Gluconeogénesis

G L U C O N E O G É N E S I S

        La mayoría de los órganos animales pueden metabolizar diversas fuentes de carbono para generar energía: triacilgliceroles, diversos azúcares, piruvato, aminoácidos, etc. Sin embargo, el cerebro y el sistema nervioso central necesitan glucosa como única o principal fuente de carbono. Lo mismo ocurre en otros tejidos, como la médula renal, los testículos y los eritrocitos. Por consiguiente, las células animales deben ser capaces de sintetizar glucosa a partir de otros precursores y también de mantener las concentraciones sanguíneas de glucosa dentro de unos límites estrechos, tanto para el funcionamiento adecuado del cerebro y del sistema nervioso central como para promocionar precursores para el almacenamiento de glucógeno en otros tejidos.

        Las necesidades de glucosa del cerebro son muy altas (120 gramos al día, de los 160 que necesita todo el organismo). La cantidad de glucosa que puede generarse a partir de las reservas de glucógeno del organismo en un momento dado es de 190g. En consecuencia, las reservas de glucosa de fácil acceso ascienden a aproximadamente un día de aporte. Cuando se produce un período de ayuno de más de un día, la glucosa debe formarse a partir de otros precursores. Lo mismo ocurre durante el ejercicio intenso, por ejemplo durante una carrera de maratón, cuando las reservas de glucosa sufren una rápida disminución.

        Los principales sustratos de la gluconeogénesis son el lactato, producido durante la glucólisis en el músculo esquelético y los eritrocitos; los aminoácidos, generados a partir de las proteínas de la alimentación o a partir de la degradación de las proteínas musculares durante la inanición; el aminoácido específico alanina, producido en el músculo mediante el ciclo glucosa-alanina; el propionato, procedente de la degradación de algunos ácidos grasos y aminoácidos; y el glicerol, procedente del catabolismo de las grasas. Los ácidos grasos liberados durante la degradación de los lípidos se convierten en su mayoría en Acetil-CoA y no pueden utilizarse para la síntesis de hidratos de carbono, excepto en organismos que disponen del ciclo del glioxilato funcionante.

La gluconeogénesis tiene lugar principalmente en el citosol, aunque algunos precursores se generan en las mitocondrias y deben transportarse al citosol para utilizarse. El principal órgano gluconeogénico es el hígado, y con una contribución menor, aunque aún significativa, de la corteza renal.

Los principales destinos de la glucosa formada en la gluconeogénesis son el catabolismo por medio del tejido nervioso y la utilización por el músculo esquelético.

La gluconeogénesis es una ruta muy parecida a la glicólisis pero en sentido inverso. Sin embargo, hay algunas diferencias importantes, que permiten que la ruta transcurra en la dirección a la síntesis de glucosa en la célula.

Recordamos que en la glucólisis hay tres reacciones irreversibles (fuertemente exergónicas) que son las catalizadas por la hexoquinasa, fosfofructoquinasa y piruvato quinasa, entonces, ¿Cómo puede hacerse para que la conversión de piruvato a glucosa sea exergónica? En esencia, las tres reacciones irreversibles de la glucólisis se evitan mediante enzimas específicas de la gluconeogénesis, que catalizan reacciones que van fuertemente en la dirección de la síntesis de glucosa.

Por consiguiente, las otras 7 reacciones restantes de la gluconeogénesis están catalizadas por las mismas enzimas glucolíticas que catalizan reacciones reversibles y que pueden decantarse en uno u otro sentido mediante acción de masas. Otra forma de relacionar la gluconeogénesis con la glucólisis es decir que difieren tan sólo en tres pasos controlados por ciclos de sustrato (reacciones anapleróticas).

PASO 1:   Conversión de Piruvato en Fosfoenolpiruvato.

Evitar la Piruvato quinasa implica dos reacciones. La Piruvato carboxilasa cataliza la conversión, dependiente de ATP y biotina, del piruvato en oxalacetato. La enzima requiere AcetilCoA como activador alostérico.

[pic 1]

La piruvato carboxilasa genera oxalacetato en la matriz mitocondrial, en donde puede oxidarse en el ciclo del ácido cítrico. Para poder utilizarlo en la gluconeogénesis, el oxalacetato debe salir de la mitocondria hacia el citosol. Sin embargo, la membrana mitocondrial no tiene un transportador eficaz para el oxalacetato, por lo que este se reduce por la Malato deshidrogenasa mitocondrial convirtiéndose en Malato, que se transporta al citosol por el intercambio con ortofosfato y luego se reoxida por la Malato deshidrogenasa citosólica. Una vez en el citosol, el oxaloacetato sufre la acción de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa  (PEPCK) para dar Fosfoenolpiruvato:

...