Caminos metabólicos

http://www.expasy.org/cgi-bin/show_thumbnails.pl?2

Rutas metabólicas 1ra ley de la termodinámica: la energía total de un sistema y sus alrededores permanece constante

2da ley de la termodinámica: un proceso ocurriráespontáneamente sólo si ΔS es positivo: la entropía del Universo siempre crece

ΔSsistema + ΔSalrededores > 0

2 ADP ↔ ATP + AMP

ATP: moneda de energía

ΔG°´ = -7.3 kcal/mol

Ciclo del C

Metabolismo de hidratos de carbono

Glucólisis: degradación de glucosa hasta ácido pirúvico

Fase de inversión Fase de rendimiento

Glucólisis: degradación de glucosa hasta ácido pirúvico

Hexokinasa o Glucokinasa

Glucosa + ATP Glc-6-P + ADP

glucosa Glucosa-6-fosfato(Glc6P)

hexokinasa

Fosforilación de la glucosa

Fosfoglucosa isomerasa

Glc-6-P Fru-6-P

Glc6P Fru6P

Conversión de aldopiranosaen cetofuranosa

fosfofructokinasa dependiente de ATP

Fru-6P + ATP Fru-1,6-P2 + ADP

Fru6P Fructosa-1,6-P2(Fru16P2)

fosfofructokinasa

Fosforilación de la Fru6P

fosfofructokinasa dependiente de PPi

Fru-6P + PPi Fru-1,6-P2 + Pi

Fructosa-1,6-P2

PiPPi

Aldolasa

DHAP

Ga3P

Escisión en fosfatos de triosa

CH2OPO3

2−

C

CH

C

C

CH2OPO32−

NH

HO

H OH

H OH

(CH2)4 Enzyme

6

5

4

3

2

1

+

Schiff base intermediate of Aldolase reaction

Isomerización de fosfatos de triosa

Triosa fosfatoisomerasa

TIM

Catálisis ácido-base: TPI, la enzima “perfecta”

C

C

CH2OPO32−

O

C

C

CH2OPO32−

H O

H OH

C

C

CH2OPO32−

H OH

OH

H

H OH H+ H+ H+H+

dihydroxyacetone enediol glyceraldehyde- phosphate intermediate 3-phosphate

Triosephosphate Isomerase

C

CH2OPO32−

O O−

C

CH2OPO32−

HC O−

OH

proposed enediolate

intermediate

phosphoglycolate transition state

analog

Oxidación del Ga3P

Ga3P DH

La Ga3PDH cursa con una oxidación seguida de una deshidratación (formación del acil fosfato

La formación de un intermediario de alta energía baja la energía de activación.

La energía es conservada por una fosforilación a nivel de sustrato. Se produce la primera

molécula de ATP

fosfoglicerokinasa

Hay un reordenamiento molecular: cambia la posición del fosfato

fosfogliceromutasa

La PGM cursa con la formación de un estado fosforilado de la enzima

Deshidratación del 2PGA para dar un compuesto con alta energía

Enolasa

Enolasa

El fosfato de alta energía es dador de fosforilo para la generación de la segunda molécula de ATP

Piruvato kinasa

-4.0-7.5Piruvatoquinasa10. PEP + ADP + H+ Piruvato + ATP

-0.8+0.4Enolasa9. 2-fosfoglicerato PEP +H2O

+0.2+1.1Fosfoglicerato mutasa8. 3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato

+0.3-4.5Fosfoglicerato quinasa7. 1,3-bisfosfoglicerato + ADP 3-Fosfoglicerato+ATP

+0.6+1.5Gliceraldehído3-P deshidrogenasa

6. Ga3P+ Pi + NAD+ 1,3-bisfosfoglicerato + NADH + H+

+0.6+1.8Triosafosfato isomerasa5. DHAP Ga3P

-0.3+5.7Aldolasa4. Fru1,6-bisP DHAP+Ga3P

-5.3-3.4Fosfofructoquinasa3. Fru6-P+ATP Fru1,6-bisP+ADP+(H+)

-0.6+0.4Fosfoglucosa isomerasa2. Glc6P Fru6P

-8.0-4.0Hexoquinasa1. Glc + ATP Glc6P + ADP + H+

ΔGΔG°´EnzimaReacción

Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi

2 piruvato + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Ecuación balanceada de la glucólisis

Reacción exergónica

Reacción endergónica

Glucosa + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 NADH + 2 H+

2 ADP + 2 Pi 2 ATP + 2 H2O

ΔG = -146 kJ/mol

ΔG = 2* 30,5 kJ/mol= 61 kJ/mol

ΔG = -85 kJ/mol

Resumen

• La glucólisis ocurre en el citosol• Consta de 10 reacciones• Permite generar 2 ATP y 1 NADH por

molécula de glucosa• El ATP se genera por fosforilación a nivel

de sustrato

Regulación de la glucólisis

Hexokinasa: retroinhibición por Glc6PGlucokinasa: inhibida por Fru6P, activada por Fru1P

Conversión de Glc en Glc6P

Conversión de Fru6P en F1,6bisP

Fosfofructokinasa (ATP): • activada por Fru2,6bisP y AMP• inhibida por ATP y citrato

Fosfofructokinasa (PPi): • activada por Fru2,6bisP• inhibida por Pi

Conversión de PEP en piruvato

Piruvato kinasa: • activada por Fru1,6bisP• inhibida por ATP, citrato, Ala, ác. grasos, AcCoA y por fosforilación

Glucokinasa

Glucosa + ATP Glc6P

Fru6P

Fru1,6P2

Fructosa + ATP Fru1P DHAP + Ga

Ga + ATP Ga3P

GK

PR

⊕

Regulación de la GK durante la ingesta de sacarosa

[Glc] (mM)0 5 10 15 20

Velo

cida

d re

lativ

a

0

20

40

60

80

100

Glicemia normalv=50

Glicemia aumentadapor ingesta de H de C

v=75

Δv = 25 (50%)

Glucoquinasa

Hexoquinasa

Glucokinasa vs. Hexokinasa: regulación de la glicemia

Transporte de Glc: proteínas Glut

Transportador primario de fructosa

Superficie mucosa del intestino delgado, esperma.

GLUT 5

Activado por insulina. Km 5mM.

Músculo esquelético y cardíacoGLUT 4

Baja Km (1mM), altacapacidad

Neuronas, placenta, testículos.GLUT 3

Alta capacidad, baja afinidad (Km 15-20mM) parte del sensor de Glcen cél ß.

Hígado, cél. ß, hipotálamo, memb. basolateral de intestino delgado.

GLUT 2

Alta capacidad, baja Km (1-2mM).Mayoría de las célulasGLUT 1

PropiedadesDistribuciónTransportador

Propiedades de los transportadores de glucosa

Transporte de Glc: proteínas Glut

Regulación de la PFK

2 ADP ATP + AMP

Receptor Ins

Fosfatidil inositol3 kinasa

Fusión

Transporte de Glucosa

Internalización

fosfatasakinasa

Síntesis de Fru2,6bisP

Regulación de la Piruvato Kinasa

Fermentaciones

O2

H2O

respiración

Fermentación homoláctica

piruvato

lactato

Fermentación alcohólica

H3C-CO-COO- H3C-CHO + CO2

PDC

H3C-CHO + NADH + H+ H3C-CH2OH + NAD+

ADH

Tableta sumeria con indicaciones para hacer cerveza (2000 AC)

Entrada de otros H de C

Galactosa + ATP Gal1P

Gal1P + UDPGlc UDPGal + Glc1P

UDPGal ADPGlc

Galactosa + ATP Glc1P + ADP

GalK

epimerasa

transferasa

Manosa + ATP Manosa6P

Manosa6P Fru6PMPI

HK

Creatina: reserva de energía en forma de

enlaces fosfato

Creatina kinasa

creatina fosfocreatina

creatina kinasa

P-creatina: chordata

P-arginina: todos los demás

Fosfágenos

Lombricina: anélidos

Fuentes de

energía durante

el ejercicio

Alosterismo y modificación covalente en la regulación de la glucólisis vegetal

La regulación de la glucólisis en plantas vs. animales o levaduras

+

PFK

Animales, levaduras

Glc-6-P

Fru-1.6-P2

Fru-6-P

PEP

PyrPKc

+

Plantas

Glc-6-P

Fru-1.6-P2

Fru-6-P

PEP

Pyr

Fru-2,6-P2 + PFK/PFP

PKc

-

PFP

Direcciónde la

regulación

Direcciónde la

regulación

¿Porqué la glucólisis presenta diferente sentido de la regulación en plantas y

mamíferos?

• En mamíferos/levaduras, la glucólisis comienza con glucosa• En plantas, la glucólisis puede comenzar con hexosas pero también

puede recibir carbono en forma de fosfatos de triosa que provienen del plástido. Esos mismos FT pueden ir hacia la formación de sacarosa

Es indispensable tener una regulaciEs indispensable tener una regulacióón independiente de las partes n independiente de las partes superior e inferior de la glucsuperior e inferior de la glucóólisis, que pueden funcionar lisis, que pueden funcionar simultsimultááneamente en sentidos opuestos durante el dneamente en sentidos opuestos durante el dííaa