Metabolismo de la Glucosa: Glucogénesis, Glucogenólisis, Glucólisis, Ciclo de Krebs y Balance Energético
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Metabolismo de la glucosa
El siguiente documento recoge las principales vías metabólicas relacionadas con la glucosa: su almacenamiento, movilización, degradación y la obtención de energía en forma de ATP.
Glucogénesis
Glucogénesis: permite suministrar un depósito de glucosa para la activación muscular vigorosa en el músculo y regular el nivel de glucosa en sangre en el hígado.
Controles:
- Hexoquinasa
- UDPG-pirofosforilasa
- Glucógeno sintasa
Reacción total: Glucosa → glucógeno (se consume E).
Glucogenólisis
Glucogenólisis: no es el proceso inverso de la glucogénesis, ya que utiliza enzimas y sustratos diferentes.
Control: glucógeno fosforilasa.
Reacción total: Glucógeno → Glucosa + glucosa-1-fosfato (se libera E).
Glucólisis
Glucólisis (citoplasma).
Controles:
- Hexoquinasa (HK)
- Fosfofructoquinasa (PFK-1)
- Piruvato quinasa (PK)
Hexoquinasa (HK):
- Control alostérico: el aumento de G6P la inhibe.
- Control covalente: no posee.
- Posee distintas isoenzimas.
Fosfofructoquinasa (PFK):
- Control alostérico: el aumento de AMP la activa; el aumento de fructosa-2,6-bisfosfato la activa; el aumento de citrato y ATP la inhibe.
- Control covalente: no posee.
Reacción total: Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH + 2 H+ (se libera E).
Descarboxilación oxidativa del piruvato
La descarboxilación oxidativa del piruvato se produce en la mitocondria y está catalizada por un complejo enzimático denominado piruvato deshidrogenasa (PDH). Este complejo está integrado por las enzimas piruvato descarboxilasa, dihidrolipoil transacetilasa y dihidrolipoil deshidrogenasa, y por las coenzimas TPP, ácido lipoico, CoA-SH, FAD y NAD+.
Control de la PDH:
- Control alostérico:
- El aumento de ATP, acetil-CoA y NADH + H+ activa la quinasa, lo que inhibe la PDH.
- El aumento de piruvato inhibe la quinasa, lo que activa la PDH.
- El aumento de AMP, CoA-SH, NAD+ y Ca2+ activa la fosfatasa, lo que activa la PDH.
- Control covalente:
- La insulina, mediante desfosforilación, activa la PDH.
- El glucagón, mediante fosforilación, inhibe la PDH.
Reacción total: Piruvato + HS-CoA + NAD+ → acetil-S-CoA + NADH + H+ + CO2
Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias y constituye la vía final común de la oxidación aeróbica de todos los sustratos de la dieta.
Controles:
- Citrato sintetasa: control alostérico. El aumento de ATP la inhibe; el aumento de ADP la activa.
- Isocitrato deshidrogenasa: control alostérico. El aumento de ATP y NADH la inhibe; el aumento de ADP y Ca2+ la activa.
- Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa: control alostérico. El aumento de NADH y succinil-S-CoA la inhibe; el aumento de Ca2+ la activa.
Reacción total: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + H2O → 2 CO2 + CoA + FADH2 + 3 NADH + 3 H+ + GTP.
En total, el ciclo produce 20 ATP.
Balance energético
Anaerobiosis:
- Glucosa → G6P (−1)
- Fructosa-6-P → Fructosa-1,6-bisP (−1)
- 1,3-bisfosfoglicerato → 3-fosfoglicerato (1 × 2)
- Fosfoenolpiruvato → piruvato (1 × 2)
- Total = 2 ATP
Aerobiosis (1 mol de glucosa en músculo):
- Glucólisis (2)
- NADH (1,5 × 2)
- Descarboxilación oxidativa del piruvato (2,5 × 2)
- Ciclo de Krebs (10 × 2)
- Total = 30 ATP
Aerobiosis (1 mol de glucosa en hígado):
- Glucólisis (2)
- NADH (2,5 × 2)
- Descarboxilación oxidativa del piruvato (5)
- Ciclo de Krebs (20)
- Total = 32 ATP
Regeneración del NAD+
Este proceso es necesario para que la glucólisis pueda continuar. Como el NADH no atraviesa la membrana mitocondrial, se requieren sistemas de transporte denominados lanzaderas:
- Lanzadera malato-aspartato: presente en hígado y corazón. El NADH citosólico cede sus equivalentes a un NAD+ dentro de la matriz mitocondrial. Participan aspartato, oxalacetato y malato (enzima malato deshidrogenasa).
- Lanzadera glicerol-3-fosfato: presente en cerebro y músculo. Los equivalentes reductores son recibidos por el FAD, que se reduce a FADH2. Participa la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa.