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Vía de las fosfato pentosas

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Vía de las fosfatopentosas - Etapa oxidativa

G6P

6-Fosfoglucono-δ-lactona

6-fosfogluconato

Ribulosa-5-fosfato

NADPH

NADPH

G6P deshidrogenasa

Lactonasa

6-Fosfogluconato deshidrogenasa

Vía de las fosfatopentosas - Isomerizaciones en 5C

Ribulosa-5-fosfato

Intermediario enediol

R5P

CH2OH

CH2OPO3=

OH

OH

O

CHO

CH2OPO3=

OH

OH

OH

Fosfopentosa isomerasa

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Vía de las fosfatopentosas - Interconversiones de azúcares

C5 + C5 C3 + C7

X5P R5P G3P SH7P

C7 + C3 C4 + C6

SH7P G3P E4P F6P

C5 + C4 C3 + C6

X5P E4P G3P F6P

TK

TA

TK

La salida neta de esta serie de intercambios es dos hexosas y unatriosa (que pueden entrar en la glucólisis/TCA) a partir de tres R5P.En definitiva, cuando hay mayor necesidad de NADPH que de R5P,la R5P se recicla.

Vía de las fosfatopentosas - TK & TA

La TK y la TA transfieren unidades de 2 y 3 carbonos,respectivamente, a partir de azúcares donadores (que siempre soncetosas) a aceptores (que siempre son aldosas).

CH2OH CH2OH

C=O C=O

HO-C-H

Este hidroxilo DEBE estar en esta configuración, por lo cual laribulosa-5-P debe ser isomerizada a xilulosa-5-P (por la fosfopentosaepimerasa) antes de poder donar su unidad en la reacción previa.

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El rol de la tiaminapirofosfato.

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6

Vía de las fosfatopentosas - Control

N

H H

- CONH2

NH2

N

NN

N

OCH2-O-P-O

OCH2

O

-O-P-O

O

OH OH

OH O

-O-P-O-

O

O

NADPH

Nicotinamide adeninedinucleotide phosphate(reducido)

NADP+/NADPH es 0.014.NAD+/NADH es 700.

En hepatocitos de ratas bienalimentadas.

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Modalidades de funcionamiento de la vía

1- Se necesita más ribosa5P (R5P) que NADPH.

La mayor parte de la G6P se tranforma en F6P y G3P vía glucólisis. Latransketolasa transforma dos F6P y un G3P en 3 R5P. El totalestequiométrico sería:

5 G6P + ATP ---------> 6 R5P + ADP + H+

2- Las necesidades de R5P & NADPH están balanceadas.

La serie de reacciones mayoritaria será la que pasa por la vía oxidativa.La estequiometría de esta modalidad será:

G6P + 2 NADP+ + H2O ----------> R5P +2 NADPH + CO2

3- Las necesidades de NADPH son mucho mayores que las de R5P.En un caso la glucosa es TOTALMENTE oxidada a CO2.

En esta situación tenemos 3 grupos de reacciones de relevancia:

A- Una R5P y 2 NADPH se forman por la fase oxidativa.

B- R5P se transforma en F6P y G3P por TK y TA.

C- Finalmente se forma G6P a partir de F6P y G3P por gluconeogénesis.

Estequiometrías

6 G6P + 12 NADP+ + 6 H2O 6 R5P + 12 NADPH + 6 CO2

6 R5P 4 F6P + 2 G3P

4 F6P + 2 G3P + H2O 5 G6P + Pi

G6P + 12 NADP+ + 7 H2O 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + Pi

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4- Las necesidades de NADPH son mucho mayores que las de R5P.En este caso alternativo la glucosa se convierte en piruvato.

En esta situación se genera NADPH y ATP simultáneamente, y 5 delos 6 carbonos de G6P aparecen en el piruvato, que a su vez puedeusarse para generar más ATP (vía TCA) o como precursor enbiosíntesis.

Estequiometría total

3 G6P + 6 NADPH+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8 ADP

5 piruvato + 3 CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H2O + 8H+

En conclusión, la mayor demanda de NADPH se da en tejido en elcual se sintetizan lípidos por síntesis reductiva, por lo cual tienesentido que la vía de las pentosas fosfato es considerablementemás activa en tejido adiposo (en comparación con tejidomuscular).

Además, no olvidarse que en plantas parte de las reaccionescatalizadas por TK participan en la síntesis de novo de azúcares.

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Favismo

2NADP

2NADPH

2GSH

GSSG

G6PD

O2

H2O2

H2O

Glutatiónperoxidasa

+ superóxido dismutasa

H2O

superóxidoFármacos y otrosagentes oxidantes.

La G6PD genera el NADPH que protege al eritrocito contraperóxidos y superóxidos generados por estrés oxidativo.

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Gluconeogénesis

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Flujogeneral deazúcares en

los seresvivos

Breve revisiónde glucólisis

Glucosa

G6P

F6P

F1,6BP

DHAP G3P

1,3BPG

3PG

2PG

PEP

Piruvato

ATP

ATP

ATP (x2)

ATP (x2)

NADH (x2)

Hexokinasa

Fosfoglucosa isomerasa

Fosfofructokinasa

Aldolasa

Triosafosfatoisomerasa

G3P deshidrogenasa

Fosfoglicerato kinasa

Fosfogliceromutasa

Enolasa

Piruvato kinasa

Aquí, por acción dePFK-2 se puedeformar F2,6BP

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Los pasos en que difieren la glucólisis y la gluconeogénesisson, al mismo tiempo, los puntos de regulación y vinculación

con otras rutas.

Glucosa

G6P

F6P

F1,6BP

G3P DHAP Glicerol

1,3DPG

3PG

2PG

PEP

Oxaloacetate

Lactato Piruvato Algunos AAs

Algunos AAs

(Hexokinasa) G6P fosfatasa

Fosfoglucosa isomerasa

(Fosfofructokinasa) Fructosa 1,6-Bifosfatasa

Triosafosfatoisomerasa

G3P deshidrogenasa

Fosfoglicerato kinasa

Fosfogliceromutasa

PEP carboxikinasa

Piruvato carboxilasa (requiere biotina carboxilada por acetilCoA en PC)

Enolasa

(En lugar de lapiruvato kinasa)

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Los pasos en que difieren la glucólisis y la gluconeogénesisson, al mismo tiempo, los puntos de regulación y vinculación

con otras rutas.

Piruvato

Piruvato

Oxaloacetato

Malato

Malato

Oxaloacetato

CO2 + ATP

ADP

NAD+ + H+

NAD+

Aquí participa la biotina como acarreador de CO2 demanera análoga a la participación de la TPP en el lasreacciones de TK.

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La piruvato carboxilasa dependede la presencia de AcCoA, que laactiva alostéricamente, ya que eloxaloacetato es un intermediario(estequiométrico) engluconeogénesis pero también esun intermediario catalítico en elTCA. Niveles altos de AcetilCoAindican necesidad deoxaloacetato. Niveles altos deATP permiten que el oxaloacetatose consuma en gluconeogénesis,pero si el ATP está bajo, eloxaloacetato entrará en el TCAtras condensar con AcetilCoA.

Anaplerótica - Interviene engluconeogénesis y TAMBIENcontrola niveles de intermediariosdel TCA a nivel del oxaloacetato.

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Regulación.

Si no hay regulación es posibleque la glucólisis (que usaglucosa) y la gluconeogénesis(que la forma) entren en unciclo fútil.

Los niveles de regulación sonvarios, uno de ellos se basa en laregulación alostérica de lafosfofructokinasa por la F2,6BP(producida por PFK2)

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F6P

F1,6BP

AMP ↑F2,6P ↑Citrato ↓

AMP ↓F2,6P ↓Citrato ↑

Tanto el AMP como laF2,6BP estimulan a laPFK, estimulando laproducción de ATP víaglicólisis.

Si los niveles de F2,6BPson bajos, se estimula laacción de la bifosfatasalo que estimula lagluconeogénesis.

Concepto de ciclo de sustrato

Regulación por F2,6BP

β-D-fructosa 2,6-bifosfato - Se porduce cuando los niveles de F6P (ypor ende la glucosa) son elevados, activando a la PFK y por endeacelerando la glucólisis.

Ambas PFK2 (que forma F2,6BP) y FBP2 (que lo transforma en F6P),son parte de la misma proteína bifuncional (53 Kda) que es controladarecíprocamente por fosforilación de una serina.

Cuando la glucosa está baja en sangre, el glucagón se secreta y lacascada de señales estimula la fosforilación y ésta a su vez favorece laactividad de la FBPasa2 e inhibe la PFK2, bajando los niveles deF2,6BP y estimulando la gluconeogénesis.

Cuando la glucemia se eleva, la enzima se defosforila y la actividadPFK2 predomina, aumentando los niveles de F2,6BP y estimulando laglucólisis.

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Concepto de ciclo de sustrato

ATP ADP

A B

H2OPi

100

90

Salida neta 10

ATP ADP

A B

H2OPi

120

72

Salida neta 48

Efecto NO LINEAL: Un aumento del flujo (20%) en una direcciónresulta en una salida neta mayor (380%)

Tanto la PFK2 como la fructosabifosfatasa 2 (FBP2) son parte deuna enzima bifuncional de 53KDa. En su estado fosforilado (enserina), en respuesta a nivelesbajos de glucosa en sangre, laFBPasa2 se activa (haciagluconeogénesis) y la PFK2 sereprime. Cuando hay niveles altosde glucosa, la PFK2 se activa yactivando entonces la glucólisis.

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Gluconeogénesis & glucólisis

Control recíproco

Piruvato kinasa - Inhibida por ATP

Estimulada por F1,6BP

Piruvato carboxilasa - Inhibida por ADPEstimulada por acetilCoA

PEP carboxikinasa - Inhibida por ADP

Fosfofructokinasa - Estimulada por AMP

F1,6BP bifosfatasa - Inhibida por F2,6BP

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El ciclo de Cori

Las lactato deshidrogenasas son diferentes en diferentes tejidos

COO-

|C=O|CH3

+ NADH + H+

COO-

|H-C-OH | CH3

+ NAD+ + H+

Glucosa

Piruvato

Lactato

Glucosa

Piruvato

Lactato

Sangre

Hígado Músculo

Cuesta 6fosfatos

Produce 2fosfatos

Los aminoácidos como precursores de glucosa

Según punto de entrada

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Metabolismo de glucógeno

Gránulos electrón-densos deglucógeno en hepatocitos

(100-400 Å)

Diagrama de la estructura delglucógeno

α-1,6

α-1,4

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Enzimas que participan en la degradación de glucógeno

Una buena parte de las enzimas necesarias para ladegradación YA están en los gránulos, y son reguladas porfosforilaciones reversibles que aumentan o disminuyen suactividad catalítica en respuesta a señales celulares (cAMP)

Fosforilasa

Transferasa

α-1,6-glucosidasaForman parte del mismopolipéptido de 160 Kda.

Degradación de glucógeno

La G1P entonces es tranformada en G6P por acción de la enzimafosfoglucomutasa, probablemente a través de un intermediarioG1,6BP.

A su vez, para la formación de glucosa libre, el hígado, a diferenciadel músculo, posee una G6P fosfatasa (en el lumen del RE).

Ventajas de fosforólisis versus hidrólisis.

Costo

Difusión de G1P ionizada hacia exterior es baja.

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Participación del piridoxal fosfato

PLP (derivado de B6 - piridoxina)

Lisina en sitio activo de fosforilasaε amino (formando una base de Schiff)

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Síntesis de glucógenoLa degradación y la síntesis de glucógeno (y la de casi cualquier

otro compuesto) proceden por vías alternas que pueden ser reguladasde manera independiente.

Síntesis de glucógeno

1- G6P G1P (fosfoglucomutasa)

2- G1P + UTP UDP-G + PPi (UDP-glucosa pirofosforilasa)

3- PPi + H2O 2Pi (pirofosfatasa)

4- UDP-G + glucógenon glucógenon+1 + UDP (sintasa)

5- UDP + ATP UTP + ADP (nucleósido difosfokinasa)

Total

G6P +ATP + glucógenon + H2O glucógenon+1 + ADP + 2Pi

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Reacción neta: G6P + UTP -----> UDP-glucosa + 2 Pi

Generación de los precursores del glucógeno

Generación de las cadenas principales(enlaces a-1,4) del glucógeno

Glucógeno sintasa

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Generación de las cadenas laterales (ramificaciones,enlaces α-1,6) del glucógeno

Se transfieren bloques de aprox. 7 residuos en 1,4 (incluyendo unextremo no reductor y tienen que provenir de una cadena de por lomenos 11 residuos) a un punto de ramificación NO MAS cercanode 4 residuos de otro punto de ramificación.

Por lo tanto la "ramificasa" y la "desramificasa" NO catalizanexactamente la misma reacción.

Regulación

La regulación de síntesis & degradación gira en torno a cAMP yhormonas.

Adrenalina & glucagón son glucogenolíticas (a nivel de músculo e hígado, respectivamente).

La insulina, glucogenogénica, sobre todo a nivel de hígado.

La armonización entre síntesis & degradación se opera porfosforilación en serina de la fosforilasa por una fosforilasa kinasa(dando fosforilasa a - activa) mientras que una fosforilasa fosfatasa lainactiva por defosforilación (fosforilasa b).

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Regulación

Cascada de regulación:

1- Hormonas (epi & glcgn) activan a la adenilato ciclasa.

2- El cAMP generado activa una proteína kinasa (alostéricamente).

3- La kinasa fosforila a la fosforilasa Y a la sintasa, con efectos opuestos. La primeraes ACTIVADA y la segunda INACTIVADA.

4- Los efectos opuestos, mediados también por hormonas en respuesta a niveles deglucosa circulantes, se logran mediante activación de fosfatasas, que directa oindirectamente activan la actividad de fosforilasa revirtiendo la fosforilación mediadapor la kinasa.

5- A nivel de hígado, la fosforilasa es el sensor de glucosa mediante;

A- Comunicación entre la Ser-fosfato y el sitio alostérico para glucosa.

B- Uso de la MISMA fosfatasa para inactivar fosforilasa y activar la sintasa.

C- La unión de la fosfatasa a la fosforilasa a para evitar su activación.

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Fosforilasa

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El proceso completo

Revisar enfermedades de metabolismo de glucógeno(Stryer, capítulo 19)