Lehninger Principles of Biochemistry David L. Nelson and Michael M. Cox Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition Chapter 14: Glycolysis, Gluconeogenesis, and the Pentose Phosphate Pathway Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

GLUCOSA Oxidación completa  CO2 + H2O = -2,840 kJ/mol Almacenamiento como polímero: almidón, glucógeno Si se requiere : degradación de polímero y producción de ATP Precursor E. coli: todos los a.a., nucleótidos, coenzimas, ac. grasos, etc Plantas y animales: Almacenamiento Oxidación a 3C x glicólisis Oxidación x vía pentosas: ribosa 5P + NADPH

GLICOLISIS Junto con Otto Warburg elucidaron la vía en levaduras Elucidaron la vía en músculo en 1930s

Resumen de clase Vista General de la Glicolisis Reacciones Acopladas en Glicolisis Primera Fase de Glicolisis Segunda Fase de Glicolisis Destino Metabólico de NADH y Piruvato Vías Anaeróbicas para Piruvato

Vista General de Glicolisis La Vía de Embden-Meyerhof (Warburg) Esencialmente toda célula lleva a cabo glicolisis 10 reacciones – las mismas en todas las células – pero las velocidades son diferentes 2 fases: Primera fase convierte glucosa a dos G-3-P Segunda fase produce dos piruvatos Productos son piruvato, ATP y NADH Tres posibles destinos para piruvato

Acetil CoAciclo Krebs Lactato Etanol (fermentación)

Vista General de Glicolisis Fase Preparativa: Glucosa es Pi x ATP en C6 G6P  F6P F6P es Pi x ATP  F1,6P2 F1,6P2 es cortado en: DHAP + G3P DHAP  a G3P FIN DE PRIMERA FASE (se invierte energía) Segunda Fase (pago) : Oxidación y Pi de G3P 1,3bisfosfoglicerato 7-10 1,3bisfosfoglicerato   Piruvato Formación de ATP a partir de ADP FIN DE GLICOLISIS: ATP: -1-1+ (1+1)X2 = 2 ATPs 2 NADH

Intermediarios Fosforilados Por qué? 9 intermediarios en la vía hasta piruvato fosforilados Funciones posibles: Membrana carece de transportadores para azúcares Pi-ladas  no pueden dejar la célula  no se gasta energía en mantenerlos adentro a pesar de D de concentración Grupos fosforilo: componentes esenciales para conservación de e; se forman compuestos fosforilados de alta e 3. Unión de Pi a sitio activo de enzimas disminuye e de activación y  especificidad de rxn.

Importancia de la presencia de Pi para estimular glicólisis Glucosa + extracto levadura: Hexosa bisPi: “éster de Harden y Young” = F1,6P2

Primera Fase de Glicolisis La primera reacción - fosforilación de glucosa Hexokinasa o glucokinasa Es una reacción de preparación/cebado – se consume ATP para luego obtener más ATP hace que la fosforilación de glucosa ocurra de manera espontanea Reacción IRREVERSIBLE

Hexokinasa 1er paso en Glicólisis; G alto y negativo Hexokinasa (y glucokinasa) actúan para fosforilar glucosa y mantenerla dentro de la célula (también manosa y fructuosa) Km para glucosa is 0.1 mM; célula tiene 4 mM glucosa de esta forma hexokinasa está normalmente activa! Glucokinasa (Kmglucose = 10 mM) sólo se enciende cuando la célula tiene condiciones abundancia de glucosa, también se llama Hexokinasa IV Hexokinasa está regulada - alostéricamente inhibida x G-6-P (producto) (Glucokinasa No)– pero éste NO es el sitio más importante para la regulación de la glicólisis

Reacción 2: Fosfoglucoisomerasa Glucosa-6-P a Fructosa-6-P Por qué ocurre esta reacción?? Siguiente paso (fosforilación en C-1) es difícil para un hemiacetal como existe en la Glucosa, pero es más fácil para un OH primario (como ocurre en la fructuosa) isomerización activa a C-3 para corte en reacción de la aldolasa (2 rxns + abajo): aldolasa requiere carbonilo en C2

3ra Rx:. Fosfofructoquinasa (PFK)

Rx 3: Fosfofructokinasa PFK es el paso de control en la glicolisis! La segunda reacción de “cebado” de la glicolisis PFK está altamente regulada ATP inhibe PFK, AMP revierte inhibición Citrato es también un inhibidor alosterico Fructosa-2,6-bisfosfato es alostérico PFK incrementa su actividad cuando estado energético es bajo en la célula PFK disminuye su actividad cuando estado energético es alto

Rx 4: Aldolasa C6 se parte en dos C3s (DHAP, Gly-3-P)

Rx 5: Triosa Fosfato Isomerasa DHAP convertida a Gly-3-P Un mecanismo eno-diol parecido a Rx 2 Ahora: C1, C2 y C3 de glucosa son indistinguibles de C4, C5 y C6

Glicolisis - Segunda Fase Energía metabólica produce 4 ATP Producción Neta de ATP por glicolisis es dos ATP Segunda fase implica dos intermediarios fosfato de alta energía . 1,3 BPG Fosfoenolpiruvato

Rx 6: Gly-3-Dehidrogenasa

Rx 7: Fosfoglicerato Kinasa Sintesis de ATP a partir de fosfato de alta energía

Rx 8: Fosfoglicerato Mutasa Grupo Fosforilo de C-3 a C-2 Racional para esta enzima - reponer el fosfato para hacer PEP

Rx 9: Enolasa 2-P-Gly a PEP G total es 1.8 kJ/mol Cómo esta reacción puede generar PEP? " Contenido Energético " de 2-PG y PEP son similares Enolasa sólo reacomoda a la molécula hacia una forma que puede proporcionar más energía por su hidrólisis

PEP a Piruvato produce ATP Rx 10: Piruvato Kinasa PEP a Piruvato produce ATP Los 2 ATP (a partir de 1 glucosa) pueden ser considerados el "pago" de la glicolisis DG negativo alto - regulación! Alostéricamente activado por AMP, F-1,6-bisP Alostéricamente inhibido por ATP y acetil-CoA

El Destino de NADH y Piruvato Aeróbico o anaeróbico?? NADH es energía - 2 posibilidades: Si hay O2 disponible, NADH es re-oxidado en vía de transporte electrónico, generando ATP en la fosforilación oxidativa En condiciones anaeróbicas, NADH es re-oxididado por lactato deshidrogenasa (LDH), proporcionando un NAD+ adicional para más glicólisis

El Destino de NADH y Piruvato Aeróbico o anaeróbico?? Piruvato también es energía : - 2 posibilidades: aeróbico: ciclo del ácido cítrico (Krebs) anaeróbico: LDH produce lactato

Energética de la Glicólisis Ver Tabla en siguiente slide Valores de G en estado standard están distribuídos entre + y - G en células : Muchos valores cerca a cero 3 de 10 Rxns tienen G grandes y negativos Rxns con G grande y negativo: sitios de regulación!

Reacción Enzima Origen PM Subun. DGo’ Keq DG kJ/mol a 25 ºC kJ/mol GluG6P HK mamífero 100 kDa 1 -16.70 850 -33.9 levadura 55 kDa 2 GK hígado 50 kDa 1 Glu6PF6P PGIsom humano 65 kDa 2 +1.67 0.51 -2.92 F6P F1,6P2 PFK músc. conejo 78 kDa 4 -14.20 310.0 -18.8 F1,6P2 DHAP+G3P FbPAld músc. conejo 40 kDa 4 +23.90 6.43x10-5 -0.23 DHAP G3P TPIsom músc. pollo 27 kDa 2 +7.56 0.0472 +2.41 G3P+ Pi+NAD 1,3BPG G3PDH músc. conejo 37 kDa 4 +6.30 0.0786 -1.29 1,3BPG 3PG + ATP PGkinasa mús. conejo 64 kDa 1 -18.90 2,060 +0.1 3PG 2PG PGMut mús. conejo 27 kDa 2 + 4.40 0.169 +0.83 2PG PEP Enolasa mús. conejo 41 kDa 2 +1.80 0.483 +1.10 PEP Pyr+ATP PK músc. conejo 57 kDa 4 -31.70 3.63x105 -23.0 Pyr+NADH Lact LDH músc. conejo 55 kDa 4 -25.20 2.63x104 -14.8 DG calculado para 37 ºC (310 ºK) y concentraciones intracelulares de metabolitos = a las del eritrocito -10.37 vs. -54.63 -5.97 vs. -53.80 Segunda Fase -4.17 vs. -52.70 -35.87 vs. -75.70 -61.07 vs. 90.50 -15.03 vs. -36.82 -29.23 vs. -55.62 Primera Fase -5.33 vs. -55.85 +2.23 vs. -53.44 +8.53 vs. -54.73

Otros Sustratos para la Glicolisis Fructosa, manosa y galactosa Fructosa y manosa pueden ir hacia la glicólisis por vías convencionales Galactosa es más interesante – la vía Leloir "convierte" galactosa a glucose

POLISACARIDOS EN LA DIETA Dextrina + nH2O  n D-Glucosa Dextrinasa Maltosa + H2O  2 D-Glucosa Maltasa Lactosa + H2O  D-galactosa + D-glucosa Lactasa Sucrosa + H2O  D-fructuosa + D-glucosa Sucrasa Trehalosa + H2O  2 D-glucosa Trehalasa

Para Revisar : Metabolismo energético en células cancerosas Box 14-1 Lehninger- atletas, cocodrilos y celacantos: qué tienen en común y qué es la deuda de oxígeno Fermentación alcóholica en levaduras