PONENTE: ANGEL CRISTIAN VILLEGAS PAUCAR

La gluclisis tiene lugar en el citoplasmacelular. Consiste en una serie de diez reacciones, cada una catalizada por una enzima determinada, que permite transformar una molcula de glucosa en dos molculas de un compuesto de tres carbonos, el cido pirvico.

En la primera parte se necesita energa, que es suministrada por dos molculas de ATP, que servirn para fosforilar la glucosa y la fructosa. Al final de esta fase se obtienen, en la prctica dos molculas de PGAL, ya que la molcula de DHAP (dihidroxiacetonafosfato), se transforma en PGAL. En la segunda fase, que afecta a las dos molculas de PGAL, se forman cuatro molculas de ATP y dos molculas de NADH. Se produce una ganancia neta de dos molculas de ATP.

Al final del proceso la molcula de glucosa queda transformada en dos molculas de cido pirvico, es en estas molculas donde se encuentra en estos momentos la mayor parte de la energa contenida en la glucosa. La glucolisis se produce en la mayora de las clulas vivas, tanto en procariotas como en las eucariotas

cambios sufridos por la molcula de glucosa hasta transformarse en dos molculas de cido pirvico.

GLUCOLISIS

La glucosa (6C) y otros monosacridos son degradados hasta piruvato (3C). Parte de la energa libre liberada se conserva en forma de ATP. Tiene lugar en el citoplasma. No interviene para nada el oxgeno molecular.

REACCINGlucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ---> 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

REGULACIN DE LA GLUCLISIS

Las velocidades de las enzimas que catalizan reacciones en el equilibrio o prximas a l (DG0'~0), se regulan por las concentraciones relativas de los sustratos y los productos. En las reacciones que transcurren fuera del equilibrio (DG0' -) los cambios en la concentracin de los sustratos no ejercen efecto alguno sobre la velocidad de la reacin Flujo de metabolitos de una reacin: J = vf vr

En el equilibrio: J = 0 (vf = vr )Fuera del equilibrio: vf >> vr por lo que J = vf

conclusiones

1) El flujo de una va metablica en estado estacionario es constante y est determinado por la velocidad de la(s) reaccin(es) que transcurren fuera del equilibrio, tambin llamadas reacciones limitantes de la velocidad de la ruta metablica. 2) Ser necesario incrementar (o disminuir) enormemente la velocidad de cualquier enzima de una reaccin fuera del equilibrio para poder modificar el flujo de la reaccin. Esto se logra mediante interaciones alostricas. 3) El flujo de una va metablica est determinado por la velocidad de la(s) reaccin(es) que transcurre(n) fuera del equilibrio (=reaciones limitantes) 4) Para comprender cules son los puntos de regulacin, debemos repasar la energtica de toda la va glucoltica

Reacin 1 2 3 4 5

Enzima Hexoquinasa o Glucoquinasa

DG0' (kcal/mol) - 4.0 + 0.4 - 3.3 + 5.7 + 1.8

DG (kcal/mol) - 8.0 - 0.6 - 5.3 - 0.3 + 0.6

Fosfoglucoisomera saFosfofructoquinasa -1 Fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa Triosa-fosfato isomerasa Gliceraldehdo-3fosfato deshidrogenasa Fosfoglicerato quinasa Fosfoglicerato mutasa

6

+ 1.5

- 0.4

7 8

- 4.5 + 1.06

+ 0.3 + 0.2

910

EnolasaPiruvato quinasa

+ 0.4- 7.5

- 0.8- 4.03

Existen pues tres puntos de regulacin: hexoquinasa, fosfofructoquinasa-1 (el punto ms importante) y piruvato quinasa. El mecanismo consiste en las interacciones alostricas de ciertos compuestos, que actan como moduladores (externos o internos) sobre las quinasas.

Regulacin de la fosfofructoquinasa-1

Es el punto ms importante de la regulacin del flujo glicoltico: 1.- No hay monosacrido (salvo la fructosa heptica) que entre en la gluclisis y que no pase por la fosfofructoquinasa.2.- Por la hexoquinasa no pasan las glucosas provenientes de la glucogenolisis. 3.- La piruvato quinasa es la ltima reaccin de la gluclisis y no puede ser, por tanto, el pricipal punto regulador de la va.

Fosfofructoquinasa-1:

- Tetrmero de 360 kDa - Cada subunidad tiene dos sitios de unin para el ATP

LA GLUCOLISIS SE DIVIDE EN DOS PARTES

Durante la primera la glucosa es fosforilada con el gasto energtico de una molcula de ATP para dar glucosa6-fosfato, la cual se isomeriza para formar fructosa-6-fosfato. A partir de la fructosa-6-fosfato y con gasto de otra molcula de ATP se forma la fructosa1,6-bisfosfato. En total, hasta esta parte se gastan dos molculas de ATP. Esta es una reaccin irreversible en la que intervienen la glucosa y el ATP, adems de ser indispensable el cation Mg2+.

REACCCIONES DE LA PRIMERA PARTE DE LA GLUCOLISIS

Hexocinasa y Glucocinasa Fosfoglucosa isomerasa fosfofructocinasa Aldolasa Triosafosfato isomerasa

LA HEXOCINASA

.- A.- Hexocinasa: Puede fosforilar a otras hexosas. Est presente en todas las clulas Es inhibida por la GLUCOSA-6-FOSFATO que es el producto de la reaccin que cataliza., La hexocinasa cambia su conformacin al unirse a las hexosas. Este cambio se produce gracias a que la enzima tiene dos dominios unidos por medio de otro ms que acta como una bisagra. La enzima en su conformacin abierta permite que la hexosa se acomode en su sitio activo; cuando esto ha sucedido, la enzima adquiere su conformacin cerrada en la cual se desplaza a las molculas de agua y disminuye la energa de solvatacin, necesaria para que se lleve a cabo la reaccin de fosforilacin.

LA GLUCOCINASA B.- GlucocinasaLa glucocinasa es ms abundante en el hgado. Tiene una Km de 10 mM que es ms alta que las concentraciones fisiolgicas de glucosa. Esto permite que en condiciones de hiperglicemia, despus de alimentarse, cuando hay muchas hexosas en el torrente sanguneo, simultneamente funcionen ambas enzimas, lo cual favorece la rpida entrada de glucosa a las clulas. La glucocinasa es inhibida por la FRUCTOSA-6FOSFATO en vez de por GLUCOSA-6-FOSFATO como en el caso de la hexocinasa. La reaccin que catalizan ambas enzimas (glucocinasa y hexocinasa), es irreversible en condiciones intracelulares y tiene un cambio en energa libre de 1.6 kJ/mol.

Hexocinasa y Glucocinasa

La fosfoglucosa isomerasa

La fosfoglucosa isomerasa (PGI), anteriormente llamada GLUCOSA-6FOSFATO isomerasa es una enzima que cataliza la isomerizacin de una aldosa, la GLUCOSA-6-FOSFATO en una cetosa, la FRUCTOSA6-FOSFATO; la reaccin se lleva a cabo en cinco pasos para los cuales la enzima necesita abrir el anillo de la glucosa, para hacer la isomerizacin y posteriormente cerrarlo convirtindola el gructosa-6fosfato. 1.-Formacin del complejo ES. 2.- Un cido, presumiblemente el grupo -amino de una lisina de la enzima, cataliza la apertura del anillo. 3.- Una base, presumiblemente el carboxilato de un cido glutmico de la enzima, retira el protn cido del C2 del azcar para formar un intermediario cis-enediolato (este protn es cido porque ocupa una posicin con respecto al carbonilo). 4.- El protn es reemplazado en C1. Los protones retirados por bases, son lbiles y se recambian rpidamente con el solvente. 5.- El anillo se cierra para formar el producto, el cual es posteriormente liberado.

ESTRUCUTURA TRIDIMENSIONAL DE LA PROTEINA FOSFOFRUCTOCINAS A

LA ALDOLASA

La aldolasa cataliza la transformacin de la FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO en gliceraldehdo-3-fosfato y dihidroxiacetona-3fosfato

La triosafosfato isomerasa (TPI o TIM)

La triosafosfato isomerasa (TPI o TIM) cataliza la interconversin del GLICERALDEHDO-3-FOSFATO y DIHIDROXIACETONAFOSFATO. Esta reaccin es la quinta de la gluclisis y la ltima de primera etapa de este proceso. La TPI, se ha encontrado en todas las especies analizadas hasta la fecha, y actualmente se conoce la secuencia de aminocidos de la TPI de 50 especies y la estructura tridimensional de 8 de ellas (pollo, levadura Trypanosoma brucei, Trypanosoma cruzi, E. coli , Bacillus stearothermophilus, Plasmodium falciparium, E. histolytica y humano).

REACCIONES DE LA SEGUNDA PARTE DE LA GLUCOLISIS

GLICELALDEHDO-3-FOSFATODESHIDROGENAZA FOSFOGILCERATO CINASA FOSFOGILCERATO MUTASA ENOLASA PIRUVATO CINASA

La glicelaldehdo-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH)

La glicelaldehdo-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) cataliza la oxidacin de un aldehdo, el GLICERALDEHDO-3-FOSFATO (reaccin exergnica) y sintetiza un acil-fosfato, el 1,3difosfoglicerato (1,3-bisfosfoglicerato) (reaccin endergnica). El mecanismo cataltico de esta enzima, consiste de 5 pasos: 1.- Unin del GLICERALDEHDO-3-FOSFATO. 2.- Un grupo sulfidrilo en la enzima, esencial para la catlisis acta como nuclefilo y ataca al aldehdo para formar un tiohemiacetal. 3.- El tiohemiacetal, se oxida a un aciltioster por transferencia directa de un hidruro al NAD+. Este intermediario que ha sido aislado, tiene una gran potencia como donador. La energa de la oxidacin del aldehdo se conserva a travs de la sntesis del tioster y la reduccin de NAD+ a NADH.

La fosfoglicerato cinasa

La fosfoglicerato cinasa cataliza la primera reaccin de la sntesis de ATP en la gluclisis. Tiene una estructura muy parecida a la de la hexocinasa (bisagra). La energa libre de la reaccin es de 18.5 kJ/mol (exergnica) y predomina la formacin de ATP. En esta reaccin ocurre una fosforilacin a nivel de substrato, en la cual, la reaccin exergnica de prdida de un fosfato del cido 1,3 bifosfoglicrico, es acoplada a la reaccin endergnica de la sntesis de ATP a partir de ADP y Pi. En el eritrocito, una parte del 1,3-difosfoglicerato sigue un destino diferente porque la 2,3 bifosfoglicerato mutasa cataliza la formacin del ismero2,3 bifosfoglicerato, que modula la afinidad de la hemoglobina por oxgeno. Cuando hay mucho cido 2,3difosfoglicrco, la hemoglobina disminuye su afinidad por el O2, por lo que se despega con mayor facilidad

fosfoglicerato mutasa

La reaccin que cataliza la fosfoglicerato mutasa (PGM), se lleva a cabo en cuatro pasos. 1.- El cido 3 fosfoglicrico se une a la enzima fosforilada en el residuo histidina 8. 2.-El grupo fosfato de la enzima se transfiere al substrato resultando un intermediario 2,3 bifosfoglicerato (2,3BPG). 3 y 4.- El complejo se descompone para dar al 2 fosfoglicerato (2-fosfoglicerato) y la regeneracin de la enzima fosforilada.

La enolasa

La enolasa cataliza la deshidratacin reversible del cido 2 fosfoglicrico para formar fosfoenol piruvato. El mecanismo de reaccin seguido por esta enzima se ha postulado de la siguiente forma: 1.-Hay una formacin muy rpida de un carbanion en C2 facilitado por la presencia de una base en el sitio cataltico de la enzima. El protn retirado puede recambiarse con el solvente, de ah que se conocen las constantes de velocidad de este proceso. 2.- Eliminacin del grupo C3-OH, que es el paso limitante del proceso. Esta eliminacin es muy lenta a juzgarse por las pequeas cantidades de OH que se recambian con el solvente. En el mecanismo, se forma un complejo con M2+.

La enolasa, es inhibida por fluoruro en presencia de fosfato porque se forma un fluorofosfato que probablemente une al Mg2+. A pesar de que el nivel energtico del 2-fosfoglicerato es mucho menor que el del fosfoenol piruvato, la reaccin es reversible. La hidrlisis del fosfato del 2 fosfoglicerato libera una energa libre de 17.6kJ/mol; en cambio, la energa que se libera por la hidrlisis de una molcula de fosfoenolpiruvato, es de 61.9 kJ/mol

La piruvato cinasa (PK)

La piruvato cinasa (PK), cataliza la segunda fosforilacin a nivel de substrato en la gluclisis, en la cual hay formacin de ATP mediante la hidrlisis del enlace fosfato de alta energa en el FOSFOENOLPIRUVATO para formar piruvato, que es un metabolito de encrucijada que posteriormente es utilizado para mltiples fines. Esta reaccin tiene un cambio en la energa libre de 61.9, por lo que es irreversible. La enzima necesita de dos cationes para catalizar la formacin de ATP y piruvato, K+ y Mg2+. El mecanismo descrito para la catlisis de la PK consiste de dos pasos:

1.- Un oxgeno del grupo fosforilo del ADP ataca nucleoflicamente al fsforo del FOSFOENOLPIRUVATO, formando un enol piruvato y ATP. En esta reaccin, se conserva la energa de la hidrlisis del FOSFOENOLPIRUVATO. 2.- En enol piruvato se transforma en piruvato. Esta tautomerizacin ceto-enol es suficientemente exergnica para acoplar la sntesis de ATP.

Es el lazo entre la gluclisis y la respiracin celular Es un complejo de reacciones catalizado por un sistema de enzimas localizado en la membrana mitocondrial interna.

Resumen de los eventos:

El piruvato difunde hasta la matriz de la mitocondria, cruzando ambas membranas. Cada c. pirvico reacciona con la coenzima-A, desdoblndose en CO2 y un grupo acetilo de dos carbonos que se une inmediatamente a la coenzima-A formndo acetil coenzima-A (acetilCoA) que entrar al ciclo de los c. tricarboxlicos. En esta reaccin se forma un NAD + H2

Nota: La Acetil-CoA puede tambin producirse a partir de lpidos ( por beta oxidacin) o del metabolismo de ciertos aminocidos. Su formacin es un nodo importante del metabolismo central.

POR FIN

EL FIN