fin de recuperar energía utilizable (NADH, FADH2 y GTP). .- Proporcionar precursores para la producción de proteínas y ácidos nucleicos (anabolismo) .- Dirige el exceso de energía hacia la síntesis de ácidos grasos permitiendo así el almacenamiento energético. .- En el catabolismo de la glucosa busca descomponer el Acetil-CoA hasta CO2 obteniendo energía.

CICLO DE KREBS. Reacciones enzimáticas. Acetil-CoA 1.- Citrato sintetasa CoASH H2O 2.- Acotinasa Oxalacetato Citrato 1 3.- Isocitrato deshidrogenasa 2 H2O 8 NADH + H+ Isocitrato 4.- α-Cetoglutarato deshidrogenasa NAD+ NAD+ 5.- Succinil-CoA sintetasa 3 Malato NADH + H+ CO2 6.- Succinato deshidrogenasa H2O 7 α - Cetoglutarato Fumarato CoASH 7.- Fumarato hidratasa NAD+ FADH2 4 NADH + H+ GTP 8.- Malato deshidrogenasa CO2 FAD 6 GDP+Pi CoASH Succinato Succinil-CoA 5

CICLO DE KREBS. Productos de importancia energética. AcetilCoA + 3NAD + 1FAD + 1GDP + 1Pi + 2H20  CoA + 3NADH + 3H + 1FADH2 + 1GTP + 2CO2

Ciclo de Krebs. Reacciones Anapleróticas. Reacciones anapleroticas o de relleno: son aquellas reacciones que forman intermediarios del Ciclo de Krebs a fin de asegurar concentraciones adecuadas de estos y evitar interrupciones en el ciclo. Piruvato + HCO3 + ATP Oxalacetato + ADP + Pi Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP Oxalacetato + GTP Piruvato + HCO3 + NAD(P)H Malato + NAD(P)+ Glutamato + NAD+ + H2O α-Cetoglutarato+NH4++ NADH+H+

Ciclo de Krebs. Reacciones Anapleróticas.

CICLO DE KREBS. Regulación alostérica. AcetilCoA + 3NAD + 1FAD + 1GDP + 1Pi + 2H20  CoA + 3NADH + 3H + 1FADH2 + 1GTP + 2CO2

Ciclo de Krebs. Función Anabólica. Ácidos grasos Esteroles Cuerpos cetónicos Acetil-CoA Purinas Aminoácidos Porfirinas (hemo) Piruvato Glucosa Pirimidinas Ciclo de Krebs

Lanzadera del malato-aspartato Destino del NADH producido en el citosol. Lanzadera del malato-aspartato Oxalacetato Aspartato Glutamato α-cetoglutarato Malato CITOSOL MATRIZ

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA CADENA RESPIRATORIA (Transporte de Electrones) Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

CADENA RESPIRATORIA. Generalidades. Definición: Proceso que involucra el transporte de electrones a través de 4 complejos enzimático o transportadores con el objetivo final de producir ATP. Ubicación: .- Membrana interna mitocondrial (animales eucariotas). .- Membrana citoplasmática (seres procariotas). .- Membrana de tilacoides (plantas) Función: .- Crear un gradiente electroquímico que se usa para la síntesis de ATP. . Flujo de electrones entre sustancias individuales. . Traslocación de protones (H+) en contra de un gradiente. . Uso del gradiente electroquimico para la produción de ATP.

Organización de la Cadena. CADENA RESPIRATORIA. Generalidades. Organización de la Cadena. Espacio intermembrana NADH deshidrogenasa Succinato deshidrogenasa Complejo citocromo bc1 Citocromo oxidasa Matriz

Complejos enzimáticos. CADENA RESPIRATORIA. Generalidades. Complejos enzimáticos. Complejo enzimático Numero de subunidades Grupo prostético I = NADH deshidrogenasa 42 FMN, Fe-S (NADH:Ubiquinona oxidoreductasa) II = Succinato deshidrogenasa 5 FAD, Fe-S III =Ubiquinona: Citocromo C 11 Heme, Fe-S Oxidoreductasa (Complejo citocromo b c1) Citocromo C 1 Heme IV= Citocromo Oxidasa 13 Heme, Cu

Espacio intermembrana [H+]P Matriz micondrial [H+] N CADENA RESPIRATORIA. Acciones. Transporte de electrones y Traslocación de protones. Espacio intermembrana [H+]P FAD (Fumarato) FADH2 (Succinato) Matriz micondrial [H+] N

CADENA RESPIRATORIA. Acciones. Reacciones de los complejos enzimáticos. Enzima respiratoria Par redox  Potencial medio  (Volts)  NADH deshidrogenasa NADH+H+/ NAD+ −0,32  Succinato deshidrogenasa FADH2 o FMNH2 / FAD o FMN −0,20  Complejo del citocromo bc1 Coenzima Q10ox / Coenzima Q10red +0,06 Citocromo box / Citocromo bred +0,12  Complejo IV Citocromo cox / Citocromo cred +0,22 Citocromo aox / Citocromo ared +0,29 O2 / HO- +0,82

CADENA RESPIRATORIA. Inhibición. Sustancias inhibidoras de la cadena. Rotenona Antimicina A Cianuro y CO

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. ADP + Pi + 4H+Esp. Inter. ATP + H2O + 4H+matriz E: ATP sintasa ∆G°= 7,3kcal El flujo de H+ por dentro de la proteína ATP sintasa (un rotor molecular) produce la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. Enzima = ATP sintasa. Matrix Espacio intermembrana F1 F0 H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. Teoría Quimiostómica de Mitchel Espacio íntermembrana Succinato Fumarato Potencial Químico (alcalino en el interior) Potencial Eléctrico (negativo en el interior) Matriz mitocondrial Síntesis de ATP (Fuerza motriz de protones)

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. Inhibición Inhibición de la ATP sintasa Flujo de Protones Cianuro CO Antimicina A Rotenona Amital Oligomicina 2,4 Dinitrofenol Dicumarol

Producción de ATP por Molécula de Glucosa oxidada en condición aeróbica.

Producción de ATP por Molécula de Glucosa oxidada en condición aeróbica. GTP 28 ATP 32 ATP (total)

OXIDACIÓN DEL PIRUVATO EN PRESENCIA DE 02 4 ATP Glucosa GLUCOLISIS 2 H2O 2ATP 2 NADH OXIDACIÓN DEL PIRUVATO 2 NADH 2 CO2 CICLO DE KREBS (Ciclo del citrato) 2 FADH2 6 NADH 2 H2O 4 CO2 2 GTP 2 ATP CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO O2 RENDIMIENTO TOTAL 32 ATP 28 ATP

EN AUSENCIA DE 02 GLUCOLISIS FERMENTACIÓN RENDIMIENTO TOTAL 2 ATP Glucosa GLUCOLISIS 2 H2O 2ATP 2 NADH FERMENTACIÓN 2 Lactato 2 CO2 2 Etanol RENDIMIENTO TOTAL 2 ATP

Rutas pentosas fosfato Cadena de transporte de electrones METABOLISMO INTERMEDIARIO DE LA GLUCOSA Glucógeno Glucógenogenesis Glucógenolisis Triglicéridos Pentosas y otros azúcares Glucosa Rutas pentosas fosfato Ácidos Grasos Glicerol Fosfato Hidroxicetona Fosfato Glucólisis Ciertos amionoácidos Glucóneogenesis 2 Piruvato D.O.P Acetil CoA Lactato Ciclo de Krebs Cadena de transporte de electrones ATP CO2 + H2O +

VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO O LANZADERA DE PENTOSAS FOSFATO

VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. Generalidades Definición: Proceso catabólico, regulado por la insulina, en el cual la GLUCOSA es transformada en PENTOSAS (Ribosa) u otros componentes del metabolismo generando potencial reductor en forma de NADPH+H. Ecuación general: 3Glucosa6-P + 6NADP+ + 3H2O  6NADPH +6H+ + 2Fructosa6-P + 2Gliceraldehido3-P + 3CO2 Ubicación: .- Ocurre en el citoplasma. . Fase oxidativa (formación del NADPH+H). . Fase de interconversión de nomosacaridos. Importancia metabólica: .- Fuente de formación de NADPH+H. .- Único mecanismo de formación de PENTOSAS. .- Formación de monosacaridos de diferentes números de carbono para otras rutas metabólicas.

VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. Reacciones Fase Oxidativa El NADPH+H formado se emplea en: .- Síntesis reductiva de ácidos grasos y colesterol. .- Mantenimiento del Glutatión reducido en sangre (antioxidante). .- Hidroxilación de los neurotrasmisores.

VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. Reacciones. Fase de interconversión de monosacáridos Fructosa6-P Glucolisis Gliceraldehido3-P Sedoheptulosa7-P Ribosa 5-P Eritrosa4-P Xilulosa5-P Ribulosa5-P Gliceraldehido 3-P Xilulosa5-P Glucolisis Fructosa6-P

Rutas pentosas fosfato Cadena de transporte de electrones METABOLISMO INTERMEDIARIO DE LA GLUCOSA Glucógeno Glucógenogenesis Glucógenolisis Triglicéridos Pentosas y otros azúcares Glucosa Rutas pentosas fosfato Ácidos Grasos Glicerol Fosfato Hidroxicetona Fosfato Glucólisis Ciertos amionoácidos Glucóneogenesis 2 Piruvato D.O.P Acetil CoA Lactato Ciclo de Krebs Cadena de transporte de electrones ATP CO2 + H2O +

METABOLISMO DEL GLUCÓGENO

UDP Glucosa pirofosforilasa Glucógeno Fosforilasa GLUCOGENOGENESIS Y GLUCOGENOLISIS. Exterior de la célula Glucosa sanguínea Hexoquinasa Glucosa Fosfatasa (hígado, riñón, intestino delgado) Glucosa 6 Fosfato Fosfoglucomutasa Fosfoglucomutasa Glucosa 1 Fosfato UDP Glucosa pirofosforilasa Glucógeno Fosforilasa y Amilo 1,6 glucosidasa UDP Glucosa Interior de la célula Glucógeno Sintetása y Enzima ramificante Glucogenogenesis Glucogenolisis GLUCÓGENO

GLUCOGENOGENESIS . Secuencia de reacciones.

Rutas pentosas fosfato Cadena de transporte de electrones METABOLISMO INTERMEDIARIO DE LA GLUCOSA Glucógeno Glucógenogenesis Glucógenolisis Triglicéridos Pentosas y otros azúcares Glucosa Rutas pentosas fosfato Ácidos Grasos Glicerol Fosfato Hidroxicetona Fosfato Glucólisis Ciertos amionoácidos Glucóneogenesis 2 Piruvato D.O.P Acetil CoA Lactato Ciclo de Krebs Cadena de transporte de electrones ATP CO2 + H2O +

GLUCONEOGENESIS. Generalidades Definición: Proceso anabólico que permite la síntesis de glucosa a partir de sustancias no glucosídicas. Ecuación general: 2 Piruvato + 4 ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O  Glucosa + 4 ADP + 2GDP + 2NAD+ +6Pi Ubicación: Nivel celular Nivel órganos .- Primera fase mitocondrias .- Hígado .- Segunda fase citoplasma Importancia metabólica: .- Proveer glucosa durante los periodos de ayunos (mayores a 18 horas). .- Mecanismo de obtención de glucosa para animales que no consumen carbohidratos

GLUCONEOGENESIS. A partir del Piruvato.

GLUCONEOGENESIS. Control alostérico. Glucosa 6 Fosfatasa

GLUCONEOGENESIS. A partir de Lactato. Ciclo de Cori

REGULACIÓN HORMONAL DEL META BOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS HORMONAS .- Insulina: estimula la entrada de glucosa de la sangre a la célula, por lo que estimula la Glucogenogenesis. .- Glucagón: estimula la hidrólisis del Glucogeno para liberar glucosa y la salida. .- Adrenalina: acción igual al glucagon. .- Tiroxina: estimula la Gluconeogénesis. .- Cortisol: estimula la Gluconeogénesis .- Hormona de crecimiento: estimula la Gluconeogénesis