Teórico METABOLISMO y Glucólisis

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22/3/2024
 Cátedra de Bioquímica. 
 Facultad de Ciencias Médicas.
 Universidad Nacional del Comahue.
METABOLISMO DE HIDRATOS 
DE CARBONO 
NOS PREGUNTAMOS…
 ¿Qué son los hidratos de carbono?
 ¿Qué es metabolismo?
 ¿Qué vías del metabolismo de hidratos 
de carbono recuerdan?
 ¿Son anabólicas o catabólicas?
 ¿Cuándo están activas? ¿Bajo que
situaciones?
 En qué órgano/tejido ocurren? ¿Por 
qué?
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METABOLISMO
Suma de todas las reacciones químicas 
que ocurren en una célula u organismo
Ocurre a través de VIAS METABÓLICAS
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Las rutas catabólicas suministran energía química en forma 
de ATP y poder reductor (NADH, NADPH y FADH2); los cuales se 
utilizan en las rutas anabólicas para convertir precursores 
pequeños en macromoléculas celulares.
CATABOLISMO
ANABOLISMO
Nutrientes 
con energía
Productos 
sin energía
Macromoléculas Precursores
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Catabolismo 
convergente
Anabolismo 
divergente
Ciclo Metabólico
Tres tipos de rutas o vías metabólicas
Reacciones del Metabolismo
Oxidación-Reducción (transferencia de 
electrones)
Transferencia de grupos funcionales de 
una molécula a otra
Hidrólisis
Adición o eliminación de grupos 
funcionales
Isomerización
Ligación: Formación de enlaces covalentes 
(req. hidrólisis de ATP)
22/3/2024
Las reacciones que forman 
parte de las vías 
metabólicas son catalizadas 
por enzimas
 Catalizadores biológicos
 Modifican la velocidad de las 
reacciones, pero no el equilibrio
 Holoenzima = apoenzima + coenzima 
o cofactor
Diagrama de coordenadas de una 
reacción química
Progreso de la reacción
Lehninger. Principios de Bioquímica. 
22/3/2024
Diagrama de coordenadas de una 
reacción química catalizada
Progreso de la reacción
Lehninger. Principios de Bioquímica. 
 ∆G’º = variación de la energía libre en 
condiciones estándar bioquímicas
 Es la diferencia de energía libre del estado 
basal de los productos y reactivos (en 
condiciones estándar)
 ∆G’º = -RT ln K’eq = -RT ln [P] eq
[S] eq
∆G’º > 0 reacciones endergónicas
∆G’º < 0 reacciones exergónicas
Condiciones estándar bioquímicas: 298 K° (25 °C), pH7, 1M.
22/3/2024
El sentido de la reacción 
química lo determina el ∆∆∆∆G y 
no el ∆∆∆∆G’º
∆G = ∆G’º + R T ln [P]
[S]
 Si ∆G es negativo: la reacción es 
espontánea (de S a P)
 Si ∆G es positivo no es espontánea 
 En el equilibrio: ∆G = 0
Donald Voet, Judith G. Voet. Ed. Médica Panamericana, 2006
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Resumen de las clases de enzimas y 
principales subclases
Devlin. 
Ed. Wiley 2010
REGULACION DE LA ACTIVIDAD 
ENZIMÁTICA
 Disponibilidad de sustrato
 Inhibición por producto de la reacción
 Modulación alostérica (moduladores + y -)
 Modificación covalente reversible 
 Conversión de zimógeno en enzima (irrev.)
 Unión o liberación de subunidades proteicas
 Isoenzimas
 Nivel de enzimas (síntesis o degradación)
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DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO (cuando el 
sustrato es limitante, un aumento en su
concentración posibilita la actividad 
enzimática)
 INHIBICION POR PRODUCTO (el producto 
directo de la reacción inhibe por competencia 
en el sitio activo de la enzima) 
 REGULACIÓN A LARGO PLAZO: aumento (o 
disminución) de la cantidad de enzima 
REGULACIÓN
Enzimas Michaelianas
Cuando presentan Regulación: 
DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO,
INHIBICION POR PRODUCTO, 
REGULACIÓN A LARGO PLAZO (SINTESIS)
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Regulación Alostérica
Ej. Fosfofructoquinasa I (+): ADP, AMP, fructosa 2,6biP 
(-): ATP, citrato, H+
ENZIMAS ALOSTÉRICAS
Tomado de: Bioquímica: Conceptos esenciales
De Elena Feduchi Canosa
Varias subunidades, varios sitios activos y 
además presentan sitios alostéricos
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Modificación covalente reversible
fosforilación
adenilación
uridilación
ADP ribosilacion
metilación
Modificación covalente reversible: 
Fosforilación y desfosforilación
PROTEINA QUINASA
PROTEINA FOSFATASA
Cadena 
lateral de 
serina, 
treonina, o 
tirosina
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Conversión de zimógeno en enzima
Separación de subunidades inhibitorias
Proteína quinasa dependiente de AMPc 
(PKA)
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REGULACION DE LA ACTIVIDAD 
ENZIMÁTICA
Resumimos los modos más 
importantes o frecuentes de 
regulación que vemos en la 
asignatura….
REGULACION DE LA ACTIVIDAD 
ENZIMÁTICA
A corto plazo:
 Modulación alostérica (moduladores + y - ) 
(t: milisegundos)
 Modificación covalente reversible: 
fosforilación y desfosforilación (t: segundos)
A largo plazo:
 Nivel de enzimas (aumento de la transcripción y 
traducción proteica: síntesis, aumenta Vmax) 
(t: horas)
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METABOLISMO DE 
HIDRATOS DE CARBONO
Glucógeno
Glucogenogénesis
(almacenamiento)
Oxidación 
vía 
glucólisis
Oxidación por la 
vía de las 
pentosas
Ribosa 5 fosfato Piruvato
Fermentacion en 
levaduras
Fermentacion a lactato 
en músculo en ejercicio 
intenso y en eritrocitos. 
En otros organismos.
Animales, plantas y otros organismos 
bajo condiciones aeróbicas
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Partimos de la glucosa…
 ¿Cómo entra y sale de las 
células?
Absorción intestinal de la 
glucosa
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������������ Grad. 
de Glucosa
BAJO BAJO
Liquido 
intersticial
SGLT
Lehninger. Principios de Bioquímica. 
Transporte de Glucosa
 Transportadores GLUT
 Difusión facilitada a favor de 
gradiente
Afinidad por la glucosa 
Glut 3 y 1 > Glut 4 >Glut 2
22/3/2024
Transportador GluT
Lienhard y col. 1992. Investigación y ciencia. 
Lienhard y col. 1992. 
Investigación y 
ciencia. 
22/3/2024
Adiposo y muscular
Hay varios transportadores de glucosa: GluT, con diferentes 
características.
Algunos predominan en ciertos tejidos
Concentración de Glucosa (mM)
V
el
o
ci
d
ad
 d
e 
tr
an
sp
o
rt
e
(%
 V
m
ax
)
5 10 15 20 25
Km= 1,6 -2 mM
Km= 20 mM
Km= 5 mM
GLUT 3 (SNC, neuronas)
GLUT 1 (BHE, eritrocitos)
GLUT 4 (músculo y adiposo)
GLUT 2 (hígado, páncreas, 
intestino delgado)
Transportadores GLUT
Rango fisiológico
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Reclutamiento celular de transportadores GLUT4
La insulina se une 
a su receptor
Cascada de 
transducción 
de la señal
La glucosa 
ingresa a la 
célula 
a) En ausencia de insulina los GluT 4 se 
hallan en vesículas en el interior de la célula
b) La insulina dispara la señal para que se 
inserten en membrana los GluT4 y la glucosa 
ingresa a la célula
Miocito o adipocito Aumento de Vmáxima
GLUCOLISIS
 Ocurre en el citosol
 No requiere oxígeno
 Rinde 2 moles de ATP por mol de glucosa 
(se generan 4 – 2 que se usan)
 El ATP se genera por fosforilación a nivel 
del sustrato 
 La glucosa (6 C) se oxida y se obtienen 2 
moléculas de 3 C (piruvato)
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Fase Preparatoria: 
Fosforilación de la Glucosa 
y su ruptura en triosas P Hexoquinasa
Fosfogluco
isomerasa
Fosfofructo
quinasa I
Aldolasa
Mg2+
Mg2+
Lehninger. Principios de Bioquímica. Nelson y Cox. 3era ed. 
Triosas fosfato
Fase de beneficios
Conversión oxidativa
del gliceraldehido 3P
en piruvato y formación
de ATP por
fosforilación a nivel del
sustrato
Triosafosfato 
isomerasa
Gliceraldehido 3-P 
deshidrogenasa
Fosfogliceratoquinasa
Fosfogliceratomutasa
Enolasa
Piruvato quinasa
Mg2+
Compuesto fosfato 
de alta Energía
Lehninger. Principios de Bioquímica. 
Nelson y Cox. 3era ed. 
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En anaerobiosis (cel. musculares) y en 
eritrocitos:
Lactato 
deshidrogenasa
El piruvato se 
reduce a lactato
y se regenera el 
NAD+ (oxidado)
Fibras 
musculares
Eritrocitos
Medula renal
Testículos 
Leucocitos 
Córnea
Lehninger. 
Principios de 
Bioquímica. 
Nelson y Cox. 
3era ed. 
Regulación de la Glucolisis
 ¿Cómo se regula?
 ¿Cuándo está activa?
 ¿Cuáles son las enzimas regulatorias 
de la glucólisis?
22/3/2024
Hexoquinasa y 
glucoquinasa
Fosfofructoquinasa I
Piruvato
Quinasa
AcetilCoA
Ac.Grasos de 
cadena larga
Devlin.Bioquímica con aplicaciones clínicas 
22/3/2024
Reacción catalizada por la 
HEXOQUINASA
Hexoquinasa
Reacción irreversible!! Lehninger.Principios de Bioquímica. 
Nelson y Cox. 3era ed. 
Cinética de Hexoquinasa y Glucoquinasa
Km= 0.1 mM
Km= 7 mM
Devlin. Bioquímica con correlaciones clínicas. Ed. Wiley 2010
22/3/2024
 Hexoquinasa (I, II y III)
Menos específica.
En hígado y en otros tejidos
Km menor, mayor afinidad por la glucosa.
Regulación: Inhibición por producto (por G6P)
La insulina estimula su síntesis
Cinética Micaeliana
 Glucoquinasa
Mas específica.
Predomina en hígado
Km mayor, menor afinidad por la glucosa.
Importante en la regulación de glucemia en periodo postprandial. 
Cinética sigmoidea. 
Regulación : la insulina estimula su síntesis, 
translocación núcleo-citosol 
Relación de curvas de Hexoquinasa y Glucoquinasa
con el rango fisiológico glucemia
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Altas [Glucosa] estimulan la 
translocación de GK desde el 
núcleo al citosol y por lo tanto 
su activación.
La Fructosa 6P aumenta la 
translocación de GK al núcleo y 
su unión a proteína reguladora 
que la mantiene allí.
Regulación de la Glucoquinasa
Reacción catalizada por la 
FOSFOFRUCTOQUINASA I
Fosfofructoquinasa I
(PFK I)
Fructosa 6-fosfato Fructosa 1,6-bifosfato
Lehninger. Principios de Bioquímica. 
Nelson y Cox. 3era ed. 
22/3/2024
FOSFOFRUCTOQUINASA: es una enzima alostérica
Sitios 
catalíticos
Sitios 
catalíticos
Stryer Bioquímica. Edit. Reverté. 
Regulación de la actividad enzimática de la 
FOSFOFRUCTOQUINASA
H+ y citrato Fructosa 2,6 
bifosfato
Insulina activa 
aumentando F2,6 bP 
y a largo plazo 
(síntesis)
 Regulación alostérica
 Regulación a largo plazo: la insulina estimula su síntesis
22/3/2024
Efecto de la concentración de ATP
baja
alta
Lehninger. Principios de Bioquímica. Nelson y Cox. 3era ed. 
 Los H+ son eliminados 
por un simporte
lactato/H+
 Los H+ inhiben a la PFKI 
y � la veloc. de la 
glucólisis => 
� la producción de más H+ 
evitando la � del pH 
sanguíneo
ERITROCITO
Devlin.Bioquímica con aplicaciones clínicas 
22/3/2024
Principal modulador positivo: F 2,6 biP
Fructosa 2,6 bifofato
Efecto de la concentración de F2,6 biP (modulador +) 
sobre la actividad de PFK1 
La F 2,6 biP disminuye 
el km para el sustrato 
(F 6 P)
Es un potente 
modulador alostérico 
positivo
Sustrato
22/3/2024
Una enzima bifuncional la PFK2/FBPasa
regula los niveles del modulador: fructosa 2,6 biP
Dominio quinasa Dominio fosfatasa
Región 
regulatoria
Enzima: Fosfofructoquinasa II / 
fructosa 2,6 bifosfatasa
EN 
HEPATOCITO
Fructosa 2,6 bifosfatoFructosa 6 fosfato
Efecto de las hormonas sobre la concentración de 
fructosa 2,6 biP en el Hígado
Período de 
ayuno/ejercicio
Período posprandial
(Glucosa abundante)
Glucagón y 
Adrenalina
Proteína fosfatasa 1 
activada por Insulina
Proteína quinasa A
22/3/2024
Glucagón
 Hormona peptídica (29 aa) secretada por células alfa 
pancreáticas 
 Se une a R de membrana acoplado a prot G
 Segundo mensajero: AMPc 
 Ayuno
Insulina
 Hormona peptídica (51 aa) secretada por células beta 
pancreáticas 
 Se une a R de membrana plasmática
 Sin 2do mensajeros
 Período postprandial (dieta con H de C)
 Sintetizado por Adenilato 
ciclasa (a partir de ATP)
 Degradado por 
Fosfodiesterasa 
(a AMP no cíclico)
AMPc
22/3/2024
En hígado:
Glucagón y adrenalina (recept ββββ):
(ayuno) (ejercicio)
Estimulan la formación de AMPc => estimula la 
PKA => quien fosforila a la PFK2 (dominio 
quinasa) y la inhibe => disminuye la 
concentración de Fructosa 2,6 biP =>
DISMINUYE velocidad de FPK I 
(fosfofructoquinasa I) y por lo tanto de la 
GLUCOLISIS 
DISMINUYE la velocidad de PFKI y por lo tanto de la 
GLUCÓLISIS
22/3/2024
En hígado:
 Insulina:
(período postprandial)
Estimula a la Proteína fosfatasa I=> quien 
desfosforila a la PFK2 y la activa => 
AUMENTA la concentración de Fructosa 
2,6 biP =>
AUMENTA la velocidad de FPK I y por lo 
tanto de la GLUCOLISIS 
AUMENTA la velocidad de PFKI y por lo 
tanto de la GLUCOLISIS 
22/3/2024
¿Qué pasa en músculo 
cardíaco cuando aumenta 
la adrenalina?
 La adrenalina estimula la PKA que fosforila una 
isoenzima de PFK2/FBPasa
en el dominio 
fosfatasa que se 
inhibe
y se activa el 
dominio quinasa
lo que produce…
Aumento de Fructosa 2,6 biP
AUMENTA la velocidad de la enzima FPK I y por lo 
tanto de la GLUCOLISIS
En músculo cardíaco:
Devlin.Bioquímica con aplicaciones clínicas 
22/3/2024
AUMENTA la velocidad de PFKI y por 
lo tanto de la GLUCOLISIS
X
Reacción catalizada por la 
PIRUVATO QUINASA
fosfoenolpiruvato piruvato
Piruvato quinasa
Reacción irreversible y regulada
22/3/2024
Regulación de la PIRUVATO QUINASA
A corto plazo:
 Alostérica (cooperativismo + con PEP)
Moduladores positivos: Fructosa 1,6-biP, ADP 
Moduladores negativos: ATP, Alanina, 
AcetilCoA y ac. grasos
 Modificación covalente reversible:
Fosforilación por PKA la inactiva (sólo en hígado)
A largo plazo:
 Insulina estimula su síntesis
Regulación de la isoenzima 
hepática de Piruvato quinasa
Reg. 
covalente
Reg. 
alostérica
22/3/2024
La glucemia está elevada (dentro de intervalo normal)
Se secreta INSULINA 
En el período postprandial!
¿Cuándo está activa la GLUCOLISIS en 
Hígado? 
¿Cuándo está inactiva la GLUCOLISIS en 
Hígado?
La glucemia está baja (dentro de intervalo normal)
Aumenta el GLUCAGÓN
En ayuno
y durante el ejercicio, en hígado ?
La carga energética regula 
la glucólisis muscular
Stryer Bioquímica. Edit. Reverté. 
22/3/2024
Entrada de glucosa al miocito durante 
el ejercicio físico 
Por reclutamiento de GluT 4 en membrana 
(por ejercicio de manera independiente de insulina)
Integrative Human Biochemistry. Poian y Castagno. Springer. 
Efecto de deficiencias 
enzimáticas de la 
Glucólisis sobre el 
transporte de O2
22/3/2024
Síntesis del BPG
Hexoquinasa
Fosfofructoquinasa I
Piruvato Quinasa AcetilCoA
Ac.Grasos de 
cadena larga
Devlin.Bioquímica con aplicaciones clínicas 
22/3/2024
Efecto de deficiencias enzimáticas de la Glucólisis 
sobre el transporte de O2