Metabolismo De La Glucosa

METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

La necesidad de un aporte constante de energía a la célula se debe a que ella lo requiere para realizar varias funciones, entre las que destacan: (a) la realización de un trabajo mecánico, por ejemplo, la contracción muscular y movimientos celulares, (b) el transporte activo de iones y moléculas y (c) la síntesis de moléculas. Para la mayoría de los animales, incluyendo al hombre, la energía útil para la célula es la energía química, la cual se encuentra contenida en los nutrientes (carbohidratos y lípidos, principalmente) que se consumen. A través de un conjunto procesos enzimáticos bien definidos, la célula extrae dicha energía y la hace disponible para que se realicen una gran variedad de procesos celulares, entre los que destacan los encaminados a la síntesis de (anabolismo) y degradación (catabolísmo) de biomoléculas, a la suma de ambos procesos se le identifica como Metabolismo. La célula ha diseñado para la glucosa, los ácidos grasos y los aminoácidos un proceso metabólico único (metabolismo de carbohidratos, de lípidos y de proteínas, respectivamente), acompañado cada uno de ellos de un estricto mecanismo de regulación (control metabólico).

A continuación, se hará una breve descripción de los procesos anabólico y catabólico de la glucosa.

Las vías enzimáticas relacionadas con el metabolismo de la glucosa son:

(1) oxidación de la glucosa, (2) formación de lactato (3) metabolismo del glucógeno,

(4) gluconeogénesis y (6) vía de las pentosas fosfato.

OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA

La oxidación de la glucosa involucra un conjunto de reacciones enzimáticos, ligadas una de la otra y vigiladas por un estricto control metabólico, todo con el único fin, de hacer disponible para célula, la energía química contenida en la glucosa. La reacción global es:

Glucosa CO2 + H2O + ATP

La formación de CO2 + H2O + ATP a partir de la glucosa, se lleva a cabo, porque existe una disponibilidad de O2 y que aunado a la necesidad de energía, se inducen los procesos enzimáticos claramente definidos por sustratos y productos, ellos son: (1) glucólisis, (2) transformación del piruvato en acetil CoA, (3) ciclo de Krebs y

(4) fosforilación oxidativa.

Glucólisis. La glucólisis se realiza en el citosol y comprende la conversión de glucosa en piruvato, cuya reacción global es:

Glucosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+

2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 + + 2 H2O

En este proceso participan 10 enzimas diferentes que catalizan diez reacciones secuénciales, las cuales podríamos dividir en tres etapas: a) formación de fructosa 1,6- bisfosfato a partir de glucosa, b) formación de triosas fosfato (gliceraldehido 3-fosfato y dihdrixiacetona fosfato) a partir de fructosa 1,6-bisfosfato y c) formación de piruvato a partir de gliceraldheido 3-fosfato.

En la primer etapa se consumen dos ATP´s, uno con la enzima hexoquinasa y después de una reacción de isomerización, se emplea el segundo ATP, con la enzima fosfofructoquinasa , reacciones que dan origen a la fructosa 1,6-bisfosfato, con la que se inicia la segunda etapa, al convertirse la fructosa 1,6-bisfosfato en sustrato de la enzima aldolasa y cuyos productos son las dos triosas fosfato (gliceraldehido 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato), seguidamente se inicia la tercer etapa, la que se caracteriza por la isomerización de la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido 3-fosfato por lo que al finalizar esta etapa, contamos con dos moléculas de gliceraldehido 3-fosfato, mismas que servirán de sustrato para la formación de piruvato, uno por cada una de ellas. Con la síntesis de piruvato, termina la tercer etapa, la que se distingue inicialmente, por el requerimiento de la coenzima NAD + y de un Pi (ortofosfato), para oxidar y fosforilar al gliceraldehido 3-fosfato el cual se transforma en 1,3- bisfosfoglicerato mas NADH (coenzima reducida), a partir de este producto recién formado y por acción de la enzima fosfoglicerato quinasa se sintetiza y se libera, la primer molécula de ATP y mas adelante, en la reacción catalizada por la piruvato quinasa, se forma a nivel de sustrato, la segunda molécula de ATP. Es en este punto, donde finaliza la glucólisis, sin embargo, son los 2 ATP´s liberados y los 2 equivalentes reducidos (NADH +) los que no debemos olvidar. Con la importación del piruvato hacia la mitocondria y su transformación en acetil-CoA se inicia la siguiente etapa de la oxidación de la glucosa. Las mitocondrias albergan la enzima piruvato deshidrogenasa, las enzimas del ciclo de Krebs, las enzimas que catalizan la oxidación de los ácidos grasos y las enzimas y proteínas involucradas en el transporte de electrones y síntesis de ATP, por lo que las hace ser, los centros del metabolismo oxidativo en eucariontes. Transformación del piruvato en acetil CoA. Una ves formado el piruvato, este se transloca hacia el interior de la mitocondria, en donde será transformado por acción del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa ( piruvato dehisrogenasa, dihidrolipoil deshidrogenasa y dihidrolipoil transacetilasa) en Acetil CoA, vía un reacción de tipo descarboxilación oxidativa.

Piruvato + CoA + NAD+ acetil-CoA + CO2 + NADH

Las coenzimas y grupos protéticos requeridos en esta reacción son pirofosfato de tiamina (TPP), dinucleótido de flavina y adenina (FAD), dinculeótido de niacina y adenina (NAD+) y lipoamida (ácido lipóico). La descarboxilación oxidativa del piruvato, dirige a los átomos de carbono de la glucosa a su liberación como CO2 en el ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) y por consiguiente, la producción de energía.

El ciclo de Krebs. Este proceso, se inicia con la condensación irreversible de las moléculas de Acetil-CoA y oxaloacetato, esta reacción es catalizada por la enzima citrato sintasa y su producto es el citrato. A partir de citrato, se despliega una serie de reacciones irreversibles, que culminan con la generación de otra molécula de oxaloacetato, pasando por la formación de -cetoglutarato y su tranformación en succinil CoA + NADH + CO2, reacción catalizada por un complejo enzimático denominado complejo del -cetoglutarato deshidrogenasa que requiere como coenzimas y grupos prostéticos a TPP, FAD, NAD+ y lipoamida, igual a los requeridos por el complejo de la piruvato deshidrogenasa. Otros intermediarios son: la formación de succinato y liberación de un GTP a partir de succinil CoA y por consiguiente la síntesis de fumarato a partir de succinato, reacción el la cual se libera un FADH2, existe también en el ciclo de Krebs un sitio mas de descarboxilación oxidativa, en donde se forma NADH + CO2 y otro donde únicamente se libera NADH. La estiquiometría del ciclo de Krebs es:

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O

2CO2 + 3NADH

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