La Gluconeogénesis Síntesis de glucosa a partir de compuestos no glucidicos.

Utiliza varias de las mismas enzimas de la Glicólisis. 3 reacciones de la glicólisis tienen un Δ G< 0

esencialmente irreversibles Hexoquinasa

FosfofructoquinasaPiruvato quinasa.

Estos pasos deben ser “bypaseados” en la Gluconeogénesis.

ocurre principalmente en el citosol de la célula .

La Gluconeogénesis• Fuente alterna de glucosa adicional a la glucosa

dietaria y a la degradación del glucogeno.

• Una via similar a la reversión de la Glicólisis pero difiere en sitios críticos. Así, no son simples reversiones una de la otra.

  El control de estas vias opuestas es recíproco.

Las condiciones fisiológicas que favorecen una, desfavorecen la otra y viceversa.

Pasos Irreversibles (claves) de la Vía Glicolítica

Glucosa

Fructosa 6-P

Glucosa 6- P

Fructosa 1,6-bi P

Fosfoenolpiruvato Piruvato

HEXOQUINASA

FOSFOFRUCTOQUINASA

PIRUVATOQUINASA

Enzimas regulatorias

Gluconeogénesis• Ocurre bajo condiciones de ayuno o ayuno prolongado

• Fuente de glucosa sanguinea luego que las reservas de Glucógeno son agotadas.

• El lugar de la gluconeogénesis y la fuente de precursores depende de la duración del ayuno:

> El hígado es el lugar luego de un ayuno corto> El riñón es el lugar luego de un ayuno prolongado (24h>)> I.Delgado > 48h ayuno y estados diabéticos

La producción de glucosa es costosa energéticamenteEntran: 2 piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH

Salen: glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 Pi

 Por que producimos glucosa?

a) Necesitamos mantener los niveles de glucosa en sangre en un rango estrecho.

b) Algunos tejidos-- cerebro, eritrocitos y músculo en ejercicio usan glucosa a una tasa rápida y algunas veces requieren glucosa adicional a la glucosa dietética. Tambien otros tejidos como la médula renal y testiculos

[El cerebro y los eritrocitos solo usan glucosa como fuente de energia]

glucosaglucosa

Glucógeno(reserva de glucosa de fácil acceso junto a la existente en fluidos corporales) piruvato

AminoácidosGlicerol, piruvato

lactatoEn ayunotemprano

En ayunoprolongado

Propionato La gluconeogénesis

está activa permanentemente

en rumiantes:

Principales fuentes de Carbono:

glicerol – producto de la degradación de los triacilgliceroles en el tejido adiposo; relativamente poca contribución a la gluconeogénesis

lactato – la glucosa puede venir del lactato o piruvato

aminoácidos – de la dieta y principal fuente de Carbono durante la proteólisis muscular (ayuno prolongado)

Propionatos- hidrólisis de proteínas, ac. Grasos. En rumiantes por fermentacion m/o rumen

Hígado: el sitio principal para la Gluconeogenesis

La gluconeogénesisestá activa

permanentemente

en rumiantes:

Propionato

Bypass de la Piruvatoquinasa

Piruvatoquinasa (Glicolisis) cataliza: fosfoenolpiruvato + ADP piruvato + ATP

Por el bypass de la reacción de la Piruvatoquinasa, se requiere la ruptura de 2 ~P

El ΔG para la ruptura de un solo enlace ~P del ATP es insuficiente para llevar a cabo la sintesis de fosfoenolpiruvato (FEP).

FEP tiene un ΔG negativo mucho mas alto que el ATP.

Bypass de la Piruvatoquinasa (2 reacciones):Piruvato Carboxilasa (Gluconeogenesis, mitoc.) cataliza:piruvato + HCO3

- + ATP oxaloacetato + ADP+Pi

(reaccion anaplerótica, en la matriz mitocondrial, el oxalacetato debe pasar al citosol)

FEP Carboxiquinasa (Gluconeogenesis, citosol) cataliza:oxalacetato + GTP FEP + GDP + CO2

Piruvato CarboxilasaFEPiruvato

Carboxiquinasa

piruvato oxalacetato FEPiruvato

biotina

GluconeogénesisPiruvato Carboxilasa (mitocondrial

Oxalacetato

Piruvato

Oxalacetato

Fosfoenolpiruvato

FEP Carboxiquinasa

contiene biotina).

(Citosólica).

Neto: Piruvato+ATP+GTP FEP+GDP+ADP+Pi

Cuando la gluconeogenesis es activa en el higado, el oxalacetato es desviado para sintetizar glucosa. La falta de Oxalacetato impide al acetil CoA su entrada al CK. El incremento en la [acetil CoA] activa la Piruvato Carboxilasa para que sintetize mas oxalacetato.

Piruvato Carboxilasa (piruvato oxalacetato) es alostericamenteActivada por acetil CoA. [Oxalacetato] tiende a ser limitante para el CK

Glucose-6-phosphatase glucose-6-P glucose Gluconeogenesis Glycolysis pyruvate fatty acids

acetyl CoA ketone bodies oxaloacetate citrate

Krebs Cycle

oxalacetato

Acetil-CoA

glucosaGlicolisis

Cuerpos cetonicos

Ciclo de Krebs

Ac.grasos

Glucosa 6-fosfatasa

Bypass de la Piruvatoquinasa (2 reacciones):

Contribuyendo a la espontaneidad de estos 2-pasos:La energia libre de un enlace ~P del ATP es conservado en la reaccion de carboxilacion. La descarboxilacion espontanea contribuye a la espontaneidad de la 2da reaccion. La ruptura de un segundo enlace ~P del GTP tambien contribuye a dirigir la sintesis de FEP.

piruvato oxalacetato FEPiruvato

Piruvato CarboxilasaFEPiruvato

Carboxiquinasa

Mg+2

Fosfofructoquinasa (Glicolisis) cataliza: fructosa-6-P + ATP fructosa-1,6-bisP + ADP

Fructosa-1,6-bifosfatasa (Gluconeogenesis) cataliza: fructosa-1,6-bisP + H2O fructosa-6-P + Pi

fructosa-1,6-bifosfato fructosa-6-fosfato

Fructosa-1,6-bifosfatasa

CH2OPO32

OH

CH2OH

HOH H

H HOO

CH2OPO32

OH

CH2OPO32

HOH H

H HOO

H2O

6

5

4 3

2

1

+ PiMg+2

Dos reacciones de la Glicolisis son “bypassed” por simples reacciones de hidrólisis:Hexoquinasa (Glicolisis) cataliza:

glucosa + ATP glucosa-6-phosphate + ADPGlucosa-6-fosfatasa (Gluconeogenesis-higado) cataliza:

glucosa-6-fosfato + H2O glucosa + Pi

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH

HH O

OH

H

OHH

OH

CH2OPO32

H

OH

HH2O

1

6

5

4

3 2

+ Pi

glucosa-6-fosfato glucosa

Glucosa-6-fosfatasa

Mg+2

(Cerebro y músculo esquelético carecen de esta enzima)

Potenciales vías del PiruvatoEl Piruvato puede serliberado como Lactatopor algunos tejidos (Ej. Músculo) y reconvertido a Glucosa vía gluconeogénesis(Ciclo de Cori)

Alternativamente, el Piruvato puede puede ser convertidoa Acetil CoA y entrar al C de K para su completa oxidación

Ciclo de Cori, se activa bajo ejercicio extenuante

Para un breve requerimiento de ATP, las células musculares utilizan ~P almacenado como fosfocreatina. Para un trabajo muscular por más tiempo, el ATP es principalmente provisto por la Glicólisis.

Hígado Músculo

Lactato Lactato

SangreEl Ciclo de Cori opera durante el ejercicio, cuando el metabolismo aeróbico en el músculo no puede satisfacer las necesidades energéticas.

(Gluconeogenesis) (Glucólisis)

El costo del Ciclo de Cori en el higado son 6 ~P por cada 2 ~P disponibles en el musculo. El costo neto es 4 ~P. Aunque costoso en uniones ~P, el ciclo de Cori permite al organismo acomodar las grandes fluctuaciones en energia requeridas por el musculo esquelitico entre el descanso y el ejercicio.

Cori Cycle Liver Blood Muscle Glucose Glucose 2 NAD+ 2 NAD+

2 NADH 2 NADH 6 ~P 2 ~P 2 Pyruvate 2 Pyruvate 2 NADH 2 NADH 2 NAD+ 2 NAD+ 2 Lactate 2 Lactate

Hígado MúsculoSangre

Costo energético de la Gluconeogénesis De Piruvato a glucosa

De lactato a glucosaganados

usados

usados

Gluconeogenesis Costo

Glucólisis:Glucose + 2 ADP + 2 Pi => 2 Piruvato + 2 ATP

Gluconeogenesis:2 Piruvato + 6 ATP => Glucosa + 6 ADP + 6 Pi

Neto:4 ATP => 4 ADP + Pi

GlucoNEOgénesis;Regulación conjunta

Glicólisis & Gluconeogénesis

El ritmo de la gluconeogenesis esta afectado principalmente por:

- La disponibilidad de sustratos - Los efectores alostéricos - Las hormonas

Glucólisis GluconeogénesisRegulación de la Glucólisis y Gluconeogenesis:

Efectores alostéricos

Regulación alostérica de la PFQ-1

a

o

Fructosa 6 - P

Fructosa 1,6 – bi P

Sincroniza tasa de Glicolisis y CK

Fructosa 6-P(No estimulacion

de la PFK-1)

Glucosa escasa(Glicólisis inactiva)

Fructosa2,6 biP

Adenilato ciclasa

Receptor de glucagon

Fosfoproteinafosfatasa

Fructosa 2,6-bi P (estimula PFK-1)

Glucosa abundante(Glicólisis activa)

glucagon insulina

(-)

Regulacion Hormonal

Oded Meyuhas

Glicólisis y gluconeogenesis son inversamente Reguladas por la insulina y el glucagon

GLUCOSA

Glu-6-P

Glucoquinasa Glucosa-6-fosfatasa

Dieta Alta carbohidrat

Alt Insulina/Glucagon

(Bajo cAMP)

PEP

Pir

Lac

Piruvato quinasa

OAA

FEPCquinasa

Fru-6-P

Fru-1,6-P2

Fructosa-1,6-fosfatasa Fosfofructoquinasa Fru 2,6-P2asaPFK-2

Ayuno/Diabetes

Baja Insulina/Glucagon(Alto cAMP)

+

Regulación de la síntesis de Fru-2,6-bifosfato(un regulador metabólico)

Fru-6-P

Baja insulina/glucagon(ayuno, diabetes)

H2O

Pi

Proteina fosfatasa

Alta insulina/glucagon(bien alimentado)

Fru-2,6-P2

PFK-2 Fru 2,6-P2asa

ATP

ADP

PKA

P

Fru 2,6-P2asePFK-2

Oded Meyuhas

activa

inactiva

Es un reguladorNO es un intermediario

de la glucólisis o gluconeogenesis

GlucagonReceptor de Glucagon

Proteina G Adenilato Ciclasa Activa

ATP cAMP

Activacion de la proteina quinasa

Glucolisis Gluconeogenesis

(activa) P(inactiva)

Asi la fosforilacion y

desfosforilacion de la

enzima por el glucagon o insulina controla la cantidad de glucosa producida o usada

PK PK

Glucolisis Gluconeogenesis

Bajos niveles deGlucosa en sangre

Proteinafosfatasa

Pi

P

Insulinaactiva

H2O

ATP ADP

PARA PREVENIR EL DESECHO DE UN CICLO FUTIL, LA GLICOLISIS & GLUCONEOGENESIS SON RECIPROCAMENTE REGULADAS.

El Control local incluye regulacion alosterica reciproca por nucleotidos de adenina.

Fosfofructoquinasa-1 (Glicolisis) es inhibida por ATP y estimulada por AMP.

Fructosa-1,6-bisfosfatasa (Gluconeogenesis) se activa por el ATP y es inhibida p AMP y Frut 2,6biP.

Para asegurar que cuando el ATP celular sea alto (AMP estaria entonces bajo), la glucosa no sea degradada para sintetizar ATP.

Es mas util para la celula bajo tales condiciones, almacenar glucosa como glucogeno.

Cuando el ATP sea bajo (AMP estaria entonces alto), la celula no gastaria energia en sintetizar glucosa.

Comparación entre las condiciones intracelulares que favorecen la Glucólisis o

la Gluconeogenesis

Condiciones intracelulares (bajos vs altos cocientes)Via Favore-cida

Gluconeo

genesis

Baja

Baja

Baja

Baja

Alta

Alta

Alta

Alta

Alta

Baja

Glicólisis

Descanso celular