¿Por qué gluconeogénesis?!

¿Qué es la gluconeogenesis?!

Gluconeogénesis!

•  Sintésis de glucosa a partir de precursores simples (lactato o piruvato)!

•  Ocurre principalmente en el hígado en mamíferos (cortex renal)!

•  También ocurre en otros animales, plantas, hongos y microorganismos.!

•  Su función principal es proveer de glucosa a otros organos cuando ésta se ha agotado.!

•  Está regulada por glucagon, enzima producida por el páncreas como señal de baja glucosa.!

•  Es necesaria en mamíferos, ya que el cerebro (120 g/día), el sistema nervioso, los eritrocitos, testículos, médula renal y el tejido embrionario requieren glucosa de la sangre como su única o principal fuente de energía.!

Glucosa

G6P

F6P

F1,6BP

G3P

1,3BPGlicerato

3PG

2PG

PEP

Piruvato

ATP

ATP

ATP (x2)

ATP (x2)

NADH (x2)

Breve revisión de glucólisis Hexocinasa

Fosfoglucosa isomerasa

Fosfofructocinasa

Aldolasa Triosafosfato

isomerasa G3P deshidrogenasa

Fosfoglicerato kinasa

Fosfogliceromutasa

Enolasa

Piruvato cinasa

Dihidroxiacetona fosfato

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

con otras rutas.

Glucosa

G6P

F6P

F1,6BP

G3P

1,3BPGlicerato

3PG

2PG

PEP

Piruvato

ATP

ATP

ATP (x2)

ATP (x2)

NADH (x2)

Breve revisión de glucólisis Hexocinasa!

Fosfoglucosa isomerasa

Fosfofructocinasa!

Aldolasa Triosafosfato

isomerasa G3P deshidrogenasa

Fosfoglicerato kinasa

Fosfogliceromutasa

Enolasa

Piruvato cinasa!

Dihidroxiacetona fosfato

Glucosa

G6P

F6P

F1,6BP

G3P DHAP Glicerol

1,3DPG

3PG

2PG

PEP

Oxaloacetate

Lactato Piruvato Algunos AAs

Algunos AAs

(Hexokinasa) G6P fosfatasa

Fosfoglucosa isomerasa

(Fosfofructokinasa) Fructosa 1,6-Bifosfatasa

Triosafosfato isomerasa

G3P deshidrogenasa

Fosfoglicerato kinasa

Fosfogliceromutasa

PEP carboxikinasa

Piruvato carboxilasa (requiere biotina carboxilada por acetilCoA en PC)

Enolasa

(En lugar de la piruvato cinasa)

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

con otras rutas.

Regulación.

Si no hay regulación es posible que la glucólisis (que usa glucosa) y la gluconeogénesis (que la forma) entren en un ciclo futil. El ciclo futil resulta en la hidrólisis de ATP y generación de calor.

NADH/NADcyt es 105 menor que NADH/

NADmit!

Aquí participa la biotina como acarreador de CO2 de manera análoga a la participación de la tiaminaPP en las reacciones de TK.

Mitocondria!

Citosol!

Decarboxilación!Rearreglo electrónico!

- Piruvato carboxilasa: Depende de AcCoA, que la activa alostéricamente, ya que el oxaloacetato es un intermediario en gluconeogénesis pero también en el TCA.

-  Niveles altos de AcetilCoA indican necesidad de oxaloacetato.

-  Niveles altos de ATP permiten que el oxaloacetato se consuma en gluconeogénesis, pero si el ATP está bajo, el oxaloacetato entrará en el TCA tras condensar con AcetilCoA.

Anaplerótica - Interviene en gluconeogénesis y TAMBIEN controla niveles de intermediarios del TCA a nivel del oxaloacetato.

Rojo: Bacteria y Archae !Azul: Animales !Verde: Plantas y levaduras Naranja: regulación!

Reacción primer by-pass: Piruvato + ATP + GTP + HCO3- ---> !

! ! ! ! !PEP + ADP + GDP + Pi + CO2!

Fructosa 1,6 bifosfatasa!Hidrólisis del fosfato!

Glucosa 6 fosfatasa!

Glucosa

G6P

F6P

F1,6BP

ATP

ATP

Hexocinasa!

Fosfoglucosa isomerasa

Fosfofructocinasa!Aquí, por acción

de PFK-2 se puede formar

F2,6BP!

Segundo by-pass!

Los niveles de regulación son varios, uno de ellos se basa en la regulación alostérica de la fosfofructokinasa por la F2,6BP (producida por PFK2, regulador cuyo nivel depende del glucagon en sangre, baja glc aumenta glucagon)

F6P

F1,6BP

AMP ↑ F2,6P ↑ Citrato ↓

AMP ↓ F2,6P ↓ Citrato ↑

Tanto el AMP como la F2,6BP estimulan a la PFK, promoviendo la producción de ATP vía glicólisis.

Si los niveles de F2,6BP son bajos, se estimula la acción de la bifosfatasa lo que estimula la gluconeogénesis.

Concepto de ciclo de sustrato

Regulación por F2,6BP

β-D-fructosa 2,6-bifosfato - Se produce en niveles elevados de F6P (y por ende la glucosa), activa a la PFK y por lo tanto la glucólisis.

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

Cuando la glucosa está baja en sangre, el glucagón se secreta y la cascada de señales estimula la fosforilación y ésta a su vez favorece la actividad de la FBPasa2 e inhibe la PFK2, bajando los niveles de F2,6BP y estimulando la gluconeogénesis.

Cuando la glucemia se eleva, la enzima se defosforila y la actividad PFK2 predomina, aumentando los niveles de F2,6BP y estimulando la glucólisis.

Gluconeogénesis & glucólisis Control recíproco

Piruvato cinasa - Inhibida por ATP Glicolisis Estimulada por F1,6BP

Piruvato carboxilasa - Inhibida por ADP Gluconeogen 1er bypass Estimulada por acetilCo

PEP carboxicinasa - Inhibida por ADP

Fosfofructokinasa 1- Estimulada por AMP

F1,6BP bifosfatasa 1 - Inhibida por F2,6BP

Tercer “by pass” Conversión de glucosa 6 P a Glucosa!

Glucosa 6P + H2O glucosa + Pi!

• Reacción catalizada por la glucosa 6-fosfatasa!• Enzima activada por Mg2+ solo presente en hepatocitos y células renales!• No presente en músculo o cerebro!

Gluconeogenesis!

2 piruvato + 4 ATP +2GTP + 2NADH + 4H2O ----->!!glucosa + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+ + 2H+!

ΔGgluconeogénesis = -16 kJ/mol!

ΔG glicolisis= -63 kJ/mol!

El ciclo de Cori Las lactato deshidrogenasas son diferentes en diferentes tejidos

COO-!|!C=O!|!CH3!

+ NADH + H+!

COO-! |!H-C-OH! |! CH3!

+ NAD+ + H+!

Glucosa

Piruvato

Lactato

Glucosa

Piruvato

Lactato

Sangre

Hígado Músculo

Cuesta 6 Enlaces fosfatos

Produce 2 Enlaces fosfatos

Los aminoácidos como precursores de glucosa

Según punto de entrada

Posibles rutas de uso de glucosa en células de plantas superiores y animles!

Glucosa!

Ribosa 5 fosfato! Piruvato!

Glucógeno, almidón, sacarosa!

Almacenamiento!

Oxidación vía glicolisis!Oxidación vía PPP!

Metabolismo de glucógeno

Gránulos electrón-densos de glucógeno en hepatocitos

(100-400 Å)

Diagrama de la estructura del glucógeno

α-1,6

α-1,4

Homopolímero de glucosa de hasta 50,000 unidades con ramificaciones cada 24 a 30 residuos

Enzimas que participan en la degradación de glucógeno

Una buena parte de las enzimas necesarias para la degradación YA están en los gránulos, y son reguladas por fosforilaciones reversibles que aumentan o disminuyen su actividad catalítica en respuesta a señales celulares (cAMP)

Fosforilasa

Transferasa

α-1,6-glucosidasa Forman parte del mismo polipéptido de 160 kDa.

Degradación de glucógeno

La G1P entonces es transformada en G6P por acción de la enzima fosfoglucomutasa, probablemente a través de un intermediario G1,6BP. A su vez, para la formación de glucosa libre, el hígado, a diferencia del músculo, posee una G6P fosfatasa (en el lumen del RE).

Ventajas de fosforólisis versus hidrólisis. Costo (glucosa ya fosforilada) Difusión de G1P ionizada hacia exterior es baja.

Fosforolisis: Ruptura de un enlace por ortofosfato, en contraste con la hidrólisis que se refiere a rompimiento por agua.

Participación del piridoxal fosfato

PLP (derivado de B6 - piridoxina)

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

Donador y aceptor de protones

Ión carbonio

ortofosfato

Debranching enzyme!

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

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

Azucar nucleótidos!• Azucares activados!• Su formación es irreversible!• El grupo nucleotidil facilita la transferencia al facilitar el ataque nucleofílico!• Los azúcares activados forman una reserva aparte de otros azúcares que serán destinados a otras cosas!

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

Generación de los precursores del glucógeno

Síntesis de glucógeno

1- G6P G1P (fosfoglucomutasa)

2- G1P + UTP UDP-G + PPi (UDP-glucosa pirofosforilasa) 3- PPi + H2O 2Pi (pirofosfatasa)

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

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

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

En total, la oxidación completa de una molécula de G6P produce 37 ATP

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

Glucógeno sintasa

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

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

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

¿Por qué ramificaciones?

Incrementan la solubilidad del glucógeno

Incrementan la velocidad de síntesis y degradación

El proceso completo

Regulación

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

Epinefrina y glucagón son glucogenolíticas (a nivel de músculo e hígado, respectivamente).

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

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

Regulación Cascada de regulación:

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

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

3- La cinasa fosforila a la fosforilasa Y a la sintasa, con efectos opuestos. La primera es ACTIVADA y la segunda INACTIVADA.

4- Los efectos opuestos, mediados también por hormonas en respuesta a niveles de glucosa circulantes, se logran mediante activación de fosfatasas, que directa o indirectamente activan la actividad de fosforilasa revirtiendo la fosforilación mediada por la cinasa.

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

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

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

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

Fosforilasa a

Favorece fosforolisis sobre hidrólisis

Fosforilasa b

VON!