Lehninger Principles of Biochemistry

Fourth Edition

Chapter 14:

Glycolysis, Gluconeogenesis, and the

Pentose Phosphate Pathway

Copyright © 2004 by W. H. Freeman & Company

David L. Nelson and Michael M. Cox

GLUCOSA

Oxidación completa CO2 + H2O = -2,840 kJ/mol

Almacenamiento como polímero: almidón, glucógeno

Si se requiere : degradación de polímero y producción de ATP

PrecursorE. coli: todos los a.a., nucleótidos, coenzimas, ac. grasos, etc

Plantas y animales: AlmacenamientoOxidación a 3C x glicólisisOxidación x vía pentosas: ribosa 5P + NADPH

GLICOLISIS

Junto con Otto Warburg elucidaron la vía en levaduras

Elucidaron la vía en músculo en 1930s

Resumen de clase

• Vista General de la Glicolisis

• Reacciones Acopladas en Glicolisis

• Primera Fase de Glicolisis

• Segunda Fase de Glicolisis

• Destino Metabólico de NADH y Piruvato

• Vías Anaeróbicas para Piruvato

Vista General de Glicolisis

La Vía de Embden-Meyerhof (Warburg)

• Esencialmente toda célula lleva a cabo glicolisis

• 10 reacciones – las mismas en todas las células –pero las velocidades son diferentes

• 2 fases:

– Primera fase convierte glucosa a dos G-3-P

– Segunda fase produce dos piruvatos

• Productos son piruvato, ATP y NADH

• Tres posibles destinos para piruvato

Acetil CoAciclo Krebs Lactato Etanol (fermentación)

Vista General de Glicolisis

Fase Preparativa: 1. Glucosa es Pi x ATP en C62. G6P F6P3. F6P es Pi x ATP F1,6P2

4. F1,6P2 es cortado en: DHAP + G3P5. DHAP a G3PFIN DE PRIMERA FASE (se invierte energía)

Segunda Fase (pago) : 6. Oxidación y Pi de G3P 1,3bisfosfoglicerato7-10 1,3bisfosfoglicerato Piruvato

Formación de ATP a partir de ADPFIN DE GLICOLISIS:

ATP: -1-1+ (1+1)X2 = 2 ATPs2 NADH

Intermediarios Fosforilados

Por qué?

Funciones posibles:1. Membrana carece de transportadores para azúcares Pi-ladas

no pueden dejar la célula no se gasta energía en mantenerlos adentro a pesar de D de concentración

9 intermediarios en la vía hasta piruvato fosforilados

2. Grupos fosforilo: componentes esenciales para conservación de e; se forman compuestos fosforilados de alta e

3. Unión de Pi a sitio activo de enzimas disminuye e de activación y especificidad de rxn.

Importancia de la presencia de Pi para estimular glicólisisGlucosa + extracto levadura:Hexosa bisPi: “éster de Harden y Young” = F1,6P2

Primera Fase de Glicolisis

La primera reacción - fosforilación de

glucosa

• Hexokinasa o glucokinasa

• Es una reacción de preparación/cebado – se

consume ATP para luego obtener más

• ATP hace que la fosforilación de glucosa

ocurra de manera espontanea

• Reacción IRREVERSIBLE

Hexokinasa

1er paso en Glicólisis; DG alto y negativo

• Hexokinasa (y glucokinasa) actúan para fosforilar glucosa y mantenerla dentro de la célula (también manosa y fructuosa)

• Km para glucosa is 0.1 mM; célula tiene 4 mM glucosa

• de esta forma hexokinasa está normalmente activa!

• Glucokinasa (Kmglucose = 10 mM) sólo se enciende cuando la

célula tiene condiciones abundancia de glucosa, también se llama Hexokinasa IV

• Hexokinasa está regulada - alostéricamente inhibida x G-6-P (producto) (Glucokinasa No)– pero éste NO es el sitio más importante para la regulación de la glicólisis

Reacción 2:

Fosfoglucoisomerasa

Glucosa-6-P a Fructosa-6-P

• Por qué ocurre esta reacción??

– Siguiente paso (fosforilación en C-1) es difícil

para un hemiacetal como existe en la Glucosa,

pero es más fácil para un OH primario (como

ocurre en la fructuosa)

– isomerización activa a C-3 para corte en

reacción de la aldolasa (2 rxns + abajo):

aldolasa requiere carbonilo en C2

3ra Rx:. Fosfofructoquinasa (PFK)

Rx 3: Fosfofructokinasa

PFK es el paso de control en la glicolisis!

• La segunda reacción de “cebado” de la glicolisis

• PFK está altamente regulada

• ATP inhibe PFK, AMP revierte inhibición

• Citrato es también un inhibidor alosterico

• Fructosa-2,6-bisfosfato es alostérico

• PFK incrementa su actividad cuando estado energético es bajo en la célula

• PFK disminuye su actividad cuando estado energético es alto

Rx 4: AldolasaC6 se parte en dos C3s (DHAP, Gly-3-P)

Rx 5: Triosa Fosfato Isomerasa

DHAP convertida a Gly-3-P

• Un mecanismo eno-diol

parecido a Rx 2

• Ahora: C1, C2 y C3 de

glucosa son

indistinguibles de C4, C5

y C6

Glicolisis - Segunda Fase

Energía metabólica produce 4 ATP

• Producción Neta de ATP por glicolisis es

dos ATP

• Segunda fase implica dos intermediarios

fosfato de alta energía• .

– 1,3 BPG

– Fosfoenolpiruvato

Rx 6: Gly-3-Dehidrogenasa

Rx 7: Fosfoglicerato Kinasa

Sintesis de ATP a partir de fosfato de alta energía

Rx 8: Fosfoglicerato MutasaGrupo Fosforilo de C-3 a C-2

• Racional para esta enzima - reponer el

fosfato para hacer PEP

Rx 9: Enolasa

2-P-Gly a PEP

DG total es 1.8 kJ/mol

• Cómo esta reacción puede generar PEP?

• " Contenido Energético " de 2-PG y PEP

son similares

• Enolasa sólo reacomoda a la molécula hacia

una forma que puede proporcionar más

energía por su hidrólisis

Rx 10: Piruvato Kinasa

PEP a Piruvato produce ATP

• Los 2 ATP (a partir de 1 glucosa) pueden ser considerados el "pago" de la glicolisis

• DG negativo alto - regulación!

• Alostéricamente activado por AMP, F-1,6-bisP

• Alostéricamente inhibido por ATP y acetil-CoA

El Destino de NADH y Piruvato

Aeróbico o anaeróbico??

• NADH es energía - 2 posibilidades:

– Si hay O2 disponible, NADH es re-oxidado en vía de transporte electrónico, generando ATP en la fosforilación oxidativa

– En condiciones anaeróbicas, NADH es re-oxididado por lactato deshidrogenasa (LDH), proporcionando un NAD+ adicional para más glicólisis

• Piruvato también es energía : - 2

posibilidades:

– aeróbico: ciclo del ácido cítrico (Krebs)

– anaeróbico: LDH produce lactato

El Destino de NADH y Piruvato

Aeróbico o anaeróbico??

Energética de la Glicólisis

• Ver Tabla en siguiente slide

• Valores de DG en estado standard están distribuídos entre + y -

DG en células :

– Muchos valores cerca a cero

– 3 de 10 Rxns tienen DG grandes y negativos

• Rxns con DG grande y negativo: sitios de regulación!

GluG6P HK mamífero 100 kDa 1 -16.70 850 -33.9levadura 55 kDa 2

GK hígado 50 kDa 1Glu6PF6P PGIsom humano 65 kDa 2 +1.67 0.51 -2.92F6P F1,6P2 PFK músc. conejo 78 kDa 4 -14.20 310.0 -18.8F1,6P2 DHAP+G3P FbPAld músc. conejo 40 kDa 4 +23.90 6.43x10-5 -0.23DHAP G3P TPIsom músc. pollo 27 kDa 2 +7.56 0.0472 +2.41G3P+ Pi+NAD 1,3BPG G3PDH músc. conejo 37 kDa 4 +6.30 0.0786 -1.291,3BPG 3PG + ATP PGkinasa mús. conejo 64 kDa 1 -18.90 2,060 +0.13PG 2PG PGMut mús. conejo 27 kDa 2 + 4.40 0.169 +0.832PG PEP Enolasa mús. conejo 41 kDa 2 +1.80 0.483 +1.10PEP Pyr+ATP PK músc. conejo 57 kDa 4 -31.70 3.63x105 -23.0Pyr+NADH Lact LDH músc. conejo 55 kDa 4 -25.20 2.63x104 -14.8

Reacción Enzima Origen PM Subun. DGo’ Keq DGkJ/mol a 25 ºC kJ/mol

DG calculado para 37 ºC (310 ºK) y concentraciones intracelulares de metabolitos = a las del eritrocito

-15.03 vs. -36.82-29.23 vs. -55.62

Primera Fase -5.33 vs. -55.85+2.23 vs. -53.44+8.53 vs. -54.73

-10.37 vs. -54.63-5.97 vs. -53.80

Segunda Fase -4.17 vs. -52.70-35.87 vs. -75.70-61.07 vs. 90.50

Otros Sustratos para la Glicolisis

Fructosa, manosa y galactosa

• Fructosa y manosa pueden ir hacia la

glicólisis por vías convencionales

• Galactosa es más interesante – la vía Leloir

"convierte" galactosa a glucose

POLISACARIDOS EN LA DIETA

•Dextrina + nH2O n D-Glucosa Dextrinasa

•Maltosa + H2O 2 D-Glucosa Maltasa

•Lactosa + H2O D-galactosa + D-glucosa Lactasa

•Sucrosa + H2O D-fructuosa + D-glucosa Sucrasa

•Trehalosa + H2O 2 D-glucosa Trehalasa

Para Revisar :

• Metabolismo energético en células

cancerosas

• Box 14-1 Lehninger- atletas, cocodrilos y

celacantos: qué tienen en común y qué es la

deuda de oxígeno

• Fermentación alcóholica en levaduras