RESPIRACION CELULAR

En la ausencia del oxígeno, la respiración consiste de dos caminos metabólicos: glicólisis y fermentación. Ambos se efectúan en el citosol.

DESTINO DE LOS CARBOHIDRATOS DE LA DIETADESTINO DE LOS CARBOHIDRATOS DE LA DIETA

1. Glicólisis Anaeróbica (Láctato)1. Glicólisis Anaeróbica (Láctato)

2. Glicólisis Aeróbica (Piruvato2. Glicólisis Aeróbica (Piruvato Acetil CoA)Acetil CoA)

3. Vías Catabólicas Alternativas:3. Vías Catabólicas Alternativas: - Vía de las Pentosas- Vía de las Pentosas

- Vía del Acido D-Glucorónico- Vía del Acido D-Glucorónico

4. Glucógenesis - Glucogenólisis4. Glucógenesis - Glucogenólisis

5. Neoglucogénesis5. Neoglucogénesis

6. Distribución de Glucosa a diferentes tejidos.6. Distribución de Glucosa a diferentes tejidos.

7. Controlar la homeostasis de la Glucosa7. Controlar la homeostasis de la Glucosa

GLUCOLISISGLUCOLISIS““VIA DE EMBDEN - MEYERHOFF - PARNAS”VIA DE EMBDEN - MEYERHOFF - PARNAS”

IMPORTANCIA:IMPORTANCIA:Es un proceso en el cual la Glucosa es transformadaEs un proceso en el cual la Glucosa es transformadaenzimáticamente en dos Piruvatos.enzimáticamente en dos Piruvatos.

1. Es una secuencia primaria del metabolismo de la Glucosa1. Es una secuencia primaria del metabolismo de la Glucosa en todas las células.en todas las células.

2. Es una vía oxidativa que no requiere de oxígeno:2. Es una vía oxidativa que no requiere de oxígeno: - Glicólisis Anaeróbica.- Glicólisis Anaeróbica.

3. En ambas rutas: 3. En ambas rutas: - Aeróbica o Anaeróbica.- Aeróbica o Anaeróbica.

- Se genera energía : ATP.- Se genera energía : ATP.

1. ESTADIO DE PREPARACION - ACTIVACION:1. ESTADIO DE PREPARACION - ACTIVACION:

* * La reacción es irreversible.La reacción es irreversible.* La Hexoquinasa es una enzima alostérica y es fuertemente inhibida * La Hexoquinasa es una enzima alostérica y es fuertemente inhibida por su producto G 6P y ATP, es activada por el ADP.por su producto G 6P y ATP, es activada por el ADP.* La Hexoquinasa tiene un Km bajo para la Glucosa y otros azúcares* La Hexoquinasa tiene un Km bajo para la Glucosa y otros azúcares < 0.1 mM.< 0.1 mM.* La Glucoquinasa es una isoenzima de la Hexoquinasa, esta enzima es* La Glucoquinasa es una isoenzima de la Hexoquinasa, esta enzima es específica para la Glucosa y tiene un Km alto, es inducible, seespecífica para la Glucosa y tiene un Km alto, es inducible, se incrementa su síntesis, probablemente en respuesta a la secreción deincrementa su síntesis, probablemente en respuesta a la secreción de Insulina. Km ~10 mM.Insulina. Km ~10 mM.

+ ATP + ADP+ ATP + ADPHexoquinasaHexoquinasa

MgMg+2+2

D-Glucosa D-Glucosa-6-fosfato

HEXOQUINASAHEXOQUINASA

* * Cataliza una reacción irreversible.Cataliza una reacción irreversible.

* Es una enzima alostérica.* Es una enzima alostérica.

* Es inhibida por su producto G 6P, ATP.* Es inhibida por su producto G 6P, ATP.

* Es activada por ADP.* Es activada por ADP.

* Presenta 4 isoenzimas:* Presenta 4 isoenzimas:

I (A)I (A) Se diferencian por su comportamientoSe diferencian por su comportamientoII (B)II (B) antigénico, su distribución tisular, y suantigénico, su distribución tisular, y suIII (C)III (C) afinidad y especificidad por el sustratoafinidad y especificidad por el sustratoIV (D)IV (D)

** I, II y III, son proteínas dímeras, tienen un peso molecular de 100,00I, II y III, son proteínas dímeras, tienen un peso molecular de 100,00 daltons, ampliamente distribuidas en la mayor parte de los tejidos.daltons, ampliamente distribuidas en la mayor parte de los tejidos.

* Fosforilan otros monosacáridos: D-Fructosa, D-Manosa y* Fosforilan otros monosacáridos: D-Fructosa, D-Manosa y D-Glucosamina.D-Glucosamina.

* IV Proteína monomérica, peso molecular 58,000 daltons.* IV Proteína monomérica, peso molecular 58,000 daltons. Hígado, Páncreas.Hígado, Páncreas. No fosforila otros monosacáridos, solo Glucosa.No fosforila otros monosacáridos, solo Glucosa. Es inducible, se incrementa su síntesis en respuesta a la secreciónEs inducible, se incrementa su síntesis en respuesta a la secreción de Insulina.de Insulina.

Hexoquinasa I:Hexoquinasa I: Cerebro, Hígado, Riñón y Pulmón Cerebro, Hígado, Riñón y Pulmón Su actividad no depende de InsulinaSu actividad no depende de Insulina Km ~ 40 -170 Km ~ 40 -170 MM

Hexoquinasa II: Músculo Esquelético, Tejido Cardiaco, HígadoHexoquinasa II: Músculo Esquelético, Tejido Cardiaco, Hígado Su actividad se incrementa con la InsulinaSu actividad se incrementa con la Insulina

Hexoquinasa III: Mayoría de tejidosHexoquinasa III: Mayoría de tejidos

Hexoquinasa IV: GlucoquinasaHexoquinasa IV: Glucoquinasa Hígado, PáncreasHígado, Páncreas Su actividad es incrementada con la InsulinaSu actividad es incrementada con la Insulina

HEXOQUINASAHEXOQUINASA

* * La reacción es catalizada por la Fosfoglucoisomerasa.La reacción es catalizada por la Fosfoglucoisomerasa.* En esta etapa, se prepara al C* En esta etapa, se prepara al C11 para ser fosforilado para ser fosforilado (grupo carbonilo migra del C(grupo carbonilo migra del C11 al C al C22))

D-Glucosa-6-fosfato D-Fructosa-6-fosfato

EnodiolEnodiol

(Enzima-Unida)(Enzima-Unida)

* * La reacción es irreversibleLa reacción es irreversible* Es catalizada por la Fosfofructoquinasa (FFK-I).* Es catalizada por la Fosfofructoquinasa (FFK-I).* La FFK-I es una enzima alostérica, es activada por la F6P, AMP,* La FFK-I es una enzima alostérica, es activada por la F6P, AMP, y en el hígado sólo es activada por la F2,6 BiP.y en el hígado sólo es activada por la F2,6 BiP.* La FFK-I es inhibida por el ATP y el Citrato.* La FFK-I es inhibida por el ATP y el Citrato.* La activación de la FFK-I promueve la Glicólisis y la generación de* La activación de la FFK-I promueve la Glicólisis y la generación de ATP.ATP.

+ ATP + ADP+ ATP + ADPFFK-IFFK-I

MgMg+2+2

D-Fructosa-6-fosfato D-Fructosa-1,6-fosfato

CARGA ENERGETICA - ADENILICACARGA ENERGETICA - ADENILICA

En condiciones energéticas celulares, son los que disminuyen los En condiciones energéticas celulares, son los que disminuyen los niveles de ATP, se producen en activación de la FFK-I y Piruvato niveles de ATP, se producen en activación de la FFK-I y Piruvato Quinasa, lo cual traería como consecuencia la activación de la Quinasa, lo cual traería como consecuencia la activación de la Glucólisis.Glucólisis.

La Carga Adenílica mide la concentración relativa de compuestos La Carga Adenílica mide la concentración relativa de compuestos de Adenilato Fosfato de alta energía a la concentración total de de Adenilato Fosfato de alta energía a la concentración total de Nucleótidos de Adenina.Nucleótidos de Adenina.

Carga Adenílica =Carga Adenílica = [ATP] + 1/2 [ATP] [ATP] + 1/2 [ATP]

[AMP] + [ADP] + [ATP][AMP] + [ADP] + [ATP]

00 - 1- 1Si sólo contiene ATP = 1 Si sólo contiene ATP = 1 (0,82)(0,82)Si solo existe ADP = 0.5Si solo existe ADP = 0.5

Rango Fisiológico = 0.6 -0.9Rango Fisiológico = 0.6 -0.9

REGULACION ALOSTERICAREGULACION ALOSTERICADE LA FOSFOFRUCTOQUINASA DE LA FOSFOFRUCTOQUINASA (FFK - I)(FFK - I)

ACTIVADORES INHIBIDORESACTIVADORES INHIBIDORES

AMPAMP ATPATPFructosa 2,6 BiFosfatoFructosa 2,6 BiFosfato CitratoCitrato

2. ESTADIO DE PARTICION:2. ESTADIO DE PARTICION:

AldolasaAldolasa

D-Fructosa-1,6-fosfatoF1,6 BiP

Gliceraldehído-3-PGliceraldehído-3-PG3PG3P

Dihidroxiacetona FosfatoDihidroxiacetona FosfatoDHAPDHAP

Gliceraldehído-3-PGliceraldehído-3-PG3PG3P

Dihidroxiacetona FosfatoDihidroxiacetona FosfatoDHAPDHAP

Triosa Fosfato Triosa Fosfato

IsomerasaIsomerasa

3. ESTAPA OXIDO-REDUCCION-FOSFORILACION:3. ESTAPA OXIDO-REDUCCION-FOSFORILACION:

* * Se produce una reacción de fosforilación, ocurre a expensas de Pi.Se produce una reacción de fosforilación, ocurre a expensas de Pi.* La reacción genera un intermediario de alto nivel energético.* La reacción genera un intermediario de alto nivel energético.

+ + NAD NAD++ ++ NADH NADH

Pi HPi H ++

Gliceraldehído 3-PGliceraldehído 3-P

DeshidrogenasaDeshidrogenasa

Gliceraldehído-3-PGliceraldehído-3-P 1,3 Bifosfoglicerato 1,3 Bifosfoglicerato

+ + ADP ADP ++ ATP ATP

MgMg+2+2

Fosfoglicerato Fosfoglicerato

KinasaKinasa1,3 Bifosfoglicerato1,3 Bifosfoglicerato 3-Fosfoglicerato 3-Fosfoglicerato

3-Fosfoglicerato3-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato 2-Fosfoglicerato

Fosfoglicerato Fosfoglicerato

MutasaMutasa

EnolasaEnolasa

MgMg+2+2

Fosfoenol PiruvatoFosfoenol Piruvato Piruvato Piruvato

Piruvato KinasaPiruvato Kinasa

2-Fosfoglicerato2-Fosfoglicerato Fosfoenol Piruvato Fosfoenol Piruvato

+ + ADP ADP ++ ATPATP

MgMg+2+2

Piruvato Quinasa: Piruvato Quinasa: 3 Isoenzimas.3 Isoenzimas.M (Músculo, Cerebro).M (Músculo, Cerebro).L (Hígado, Riñón).L (Hígado, Riñón).A = K = MA = K = M22 (mayoría de tejidos). (mayoría de tejidos).Riñón, Tejido Adiposo y el Pulmón.Riñón, Tejido Adiposo y el Pulmón.

Piruvato Quinasa FosforiladaPiruvato Quinasa Fosforilada(menos activa)(menos activa)

BAJA GLICEMIABAJA GLICEMIA

Piruvato Quinasa DesfosforiladaPiruvato Quinasa Desfosforilada(más activa)(más activa)

HH22OO

PiPi

ADPADP

ATPATP

-- ++

Fosfoenol Piruvato + ADPFosfoenol Piruvato + ADP Piruvato + ATPPiruvato + ATP

Fructosa 1,6 Bi PFructosa 1,6 Bi P ATPATPAlaninaAlanina

+ -+ -

ETAPAS DE LA GLICOLISISETAPAS DE LA GLICOLISISLa Glucólisis la podemos dividir en tres etapas:La Glucólisis la podemos dividir en tres etapas:

I. ETAPA DE PREPARACION O DE ACTIVACION:I. ETAPA DE PREPARACION O DE ACTIVACION: D-Glucosa + 2 ATP D-Glucosa + 2 ATP D-Fructosa 1,6 Bi P + 2 ADPD-Fructosa 1,6 Bi P + 2 ADP

II. ETAPA DE PARTICION (Ruptura de la hexosa bifosfato)II. ETAPA DE PARTICION (Ruptura de la hexosa bifosfato) D-Fructosa 1, 6 Bi PD-Fructosa 1, 6 Bi P 2 D-Gliceraldhido 3 P 2 D-Gliceraldhido 3 P

III. ETAPA DE OXIDO-REDUCCION Y FOSFORILACIONIII. ETAPA DE OXIDO-REDUCCION Y FOSFORILACION 2 D-Gliceraldhido 3 P + 4 ADP + 2 Pi + 2 NAD2 D-Gliceraldhido 3 P + 4 ADP + 2 Pi + 2 NAD++

2 Piruvato + 4 ATP + 2 NADH + 2 H2 Piruvato + 4 ATP + 2 NADH + 2 H++

SUMA: SUMA: D-Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NADD-Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD++

2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H++

BALANCE ENERGETICO EN LA GLICOLISISBALANCE ENERGETICO EN LA GLICOLISIS

REACCIÓNREACCIÓN Cambio del ATP Cambio del ATP

GlucosaGlucosa Glucosa 6 PGlucosa 6 P - 1 - 1 Fructosa 6-PFructosa 6-P Fructosa 1,6 BiPFructosa 1,6 BiP - 1 - 12 (1,3 BiP Glicerato)2 (1,3 BiP Glicerato) 2 (3 P Glicerato)2 (3 P Glicerato) + 2 + 22 (Fosfoenol Piruvato)2 (Fosfoenol Piruvato) 2 (Piruvato)2 (Piruvato) + 2 + 2

Neto + 2Neto + 2

Se forma en los eritrocitos

CONTROL METABOLICOCONTROL METABOLICO

Derivados de Adenilato:Derivados de Adenilato: AMP, ADP y ATPAMP, ADP y ATP

Carga de Energía:Carga de Energía:

Una célula en un estado de alto consumo energía, se caracterizaUna célula en un estado de alto consumo energía, se caracteriza por la presencia de altas concentraciones de ADP y AMP y bajapor la presencia de altas concentraciones de ADP y AMP y baja concentración de ATP, el retorno al estado de reposo se caracterizaconcentración de ATP, el retorno al estado de reposo se caracteriza por baja concentración de ADP y AMP y una alta concentración depor baja concentración de ADP y AMP y una alta concentración de ATP.ATP.

REGULACION DE LA GLUCOLISISREGULACION DE LA GLUCOLISIS

11. Disponibilidad de los Sustratos:. Disponibilidad de los Sustratos: D-Glucosa, D-Glucosa 6-P, D-Glucosa 1-P, ADP, Pi, NADD-Glucosa, D-Glucosa 6-P, D-Glucosa 1-P, ADP, Pi, NAD++

2. Oxidación - Reducción Celular:2. Oxidación - Reducción Celular: Es un proceso oxidativo, esta controlado en parte por: Es un proceso oxidativo, esta controlado en parte por: NADNAD+ + / NADH + H/ NADH + H++ Piruvato / LactatoPiruvato / Lactato

3. Actividad Enzimática:3. Actividad Enzimática: HexoquinasaHexoquinasa FFK-I Regulada por Carga Energética y HormonalFFK-I Regulada por Carga Energética y Hormonal Piruvato QuinasaPiruvato Quinasa

Regulación de la glicólisis: hexoquinasa

• Corresponde al típico caso de la primera enzima de una vía• La enzima es inhibida por fructosa-6-fosfato

Regulación de la glicólisis: fosfofructoquinasa-1

•Cuando la [ATP] es alta (y por lo tanto se esta produciendo ATP más rápido de lo que se gasta) el ATP inhibe a la enzima uniéndose a un sitio diferente al sitio activo (regulación alostérica). Esto produce un cambio estructural en la enzima, que baja fuertemente su afinidad por fructosa-6-fosfato.• El citrato (forma ionizada del ácido cítrico), también inhibe alostéricamente a la PFK-1.• El tercer regulador alostérico de esta enzima es la fructosa-2,6-bisfosfato, que activa fuertemente a esta enzima.

Glicólisis: destinos del piruvato

Fermentación láctica

• Ocurre en condiciones ANAERÓBICAS.• En algunos tejidos también se produce lactato en condiciones aeróbicas (retina, cerebro, eritrocitos). • Algunos microorganismos fermentan glucosa hasta lactato. Y ciertos lactobacilos fermentan la lactosa hasta acido láctico. La desnaturación de la caseína y otras proteínas de la leche por la baja en el pH (ácido) hace que estas precipiten. Esto es la base para hacer queso o yogurt.

GlucosaGlucosa

F 1,6 BiPF 1,6 BiP

G 3P DHG 3P DHG 3P DHAP Fosfato de GlicerolG 3P DHAP Fosfato de Glicerol Acil Gliceroles Acil Gliceroles NADH + HNADH + H++ NAD NAD++

Hexosa Hexosa Piruvato Piruvato Acetil CoA Acetil CoA Síntesis de AcilSíntesis de Acil GlicerolesGliceroles

Convergencia de distintos azúcares en la glicólisis

Glucose

Glucose-6-P

Pyruvate

Hexokinase

PentosePhosphateShunt

glycolysis

Glc-1- phosphate

glycogen

Cytosol - anaerobic

Pyruvatecytosol

Aceytl CoAmitochondria (aerobic)

Krebscycle

Reducingequivalents

OxidativePhosphorylation(ATP)

AMINOACIDS

FATTY ACIDS