Glucólisis y ciclo de Krebs: rutas metabólicas, enzimas y regulación

Glucólisis

GLU: Anaerobia; hexoquinasa; 2-fosfoglicerato; piruvato quinasa; 1.ª etapa: fosforilación de la glucosa; fosfoglucosa isomerasa; fosfofructoquinasa; fosfogliceratomutasa.

Ciclo del ácido cítrico

CAT: Aerobia; 4 pares de equivalentes reductores; complejo piruvato deshidrogenasa; excluido mitocondrial; acetil-CoA → CO₂; oxalacetato + acetil-CoA = α-cetoglutarato.

Gluconeogénesis

GNO: 3.ª etapa; célula hepática; 1.ª enzima: piruvato carboxilasa; fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (oxalacetato → fosfoenolpiruvato).

Ruta de las pentosas fosfato

RFG: 1.ª etapa: deshidrogenación; ribosa-5-fosfato isomerasa; ribulosa-5-fosfato epimerasa (xilulosa); transcetolasa.

Importancia: generación de poder reductor (NADPH) en citosol, celular para la síntesis de ácidos grasos y esteroides; conversión de hexosas en pentosas (para la síntesis de ácidos nucleicos); degradación oxidativa completa de pentosas y hexosas convirtiéndolas en hexosas para ingresar en la glucólisis.

Lagunas metabólicas

LAGUNAS: mitocondria; 3 enzimas; 5 coenzimas; piruvato; acetil-CoA; oxalacetato; Ochoa; aconitasa; Fe²⁺; NAD; NADP; isocitrato; α-cetoglutarato; bis; α-cetoglutarato deshidrogenasa; piruvato acetil-CoA; succinato; GDP; FAD; succinato; fumarato; bis; L-malato; oxalacetato; L-malato deshidrogenasa; acetil-CoA; 2 CO₂; 4 pares de equivalentes reductores.

Conceptos termodinámicos

Entropía: magnitud termodinámica que mide el grado de desorden de un sistema; fracción de la entalpía de un sistema que no puede utilizarse como trabajo útil.

Entalpía: magnitud termodinámica que determina la variación de calor de un sistema a presión constante.

Metabolito: conjunto de intermediarios que aparecen en los procesos metabólicos.

Oxidante: compuesto que tiene tendencia a captar electrones; condiciones estándar: 1 mol/L, pH 7, 25 ºC.

Oxidación: reacción en la que hay pérdida de electrones; deshidrogenación.

Ciclo de Krebs: enzimas y reacciones

VERDADERO:

• Se desprende O₂; actúa con 3 enzimas y 5 coenzimas.
• Enzima ocho; activa enzimas estimuladas si disminuye el ATP.
• Preversible; enzima aconitasa; catalizador de isocitrato deshidrogenasa.
• Enzima presente en 2 formas; análogo oxidativo de piruvato a acetil-CoA.
• Se libera 2.º par de equivalentes reductores; se conserva energía.
• Catalizado por succinil-CoA sintetasa; se libera 3 pares.
• Catalizado por succinato deshidrogenasa FAD-dependiente.
• La catálisis de la fumarasa; la enzima fumarato hidratasa es estereoespecífica.
• Reacción endergónica impulsada por la siguiente; se libera el 4.º par de equivalentes reductores.

Rutas anfibólicas y anapleróticas

Ruta anfibólica: cuando los intermediarios pueden actuar en procesos anabólicos y catabólicos.

Reacciones o rutas anapleróticas (de relleno): reacciones gracias a las cuales intermediarios de otras rutas metabólicas pueden incorporarse desde el exterior mediante reacciones enzimáticas muy concretas al ciclo de los ácidos tricarboxílicos.

Fructosuria

Fructosuria: por carencia de la enzima fructoquinasa.

Reacciones de la glucólisis

Reacciones que consumen ATP

Fosforilación de glucosa a glucosa-6-fosfato por hexoquinasa (glucoquinasa); fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato por fosfofructoquinasa.

Reacciones que producen ATP

Paso de 3-fosfogliceril fosfato a 3-fosfoglicerato por fosfoglicerato quinasa; fosfoenolpiruvato a piruvato por piruvato quinasa.

Reacciones que liberan NADH

Oxidación de gliceraldehído-3-fosfato a 3-fosfogliceril fosfato por gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa. La hexoquinasa cataliza la fosforilación de la glucosa y otras hexosas.

Control metabólico

Control metabólico de la hormona coordinadora:

• 1.º Nivel: regulación a partir de metabolitos (ATP, acetil-CoA, NADH); en concentraciones elevadas estimulan la glucogenogénesis e inhiben la glucólisis, y viceversa.
• 2.º Enzimas que catalizan reacciones irreversibles.
• 3.º Mediante la velocidad de síntesis y degradación de las propias enzimas que participan en la ruta (lenta pero eficaz).
• 4.º Las hormonas que actúan sobre las enzimas del metabolismo de carbohidratos (insulina y glucagón). Otras hormonas: adrenalina, glucocorticoides, hormona del crecimiento, tiroxina.

Las tres rutas del ácido pirúvico

1. Fermentación láctica: degradación del ácido pirúvico a lactato por la enzima lactato deshidrogenasa.
2. Fermentación alcohólica: el ácido pirúvico sufre descarboxilación y se produce acetaldehído y CO₂ por piruvato descarboxilasa; después el acetaldehído se reduce a etanol por la enzima alcohol deshidrogenasa.
3. Oxidación del ácido pirúvico a acetil-CoA para incorporarse al ciclo de los ácidos tricarboxílicos por el complejo piruvato deshidrogenasa.

Importancia de los ésteres fosfóricos

A pH = 7 todos están ionizados, lo que les impide atravesar la membrana celular y salir por difusión. Los grupos fosfato actúan como enlazantes para facilitar la unión enzima-sustrato. Gracias al grupo fosfato se conserva energía en procesos para obtener finalmente ATP.

Enzimas y sustratos

2-fosfoglicerato; glucosa fosfatoisomerasa; glucosa-1-fosfato; fosfoenolpiruvato; lactato deshidrogenasa; fructosa-1,6-difosfato; glucosa; fructosa difosfato aldolasa; 3-fosfogliceril fosfato; bisfosfoglicerato; fosfoglicerato mutasa; succinato y glioxilato; acetil-CoA + glioxilato; piruvato carboxilasa; fosfoenolpiruvato.