Gluconeogénesis
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El carbohidrato más relevante para los seres vivos es la glucosa. Casi cualquier célula preferirá usar glucosa como fuente de energía antes que cualquier otro tipo de molécula energética. De hecho, algunas células como las neuronas y los eritrocitos dependen por completo de la glucosa.
En el cuerpo humano, la glucosa se sintetiza en hígado a partir de los llamados aminoácidos glucogénicos provenientes de la degradación de proteínas, del lactato producido durante el metabolismo anaerobio, o bien del glicerol obtenido de la degradación de triacil-glicéridos. Esta ruta de síntesis de glucosa es activada por el glucagón e inhibida por la insulina.
La ruta de biosíntesis de glucosa se denomina gluconeogénesis y muchas de sus reacciones bioquímicas son catalizadas por las mismas enzimas de la glucólisis. Sin embargo, mientras que la glucólisis se lleva a cabo en el citoplasma, en la gluconeogénesis también participan las mitocondrias y el Retículo Endoplásmico Liso (REL).
La ruta de formación de glucosa a partir de Lactato inicia en el citoplasma con su conversión a Piruvato por medio de la Lactato Deshidrogenasa (EC 1.1.1.27). Esta reacción es la misma que ocurre durante el metabolismo anaerobio de la glucosa pero en sentido inverso. Requiere de la participación del NAD+ que se reduce a NADH + H+.
Como podemos darnos cuenta, el Piruvato es la molécula final de la glucólisis, se produce a partir del Fosfoenolpiruvato (por medio de la Piruvato Cinasa, EC 2.7.1.40). Sin embargo, esta reacción no es reversible y por lo tanto la síntesis de glucosa a partir de Piruvato no puede proceder con esta reacción. En vez de eso, el Piruvato entra a la mitocondria y es convertido a Oxalacetato por medio de la incorporación de una molécula de CO2 por la enzima Piruvato Carboxilasa (Número EC 6.4.1.1) en una reacción que consume ATP y que requiere de Biotina como cofactor.
El Oxalacetato producido es reducido a Malato por la enzima Malato Deshidrogenasa (Número EC 1.1.1.37) con la participación de NADH + H+ y la consiguiente formación de NAD+. Esta es la octava reacción del Ciclo de Krebs pero en sentido inverso. Una vez que se ha formado el Malato, este puede salir de la mitocondria.
El Malato en citoplasma se convierte nuevamente a Oxalacetato (por la Malato Deshidrogenasa), que a su vez se convierte en Fosfoenolpiruvato por la enzima Fosfoenol-Piruvato Carboxicinasa (Número EC 4.1.1.32) en una reacción que requiere GTP y que libera una molécula de CO2.
De esta manera se obtiene el Fosfoenolpiruvato necesario para la síntesis de glucosa que puede ser usado por las mismas enzimas de la glucólisis. El Fosfoenolpiruvato se convierte en 2-Fosfo-glicerato por la Enolasa (Número EC 4.2.1.11).
El 2-fosfo-glicerato se convierte en 3-Fosfoglicerato por la Fosfoglicerato Mutasa (Número EC 5.4.2.1) y posteriormente en 1,3-bisfosfoglicerato por la Fosfoglicerato Cinasa (Número EC 2.7.2.3) en una reacción que requiere de ATP.
El 1,3-bisfosfoglicerato se convierte en gliceraldehído-3-fosfato por la Gliceraldehído-3-fosfato Deshidrogenasa (Número EC 1.2.1.12) consumiendo una molécula de NADH y liberando un grupo fosfato inorgánico (Pi) y NAD+.
El gliceraldehído-3-fosfato así formado se puede unir con una Dihidroxiacetona fosfato para formar Fructosa 1,6-bisfosfato en una reacción catalizada por la Fructosa-1,6-bisfosfato Aldolasa (Número EC 4.1.2.13).
La Fructosa 1,6-bisfosfato es desfosforilada por la enzima Fructosa 1,6-bisfosfatasa (Número EC 3.1.3.11) para convertirla en Fructosa 6-fosfato que se convertirá en Glucosa 6-fosfato (por la Fosfoglucosa Isomerasa, Número EC 5.3.1.9) y entrará al Retículo Endoplásmico de la célula para llevar a cabo la última reacción de la gluconeogénesis que es la desfosforilación catalizada por la enzima Glucosa 6-fosfatasa (Número EC 3.1.3.9). La glucosa formada puede ser exportada de la célula por un transportador de membrana y liberada al torrente sanguíneo para que pueda ser absorbida por las células que la necesiten.
Por otro lado, el Glicerol proveniente de la dieta de los triacil-glicéridos es fosforilado por la enzima Glicerol Cinasa (Número EC 2.7.1.30) para dar Glicerol 3-fosfato que a su vez es reducido por la Glicerol 3-fosfato Deshidrogenasa (Número EC 1.1.1.8) para obtener Dihidroxiacetona 3-fosfato. Esta última molécula se fusionará con el Gliceraldehído 3-fosfato para formar a la Fructosa 1,6-bisfosfato.
Finalmente, los aminoácidos glucogénicos entrarán a la mitocondria y formarán Piruvato u Oxalacetato para incorporarse en la vía de síntesis de glucosa.
Ir al tema siguiente: La biosíntesis de ácidos grasos.
Ir al tema anterior: Transaminación y desaminación.
El carbohidrato más relevante para los seres vivos es la glucosa. Casi cualquier célula preferirá usar glucosa como fuente de energía antes que cualquier otro tipo de molécula energética. De hecho, algunas células como las neuronas y los eritrocitos dependen por completo de la glucosa.
En el cuerpo humano, la glucosa se sintetiza en hígado a partir de los llamados aminoácidos glucogénicos provenientes de la degradación de proteínas, del lactato producido durante el metabolismo anaerobio, o bien del glicerol obtenido de la degradación de triacil-glicéridos. Esta ruta de síntesis de glucosa es activada por el glucagón e inhibida por la insulina.
La ruta de biosíntesis de glucosa se denomina gluconeogénesis y muchas de sus reacciones bioquímicas son catalizadas por las mismas enzimas de la glucólisis. Sin embargo, mientras que la glucólisis se lleva a cabo en el citoplasma, en la gluconeogénesis también participan las mitocondrias y el Retículo Endoplásmico Liso (REL).
Gluconeogénesis
Muchas de las reacciones enzimáticas necesarias para la síntesis de glucosa son catalizadas por las mismas enzimas que intervienen en la glucólisis mientras que otras son específicas de esta vía y solamente serán sintetizadas si la célula las necesita. La síntesis de una molécula de glucosa consume cuatro moléculas de ATP (3 en forma de ATP y una en forma de GTP), el doble de las que son producidas durante su ruptura.La ruta de formación de glucosa a partir de Lactato inicia en el citoplasma con su conversión a Piruvato por medio de la Lactato Deshidrogenasa (EC 1.1.1.27). Esta reacción es la misma que ocurre durante el metabolismo anaerobio de la glucosa pero en sentido inverso. Requiere de la participación del NAD+ que se reduce a NADH + H+.
Como podemos darnos cuenta, el Piruvato es la molécula final de la glucólisis, se produce a partir del Fosfoenolpiruvato (por medio de la Piruvato Cinasa, EC 2.7.1.40). Sin embargo, esta reacción no es reversible y por lo tanto la síntesis de glucosa a partir de Piruvato no puede proceder con esta reacción. En vez de eso, el Piruvato entra a la mitocondria y es convertido a Oxalacetato por medio de la incorporación de una molécula de CO2 por la enzima Piruvato Carboxilasa (Número EC 6.4.1.1) en una reacción que consume ATP y que requiere de Biotina como cofactor.
El Oxalacetato producido es reducido a Malato por la enzima Malato Deshidrogenasa (Número EC 1.1.1.37) con la participación de NADH + H+ y la consiguiente formación de NAD+. Esta es la octava reacción del Ciclo de Krebs pero en sentido inverso. Una vez que se ha formado el Malato, este puede salir de la mitocondria.
El Malato en citoplasma se convierte nuevamente a Oxalacetato (por la Malato Deshidrogenasa), que a su vez se convierte en Fosfoenolpiruvato por la enzima Fosfoenol-Piruvato Carboxicinasa (Número EC 4.1.1.32) en una reacción que requiere GTP y que libera una molécula de CO2.
De esta manera se obtiene el Fosfoenolpiruvato necesario para la síntesis de glucosa que puede ser usado por las mismas enzimas de la glucólisis. El Fosfoenolpiruvato se convierte en 2-Fosfo-glicerato por la Enolasa (Número EC 4.2.1.11).
El 2-fosfo-glicerato se convierte en 3-Fosfoglicerato por la Fosfoglicerato Mutasa (Número EC 5.4.2.1) y posteriormente en 1,3-bisfosfoglicerato por la Fosfoglicerato Cinasa (Número EC 2.7.2.3) en una reacción que requiere de ATP.
El 1,3-bisfosfoglicerato se convierte en gliceraldehído-3-fosfato por la Gliceraldehído-3-fosfato Deshidrogenasa (Número EC 1.2.1.12) consumiendo una molécula de NADH y liberando un grupo fosfato inorgánico (Pi) y NAD+.
El gliceraldehído-3-fosfato así formado se puede unir con una Dihidroxiacetona fosfato para formar Fructosa 1,6-bisfosfato en una reacción catalizada por la Fructosa-1,6-bisfosfato Aldolasa (Número EC 4.1.2.13).
La Fructosa 1,6-bisfosfato es desfosforilada por la enzima Fructosa 1,6-bisfosfatasa (Número EC 3.1.3.11) para convertirla en Fructosa 6-fosfato que se convertirá en Glucosa 6-fosfato (por la Fosfoglucosa Isomerasa, Número EC 5.3.1.9) y entrará al Retículo Endoplásmico de la célula para llevar a cabo la última reacción de la gluconeogénesis que es la desfosforilación catalizada por la enzima Glucosa 6-fosfatasa (Número EC 3.1.3.9). La glucosa formada puede ser exportada de la célula por un transportador de membrana y liberada al torrente sanguíneo para que pueda ser absorbida por las células que la necesiten.
Por otro lado, el Glicerol proveniente de la dieta de los triacil-glicéridos es fosforilado por la enzima Glicerol Cinasa (Número EC 2.7.1.30) para dar Glicerol 3-fosfato que a su vez es reducido por la Glicerol 3-fosfato Deshidrogenasa (Número EC 1.1.1.8) para obtener Dihidroxiacetona 3-fosfato. Esta última molécula se fusionará con el Gliceraldehído 3-fosfato para formar a la Fructosa 1,6-bisfosfato.
Finalmente, los aminoácidos glucogénicos entrarán a la mitocondria y formarán Piruvato u Oxalacetato para incorporarse en la vía de síntesis de glucosa.
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