PARCIAL RESUELTO DE QUIMICA BIOLÓGICA (29)

•

SIN SIGLA

Antonio Calei

16/6/2023

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QUÍMICA BIOLÓGICA
La química biológica es la ciencia que estudia los constituyentes químicos de las células vivas, y las reacciones químicas
que experimentan.
RUTAS METABOLICAS Y RUTAS DE TRANSFERENCIA DE ENERGIA
-Metabolismo-
El metabolismo comprende la suma de las transformaciones químicas que se produce en una célula o en un organismo,
y que son catalizadas enzimáticamente en una secuencia ordenada de pasos, los cuales constituyen las rutas
metabólicas. Cada paso de una ruta ocasiona un cambio químico específico, normalmente la eliminación, transferencia o
adición de un átomo o grupo funcional.
Las rutas metabólicas pueden seguir diferentes secuencias: lineales, ramificadas, y cíclicas

Las funciones específicas del metabolismo son:
1. Obtención de energía química de las moléculas combustibles o de la luz solar absorbida.
2. Conversión de los nutrientes exógenos en precursores de los componentes macromoleculares de la célula.
3. Ensamblaje de estos materiales para formar biomoléculas.
4. Metabolizar macromoléculas necesarias para funciones especializadas de las células.
FUENTES DE NUTRIENTES PARA EL METABOLISMO
F. ENERGIA F. CARBONO F.
HIDROGENO
F. OXIGENO F. NITROGENO F. AZUFRE Y P
 Energía
química
asociada a
reacciones de
óxido-
reducción
(Quimiotrofos)
 Energía
lumínica
 Compuestos
orgánicos
(Heterótrofos)
 CO2
(Autótrofos)
Agua, H2,
H2S
O2
molecular
 Principalm
ente
proteínas y
Ácidos
nucleicos.
 NH3
H2S, H3PO4 y
compuestos
fosforilados.

El metabolismo pueden dividirse en: 1) rutas catabólicas responsables de la degradación de las moléculas exógenas o de
reserva del organismo, lo que va acompañado de la liberación de energía química y de su conversión en forma de ATP y
transportadores electrónicos reducidos (NADH, NADPH, FADH2); 2) rutas anabólicas son por las cuales se efectúa la
biosíntesis de los componentes celulares, la cual precisa un consumo de energía química aportada por el ATP y cofactores
reducidos generados en la ruta anterior; 3) rutas anfibólicas puede desempeñar ambas funciones.

El catabolismo y anabolismo se desarrollan simultáneamente y de modo concurrente en las células, pero son regulados
de forma independiente, es decir, cuando una tiene lugar la otra está suprimida. Tal regulación no podría tener lugar si
ambas rutas estuviesen catalizadas por el mismo conjunto de enzimas, operando en una dirección para la ruta catabólica
y en dirección opuesta para la anabólica, ya que la inhibición de una ruta también inhibiría la otra. No obstante, ambas
rutas podrían estar catalizadas por algunas enzimas en común, pero al menos uno de los pasos están catalizados por
enzimas diferentes, siendo estos los sitios de regulación específicos. Como una contribución más a la regulación
independiente de ambas rutas podemos destacar que:
1. Las reacciones que son específicas de cada dirección deben incluir por lo menos una que sea termodinámicamente
favorable (no reversible).
2. Las rutas se dan frecuentemente en compartimientos celulares diferentes.
3. Regulación de enzimas específicas de una ruta metabólica mediante el control del número de moléculas (largo
plazo) y la actividad catalítica de la enzima (corto plazo).
Cada ruta está constituida por una secuencia de reacciones consecutivas catalizadas enzimáticamente. Estos sistemas
multienzimáticos actúan normalmente de modo secuencial, catalizando reacciones consecutivas conectadas por
intermediarios comunes, de modo que el producto de la primera enzima es sustrato de la otra y así sucesivamente. En la
organización de los sistemas multienzimáticos podemos distinguir tres niveles de complejidad: 1) las enzimas están
disueltas en el citoplasma como moléculas independientes, no asociadas unas con otras (Ej. Enzimas de la glucólisis) 2)
las enzimas están físicamente asociadas formando complejos multienzimáticos (Ej. Complejo de la ácido graso sintasa) 3)
(Fototrófos)
la mayor complejidad son los sistemas que se hallan asociados a grandes estructuras supramoleculares como las
membranas o los ribosomas (Ej. Cadena transportadora de electrones).
División de Procesos catabólicos:

 DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN (Etapa I): las proteínas son digeridas a aminoácidos (AA), polisacáridos a
monosacáridos, lípidos a glicerol y ácidos grasos. Luego cada elemento es absorbido a nivel intestinal.
 CATABOLISMO (Etapa II): luego entran en la segunda fase, que es la conversión de AA, monosacáridos, ácidos
grasos, en Acetil-CoA.
 CICLO DE KREBS (Etapa III): aquí los átomos de C de Acetil-CoA se transforman en CO2 y los H formarán cofactores
reducidos, que ingresan a la cadena respiratoria para formar una gran cantidad de ATP.

ATP: LA MONEDA ENERGÉTICA
Estructuralmente el ATP (Adenosin trifosfato) es un ribonucleótido que posee tres grupos fosfato unidos mediante enlaces
fosfodiester al C5 de la ribosa. A pH 7, tanto el ATP como ADP son aniones muy cargados que se hayan presentes en gran
parte como complejos con el Mg2+ debido a la alta afinidad de los aniones pirofosfato por los cationes divalentes y debido
a las altas concentraciones intracelulares del catión. Cabe destacar que en la mayor parte de reacciones enzimáticas en
las que el ATP participa como dador de fosfato, su forma activa es el complejo MgATP2-.

El ATP se genera a partir del ADP mediante reacciones de fosforilación acopladas a expensas de la energía que se libera
en la degradación de las moléculas combustibles. Al mismo tiempo, el ATP cede su grupo fosfato terminal a moléculas
aceptoras específicas que resultaban activadas energéticamente, siendo capaces de efectuar diversas funciones que
precisan de energía en la célula; como por ejemplo, la biosíntesis de las macromoléculas (trabajo químico), el transporte
activo (trabajo osmótico) y la contracción muscular (trabajo mecánico).

Aunque el sistema del ATP-ADP es el transportador obligatorio de grupos fosfatos en el flujo principal de transferencia de
la energía celular, intervienen también en dicha transferencia otros ribonucleósidos y desoxirribonucleósidos, tales como
UTP, GTP, dATP, etc.
NADH, FADH2 Y NADPH: MEDIADORES DE LAS REACCIONES DE OXIDO-REDUCCIÓN BIOLÓGICAS
La transferencia de grupos fosfato es una de las características centrales del metabolismo. De igual importancia es la
transferencia de electrones. En los organismos no fotosintéticos, la fuente de electrones son compuestos reducidos
(alimentos); en los organismos fotosintéticos, el dador de electrones inicial es una especie química excitada por la
absorción de luz.
En el metabolismo la ruta de transporte de electrones es compleja. Los electrones pasan desde diversos intermediarios
metabólicos a transportadores de electrones especializados (NAD+, FAD+ Y NADP+) en reacciones catalizadas
enzimáticamente. A su vez, los transportadores reducidos (NADH, FADH2 Y NADPH), ceden electrones a aceptores con
mayor afinidad por ellos, liberando energía.
En las oxidaciones biológicas interviene con mucha frecuencia la deshidrogenación.

HIDRATOS DE CARBONO
GENERALIDADES
Los hidratos de carbono son fundamentales en la dieta humana y la oxidación de estos son la principal ruta de
obtención de energía de las células no fotosintéticas. Verdaderamente el metabolismo de los hidratos de carbono junto
con el metabolismo de lípidos y proteínas es fundamental para el desarrollo de la vida.
Dentro de sus funciones podemos nombrar:
 Reserva energética en animales y plantas (glucógeno y almidón)
 Son la fuente de energía mayoritaria para el ser humano. La ingesta de energía debida a los hidratos de
carbono representa el 40-60% de la energía total aportada por la dieta.
 Son pilares estructurales en plantas y en algunos insectos. Como por ejemplo la celulosa y la quitina.
 Se asocian con lípidos y proteínas para formar
parte de membranas celulares, donde actúan como
mediadores de interacción entre células vecinas, como receptores y en funciones inmunitarias.
 Son precursores de moléculas complejas e intermediarios de procesos metabólicos importantes.
Los hidratos de carbono que Ingerimos en la dieta son:
Monosacáridos: galactosa, fructosa, glucosa, manosa y en menor medida sorbitol.

Disacáridos: sacarosa, maltosa, lactosa.

Polisacáridos: glucógeno, almidón, dextrinas (un grupo de oligosacáridos de poco peso molecular producidas por la
hidrólisis del almidón) y fibras. La estructura del glucógeno puede parecerse a la de amilopectina del almidón, aunque
mucho más ramificada que éste último. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de α-
glucosas formadas por enlaces glucosídicos 1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena
mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina.
METABOLISMO
Alrededor del 45-55% de las calorías que ingerimos son hidratos de carbono; dentro de los cuales son clasificados
desde el punto de vista nutricional como glucídicos, aquellos que pueden ser digeridos y absorbidos, y las fibras
vegetales (celulosa) que son partes de los hidratos de carbono que no pueden ser digeridas ni absorbidas.

Glicolisis: vía que utilizan la mayoría de los monosacáridos y algunos polisacáridos como el glucógeno para generar
energía.
Vía de las pentosas: es una vía que genera cofactores reducidos, pero no fundamentalmente para generar energía
sino necesarios para la síntesis de lípidos.
Neoglucogénesis: síntesis de glucosa a partir de precursores que pueden ser glucogénicos o no glucogénicos.
Neoglucógenogénesis: síntesis de glucógeno a partir de glucosa.

El equilibrio entre oxidación, biosíntesis y almacenamiento de glucosa depende del estado hormonal y nutricional
del organismo. La D-Glucosa es el principal combustible de la mayoría de los organismos y ocupa una posición central
en el metabolismo. La glucosa utilizada en los tejidos deriva de los almidones, sacarosa y lactosa de la dieta, de los
depósitos corporales de glucógeno hepático y muscular, o de la síntesis hepática o renal, a partir de precursores tales
como el esqueleto carbonado de algunos aminoácidos, del glicerol y del lactato.
Las vías de utilización de glucosa varían en diferentes tipos celulares según la demanda fisiológica. En los
hepatocitos, la glucosa puede ser oxidada completamente para obtener energía, ser almacenada en forma de glucógeno
o proveer carbonos para la síntesis de ácidos grasos y aminoácidos. A su vez el hígado puede liberar glucosa a partir del
glucógeno o sintetizar glucosa de novo en condiciones de hipoglucemia, por lo que el hígado desempeña un papel
fundamental en la homeostasis corporal de glucosa, al igual que el riñón. Otros tejidos, como el tejido adiposo, el
músculo cardíaco y esquelético y el cerebro responden a las concentraciones plasmáticas de glucosa alterando su uso
interno, pero NO contribuyen a la homeostasis corporal liberando glucosa a la sangre. En el musculo esquelético y
cardíaco la glucosa puede ser oxidada completamente o almacenada en forma de glucógeno. En el corazón el
metabolismo es siempre aerobio mientras que en el musculo esquelético puede ser anaerobio. En el tejido adiposo la
glucosa puede ser degradada parcialmente en glicerol, necesario para la síntesis de triglicéridos, u oxidada
completamente proveyendo acetil-CoA para la síntesis de ácidos grasos. El cerebro es dependiente del suministro
constante de glucosa y es capaz de oxidarla completamente a CO2 y H2O.
En las plantas y animales superiores la glucosa tiene tres destinos principales: puede ser almacenada en polímeros
o como sacarosa, oxidada a un compuesto de tres carbonos vía glucolisis u oxidada a pentosas vía la ruta de las pentosas
fosfato. Aunque no son los únicos destinos posibles de la glucosa estas tres vías son las más significativas en términos
de la cantidad de glucosa que fluye a través de las mismas en la mayoría de las células.

https://es.wikipedia.org/wiki/Amilopectina
https://es.wikipedia.org/wiki/Almid%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Glucos%C3%ADdico
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DIGESTIÓN, ABSORCIÓN y TRANSPORTE DE HIDRATOS DE CARBONO
La digestión es el proceso mediante el cual se transforman los alimentos hasta formas simples, más asimilables por
el organismo. Cuando se logra esta separación, estas moléculas ingresan a la circulación mediante un proceso de
absorción de la mucosa intestinal, mediante un proceso de transporte selectivo.
Los hidratos de carbono mayormente disponible en la dieta son el almidón, glucógeno, sacarosa y lactosa. Una vez
que ingresa el alimento a la boca las glándulas salivales secretan una hialina que contiene amilasa salival, la primera
enzima encargada de la degradación del almidón y del glucógeno que hidroliza uniones alfa 1,4-glicosídicas dando como
producto maltosa y 1,6-glucósidos (dextrinas). Su acción se detiene al nivel del arranque de ramificaciones en
amilopectina, glucógeno y dextrinas. La cantidad de producto que se obtenga va a depender del tiempo que se tenga el
alimento en la boca.
Una vez que el alimento deja la boca y llega al estómago se secretan unas hormonas llamadas secretinas que
inducen la secreción de jugos pancreáticos; en este jugo pancreático están las amilasas pancreáticas, unas isoenzimas
de la amilasa salival que cumple la misma función.
Finalmente la mayor parte de la digestión de hidratos de carbono termina en el intestino delgado. En las
microvellosidades de las células del intestino se encuentran las enzimas disacáridasas, que hidrolizan cada disacárido
en sus monosacáridos constituyentes, la única forma en la cual pueden ser absorbidos. También son secretadas por el
páncreas diferentes enzimas importantes, como la oligo1,6-glucosidasa, que hidroliza uniones alfa1-6.
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Existen algunos sacáridos que escapan del proceso de digestión.
 El almidón resistente, ya que adopta disposiciones que no permiten el ataque de la amilasa, o por estar
protegido por membranas que impiden la acción.
 la fibra dietaria (celulosa, hemicelulosa, lignina, pectinas, etc), ya que no existen enzimas que puedan
degradarla. En el intestino grueso pueden ser fermentadas por bacterias.

¿Cómo se absorben los monosacáridos?
Los glúcidos son absorbidos por la mucosa intestinal al estado de monosacáridos, mediante difusión facilitada o
transporte activo. Ambos requieren la presencia en la membrana de un transportador específico.
La glucosa y la galactosa debido a su similitud estructural se transportan ambas mediante un transporte activo
acoplado del tipo simporter donde dos átomos de sodio se unen al transportador favoreciendo la unión de glucosa; al
unirse inducen un cambio conformacional en el trasportador que les permite ingresar dentro de la célula intestinal. Para
evitar un desequilibrio de cargas y para mantener la isotonicidad del medio los átomos de sodio son bombeados
nuevamente al exterior gracias a una bomba de Na+/K+ ATPasa. La glucosa se acumula en la célula hasta que su
concentración excede la del líquido intersticial y sangre. Entonces puede salir hacia los capilares sanguíneos mediante
difusión facilitada. Desde allí, son transportados al hígado por circulación portal, como así también al resto de los demás
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tejidos, para ser utilizada como combustible celular. En el hígado, tanto la galactosa como la fructosa pueden
transformarse en glucosa, u en otros derivados metabólicos. También puede formar glucógeno.

Se conocen distintos Transportadores de Glucosa Dependientes de Sodio conocidos de forma genérica como
(SGLT)

Hasta ahora lo que sabemos es que la glucosa y galactosa necesitan del transportador SLGT1 para ingresar a la
célula; en cambio la manosa ingresa por difusión simple y la fructosa por difusión facilitada mediante otra
familia de
transportadores que no dependen del sodio conocidos con el nombre genérico de GLUT. Estos transportadores
cumplen la función tanto de ingresar monosacáridos así como también participan en su exportación.
Una vez que la glucosa ha ingresado, parte puede ser metabolizada por la célula intestinal, pero evidentemente lo
que necesitamos es que esta glucosa salga del intestino y que por vía circulatoria se dirija al resto de los tejidos para
poder ser utilizada como energía. En el resto de todas las células del cuerpo existen transportadores GLUT que permiten
el ingreso y egreso de determinados hidratos de carbono. Dentro de ellos los que vamos a tener en cuenta son:
Transportador Localización Sustrato km
GLUT CLASE I
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GLUT1 Eritrocitos, endotelio
cerebral, hígado.
Ubicuo.
D-Glucosa

D-Galactosa/D-
Manosa

L-Glucosa
2 a 3 mM

20-30 mM

3000 mM
GLUT2
En hígado elimina el exceso de
glucosa de la sangre, en el páncreas
regula la liberación de insulina.
Ingresa Glu al hepatocito.
(examen)
Células beta
pancreáticas, hígado y
membrana basal del
intestino.
Glucosa
Galactosa
Fructosa
66 mM
GLUT3 Neuronas cerebrales,
placenta.
Glucosa
Galactosa
2 mM
GLUT4 Tejidos sensibles a la
insulina: Músculo
esquelético , cardíaco y
tejido adiposo
Glucosa 5 mM
GLUT CLASE II
GLUT5 Intestino delgado,
riñón y testículos
Fructosa -

Modelos de transporte (ejemplos)

1) Transporte de glucosa en eritrocitos
El metabolismo energético del eritrocito depende solamente de un suministro constante de glucosa como
combustible, que procede del plasma sanguíneo. Los eritrocitos tienen una capacidad limitada de oxidar la glucosa (la
oxidan a lactato) ya que no contienen mitocondrias. Esta glucosa ingresa por difusión facilitada gracias a un
transportador transmembrana específico (GLUT1).
El transportador existe en dos conformaciones: T1, con el
sitio de unión a glucosa expuesto en la superficie externa de la
membrana plasmática, y T2, con el sitio de unión en la superficie
interna. El transporte de glucosa al interior del eritrocito sigue
una cinética de saturación en donde en una primera etapa la
molécula se une a la conformación T1 produciendo un cambio
de conformación T2 que transporta glucosa al interior,
finalmente la glucosa se libera y el transportador vuelve a su conformación inicial.
Cabe destacar que GLUT1 es específico para D-Glucosa exhibiendo un Km: 1,5mM. Para los análogos como D-
Galactosa y D-Manosa los valores de Km van entre 20-30 mM pero para la L-Glucosa se muestra una marcada diferencia
con un valor de Km: 3000 mM. Aumenta Km disminuye la afinidad de la enzima por el sustrato.

2) Transporte de glucosa en tejidos sensibles a insulina: miocitos (células contráctiles del corazón) y
adipocitos.
El transportador de glucosa GLUT4 interviene en la captación de glucosa por los miocitos y adipocitos. Entre
comidas, la membrana plasmática de estas células contiene algo de GLUT4, pero la mayoría está secuestrada en las
membranas de pequeñas vesículas intracelulares. La insulina liberada por el páncreas ante una concentración alta de
glucosa, mediante un camino de señales que se verá más adelante, desplazan estas vesículas intracelulares hacia la
membrana plasmática, donde se fusionan, exponiendo las moléculas de GLUT4 en la cara externa de la célula. Con más
moléculas de GLUT4 en acción, la velocidad de captación de glucosa aumenta 15 veces. Cuando los niveles de glucosa
en sangre se normalizan, disminuye la liberación de insulina y la mayoría de moléculas del transportador vuelven a
almacenarse en vesículas.
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En la diabetes tipo I la incapacidad para liberar insulina provoca una baja velocidad de captación de glucosa en el
musculo y tejido adiposo resultando como consecuencia en un periodo prolongado de altos niveles de glucosa en
sangre después de una dieta rica en glúcidos.

Desórdenes de la digestión de carbohidratos
 Intolerancia a la Lactosa: Deficiencia genética de la enzima lactasa
 Deficiencia de sacarasa-isomaltasa: Deficiencia genética del complejo enzimático
 Disacariduria: Excreción aumentada de disacáridos debido a deficiencias en disacaridasas.
 Mala absorción de monosacáridos: Defecto genético en el SGLT. Falla la absorción principalmente de glucosa y
galactosa.
GLUCÓLISIS: CATABOLISMO DE LA GLUCOSA
En la glucólisis se degrada una molécula de GLUCOSA en una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente,
dando dos moléculas del compuesto de tres carbonos, PIRUVATO. Durante esta secuencia de reacciones parte de la
energía libre cedida por la glucosa se conserva en forma de ATP y NADH. La glucólisis es la ruta con mayor flujo de
carbono, que se produce en el citoplasma celular en ausencia de O2.
El termino fermentación indica la degradación anaeróbica de la glucosa u otros nutrientes orgánicos, para obtener
energía en forma de ATP. Lo que difiere entre una glicolisis en condiciones aerobia y anaerobia es el destino final del
piruvato y los detalles en la regulación, pero los pasos principales son esencialmente los mismos.
Ecuación global la glucólisis
Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi  2 Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O ΔG’°= -85kJ/mol
El camino que nos lleva desde la glucosa al piruvato comprende una serie de diez pasos, constituyendo los primeros
cinco la fase preparatoria donde se consume ATP y se forma un intermediario importante, el gliceraldehído 3-fosfato
(G3P). En la segunda fase de la glucolisis, conocida como fase de beneficios que abarca los demás pasos tiene lugar un
retorno energético por la formación de 2ATP y 2NADH.

Fase preparatoria
PASO 1: Fosforilación de la glucosa.
La glucosa es activada para las reacciones posteriores mediante la fosforilación en el C-6 dando glucosa 6-fosfato
(Glu 6P). Esta reacción es irreversible en condiciones intracelulares y esta catalizada por la hexoquinasa. El aceptor de
esta enzima son normalmente hexosas en este caso D-Glucosa, aunque también puede catalizar la fosforilación de otras
hexosas comunes, tales como la D-Fructosa y la D-Manosa.
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La enzima utiliza como sustrato a la D-glucosa y al complejo MgATP2- como cofactor para catalizar la adición del
grupo fosfato.

La hexoquinasa se encuentra en todas las células de todos los organismos. Los hepatocitos también contienen una
forma de hexoquinasa denominada Glucoquinasa que se diferencia por sus propiedades cinéticas y de regulación. En
primer lugar esta isoenzima tiene cinética de orden uno por lo que depende de la concentración de glucosa y se
encuentra semisaturada con concentraciones de glucosa sanguínea superior a lo normal, por lo que cuando hay mucha
concentración de glucosa actúa esta enzima fosforilandola (G6P va a ir a ir a la síntesis de glucógeno). En segundo lugar
la glucoquinasa no es inhibida por la Glu 6P sino que es inhibido por la fructosa 6-fosfato mediante un mecanismo
mediado por una proteína reguladora de la glucoquinasa.

La Glu 6P puede seguir distintas vías en los
hepatocitos según las condiciones y necesidades de
la persona.
1 El cerebro es uno de los órganos que depende sólo de la
glucosa para obtener su energía. Es muy difícil que utilice otro
compuesto, aún en condiciones de baja concentración de
glucosa el cerebro sólo utiliza la misma.

Paso 2: Conversión de la Glu 6P en fructosa 6-fosfato (F 6P)
En este paso una Fosfoglucosa isomerasa cataliza la isomerización reversible de la Glu 6P, una aldosa, dando F 6P,
una cetosa. La enzima requiere de cofactor al Mg2+ y es especifica respecto a la Glu 6P y a la F 6P. Las isómerasas son
enzimas capaces de interconvertir estereoisomeros o isómeros estructurales o posicionales.
Nota: Que la enzima sea
constitutiva indica que está siempre
en la misma concentración. Por el
contrario que sea adaptativa
significa que se adapta
dependiendo la presencia del
sustrato.
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Paso 3: Fosforilación de la F 6P a Fructosa 1,6 -bifosfato (F 1,6BP)
En la segunda de las dos reacciones activadoras de la glucólisis, la Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) cataliza la
transferencia de un grupo fosfato desde el ATP a la F 6P. Esta reacción determina la etapa lenta de la velocidad y es
prácticamente irreversible en las condiciones celulares.

La regulación de la PFK-1 es el punto principal de la regulación de la glucólisis. La actividad de esta enzima aumenta
siempre que se agota el suministro de ATP en las células o cuando existe un exceso de productos de rotura del ATP, es
decir el ADP y AMP. De forma análoga la actividad de la enzima disminuye siempre que la célula tenga mucho ATP y
disponga de un buen suministro de otros combustibles, tales como los ácidos grasos.
PFK-1: enzima alostérica. Activada por AMP, ADP, fructosa 1,6 bifosfato. Inhibida por ATP y citrato.

Paso 4: Rotura de la F 1,6BP
La enzima Aldolasa cataliza la condensación aldólica reversible provocando la rotura de la F 1,6BP dando dos triosas
fosfato diferentes, el Gliceraldehido 3-fosfato (Gli 3P), una aldosa, y la Dihidroxiacetona fosfato (DHAP), una cetosa.
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La reacción esta desplazada hacia la formación de productos ya que ambas triosas son eliminadas rápidamente en
los dos pasos siguientes.
El mecanismo de la reacción consiste en la reacción entre el carbonilo del azúcar con un grupo amino de los residuos
de la enzima liberando en primer lugar al Gli 3P y luego mediante una ataque nucleofílico y la formación de un
compuesto intermediario se genera la DHAP liberando la enzima para que pueda volver a actuar sobre otra molécula de
sustrato. Solo el Gli 3P sigue la viA glucolitica. DHAP- lipidos

Paso 5: Interconversión de las triosas fosfato.
Solo una de las dos triosas puede ser degradada directamente en los siguientes pasos de la glucólisis. La triosa activa
es el Gli 3P mientras que el otro producto (DHAP) se debe convertir rápidamente y de forma reversible en Gli 3P gracias
a la acción de la triosa fosfato isomerasa.
Tenemos dos moléculas de Gli 3P por lo que las reacciones que ocurran de aquí en adelante, ocurrirán dos veces
simultáneamente.

Esta reacción completa la fase preparatoria, en la que la molécula de hexosa se ha fosforilado en C-1 y C-6 para
formar dos moléculas de Gliceraldehido 3-P. Otras hexosas, tales como la D-Fructosa, D-Manosa, y D-Galactosa, también
son convertibles en Gli 3P como se verá más adelante.

Fase de beneficios (formación de 2 ATP y 2 NADH)
Paso 6: Oxidación del Gli 3P a 1,3-bifosfoglicerato (1,3BPG)
El primer paso de esta fase es catalizada por la Gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenasa.
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Esta es la primera de las dos reacciones conservadoras de energía de la glucólisis que llevan, en último término, a
la formación de ATP.
Se forma un enlace covalente tiohemiacetal entre el sustrato y el grupo sulfhidrilo de un residuo Cys en el centro
activo de la enzima. Este intermediario enzima-sustrato es oxidado por el NAD+ que tambien se encuentra unido al
centro activo. La transferencia enzimática del ion hidruro (H-) desde el Gli 3P es cedido al anillo de NAD+ generando la
coenzima reducida NADH. Finalmente el enlace tiohemiacetal experimenta fosforólisis liberando la enzima y el producto.
Se produce una deshidrogenacion del Gliceraldehido. La energía liberada es utilizada para introducir ortofosfato del
medio (¿) y formar 1,3 bifosfoglicerato.

Paso 7: Transferencia de fosfato al ADP
Una fosfoglicerato quinasa transfiere el grupo fosfato de alta energia desde el grupo carboxilo del 1,3-
bifosfoglicerato al ADP formando 3-fosfoglicerato (3-PG).
Fosforilacion a nivel de sustrato. Existe conservacion de energia.
El nombre de la enzima se establece por la catalisis de la reaccion inversa, ya que como sabemos las enzimas pueden
catalizar la reaccion en ambas direcciones.

Paso 8: Conversión del 3-PG en 2-fosfoglicerato (2-PG)
La enzima fosfoglicerato mutasa cataliza un desplazamiento reversible del grupo fosforilo entre C-2 y C-3 del
glicerato. El Mg2+ es esencial para esta reacción.
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En el estado inicial de la enzima, el sitio activo contiene un complejo fosfohistidina. Cuando el 3-fosfoglicerato entra
en el sitio activo, el complejo fosfohistidina se posiciona para facilitar la transferencia del grupo fosfato desde la enzima
al C-2 del fosfoglicerato formándose así el compuesto intermedio 2,3-bisfosfoglicerato. La defosforilación del residuo de
histidina efectúa un cambio alostérico local que alinea el grupo fosfato del C-3 del bisfosfoglicerato con la histidina del
sitio activo de la enzima y facilita la transferencia del grupo fosfato. De esta forma se devuelve a la enzima a su estado
inicial fosforilado y se libera el producto 2-fosfoglicerato.

El nombre generico mutasa se aplica a las enzimas que catalizan la transferencia de un grupo funcional, en este caso
el fosfato, desde una posicion a otra en una misma molécula.
Paso 9: Deshidratacion del 2-PG a fosfoenolpiruvato (PEP)
La segunda reaccion glucolitica que genera un compuesto con potencial elevado de transferencia del grupo fosforilo
está catalizada por la enolasa. Esta enzima promueve la eliminacion reversible de una molecula de agua del 2-PG,
dando fosfoenolpiruvato. La enolasa muestra una necesidad absoluta de la presencia de un catión divalente (Mg2+ o
Mn2+) que forma un complejo con la enzima con anterioridad a la unión del sustrato.

Paso 10: Formacion de Piruvato y ATP.
El ultimo paso de la glucólisis es la transferencia del grupo fosforilo desde el PEP al ADP catalizada de forma
irreversible en condiciones intracelulares por la piruvato quinasa, que requiere K+ y tambien Mg2+ o Mn2+. La enzima
que cataliza esta reaccion es un punto importante de regulacion como se verá mas adelante.

https://es.wikipedia.org/wiki/Sitio_activo
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El producto piruvato aparece en primer lugar en su forma enol. No obstante, la forma enol se tautomeriza
rapidamente de manera no enzimatica para dar la forma ceto que es la que predomina a pH: 7.

Resumen del proceso de glucólisis: Mirada general.

El termino glicólisis hace referencia al metabolismo catabolico de los hidratos de carbono en general a partir de
sus monosacaridos. Cuando ingerimos hidratos de carbonos ya sea disacaridos o polisacaridos estos se degradan en sus
monosacaridos constituyentes para poder ser absorbidos por la celula y catabolizados via glicolisis de distintas maneras.
Cabe resaltar que la glicolisis cobra importancia no solo en las vias catabolicas de los hidratos de carbono sino que
tambien es una via que genera moléculas precursoras de nucleotidos, lipidos y aminoacidos.
Cada molécula de glucosa genera 2 piruvatos, 2 ATP y 2 NADH.
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Diversas D-
hexosas, entre ellas la
fructosa, galactosa y
manosa, se pueden
canalizar hacia la
glicólisis. Cada una es
fosforilada y a
continuación convertida
en Glu-6P, Fru-6P o Fru-
1P.
16

METABOLISMO DE OTRAS HEXOSAS

Metabolismo de la Galactosa
La galactosa es un monosacárido que se ingiere con la leche en forma del disacárido Lactosa. Una vez incorporada,
la lactosa llega al intestino en donde gracias a una lactasa se hidroliza liberando galactosa y glucosa. Ambos productos
ingresan a la célula intestinal via SLGT1 en un transporte acoplado con 2 átomos de Na+. Luego la galactosa es liberada
17

a la circulacion sanguinea y transportada hacia el higado, donde es captada y metabolizada dependiendo de las
necesidades del organismo.

CATABOLISMO: Vía de Leloir

En primer lugar, la Galactosa en el higado es fosforilada en el C-1 a
expensas del ATP por la acción de una Galactoquinasa y usando Mg++ como
cofactor.
En segundo lugar se produce un epimerizacion de la galactosa 1-P a su
epimero en C-4, la glucosa-1P. Esto ocurre
en un ciclo de reacciones en donde
participa el hibrido UDP-glucosa como transportador de glucosas. En este ciclo
la enzima UDP-galactosa uridil tranferasa cataliza la formación de glucosa-1P
y del hibrido UDP-galactosa. Este hibrido es oxidado y reducido a expensas de
NADH en una secuencia de dos reacciones consecutivas catalizadas por la
UDP-galactosa-4-epimerasa, donde forma nuevamente el hibrido UDP-
glucosa.
La epimerizacion implica la oxidacion del OH del C4 a acetona y la
reduccion de la cetona a un OH con inmersion de la conformacion en el C4.

ANABOLISMO: Formación de lactosa, glucoproteinas, etc.
El metabolismo anabólico de la galactosa se puede llevar a cabo gracias a
la acción del híbrido UDP-galactosa y a la enzima Galactosil tranferasa. En
este caso tenemos dos ejemplos de la formacion de moléculas más complejas
a partir de galactosa: 1) la formacion de aminoazucares con residuos de
galactosa que formaran glucoproteinas, y 2) la formación de la lactosa en la
glándula mamaria déspues del parto.

La lactosa se forma a partir de la reaccion entre el hibrido UDP-galactosa con una molécula de glucosa, en presencia
de la enzima galactosil tranferasa, la α-lactalbúmina y la enzima Lactosa Sintasa.

Enfermedades asociadas
Galactosemia no clásica: se produce una deficiencia de la galactoquinasa, lo que produce un aumento de
concentración de galactosa en sangre y orina. Se pueden desarrollar cataratas debido al deposito del GALACTITOL, un
metabolito de la galactosa, en el cristalino.
Galactosemia clásica: se produce por un deficit en la UDP-galactosa-1P uridil tranferasa, la cual produce efectos
más graves, como una disminucion en el crecimiento de los niños, anomalías en el habla, deficiencia mental y lesión
hepática que puede llegar a ser fatal, incluso cuando se suprime la galactosa de la dieta. La galactosemia producida por
el deficit de la UDP-galactosa-4-epimerasa conduce a sintomas similares pero es menos grave cuando se controla
cuidadosamente la dieta.
CONSECUENCIAS DEL CONSUMO DE ALIMENTOS RICOS EN SACAROSA A LARGO PLAZO
1) Aumento de la sintesis y liberación de VLDL-TG: Estas lipoproteinas proveen una gran cantidad de AG al tejido
adiposo. Este tejido adiposo almacena estos componentes en forma de TG, pero en respuesta a una elevada
concentración de Fructosa puede generar una lipólisis que libera gran cantidad de AG libres a la sangre. Esto
aumentaria la relación de AG libres y contribuye a la aparición de una resistencia insulínica en los tejidos
sensibles a ella.
2) Disminución de la remoción de TG: debido a una disminución en la actividad de la LPL (ver en resumen de
lípidos) o de una composición alterada de la VLDL.
3) Aumento de TG en higado, en el músculo cardíaco, esquelético y en el pancreas: efecto lipotóxico.
4) Aumenta la glucemia basal normal y la sintesis de glucógeno hepático.
5) Aumenta la insulina en sangre.

METABOLISMO DE LA MANOSA
La D-manosa, liberada en la digestión de diversos polisacáridos y glucoproteínas presentes en los alimentos puede
ser fosforilada en C-6 por una hexoquinasa para dar lugar a la formación de manosa 6-fosfato. Luego este producto se
isomeriza gracias a la manosa-6P isomerasa para finalmente formar Fructosa-6P y seguir así la vía de la glicólisis.
19

METABOLISMO DE LA FRUCTOSA

La fructosa se adquiere en la dieta en su forma libre en muchas frutas y apartir de la sacarosa, la cual una vez que
llega al intestino delgado es hidrolizada en fructosa y glucosa por la enzima sacarasa. La fructosa es captada por el
transportador GLUT-5 y luego es liberada a la circulación sanguinea mediante GLUT2. Esta fructosa puede metabolizarse
tanto en el tejido muscular como en el tejido hepático, no obstante la mayor actividad metabólica se produce en éste
ultimo.

CATABOLISMO
En el MÚSCULO la fructosa es fosforilada por una hexoquinasa en posición C-6 para formar Fru-6P y, de esta manera,
seguir la vía normal de glicólisis.
En el HÍGADO existe en mayor medida otra enzima, la Fructoquinasa, que fosforila a la Fructosa en el C-1 dando
como producto Fructosa-1P. Esa Fru-1P sirve como regulador de la glucoquinasa, como se verá mas adelante. Por otro
lado esa Fru-1P puede, por medio de una Aldolasa distinta a la de la vía glucolítica, formar Gliceraldehido y DHAP. Ambos
productos luego pueden seguir la vía glucolítica.
La fructoquinasa se encuentra se encuentra principalmente en el hígado pero tambien en el intestino y riñón.
Presenta un muy alta afinidad por su sustrato, la cual no se ve afectada por condiciones de ayuno o por la insulina.
Lo fundamental a saber en el metabolismo catabólico que se produce en el higado es que, los metabolitos
intermediarios formados a partir de la Fructosa-1P, el Gliceraldehido y DHAP, ingresan a la vía de la glicólisis evitando el
paso más regulado de esta vía, el controlado por la PFK-1. Además de esto, la Fructoquinasa presenta una actividad
enzimática que es 4 veces mayor que la actividad de la Glucoquinasa y Hexoquinasa juntas. Estas dos cuestiones hace
que el metabolismo de Fructosa sea mucho más rápido y que, como consecuencia de la acumulacion de piruvato, se
generen muchos precursores para la sintesis de lípidos (como el Acetil-CoA).
20

DESTINOS DEL PIRUVATO

Fermentación alcoholica
Este tipo de fermentacion se produce en ausencia de oxigeno es caracteristica de muchas levaduras, en donde el
catabolismo de una molecula de glucosa genera dos moleculas de etanol y dos moleculas de CO2. La fermentacion
alcoholica se produce por las mismas transformaciones enzimaticas que la glucolisis, pero precisa de dos etapas
enzimaticas diferentes al final de la ruta.
Ecuación Global: Glucosa + 2 Pi + 2 ADP → 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP ΔG’°= 25.5 kcal/mol

En la primer etapa, el piruvato se decarboxila a acetaldehido y CO2 de forma irreversible por medio de la enzima
piruvato decarboxilasa, que no se encuentra en los tejidos animales. Esta enzima precisa de Mg2+ y posee una coenzima
unida intimamente. Finalmente en la fermentacion alcoholica, el acetaldehido se reduce a etanol gracias a la oxidacion
del NADH y la reaccion es catalizada por la enzima alcohol deshidrogenasa.

Fermentación lactica
Este proceso lo realizan muchos tipos de bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y
muchos tejidos animales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de
una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de
la respiración aeróbica.
Ocurre una reduccion del piruvato mediado por el cofactor NADH que se oxida dando como producto de cada
molecula de piruvato una molecula de acido lactico en una reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa.
Ecuación global: Glucosa + 2Pi + 2ADP  2Acido lactico + 2ATP ΔG’°= -32,4 kcal/mol
https://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_difosfato
https://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_trifosfato
https://es.wikipedia.org/wiki/Bacteria
https://es.wikipedia.org/wiki/Bacterias_l%C3%A1cticas
https://es.wikipedia.org/wiki/Hongo
https://es.wikipedia.org/wiki/Protozoo
https://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_(biolog%C3%ADa)
https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculo
https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
https://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_aer%C3%B3bica
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DECARBOXILACION OXIDATIVA
La oxidación del piruvato es un conjunto de reacciones bioquímicas catalizado por un complejo enzimático (piruvato
deshidrogenasa PDH) localizado en la matriz mitocondrial. Se trata de una decarboxilación oxidativa y es la etapa previa
al CICLO DE KREBS y posterior a la glucólisis en el proceso de respiración celular, llevado a cabo en células aerobias y
facultativas en presencia de oxígeno. El piruvato debe ser transportado por un transportador al interior de la
mitocondria, que transporta
un H+. La PDH (ENZIMA) es inhibida por su producto, la acetil coA y el NADH.

Formación de oxalacetato (carboxilación del piruvato)
El producto de carboxilacion del piruvato, el oxalacetato, que se forma en la mitocondria por la accion de la piruvato
carboxilasa (en presencia de HCO3-, ATP y biotina), participa de uno de los SITEMAS DE LANZADERAS. Estos sistemas
permiten la entrada de electrones procedentes del NADH citosolico hacia la matriz mitocondrial para ser utilizados en
la cadena transportadora de electrones. Esto existe ya que se sabe que la membrana mitocondrial interna, en la mayor
parte de los tejidos animales, es impermeable frente al NADH, y por lo tanto esta molécula se acumula en el espacio
intermembrana de la mitocondria.
Particularmente en el higado y en el corazon actua la lanzadera malato-aspartato. Ésta compleja lanzadera es
bidireccional; puede transportar electrones desde el NADH extramitocondrial a la mitocondria o desde el NADH
intramitocondrial al citosol. Para funcionar necesita la cooperacion de un modo ciclico, de las enzimas citoplasmaticas
malato deshidrogenasa y las enzimas mitocondriales aspartato aminotransferasa, asi como tambien necesitan de
sistemas de trasnporte de la membrana mitocondrial del malato, del alfa-cetoglutarato, aspartato y del glutamato. Al
final del ciclo se generan tres moleculas de ATP por molecula de NADH citoplasmatica oxidada
https://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_bioqu%C3%ADmica
https://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisis
https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima
https://es.wikipedia.org/wiki/Piruvato_deshidrogenasa
https://es.wikipedia.org/wiki/Piruvato_deshidrogenasa
https://es.wikipedia.org/wiki/Mitocondria
https://es.wikipedia.org/wiki/Descarboxilaci%C3%B3n_oxidativa
https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Krebs
https://es.wikipedia.org/wiki/Gluc%C3%B3lisis
https://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_celular
https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
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CICLO DE KREBS
En los organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es una vía anfibólica, y como tal, se ocupa prácticamente todas las
oxidaciones biológicas, y también proporciona precursores para muchas vías biosintéticas. En esas oxidaciones, se
generan cofactores reducidos que posteriormente serán reoxidados nuevamente en la cadena respiratoria.
Al ciclo de Krebs se lo puede dividir en tres etapas: la primera es aquella que genera acetilCoA (a partir de los
Hidratos de Carbono, Lípidos y Proteínas, por la oxidación del piruvato, la oxidación de los ácidos grasos y de la de los
aminoácidos, respectivamente). La segunda fase es la que comprende específicamente al ciclo de Krebs, y la tercera fase
es la cadena respiratoria con la reoxidación de los cofactores reducidos.
1A ETAPA: FORMACIÓN DEL ACETIL-COA
Esta primera etapa es llevada a cabo por el complejo PIRUVATO DESHIDROGENASA (PDH), un complejo enzimático que está
compuesto por numerosas unidades de 3 enzimas, la piruvato deshidrogenasa (E1), dihidrolipoil transacetilasa (E2) y dihidrolipoil
deshidrogenasa (E3). Este complejo tiene 5 cofactores: coenzima A (CoA-SH), TPP (timina pirofosfato), Lipoato, FAD y NAD.
La reacción global que cataliza la PDH es irreversible, y es la siguiente:

La formación del Acetil-CoA se da en 3 pasos, como se esquematiza:
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1. Consiste en una decarboxilacion del piruvato, eliminando el grupo carboxilo como CO2, y el resto del esqueleto se une a la TPP.
Esta reacción es llevada a cabo por la piruvato deshidrogenasa. Es el paso más lento, que limita la velocidad de la reacción
completa. Además, es el momento en el que el complejo enzimático tiene especificidad por su sustrato.
2. La dihidrolipoiltransacetilasa transfiere el residuo del piruvato de la TPP al ácido lipoico, uniéndolo a uno de los atomos de
azufre que tiene. A continuación se incorpora CoA que toma el residuo y se forma Acetil-CoA
3. Por medio de la dihidrolipoil deshidrogenasa se regenera el ácido lipoico y estos electrones son tomados por el FAD que es
reducido a FADH2 y luego oxidado a FAD para reducir al NAD.
Como productos de este primer paso se obtienen CO2 que se elimina, Acetil-CoA que va a ser usado en el ciclo de Krebs, y
NADH con el que se va a obtener ATP en la fosforilación oxidativa.

Regulación de la PDH

La regulación del complejo PDH se da a través de distintos compuestos, y puede ser covalente, alostérica y molecular
en forma indirecta (solo en tejido adiposo):
● Alostérica: involucra regulaciones directas sobre la PDH, este complejo enzimático es inhibido por la presencia de
Acetil-CoA y NADH; y regulaciones indirectas a través de la regulación de la PDH quinasa y la PDH fosfatasa
● Covalente: es inhibida por fosforilación por la PDH quinasa (activadores alostéricos de esta son mayor proporción
de Acetil-CoA, ATP y NADH; inhibidores alostéricos son Ca2+, piruvato y dicloroacetato). Es activada por la PDH
fosfatasa, cuyos activadores son Ca2+ y Mg2+.
● Molecular: la insulina en tejido adiposo activa a la PDH fosfatasa.
Este es el proceso de formación de Acetil-CoA a partir del piruvato generado en la glicólisis. Los AG y las proteínas
también generan Acetil-CoA para ser transformado en el ciclo de Krebs, pero con la diferencia es que el producto de su
metabolismo es Acetil-CoA, no requieren otro proceso como el del piruvato (un ejemplo es el de la β-oxidación).
También los cuerpos cetónicos y el etanol lo producen

2A ETAPA: CICLO DE KREBS
Este ciclo comprende 8 reacciones, y para iniciar requiere del sustrato iniciador que es el oxalacetato, y un sustrato
alimentador que es el Acetil-CoA. En todo este ciclo, la mayoría de las reacciones que ocurren son reversibles, excepto
la reacción 1 que corresponde a una condensación, y las reacciones 3 y 4, que corresponden a decarboxilaciones
oxidativas. El proceso general se esquematiza:
25

1-Formación de citrato por la enzima CITRATO SINTASA: El carbono metílico del grupo acetilo se una al grupo
carbonilo (C-2) del oxalacetato, mediante una reacción de condensación de Claisen. Es una reacción fuertemente
exergónica e irreversible. El CoA-SH se recicla para ser usado en otra descarboxilación oxidativa por la PDH.

2-Formación de isocitrato por la enzima cis-ACONITASA: La enzima cataliza la transformación reversible del
citrato a isocitrato. Tiene un centro ferro-sulfurado que actúa tanto en la fijación del sustrato al sitio activo como en la
26

adición o eliminación catalítica del H2O. El producto generado se consume con gran rapidez en el siguiente paso.

3-Decarboxilación oxidativa del isocitrato a α-cetoglutarato por la enzima ISOCITRATO DESHIDROGENASA:
Esta enzima presenta dos isoformas, una que utiliza NAD+ como aceptor electrónico y otra que utiliza NADP+. La primera
se encuentra en la matriz mitocondrial y es la más activa en el ciclo. La segunda se encuentra en la matriz mitocondrial
y en el citosol, y es más activa en la producción de NADPH.

4- Decarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2 por el complejo α-CETOGLUTARATO
DESHIDROGENASA.

5-Conversión del succinil-CoA a succinato, por acción de la
SUCCINIL-COA SINTETASA:
Esta enzima requiere de GDP y Pi para formar GTP y liberar la coenzima
A (CoA-SH), este GTP se forma por fosforilación a nivel de sustrato, a
través de la fosforilación de un residuo de histidina de la succinil-CoA
sintetasa. El GTP formado es usado para formar ATP a través de la enzima
Nucleósido difosfato quinasa, el resultado neto es la conversión de energía
en forma de ATP.

6- Deshidrogenación del succinato a fumarato por la SUCCINATO
DEHIDROGENASA:
La enzima se encuentra en la membrana mitocondrial interna y los electrones
pasan desde el succinato al grupo FAD del centro activo antes de entrar en la cadena
transportadora.

7-Hidratación del fumarato a malato por la FUMARASA o
FUMARATO HIDRATASA:
en esta reacción primero
se incorpora un OH- formando un
compuesto intermediario carbanión, para luego incorporar un H+ y
formar el malato. La enzima cataliza la reacción de hidratación del
doble enlace en trans (es estereoespecífica).

8-Deshidrogenación del malato a oxalacetato por la MALATO DESHIDROGENASA:
Esta última reacción del ciclo es una oxidación reversible que produce NADH, y toma el
malato para formar oxalacetato, que sirve de sustrato iniciador para otro ciclo. La concentración
del oxalacetato es muy baja debido a lo favorable que es la formación de citrato. Por esta razón,
la reacción de formación del oxalacetato está favorecida.

RESUMEN DEL CICLO
Durante una vuelta del ciclo un grupo acetilo de dos átomos
de carbono entro al ciclo combinándose con el oxalacetato. Dos
átomos de carbono salieron del ciclo como CO2 debido a las
reacciones oxidativas (2 y 3). La energía liberada en todas las
oxidaciones del ciclo se conservó reduciendo tres NAD+ y un
FAD+, y la producción de un ATP o GDP. Al final del ciclo se
regeneró una molécula de oxalacetato.
Si bien en el ciclo solo se produce una molécula de ATP, los
cuatros pasos de oxidación en el ciclo proporcionan un flujo
grande de electrones hacia la cadena respiratoria, facilitando de
este modo la formación de muchas más moléculas de ATP
durante el proceso de fosforilación oxidativa (ver más adelante).
En la fosforilación oxidativa el paso de dos electrones desde
el NADH al O2 conduce a la formación de unos 2,5 de ATP, y el
paso de dos electrones desde el FADH2 al O2 rinde alrededor de
1,5 ATP.
REACCIÓN GLOBAL:
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD+ 2H2O + ADP + P → 2CO2 + 3NADH +
3H+ + FADH2 + CoA-SH + ATP

CICLO DE KREBS COMO VÍA ANABÓLICA
A parte de su papel en el catabolismo de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos, el ciclo bajo ciertas circunstancias
metabólicas proporciona precursores para muchas vías biosintéticas. Por ejemplo, los átomos de carbono de del
oxalacetato y del α-cetoglutarato se utilizan entonces para sintetizar Asp y Glu, así como también nucleótidos de purina
y pirimidina. El oxalacetato se convierte en glucosa mediante gluconeogénesis y el succinil-CoA es un intermediario
central en la síntesis del anillo de porfirina de los grupos hemo, que actúan como transportadores de oxígeno (en la
hemoglobina y mioglobina) y de transportadores de electrones (en los citocromos).

CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Es la culminación del metabolismo productor de energía en los organismos
aeróbicos. Todos los pasos oxidativos en la degradación de glúcidos, grasas y
aminoácidos convergen en esta etapa final de la respiración celular, en la que la
energía de oxidación se aprovecha para la síntesis de ATP.
En los eucariotas la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa tienen
lugar en la mitocondria. En estos procesos se lleva a cabo la reducción de O2 a
H2O gracias a los electrones cedidos por NAD(P)H y FADH2 a través de la cadena
respiratoria, y una posterior formación de ATP por fosforilación a nivel del
sustrato.
La cadena respiratoria consta de una serie de transportadores electrónicos
que actúan secuencialmente, la mayoría de ellos proteínas integrales de
membrana con grupos prostéticos que median reacciones de óxido-reducción.
Los transportadores electrónicos tienen un potencial creciente de modo que el
flujo electrónico es siempre unidireccional. Se pueden producir tres tipos de
transferencia:
➔ Transferencia directa de electrones.
➔ Transferencia de un átomo de hidrógeno (H+ + e-).
➔ Transferencia de un anión hidruro portador de dos electrones (:H-).
Además de NAD y FAD, existen otros tres tipos de moléculas
transportadoras de electrones que funcionan en la cadena respiratoria: una
quinona hidrofóbica (ubiquinona) y dos tipos diferentes de proteínas con hierro (citocromos y proteínas ferro-
sulfuradas).
La UBIQUINONA (también llamada COENZIMA Q) es liposoluble y puede aceptar un electrón transformándose en
QH, o dos electrones, formando QH2. Debido a que este transportador es hidrofóbico y pequeño, puede difundir
libremente dentro de la bicapa lipídica de la membrana mitocondrial interna y puede hacer de lanzadera de equivalentes
de reducción entre los otros transportadores.
Los CITOCROMOS son proteínas con un grupo prostético hemo que contiene al hierro. Las mitocondrias contienen
tres clases de citocromos que se distinguen por diferencias en su espectro de absorción de la luz y que se designan como
a, b y c. El citocromo c (Cit c) de la mitocondria, es una proteína soluble que se asocia mediante interacciones
electrostáticas con la parte exterior de la membrana mitocondrial interna. Las PROTEINAS FERRO-SULFURADAS, el
hierro está presente en asociación con átomos de azufre de residuos de Cys de la proteína, y no con el grupo hemo.
Todas estas proteínas participan en la transferencia de un electrón en las que se oxida o reduce uno de los átomos de
Fe de la agrupación ferro-sulfurada.
TODOS ESTOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES ACTÚAN EN COMPLEJOS MULTIENZIMÁTICOS. La cadena
respiratoria está formada por cuatro complejos enzimáticos presentes como proteínas asociadas a la membrana
mitocondrial interna (designados como COMPLEJO I, II, III y IV). Sintetizando el proceso, los Complejos I y II catalizan la
transferencia de electrones a la ubiquinona a partir de dos dadores de electrones diferentes: NADH (Complejo I) y
Succinato (Complejo II). El Complejo III transporta electrones desde la ubiquinona reducida al Cit C, y el complejo IV
completa la secuencia transfiriendo electrones desde el Cit c al O2.
30

COMPLEJO I - NADH deshidrogenasa (NADH a Ubiquinona): este complejo cataliza dos procesos simultáneos
que están acoplados, (1) la transferencia de un ion hidruro del NADH y un protón de la matriz formando QH2 y (2) la
transferencia de 4 H+ de la matriz hacia el espacio intermembrana. El QH2 difunde por la membrana mitocondrial
interna desde el Complejo I al Complejo III, donde se oxida a Q en un proceso acompañado de la salida de un protón
hacia el exterior.
COMPLEJO II – SUCCINATO deshidrogenasa (SUCCINATO a Ubiquinona): este complejo representa la única
enzima del ciclo de Krebs que está ligada a la membrana mitocondrial interna. El FADH2 formado cede sus electrones
al Complejo II, el cual posee un sitio de unión para Ubiquinona, el aceptor final que transporta los electrones hacia el
Complejo III al igual de lo que sucede con el Complejo I. El FADH2 produce menor cantidad de ATP que el NADH debido
a que el complejo II no es transmembrana, por lo que no puede traslocar protones como el Complejo I para aumentar
la fuerza protón-motriz.
Otros sustratos de las deshidrogenasas mitocondriales también pasan electrones a la cadena respiratoria a nivel de
la ubiquinona, pero no a través del Complejo II. Ejemplo de estas enzimas son la Acil-CoA DH y la glicerol-3P DH, las
cuales pueden ceder los electrones a la ubiquinona. Esta proteína tiene libertad para moverse desde el lado de la matriz
de la membrana al espacio intermembrana.
COMPLEJO III – CITOCROMO C oxidoreductasa (Ubiquinona a Cit c): este complejo acopla la transferencia de
electrones desde el QH2, proveniente del Complejo I y II, al Cit c con el transporte de 4 protones de la matriz al espacio
intermembrana. El Cit c es una proteína soluble del espacio intermembrana que es capaz de aceptar un electrón del
Complejo III y se desplaza hacia el Complejo IV para ceder el electrón a un centro de cobre.
COMPLEJO IV – CITOCROMO oxidasa (Cit c a O2): transporta los electrones desde el citocromo c al oxígeno
molecular, reduciéndolo a H2O. Por cada cuatro electrones que pasan a través del complejo, la enzima consume cuatro
H+, convirtiendo el O2 en 2H2O. También utiliza la energía de esta reacción redox para bombear un protón hacia el
espacio intermembrana por cada electrón que pasa.
COMPLEJO V – ATP SINTASA (Síntesis de ATP)
La fuerza protón-motriz conserva energía más que suficiente para impulsar la formación de un mol de ATP por mol
de par de electrones. Por lo que, no existe ningún problema termodinámico para la formación de ATP.
¿Qué mecanismo acopla el flujo de electrones con la fosforilación?
31

La fuerza protón-motriz impulsa la síntesis de ATP a medida que los H+ fluyen de manera pasiva de vuelta hacia la
matriz mitocondrial, a través de un poro asociado con la ATP sintasa. Este acoplamiento entre la oxidación y la
fosforilación es obligatorio, es decir que, una reacción no tiene
lugar sin la otra.
Hay, no obstante, ciertas condiciones y reactivos que
desacoplan la transferencia electrónica de la síntesis de ATP.
Entre los desacoplantes químicos tenemos al 2,4 dinitrofenol
(DNP), un ácido débil con propiedades hidrofóbicas que les
permite difundir fácilmente a través de la membrana
mitocondrial. De este modo, una vez que capta un H+, ingresa a
la matriz mitocondrial y puede ceder el H+ disipando el
gradiente de concentración, y de esta manera, inhibir la síntesis
de ATP. Los ionóforos como la Valinomicina permiten que iones
inorgánicos atraviesen fácilmente las membranas disipando la
contribución eléctrica del gradiente electroquímico.
Existen también inhibidores del transporte de electrones. Resaltan entre los más importantes el Cianuro y el
monóxido de carbono.

Estructura de la ATP sintasa y mecanismo molecular de síntesis de ATP
La ATP sintasa también tiene dos componentes distintos: F1, una proteína
periférica de membrana, y Fo, una proteína integral de membrana. En la
superficie de la enzima, la reacción ADP + Pi ← → ATP + H2O es fácilmente
reversible.
Debido a que el complejo FoF1 une al ATP con elevada afinidad, ese ATP
recién sintetizado no abandona la superficie de la enzima en ausencia de
protones. Es el gradiente protónico el que provoca su liberación.
La F1 mitocondrial tiene 9 subunidades α3, β3, γ, δ y ε. Cada una de las
tres subunidades β tiene un sitio catalítico para la síntesis de ATP. Orientada
hacia la matriz, F1 presenta una forma de esfera aplanada formada por
subunidades α y β alternadas (como gajos de naranja). La subunidad γ actúa
como un eje central que
atraviesa F1 y conecta con Fo.
El complejo Fo forma un
poro protónico por donde circulan los H+ pasivamente desde el espacio
intermembrana hacia la matriz. Está formada por tres subunidades
proteicas que adquieren una conformación de cilindro aplanado.

A nivel molecular, la síntesis de ATP se produce por un mecanismo de
CATALISIS ROTACIONAL. En este proceso una subunidad β determinada
adquiere una conformación β-ADP que une al ADP y al Pi del medio. A
continuación, la subunidad cambia de conformación adoptando la forma β-
ATP, que une y estabiliza fuertemente al ATP. Finalmente la subunidad
cambia hacia la conformación β-vacío, que tiene una afinidad muy baja por
el ATP y puede liberarlo. Estos cambios de conformación esenciales están
impulsados por la corriente de protones a través del poro que forma Fo.
La subunidad γ rota por el flujo de H+, y en cada rotación de 120° se
pone en contacto con una subunidad β diferente, produciendo el cambio de
conformación de la subunidad hacia la β-vacía. En cada rotación se sintetizan y se liberan de la superficie de la enzima
3 moléculas de ATP. El número de protones necesarios para sintetizar una molécula de ATP es de 4, de los cuales uno
se utiliza para el transporte de Pi, ADP y ATP a través de la membrana mitocondrial (ver más adelante).
Cuando el NADH es el dador electrónico se sintetizan 2.5 moléculas de ATP, y cuando lo es el succinato se sintetizan
solo 1.5 moléculas de ATP.

LA FUERZA PROTÓN MOTRIZ TAMBIÉN SE UTILIZA PARA IMPULSAR VARIOS PROCESOS DE TRANSPORTE
IMPORTANTES PARA LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.
32

La membrana mitocondrial interna es por lo general impermeable a las especies cargadas, por lo tanto existen dos
sistemas específicos que transportan ADP y Pi a la matriz y ATP hacia el
citosol.
➔ NUCLEOTIDO DE ADENINA TRANSLOCASA: transporta mediante un
sistema acoplado antiporter una molécula de ADP3- , desde el
espacio intermembrana, por una moléculas de ATP4- de la matriz. El
movimiento de ATP4- desde la matriz al espacio intermembrana se
encuentra favorecido por el gradiente electroquímico generado por
la fuerza protón-motriz.
➔ FOSFARO TRANSLOCASA: promueve el cotransporte paralelo de un
H2PO4- y un H+ al interior de la matriz. Este mecanismo también se
encuentra favorecido por el gradiente de protones.

SISTEMAS DE LANZADERAS
Son sistemas especiales que transportan equivalentes de reducción desde el NADH citosólico a la mitocondria
mediante una ruta indirecta. La lanzadera de NADH más activa que funciona en las mitocondrias de hígado, riñón y
corazón es la lanzadera del malato-aspartato (ver resumen hidratos de carbono).

En el músculo esquelético y en el cerebro utilizan la lanzadera del glicerol 3-fosfato. Difiere del sistema anterior
porque cede los electrones desde el NADH a la ubiquinona y de ella al complejo III, no al complejo I. por lo que
proporciona energía para la síntesis de 1.5 moléculas de ATP por par de electrones.
33

RENDIMIENTO ENERGÉTICO:
En el ciclo de Krebs, según la nueva bibliografía, por cada vuelta del ciclo, es decir, por cada mol de Acetil-CoA
consumido, se producen 10 ATP, que corresponden:

En base a la formación de ATP en la oxidación aeróbica de la glucosa, se obtienen:

La diferencia de 2 ATP yace en la lanzadera de electrones usada para transferir NADH desde el citosol a la
mitocondria. La lanzadera Malato-Aspartato permite la formación de 5 ATP, mientras que la lanzadera NAD-FAD permite
formar 3 ATP.
Los ácidos grasos permiten obtener más energía que los Hidratos de Carbono, como se observa:
34

REGULACIÓN DEL CICLO DE KREBS
La regulación del ciclo de Krebs está dada por:
 La disponibilidad de sustratos
 La inhibición por productos
 La regulación de las enzimas que catalizan reacciones irreversibles
o Citrato sintasa
o Isocitrato deshidrogenasa
o Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa

La regulación del ciclo de Krebs es completamente alostérica, no posee regulación covalente ni molecular; y los
reguladores fundamentales son los cofactores reducidos, y algunos productos de las mismas reacciones. Las
regulaciones que se producen en el ciclo son:
N° de Reacción Activador Inhibidor
1 (Acetil-CoA y oxalacetato a Citrato) ADP NADH
ATP
Succinil-CoA
Acil-CoA derivados
Citrato
3 (Isocitrato a α-cetoglutarato) Ca2+
ADP
ATP
NADH
4 (α-cetoglutarato a Succinil-CoA) Ca2+ Succinil-CoA
NADH
ATP
GTP
Una regulación indirecta fundamental es la del complejo PDH, que es la encargada de proveer los Acetil-CoA para
el ciclo, por lo que la regulación de la PDH es una regulación indirecta del ciclo de Krebs.
35

PAPEL DEL CICLO DE KREBS EN EL METABOLISMO
La función del ciclo de Krebs no es solo la generación de cofactores reducidos, sino que también participa en
procesos de síntesis y degradación de moléculas orgánicas.
El ciclo participa en el metabolismo de los aminoácidos a través de transaminaciones, ya que la mayoría de los
aminoácidos son precursores de la glucosa, pueden entrar al ciclo o participar en reacciones previas que intervienen en
su síntesis. Como se ve en el gráfico, la mayoría de los AA participan en el ciclo de Krebs
También participa en el metabolismo de los hidratos de carbono para la síntesis de glucosa, a través del equilibrio
de las enzimas que participan en su síntesis: la primera enzima involucrada en la síntesis de la glucosa es la PEPCK
(fosfoenolpiruvato carboxiquinasa). Lo que hace esta enzima en cuanto al ciclo de Krebs es tratar de eliminar
oxalacetato para que no se acumule y vaya hacia síntesis de glucosa. También es importante pensar en el papel de los
sustratos que generan intermediarios
del ciclo, como por ejemplo la piruvato carboxilasa, enzima que se opone a la
acción de la PEPCK. La primera elimina intermediarios del ciclo, mientras que la segunda los genera.
Además de estas funciones, también interviene en la síntesis de lípidos a través del precursor primario que es la
acetilCoA. Esta molécula se genera a partir de piruvato principalmente, dentro de la mitocondria, en una reacción
catalizada por la piruvato deshidrogenasa; también puede provenir de la β-oxidación de los ácidos grasos también en
la mitocondria. Como la síntesis de lípidos es citoplasmática, la acetilCoA, por más que sea el precursor primario, no
puede formar parte de la síntesis desde el sitio donde se encuentra, que es la mitocondria. Debe salir de la mitocondria,
para lo cual utiliza el ciclo de Krebs, ya que se transforma en citrato (primera reacción del ciclo), que ahora sí puede salir
al citoplasma utilizando sus transportadores, en donde se transforma nuevamente en acetilCoA y así comienza la síntesis
de lípidos.
36

NEOGLUCOGÉNESIS: Biosintesis de glucosa
Es necesario que mantengamos los niveles de glucosa en un rango muy estrecho durante todo el dia porque hay
celulas que solo pueden utilizar glucosa para generar energia, un ejemplo claro es en los globulos rojos que no tienen
un sistema de mitocondrias para sintetizar ATP a partir de la cadena respiratoria por lo que el metabolismo en estas
celulas se da mediante la glucolisis. Puede darse en anilames, plantas, hongos y microorganismos. En los mamiferos la
gluconeogénesis se produce en el hígado, la corteza renal, y las células epiteliales que recubren el intestino delgado,
durante periodos de ayuno prolongado, ejercicio vigoroso, y situaciones de estrés (liberación de cortisol y adrenalina).
Proporciona glucosa para su uso por el cerebro, musculo y eritrocitos.
37

De forma inversa a lo que sucede en la glucolisis, la transformacion de piruvato o cualquier otro precursor, como
aminoacidos o el lactato, en glucosa es la ruta fundamental de la sintesis de glucidos en muchos organismos.
La neoglucogénesis y la glucólisis no son rutas identicas que transcurren en direcciones opuestas, no obstante, siete
de las diez reacciones enzimaticas de la neoglucogénesis son la inversa de las reacciones glucolíticas. Sin embargo,
existen tres etapas irreversibles (Paso 1, Paso 3 y 10) que no pueden ser utilizadas por la via de sintesis de glucosa; es
por esto que estas etapas son reemplazadas mediante un rodeo de reacciones alternativas que son
termodinamicamente favorables en el sentido de la sintesis. De este modo tanto la glucolísis como la neoglucogénesis
son procesos irreversibles en la celula que ocurren mayoritariamente en el citosol y necesitan una regulacion
coordinada.

Resumen general de la gluconeogenesis

Al observar estas reacciones, es posible llegar a la conclusión de que la
gluconeogénesis no es simplemente el proceso inverso de la glucólisis.
Es un proceso considerablemente costoso, energéticamente hablando.
Mucha de esta energía es necesaria para que se garantice la
irreversibilidad de este proceso. El alto costo energético asegura que
este camino se realice solo cuando es necesario.
Paso alternativo 1: Conversion del piruvato en
fosfoenolpiruvato (PEP).
En los eucariotas la fosforilacion del piruvato se logra por una ruta
alternativa, mediante una secuencia de reacciones de rodeo que
requiere la cooperacion de enzimas tanto del citosol como de los
compartimientos mitocondriales. El proceso llevado adelante por la
célula es diferente según el precursor a partir del cual se inicia la
gluconeogenesis.
PRECURSOR: Alanina
En primer lugar el piruvato es transportado desde el citosol a la
mitocondria o se genera dentro de ella por transaminacion de la alanina
(se elimina el grupo alfa-amino del aminoácido). A continuacion, la
piruvato carboxilasa mitocondrial que requiere la coenzima biotina
convierte de forma irreversible el piruvato a oxalacetato. Esta reaccion
se encuentra regulada ya que la enzima es alostericamente activada solo
en presencia de su modulador positivo, el acetil-CoA; ademas que
requiere de Mn2+.
Debido a que la membrana mitocondrial no tiene transportador de
oxalacetato, antes de ser exportado al citosol el oxalacetato formado es
reducido a malato a expensas de la oxidación de NADH, por la forma
mitocondrial de la malato deshidrogenasa.

El malato abandona la mitocondria vía un transportador específico de la membrana mitocondrial interna y una vez
en el citosol es reoxidado a oxalacetato por la reducción del NAD+.

Finalmente el Oxalacetato es convertido entonces en PEP por la enzima PEP carboxiquinasa. Esta reacción
reversible es dependiente de Mg2+ y requiere GTP como dador del grupo fosfato.
Ecuación global:

PRECURSOR: Lactato
Cuando el lactato es el precursor gluconeogénico predomina un segundo rodeo. El lactato producido principalmente
en la glucolisis anaeróbica se oxida a piruvato e ingresa a la mitocondria, allí se convierte en oxalacetato al igual que el
rodeo anterior. No obstante, éste oxalacetato es convertido directamente en PEP por una isoenzima mitocondrial de
la PEP carboxiquinasa.
39

Paso alternativo 2: Conversión de la fructosa 1,6-bifosfato a fructosa 6-fosfato.
Esta reacción es la inversa a la que cataliza la PFK-1. En cambio es catalizada por la fructosa 1,6-bifosfatasa (FBPasa-
1), dependiente de Mg2+, que promueve la hidrolisis irreversible del fosfato en el C-1.

Paso alternativo 3: Conversión de la glucosa 6-fosfato a glucosa libre.
Este paso es la reacción final de la neoglucogénesis. La reacción catalizada por la glucosa 6-fosfatasa hidroliza el
enlace ester del C-6 liberando el fosfato y glucosa sintetizada en el RE.

Esta enzima activada por Mg2+ se encuentra en la cara luminal del retículo endoplasmático de los hepatocitos y
las células renales. Por este motivo es que la neoglucogénesis sólo se da en estos tejidos y luego enviada a los demás
tejidos glucosa dependiente (el musculo, y el cerebro), mediante el torrente sanguineo.

La GPasa necesita a su vez de proteínas estabilizadoras SP que unen calcio y de transportadores específicos para la
Glucosa 6-fosfato así como de fosfato y glucosa.

Otros precursores neoglucogénicos
La vía antes descripta permite la síntesis de glucosa no solo desde el piruvato sino también entre los intermediarios
de cuatro, cinco y seis carbonos del ciclo de Krebs, también algunos o todos los átomos de la mayoría de aminoácidos
procedentes de proteínas se convierten en ultimo termino en piruvato como vimos en el caso de la alanina o que
también se pueden transformar en intermediarios del ciclo de Krebs que pueden oxidarse dando oxalacetato.

REGULACION COORDINADA DE LA GLUCÓLISIS Y LA NEOGLUCOGÉNESIS
En cada uno de los pasos en los que las reacciones glucolíticas
están rodeadas por las reacciones gluconeogénicas alternativas, la
operación simultanea de ambas rutas consumiría ATP sin que se
consiguiese ningún trabajo químico o biológico. Por ejemplo, la PKF-
1 y la FBPasa-1 catalizan las reacciones opuestas
Ambas reacciones resultan en la hidrolisis de ATP, sin que se
produzca ningún trabajo metabólico útil. Por lo tanto, queda claro
que si se permitiese que estas dos reacciones tengan lugar de manera
simultánea en la misma célula, se disiparía una gran cantidad de energía en forma de calor. Afortunadamente ambas
vías se encuentran reguladas en puntos clave de control.
42

Regulación de la Glucoquinasa
Las isoenzimas de la
hexoquinasa del músculo y del
hígado están afectadas en forma
diferente por su producto, la
glucosa-6fosfato. En los seres
humanos existen 4 isoenzimas
(Hexoquinasa I-IV), codificadas en
genes diferentes. En los miocitos
las isoenzimas predominante son
la Hexoquinasa I-III, las cuales las
cuales tienen
una elevada
afinidad por la glucosa. Además
ambas se encuentran
generalmente saturadas,
trabajando a su velocidad máxima. Estas hexoquinasas
musculares se encuentran alostericamente inhibidas por su
producto (Glu-6P), por lo que presentan una regulación directa
por los niveles de glucosa intracelular.
La isoenzima de la hexoquinasa predominante en el hígado
es la Hexoquinasa IV (Glucoquinasa), la cual difiere en tres
aspectos con las Hexoquinasas musculares. Primero, esta
isoenzima se encuentra semisaturada a concentraciones de
glucosa superiores a la concentración usual en sangre (alrededor
de 10mM). Gracias a que un eficiente transportador de glucosa
de los hepatocitos (GLUT2) equilibra rápidamente las
concentraciones de glucosa citosolica y en sangre, el elevado Km
de la glucoquinasa permite su regulación directa por los niveles
de glucemia. En segundo lugar, esta isoenzima no es inhibida por
su producto, sino que posee una proteína regulatoria asociada,
que se encuentra alojada en el núcleo celular. La unión de la
proteína reguladora con la hexoquinasa IV es mucho más fuerte en presencia de Fru-6P. Cuando en la célula hay altas
concentraciones de F6P esta proteína regulatoria une F6P y en esa condición la glucoquinasa posee una gran afinidad
por esta estructura de F6P-Proteína Regulatoria, porque forman un complejo. Al estar en este complejo, se retiene a la
glucoquinasa en el núcleo, y no en el citoplasma (que es donde ocurre la glicólisis) y así la glicólisis está inhibida.
Cuando aumenta la concentración de glucosa o fructosa-1P en el medio, la proteína regulatoria deja libre a la
glucoquinasa y en este momento es cuando la GQ se libera al citoplasma y cumple su función.

Regulación de la Fosfofructoquinasa-1 y de la Fructosa 1,6-bifosfatasa
El ATP no es sólo sustrato de la PFK1 sino también uno de los productos finales de la ruta glucolítica. La actividad de
esta enzima se ve regulada por la presencia de niveles altos de ATP, es decir, cuando la célula produce ATP mas rápido
de lo que lo consume , la enzima se inhibe ya que el ATP se fija a un sitio alostérico disminuyendo la afinidad de la PFK-
1 por la fructosa 6-fosfato. En cambio, el aumento de ADP y AMP resultante cuando se consume ATP actúan
alostericamente aliviando ésta inhibición. Ambos efectos se combinan para producir una actividad enzimática superior
cuando se acumula ADP o AMP y disminuir la actividad cuando se acumula ATP.

Otro inhibidor es el citrato, un intermediario clave en el ciclo de Krebs, sirven también como regulador alostérico
de la PFK-1.

El mantenimiento de un nivel constante de glucosa sanguínea requiere mecanismos reguladores adicionales para
coordinar la producción y el consumo de glucosa. Esta regulación hormonal de glucólisis y de la neoglucogénesis en el
hígado está mediada por la FRUCTOSA 2,6-BIFOSFATO, un efector alostérico de las enzimas PFK-1 y FBPasa-1. La
función de la F 2,6-BP está regulada por el glucagón y la insulina.
La F 2,6-BP se forma por fosforilación de la fructosa 6-fosfato, catalizada por la fosfofructoquinasa-2 (PFK-2), y es
degradada por la fructosa 2,6-bifosfatasa (FBPasa-2). La PFK-2 y la FBPasa-2 forman una UNICA ENZIMA BIFUNCIONAL
que dependiendo de si está hidroxilada o fosforilada, actúa como una quinasa o como una fosfatasa, respectivamente.
Si existe alta concentración de fructosa 2,6-bifosfato, ésta actúa colaborativamente en ambas vías. Mientras estimula la
glucólisis, inhibe la gluconeogénesis.
Cuando los niveles de glucosa disminuyen la hormona glucagón indica al hígado que produzca y libere más glucosa
y que deje de consumirla para sus propias necesidades, para esto mediante una cascada de señales disminuyen los
niveles de F 2,6-BP inhibiendo así la glucólisis y estimulando la producción de glucosa (ya sea a partir del glucógeno
almacenado o de su síntesis de novo).
En el caso de la regulación por insulina ocurre lo contrario, cuando los niveles de glucosa aumentan una cascada de
señales produce un incremento de la concentración de F 2,6-BP estimulando el uso de glucosa como combustible y como
precursor para la síntesis y el almacenamiento de glucógeno y TG.
Cuando la F 2,6-BP se une a su sitio alostérico sobre la PFK-1, aumenta la afinidad de esta enzima por su sustrato y
reduce su afinidad por los inhibidores alostéricos ATP y citrato. Ésta activación estimula la glucólisis hepática y al mismo
tiempo inhibe la FBPasa-1, reduciendo de este modo la biosíntesis de glucosa. La función de la F 2,6-BP está regulada
por el glucagón y la insulina.

Regulación de la Piruvato quinasa (PK)
Concentraciones elevadas de ATP, Acetil-coA y acidos grasos de cadena larga inhiben alostericamente todas las
isoenzimas de la piruvato quinasa. Dentro de ellas la isoenzima hepática (forma L) está sujeta a una regulación adicional
por fosforilacion.
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Cuando se produce la liberación de glucagón, la proteína quinasa dependiente de AMPc fosforila la piruvato quinasa
inactivandola. Esto disminuye la utilización de glucosa por el hígado, reservándola para su exportación.
En el músculo, el efecto de aumento de AMPc es totalmente diferente ya que la isoenzima muscular de la PK (forma
M) no está regulada por fosforilacion. En respuesta a la adrenalina, el AMPc activa la degradación de glucógeno y la
glucólisis proporcionando el comestible necesario para la respuesta de luchar o huir.

Puntos de control de la Neoglucogénesis
El primer punto de control se encuentra en el destino del piruvato en la mitocondria. Como ya sabemos el piruvato
puede convertirse en Acetil-CoA mediante la acción del complejo piruvato deshidrogenasa para impulsar el ciclo de
Krebs y producir energía, pero a su vez también puede reaccionar enzimáticamente con la piruvato carboxilasa formando
oxalacetato para iniciar el proceso de gluconeogénesis. La regulación de este punto es a nivel de cada enzima, esto se
logra mediante el Acetil-CoA que estimula alostericamente a la piruvato carboxilasa e inhibe el complejo de la piruvato
deshidrogenasa.
El segundo punto de control de esta vía es la reacción catalizada por la FBPasa-1, la cual es fuertemente inhibida
por AMP. Ésta molécula promueve la degradación del glucógeno y la glucólisis al activar la glucógeno fosforilasa y
estimular la actividad PFK-1 mediante un mecanismo que se verá más adelante.
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RESUMEN DE REGULACION ENZIMATICA
GLUCÓLISIS-NEOGLUCOGÉNESIS

Enzima Activada Inhibida
Hexoquinasa Glucemia alta Proteína reguladora que
se estimula en presencia de
glucemia baja y alta [F 6P]
PFK-1 AMP, ADP, F 2,6-BP ATP, Citrato
FBPasa-1 Glucemia baja estimula el
glucagón que activa una
cascada de señales que
inactivan a la F 2,6-BP
F 2,6-BP, AMP
PK [AMP] alta
Fru-1,6BP
ATP, Acetil-CoA , Acidos
grasos de cadena larga
Fosforilacion (Forma L )
Piruvato Carboxilasa Acetil-CoA
Complejo Piruvato
deshidrogenasa
Acetil-CoA

RELACIONES INTERTISULARES EN LA SINTESIS HEPATICA DE GLUCOSA

CICLO DE CORI
En el caso particular del lactato, hay un ciclo que ocurre en el organismo que se conoce como Ciclo de Cori, que es
la colaboración entre el hígado y tejidos musculares en la síntesis y utilización de glucosa.
En el músculo se utiliza la glucosa para la obtención de energía, pero no posee todas las enzimas para su síntesis.
Cuando el músculo se exige, utiliza en forma exagerada la glucosa para la obtención de energía; pero por más que se
estimule la oxidación de glucosa, el ciclo de Krebs tiene un límite de velocidad. Por lo tanto, si a partir de la glucosa se
obtiene piruvato que entra en el ciclo de Krebs para la obtención de energía, va a llegar un momento en el cual la
velocidad del ciclo no va a poder aumentar más, y se va a producir un exceso en el contenido de piruvato. Éste último,
en presencia de una gran cantidad de cofactores reducidos, impedirá el seguir utilizando

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