Glucolisis – Parcial III

Glucolisis – Parcial III

Metabolismo: Conjunto de reacciones con las que los seres vivos adquieren, producen y utilizan energía para sus diferentes funciones.

Objetivo: Síntesis de moléculas de alta energía química como el ATP.

Funciones del Metabolismo:

• Obtener energía química de la degradación de los nutrientes.
• Convertir las moléculas nutrientes en precursores.
• Sintetizar las macromoléculas biológicas necesarias para la célula.
• Sintetizar o degradar biomoléculas, necesarias para ciertas funciones celulares.

Glucolisis: Ruptura de azúcar.  Es una secuencia compleja de 10 reacciones que se realizan en el citosol de la célula. Cada una es catalizada por una enzima determinada. Es el primer paso de la respiración.

• Permite transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de acido pirúvico.
• No interviene para nada el oxígeno molecular.
• Es el ciclo metabólico más difundido en la naturaleza, también se lo conoce como ciclo de Embden-Meyerhof.
• Hace 500 años,

Antoine van Leewenhoek: Describió la celula. “Unidad funcional, anatómica y de origen de los seres vivos”

Siglo XIX: Era universalmente aceptado que los procesos de la vida eran el resultado directo de una fuerza vital y que estos procesos ocurrían exclusivamente en las células. Doctrina llamada vitalismo.

1896: Fue desacreditada por el experimento que dio origen al nacimiento de la Bioquímica.

M Hahn: Un científico alemán obtuvo polisacáridos a partir de la levadura.

Hans y Edward Buchner: Aaccidentalmente obtienen un fermento en un extracto libre de células.

• “Fermentación, el proceso descrito por Louis Pasteur como la vida sin aire, estaba ocurriendo.”

Buchner: Demostró que los procesos de la vida (la fermentación en este caso), podían ocurrir fuera de la célula viva.

• Su hipótesis consistía en que la fermentación resulta de la actividad de una enzima, que el llamó zimasa y un componente llamado cozimasa.
• La zimasa es un conjunto de enzimas de la fermentación y la cozimasa son las coenzimas y cofactores.

Fritz Lipman y Herman Kalkar: Descubrieron las funciones de los compuestos de alta energía como el ATP en el metabolismo intermedio.

Fase de Inversion de Energia:

• Etapa de preparación
• Fase de 6 carbonos
• Se activa la glucosa

Se necesita energía que es suministrada por dos moléculas de ATP, gasto neto = 2 Pi (dos uniones de alta energía). Servirán para fosforilar la glucosa y la fructosa.

1. La molécula de glucosa se divide en dos moléculas: Glicerealdheído-3-fosfato (PGAL o G3P) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP). Al final de esta fase se obtienen, en la práctica dos moléculas de Glicerealdheído-3-fosfato, ya que la molécula de DHAP se transforma en PGAL.

Cosecha de Energía:

Se afecta a las dos moléculas de PGAL

1. Fase de oxidación (producción de energía): cada gliceraldehido-3-fosfato se oxida, liberando ~ 100 kcal.

• Parte de la energía producida es temporalmente guardada como NADH (reducido). La otra parte es usada para agregar un fosfato inorgánico a la molécula de 3 carbonos para dar origen al ácido 1-3 difosfoglicérico.
• El resto de la energía se libera como calor. 
• En las reacciones que siguen los grupos fosfato de 1-3 difosfoglicérico son cedidos (uno por vez) al ADP (adenosín difosfato) para formar ATP. Esto se conoce como fosforilación a nivel de sustrato.  

1. Se forman cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.

Cuenta Final:

Se invirtieron 2 ATP en la primera etapa: Se produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP.

La molécula de glucosa queda transformada en dos moléculas de ácido pirúvico.

Glucosa + 2ADP + 2 Pi + 2NAD+ → 2Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H + 2H2O

Reacciones de la Primera Parte de la Glucólisis catalizadas por las siguientes enzimas:

Cinasa: Enzimas que utilizan ATP para fosofrilar sustratos. Todas las cinasas requieren del Mg como cofactor. El Mn puede en algunos casos sustituirlo.

• Hexocinasa y glucocinasa: La formación de la glucosa-6-fosfato es catalizada por dos enzimas. Es irreversible en condiciones intracelulares y tiene un cambio en energía libre de 1.6 kJ/mol

 Hexocinasa:

• Puede fosforilar a otras hexosas.
• Está presente en todas las células.
• Es inhibida por la GLUCOSA-6-FOSFATO que es el producto de la reacción que cataliza.
• Se inhibe fuertemente por reactivos sulfihidrilos o arsenicales.

Glucocinasa

• Es más abundante en el hígado.
• Tiene una Km de 10 mM que es más alta que las concentraciones fisiológicas de glucosa.
• La glucocinasa es inhibida por la FRUCTOSA-6-FOSFATO.
• Utiliza específicamente a la glucosa como sustrato.

• Fosfoglucosa isomerasa: Enzima que cataliza la isomerización de una aldosa. La reacción se lleva a cabo en cinco pasos para los cuales la enzima necesita abrir el anillo de la glucosa, para hacer la isomerización y posteriormente cerrarlo convirtiéndola en gluctosa-6-fosfato.

• Requiere de Mg 2+ para su actividad
• pH óptimo: 6.7 y 9.3 Aminoácidos sugeridos: histidina y una lisina.
• Cambio en energía libre: –1.7kJ/mol, por esto es fácilmente reversible.

Mecanismo: 36 - 38

• Fosfofructocinasa: Enzima que cataliza la fosforilación de la FRUCTOSA-6-FOSFATO con gasto de una molécula de ATP.  Principal enzima reguladora de la glucólisis.

Cambio en la energía libre: –23.8kJ/mol, por lo que es irreversible.

• Inhibidores: Cuando las necesidades energéticas del organismo son bajas, por ejemplo en estado de reposo, existen concentraciones elevadas de ATP y de ácido cítrico, al unirse a ellos ocasionan una menor afinidad por la FRUCTOSA-6-FOSFATO lo cual resulta en una inhibición de la actividad enzimática.
• Estimuladores: Cuando las necesidades energéticas del organismo son elevadas, en el ejercicio o bien en condiciones de ayuno prolongado, se generan altas concentraciones de ADP, de AMP y de FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO, lo cual ocasiona el incremento en la actividad de la PFK-1.
• Esta enzima es regulada a través de reacciones de fosforilación, cuando la PFK-2 está fosforilada es capaz de hidrolizar a la F2,6P y cuando no lo está, funciona en la dirección inversa, la sintetiza.

• Cuando los receptores específicos  para el glucagon son ocupados por ésta hexosa difosforilada, se produce AMPc, sustancia que estimula a la proteína cinasa; ésta última fosforila a varias enzimas, dentro de ellas se encuentra la PFK-2.

• Aldolasa: Cataliza la transformación de la FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO en gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona-3-fosfato

• Triosafosfato isomerasa: Cataliza la interconversión del GLICERALDEHÍDO-3-FOSFATO y DIHIDROXIACETONA FOSFATO. Esta reacción es la quinta de la glucólisis y la última de primera etapa de este proceso.

Reacciones de la Segunda Parte de la Glucólisis catalizadas por las enzimas.

1. Gliceraldheído-3-fosfato deshidorgenasa: Cataliza la oxidación de un aldehído, el GLICERALDEHÍDO-3-FOSFATO (reacción exergónica) y sintetiza un acil-fosfato, el 1,3-difosfoglicerato (1,3-bisfosfoglicerato) (reacción  endergónica).
2. Fosfoglicerato cinasas: Cataliza la primera reacción de la síntesis de ATP en la glucólisis.

• Tiene una estructura muy parecida a la de la hexocinasa (bisagra).
• Energía libre: –18.5 kJ/mol (exergónica).
• Predomina la formación de ATP

1. Fosfoglicerato mutasa: 

• El ácido 3 fosfoglicérico se une a la enzima fosforilada en el residuo histidina 8.
• El grupo fosfato de la enzima se transfiere al substrato resultando un intermediario 2,3 bifosfoglicerato (2,3BPG).
• y 4. El complejo se descompone para dar al 2 fosfoglicerato (2-fosfoglicerato) y la regeneración de la enzima fosforilada.

1. Enolasa: La enolasa cataliza la deshidratación reversible del ácido 2 fosfoglicérico para formar fosfoenol piruvato. 

• Energía libre: –17.6kJ/mol
• Energía liberada por la hidrólisis de una molécula de fosfoenolpiruvato:  –61.9 kJ/mol

1. Piruvato cinasa: Cataliza la segunda fosforilación a nivel de substrato en la glucólisis, en la cual hay formación de ATP mediante la hidrólisis del enlace fosfato de alta energía en el FOSFOENOLPIRUVATO para formar piruvato, que es un metabolito de encrucijada que posteriormente es utilizado para múltiples fines.

• Cambio de energía libre: –61.9, por lo que es irreversible.

• La enzima necesita de dos cationes para catalizar la formación de ATP y piruvato, K+ y Mg2+.

Regulación de la Glucolisis: Se regulan por las concentraciones relativas de los sustratos y los productos. 

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