Ivonne Orozco

UNAD

Bioquímica

Ruta metabólica: Glucólisis

Trabajo final

Ruta metabólica: Glucólisis

RUTA METABÓLICA: GLUCÓLISIS

INTRODUCCIÓN

El organismo requiere energía para suplir con las necesidades energéticas que implica cada día, por ello realiza diferentes procesos metabólicos que le permiten adquirir dicha energía. La insulina tiene importante participación en el metabolismo intermediario, tanto de los hidratos de carbono, como de las proteínas y grasas. Estas acciones se ejercen especialmente a nivel del hígado, músculo y tejido graso. Su acción fisiológica más importante consiste, sin duda, en hacer pasar la glucosa del espacio extracelular al intracelular. La insulina favorece la entrada de glucosa al interior de los miocitos a través del aumento del número de transportadores GluT4 en la membrana plasmática de esas células. La insulina en el músculo activa la fosfofructoquinasa 1 (PFK-1) y la piruvato deshidrogenasa. Se mantiene así, activa la glucolisis y la producción de acetilCoA, cuyo destino principal y casi exclusivo del mismo es su oxidación completa para la obtención de energía.

Todo sistema vivo requiere de energía para su subsistencia, y está, la puede obtener mediante la transformación metabólica de las biomoléculas de los alimentos, liberando la energía contenida en ellas y almacenándola en moléculas altamente energéticas de ATP.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Dada la siguiente ecuación:

Glucosa (C6H 12O6 )+2 ATP+4 ADP+2 Pi+2NAD→2Piruvatos (C3H 4O3 )+4 ATP+2NADH+2 ADP+2H+¿+2H 2O¿

Explicar la forma de producción de energía en forma de ATP.La obtención de energía para las células se basa en el rompimiento de las moléculas obtenidas de los alimentos –ricas en energía- mediante oxidaciones, que no siempre son con oxígeno, pues se pueden oxidar con otras moléculas diferentes. Tanto la respiración anaerobia como en la aerobia comienzan con un mismo proceso llamado glucólisis o glicólisis del griego glyco=azúcar y lysis=ruptura.Argumente y analice la veracidad de las siguientes afirmaciones:

Se considera la respiración anaerobia una ruta metabólica diferente a la respiración aerobia, dado que emplean rutas metabólicas diferentes.

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La célula posee mecanismos bioquímicos para darle un destino a la glucosa cuando esta está en exceso en el organismo.

El glucagón es una hormona cuyo efecto es antagónico al de la insulina.

1. ANÁLISIS DEL ESCENARIO DEL PROBLEMA

Las rutas metabólicas son consecuencias diarias del funcionamiento del organismo de todos los seres vivos. La glucólisis es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para las células. Para facilitar el uso del método ABP se llevarán a cabo una serie de pasos que convergerán en la solución del problema. Para ello debe tenerse un amplio conocimiento acerca del proceso de obtención de la energía requerida por el organismo a través de estas rutas y las diferencias existentes para la respiración aerobia y anaerobia.

2. LLUVIA DE IDEAS Respiración aerobia y anaerobia Ruta de energía Glucólisis

Mecanismos bioquímicos Glucagón Producción de energía

3. SE CONOCE: La glucólisis es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la

finalidad de obtener energía para la célula Todo sistema vivo requiere de energía para su subsistencia y la obtiene

mediante la transformación metabólica de las biomoléculas de los alimentos. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la

glucosa en dos moléculas de piruvato.

4. NO SE CONOCE ¿Se considera la respiración anaerobia una ruta metabólica diferente a la

respiración aerobia, dado que emplean rutas metabólicas diferentes? ¿La célula posee mecanismos bioquímicos para darle un destino a la glucosa

cuando esta está en exceso en el organismo? ¿El glucagón es una hormona cuyo efecto es antagónico al de la insulina?

5. ¿QUÉ DEBE HACERSE PARA RESOLVER EL PROBLEMA?Para resolver el problema global planteado acerca de la ruta metabólica, las diferencias existentes entre la respiración aerobia y anaerobia, así mismo como el

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efecto del glucagón en el organismo; se hace necesaria la búsqueda de información de fuentes confiables tales como artículos o revistas científicas o libros de bioquímica y biología. Por otra parte deben tenerse claros los conceptos asociados a los temas planteados en el problema para la determinación de posibles soluciones.

6. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA:Basados en el tema principal, se determinó que el problema es el siguiente: “Determinación de los mecanismos de producción de energía a través de la

principal ruta metabólica del organismo y las diferencias existentes entre las rutas asociadas a la respiración aerobia y anaerobia”

7. INFORMACIÓN

GLUCÓLISISLa glucólisis, lisis o escisión de la glucosa, tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima específica, hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico, con la producción concomitante de ATP. La ganancia neta es de dos moléculas de ATP, y dos de NADH por cada molécula de glucosa.Las reacciones de la glucólisis se realizan en el citoplasma, como ya adelantáramos y pueden darse en condiciones anaerobias; es decir en ausencia de oxígeno.Los primeros cuatro pasos de la glucólisis sirven para fosforilar (incorporar fosfatos) a la glucosa y convertirla en dos moléculas del compuesto de 3 carbonos gliceraldehído fosfato (PGAL). En estas reacciones se invierten dos moléculas de ATP a fin de activar la molécula de glucosa y prepararla para su ruptura.Paso 1La serie de reacciones glucolíticas se inicia con la activación de la glucosa

Glucosa + ATP   glucosa 6 fosfato + ADPLa reacción del ATP con la glucosa para producir glucosa 6-fosfatoy ADP es exergónica. Parte de la energía liberada se conserva en el enlace que une al fosfato con la molécula de glucosa que entonces se energiza.Paso 2La glucosa 6-fosfato sufre una reacción de reordenamiento catalizada por una isomerasa, con lo que se forma fructosa 6-fosfato.

Paso 3La fructosa 6-fosfato acepta un segundo fosfato del ATP, con lo que se genera fructosa 1,6-difosfato; es decir fructosa con fosfatos en las posicio-nes 1 y 6.La enzima que regula esta reacción es la fosfofructocinasa. Nótese que hasta ahora se han invertido dos moléculas de ATP y no se ha recuperado energía.

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La fosfofructocinasa es una enzima alostérica, el ATP es un efector alostérico que la inhibe. La interacción alostérica entre ellos es el principal mecanismo regulador de la glucólisis. Si existe ATP en cantidades suficientes para otros fines de la célula, el ATP inhibe la actividad de la enzima y así cesa la producción de ATP y se conserva glucosa. Al agotar la célula la provisión de ATP, la enzima se desinhibe y se reanuda la degradación de la glucosa. Este es uno de los puntos principales del control de la producción de ATP.Paso 4La fructosa 1,6 -difosfato se divide luego en dos azúcares de 3 carbonos, gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato. La dihidroxiacetona fosfato es convertida enzimáticamente (isomerasa) en gliceraldehído fósfato. Todos los pasos siguientes deben contarse dos veces para tener en cuenta el destino de una molécula de glucosa. Debemos recordar que hasta el momento no se ha obtenido ninguna energía biológicamente útil. En reacciones subsecuentes, la célula recupera parte de la energía contenida en el PGAL.

Paso 5Las moléculas de PGAL se oxidan es decir, se eliminan átomos de hidrógeno con sus electrones, y el NAD+ se reduce a NADH. Esta es la primera reacción de la cual la célula cosecha energía. El producto de esta reacción es el fosfoglicerato. Este compuesto reacciona con un fosfato inorgánico (Pi) para formar 1,3 difosfoglicerato. El grupo fosfato recién incorporado se encuentra unido por medio de un enlace de alta energía.

Paso 6El fosfato rico en energía reacciona con el ADP para formar ATP. (en total dos moléculas de ATP por molécula de glucosa). Esa transferencia de energía desde un compuesto con un fosfato, de alta energía se conoce como fosforfiación.

Paso 7El grupo fosfato remanente se transfiere enzimáticamente de la posición 3 a la posición 2 (ácido 2-fosfoglicérico).

Paso 8En este paso se elimina una molécula de agua del compuesto 3 carbono. Este reordenamiento interno de la molécula concentra energía en la vecindad del grupo fosfato. El producto es el ácido fosfoenolpirúvico (PEP).

Paso 9El ácido fosfoenolpirúvico tiene la capacidad de transferir su grupo fosfato a una molécula de ADP para formar ATP y ácido pirúvico. (dos moléculas de ATP y ácido pirúvico por cada molécula de glucosa).Resumen de la ruta de producción de ATP

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Figura 1. Resumen de etapas de producción de ATP

RESPIRACIÓN CELULAR

La respiración celular es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales se obtiene energía a partir de la degradación de sustancias orgánicas, como los azucares y los ácidos, principalmente. Comprende dos fases: en la primera se oxida la glucosa (azúcar) y no depende del oxígeno, por lo que recibe el nombre de respiración anaeróbica o glucólisis, reacción que se lleva a cabo en el citoplasma de la célula. La segunda fase se realiza con la intervención del oxígeno y recibe el nombre de respiración aeróbica o ciclo de Krebs y se realiza en estructuras especiales de la célula llamadas mitocondrias.

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Figura 2. Proceso de glucólisis aerobia y anaerobia.

La ruta de la glicolisis

Al estudiar los cambios bioquímicos que se producían durante la contracción muscular se observó que cuando un músculo se contrae en ausencia de oxígeno (de forma anaerobia), se utiliza el glucógeno y aparecen como productos finales el piruvato y el lactato. Sin embargo, si la contracción ocurre en presencia de oxígeno (de forma aerobia), no se acumula lactato y el piruvato es oxidado completamente hasta dióxido de carbono y agua. En base a estas observaciones, se adoptó la costumbre de distinguir las fases aerobia y anaerobia en el metabolismo de los hidratos de carbono. Pero esta distinción es arbitraria, puesto que las reacciones con o sin oxígeno son las mismas, diferenciándose únicamente en el punto hasta el que se producen y, por tanto, en los productos finales.

GLUCAGÓNEl glucagón es una hormona peptídica de 29 aminoácidos, sintetizada y secretada por las células alfa del páncreas. El cerebro, glándulas salivares e intestino sintetizan y secretan péptidos inmunológicamente relacionados con el glucagón. Es una hormona de estrés. Estimula los procesos catabólicos (transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas) e inhibe los procesos anabólicos (síntesis de moléculas).El principal factor regulador de ésta hormona es el nivel de glucosa en sangre. Los bajos niveles de glucosa estimulan de forma directa a las células α, acción que se ve inhibida de forma paracrina por la presencia de insulina. Los aminoácidos

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también elevan el glucagón, lo cual es importante para evitar una hipoglucemia provocada por una comida rica en proteínas. En presencia de glucosa este efecto es menor.

8. RESULTADOSTras realizar todos los pasos anteriormente expuestos, se ha llegado al último apartado de la realización del ABP (Aprendizaje basado en problemas). Para llevar a cabo de forma correcta este último punto, se ha realizado una síntesis de la información obtenida dando respuesta puntual a cada interrogante. De este modo se llegará a las soluciones correctas en lo que respecta al problema planteado previamente. El problema en el que se centra el trabajo es:

“Determinación de los mecanismos de producción de energía a través de la principal ruta metabólica del organismo y las diferencias existentes entre las rutas

asociadas a la respiración aerobia y anaerobia”

Para cubrir el primer tema se acudió a la información suministrada y los temas más importantes se resumen del siguiente modo:

La ruta metabólica comprende dos fases: Una anaeróbica (no depende del oxígeno), llevada a cabo en el

citoplasma y donde se oxida la glucosa. Una aeróbica (dependiente del oxígeno) conocida como ciclo de

Krebs y se realiza en estructuras especiales de la célula llamadas mitocondrias.

Es de consideración que a pesar de que la glucólisis por vía aerobia y anaerobia se da por rutas distintas convergen en un mismo fin, el cual es la producción de ATP para suplir los requerimientos energéticos del organismo.

El mecanismo bioquímico que posee la célula para darle destino a la glucosa cuando está en exceso en el organismo es almacenarla en forma de glucógeno y así mismo, estimular los procesos que hacen posible la transformación del azúcar en lípidos de reserva (triacilgliceroles).

El glucagón no es antagonista a la insulina por lo siguiente: La insulina actúa como Hipoglucemiante. Hace que disminuya la

glucosa en sangre y sea aprovechada por las células para el consumo energético

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El glucagón no contrarresta los niveles de azúcar en la sangre, sólo hace que se produzca glucosa a partir de las reservas del organismo (Grasas) por el hígado para disminuir una hipoglicemia

CONCLUSIÓN

El presente trabajo fue de gran utilidad para generar el conocimiento necesario

para aclarar el proceso llevado a cabo por las células del organismo para la

obtención de ATP así mismo como los mecanismos apropiados que posee la

célula para contrarrestar el exceso de glucosa en el organismo (almacenándola en

forma de glucógeno) y la ruta metabólica de la glucólisis tanto aeróbica como

anaeróbica.

BIBLIOGRAFÍA

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