Carola Bruna Jofr

Universidad de ConcepcinFacultad de Ciencias BiolgicasDepartamento de Bioqumica y Biologa Molecular

Metabolismo de la carbohidratos: Gliclisis y ciclo de Krebs

Glucosa 6-fosfatoGlucosa 1-fosfato

AlmidnSacarosa

Va de las pentosas

Fructosa 6-fosfato

Piruvato

Ciclo de Krebs

Dihidroxiacetona-P+

Gliceraldehido 3-P

FotosntesisFosforilacin oxidativa

Pared celular

Gluconeognesis Gliclisis

Vas anablicasVas catablicas

PLANTAS

Diet

Glucgenolisis Gluconeognesis

Glucogenognesis(Almacenamiento)

Va de lasPentosas

(Oxidacin)

Gliclisis(Oxidacin)

Ciclo de Krebs

Fosforilacin oxidativa

ANAB

OLI

SMO

CATA

BOLI

SMO

MAMFEROS

GliclisisCatabolismo de la glucosa (6C) para producir 2 piruvato (3C) y , 2 NADH y 2 ATP

Ciclo de KrebsOxidacin del piruvato a CO2 y H2O para producir 1GTP y 3NADH y 1FADH2

GluconeognesisBiosntesis (anabolismo) de la glucosa desde piruvato

Va de las pentosasCatabolismo de la glucosa para producir pentosas y poder reductor (NADPH)

Metabolismo de glucgeno: Glucgenolisis y glucogeognesisAlmacenamiento de glucosa para necesidades futuras

ChemoElipse

ChemoNotacomponente central en mamiferos, se consume en la dieta

ChemoNotaEn mamiferos el G6P va a la obtencin de energia y en plantas va a las vias anablicas.

Gliclisis (mamferos)

Primera etapa de la degradacin de la glucosa

Es una va metablica conservada, homloga entre procariontesy eucariontes

Consiste en 10 reacciones localizadas en el citoplasma, mediante las cuales la glucosa es oxidada a piruvato

Organismos anaerbicos convierten el piruvato a productos de desecho tales como lactato y etanol

Organismos aerbicos pueden oxidar completamente la glucosa a travs del ciclo de Krebs y fosforilacin oxidativa

Rol: Degradacin de glucosa para producir ATPProveer intermediarios metablicos para biosntesis

(6C)

(3C) 10 reacciones

Reaccin neta

Carga negativa de fosfato la retiene dentro de la clula

Molcula casi simtrica, preparada para el clivaje en dos molculas de 3C

Ausencia del fosfato le permite su entrada a la mitocondria para el ciclo de Krebs

La reaccin tiende a la formacin de G3P debido a su remocin por las reacciones subsecuentes

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ChemoNotaTotal de 5 ATP

1. Hexoquinasa:Transferencia de Pi desde ATPRetiene la glucosa en la clulaReaccin irreversible

2. Fosfoglucosa isomerasaIsomerizacin aldosa-cetosa

3. Fosfofructoquinasa 1Transferencia Pi desde ATPReaccin irreversible (mamferos)Reaccin reversible (plantas)Primera reaccin comprometida a la va

4. Aldolasa:Clivaje de enlace C-CSe generan 2 molculas de 3C

5. Triosafosfato isomerasa:Isomerizacin aldosa-cetosaReaccin rpida y reversibleEn equilibrio el 96% se encuentra como dihidroxiacetona fosfatoSin embargo, la reaccin se ve favorecida a la formacin de G3P debido a la eficiencia de remocin de este producto por las reacciones subsecuentes

Hasta ahora no hay extraccin de energa, se han gastado dos molculas de ATP

6. Gliceraldehido 3-fosfato dehidrogenasa:Reaccin de xido-reduccinReduccin de la coenzima NAD+

7. Fosfoglicerato quinasa:Transferencia de Pi a ATP

8. Fosfoglicerato mutasa:Reordenamiento del fosforil

9. Enolasa:DeshidratacinAumento del potencial de transferencia del fosforil

10. Piruvato quinasa:Transferencia de Pi a ATPReaccin irreversible

Produccin de dos molculas de ATP y 1 molcula de NADH por cada G3P

Resumen: Oxidacin de 1 molcula de glucosa a piruvato

1. Hexoquinasa: -1ATP3. Fosfofructoquinasa 1: -1ATP6. Gliceraldehido 3-fosfato dehidrogenasa: +1NADH X2 = +2NADH7. Fosfoglicerato quinasa: +1ATP X2 = +2ATP10. Piruvato quinasa: +1ATP X2 = +2ATP

2ATP + 2NADH

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ChemoNotaLa glucosa-6-fosfato puede pasar a otras vias, no determina esta reaccin.

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Destinos del piruvato

Fermentacin alcohlica- Levadura, plantas- Condiciones anaerbicas- Rendimiento 2ATP/glucosa (fosforilacin a nivel de sustrato)

Fermentacin lctica- Msculo, microorganismos eritrocitos - Condiciones anaerbicas- Rendimiento 2ATP/glucosa (fosforilacin a nivel de sustrato)

Oxidacin a CO2 y H2O- Animales, plantas, muchos microorganismos- Condiciones aerbicas- Rendimiento alto (fosforilacin a nivel de sustrato y oxidativa)

Fermentacin

Con estos mecanismos se regenera el NAD+ para que contine la gliclisis

Metabolismo de otras hexosas

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ChemoNotaSe utiliza para regenerar el NAD+

Regulacin

Puntos de control: Reacciones irreversibles por regulacin transcripcional (horas), modificacin covalente (seg) y/o control alostrico (miliseg)Objetivo: Satisfacer las necesidades energticas y de intermediarios para la biosntesis

DHAP

nico mecanismo de control

Controlado alostricamentepor el nivel de ATP, AMP e intermediarios biosintticos en varias etapas

ROLES1. Energa2. Intermediarios

ROLES1. Intermediarios2. Energa

Regulacin

Puntos de control: Reacciones irreversibles por regulacin transcripcional (horas), modificacin covalente (seg) y/o control alostrico (miliseg)Objetivo: Satisfacer las necesidades energticas y de intermediarios para la biosntesis

Fosfofructoquinasa 1: Enzima clave (Reaccin 3)

Regulada alostricamenteRegulacin hormonal indirecta (a travs de PFK2/FBPasa)

Hexoquinasa (Reaccin 1)

Regulada alostricamenteRegulacin por retroalimentacin negativa

Piruvato quinasa (Reaccin 10)

Isoenzimas: Regulacin espacialCooperatividad positivaRegulada alostricamenteRegulacin hormonal directa

REG PFK2 FBPasa2

Regulada hormonalmente

PFK2/FBPasa: Enzima bifuncional

((PFK1PFK1))

PFK1 es regulada alostricamente:

+ AMP+ Fructosa 2,6-bifosfato- ATP- Citrato

Fructosa-2,6-bifosfatoFBPasa

PFK2

[Glucosa][Glucosa]

GlucagGlucagnn

ActivaciActivacin de n de quinasaquinasa::FosforilaciFosforilacin de la enziman de la enzima

InactivaciInactivacinnactividad actividad

PFKPFK

ActivaciActivacin n actividad actividad FBPasaFBPasa

Se estimula reacciSe estimula reaccin inversan inversaDisminuye la formaciDisminuye la formacin del activador (F2,6BP)n del activador (F2,6BP)Se Inhibe PFK1Se Inhibe PFK1Se inhibe la glicSe inhibe la gliclisislisisSe impide que la [glucosa] baje aSe impide que la [glucosa] baje an mn mss

[Glucosa][Glucosa]

InsulinaInsulina

ActivaciActivacin de n de fosfatasafosfatasa::DefosforilaciDefosforilacinn de la enzimade la enzima

ActivaciActivacin n actividad actividad

PFKPFK

InactivaciInactivacinnactividad actividad FBPasaFBPasa

Se estimula reacciSe estimula reaccin directan directaAumenta la formaciAumenta la formacin del activador (F2,6BP)n del activador (F2,6BP)Se activa PFK1Se activa PFK1Se activa la glicSe activa la gliclisislisisSe consume glucosa por glicSe consume glucosa por gliclisislisis

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Regulada alostricamente:- ATP, Glucosa 6-fosfato (inhibicin por producto, refuerza inactivacin PFK2)

No puede ser la enzima clave de regulacin de la gliclisis, ya que su producto es comn para todas las vas del metabolismo de carbohidratos

Regulacin espacial: Isoenzimas

Cooperatividad positiva

Regulada alostricamente+ Fructosa 1,6-bifosfato, AMP- Acetil-CoA, ATP, alanina

Regulacin hormonal va modificacin covalente:Baja [glucosa] = liberacin glucagn = inactivacin por fosforilacinAlta [glucosa] = liberacin insulina = activacin por defosforilacin

Resumen

Gliclisis es estmulada cuando la carga energtica disminuye (tasa ATP/AMP baja) y v/v

Gliclisis es inhibida cuando hay un aumento de precursores biosintticos (P/E citrato, alanina)

Control hormonal previene el consumo de glucosa en el hgado cuando esta se necesita en el cerebro y msculo

Regulacin gliclisis vegetal

Fosfofructoquinasa dependiente de pirofosfato (Reaccin 3)

Inhibida por fosfoenolpiruvato

Activada por fosfato (El fosfato aumenta cuando las triosas son traslocadashacia fuera del compartimento, indicando que se deben reponer)

Piruvato quinasa (Reaccin 10)

Regulada alostricamente:

+ Dihidroxiacetona fosfato (DHAP)

- Glutamato (reatroalimentacin negativa, glutamato proviene indirectamente del ciclo de Krebs)

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Diferencias entre gliclisis en plantas y gliclisis animal

Se deben a que en los animales su funcin principal es generar ATP. Mientras que en las plantas, el ATP proviene mayoritariamente de la fotosntesis y el rol de proveer intermediarios biosintticos es el principal

1. En plantas el material entra como almidn, sacarosa o triosa-P, existiendo muchos puntos de entradaLos animales usan la glucosa distribuida desde el torrente sanguneo

2. En las plantas el control se ejerce en el final de la va hacia arribaEn animales el control comienza al inicio de la va hacia abajo y se basa principalmente en la carga energtica

3. En plantas se utiliza una fosfofructoquinasa dependiente de pirofosfato que cataliza una reaccin reversibleEn los animales, esta reaccin es irreversible y es el punto de control principal

4. La anaerobiosis en plantas lleva a fermentacin alcohlicaEn animales se produce fermentacin lctica en el msculo

GliclisisCatabolismo de la glucosa (6C) para producir 2 piruvato (3C) y , 2 NADH y 2 ATP

Ciclo de KrebsOxidacin del piruvato a CO2 y H2O para producir 1GTP y 3NADH y 1FADH2

GluconeognesisBiosntesis (anabolismo) de la glucosa desde piruvato

Va de las pentosasCatabolismo de la glucosa para producir pentosas y poder reductor (NADPH)

Metabolismo de glucgeno: Glucgenolisis y glucogeognesisAlmacenamiento de glucosa para necesidades futuras

Ciclo de Krebs o de los cidos tricarboxlicos

Segunda etapa de la degradacin de glucosa en condiciones aerbicas

Ocurre en la mitocondria

El piruvato de la gliclisis es decarboxilado para pasar a acetil-CoA, el cual entra al ciclo para ser completamente oxidado a CO2,generando poder reductor a la forma de NADH y FADH2 para la posterior produccin de ATP por fosforilacin oxidativa (3era etapa)

El ciclo del cido ctrico es la va final comn de la oxidacin de macromolculas combustibles (cidos grasos, protenas y carbohidratos)

Adems provee intermediarios para biosntesis

Gliclisis Oxidacin completa de la glucosa

1. Gliclisis2. Ciclo de Krebs3. Cadena transportadora de e- y fosforilacin oxidativa

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Nexo entre la gliclisis y el ciclo de Krebs

Irreversible, en la matriz mitocondrial

Catalizada por el complejo piruvato dehidrogenasa

Inhibida por fosforilacin y v/vInhibicin por producto

Formacin de Acetil Coenzima A

Resumen ciclo de Krebs

3NAD+ + FAD + GDP + Pi + Acetil-CoA 3NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2CO2

1. Condensacin2. Isomerizacin3. Decarboxilacin oxidativa4. Decarboxilacin oxidativa

1 2

3

4

56

7

8

5. Fosforilacin a nivel de sustrato6. Dehidrogenacin7. Hidratacin8. Dehidrogenacin

ChemoNotaMe genera un NADH por cada piruvato, en total me genera 2NADH = 5 ATP

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ChemoLlamada3x2,5 + 1,5 + 1 = 10 ATP

ChemoNotaComo son 2 Acetil CoA que provienen de las 2 moleculas de piruvato de la glicolisis, me degenera un total de 20 ATP

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NADH Citoslico: 1.5 ATPNADH mitocondrial: 2.5 ATPFADH2 mitocondrial: 1.5 ATP

3

30

Malatodeshidrogenasa

Piruvatodeshidrogenasa

Isocitratodeshidrogenasa

-cetoglutarato deshidrogenasa

+ AMP

-NADH

- ATPCitratoSintasa

CONTROL DEL CICLO DE KREBS

Regulacin de acuerdo a la necesidad de ATP

NADH: desplaza a NAD+

ATP, ADP y AMP: efectores alostricos

Piruvatocarboxilasa

El ciclo de Krebs como fuente de precursores biosintticos (mamferos)

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El ciclo de Krebs como fuente de precursores biosintticos (vegetal)El ciclo de Krebs debe ser reabastecido

Ciclo del glioxilato

Permite que plantas y bacterias crezcan en acetato u otros compuestos que producen acetil CoA

En las plantas ocurreen los glioxisomas

Se utiliza una va metablica que convierte unidades acetil de 2C en unidades de 4C (succinato) para la produccin de energa y biosntesis

2Acetil CoA + NAD+ + 2H2O Succinato + 2CoA + NADH + 2H+

Diferencias con respecto al ciclo de Krebs:1. Carece de dos etapas decarboxilacin2. Entran dos molculas de acetil CoA por vuelta

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Isocitrato liasa permite el bypass de las

decarboxilaciones

Isocitrato liasa es inactivada por fosforilacin y v/v

La necesidad de ATP define el destino del Acetil-CoA

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ChemoTextoREPASAR CICLO GLIOXILATO