Fisicanet ®

Otras rutas de utilización de la glucosa

Ciclo del glioxilato

Es la única manera de obtener glucosa a partir de C2, normalmente el acetil-CoA. En células animales el paso de C3 a C2 está muy restringido. En el ciclo del glioxilato a partir de dos moléculas C2 se obtiene un C4 que se descarboxila y se obtiene un C3. Este ciclo es muy importante en semillas para almacenar más cantidad de energía en menos espacio, en forma de grasas en lugar de ser hidratos de carbono. Las grasas al degradarse lo hacen en forma de C2, por lo que tienen que ser capaces de utilizarlos para obtener todos los hidratos de carbono que necesiten. Este ciclo se realiza en el glioxisoma y es una variación del ciclo de Krebs.

Balance neto: 2 acetil-CoA → 1 succinato.

Ciclo del glioxilato

En este ciclo a partir del isocitrato actúa un enzima distinto, ya que debe romperse, la isocitrato liasa. Da lugar a 1 C4 (succinato)+ 1 C2 (glioxilato). El glioxilato puede aceptar otra molécula de acetil-CoA formando malato gracias a la malato sintasa. Tanto el isocitrato liasa como el malato sintasa se sintetizan cuando se necesitan.

Ruta de los fosfatos de pentosa

Es una ruta secundaria pero muy importante que existe en todas las células, Tiene lugar en el citosol. Permite obtener pentosas fosforiladas que se usan para sintetizar nucleótidos ya que es la fuente de ribosa necesaria. También se forma NADPH que es el poder reductor. La glucosa al entrar en la célula es G6P y por medio de la G6Pasa se convierte en fosfoglucono lactona con reducción de NAD+

Ruta de los fosfatos de pentosa

La fosfoglucono lactona se hidroliza con la lactonasa, obteniendo fosfogluconato que se descarboxila oxidativamente. Actúa una deshidrogenasa dependiente del NADP+. Al descarboxilarse se obtiene un C5, la ribulosa 5P que es fuente de energía de la ribosa 5P. La célula necesita más poder reductor que 5 C, como le sobran azúcares de 5 C los utiliza para regenerar los productos de 6 C. Por esto tendrá que ocurrir 6 veces el ciclo para la degradación total de una molécula de glucosa. Si la reacción ocurre 6 veces:

6·G6P →
6·C5
12·NADPH + 6·CO2 + 6·Ru5P
5·C6P
6·G6P + 6·C5P
En total: 1 G6P →
12·NADPH + 6·CO2 + 6·C5P + 5·C6P
12·NADPH + 6·CO2

Intervienen varios tipos de enzimas:

Cuando el ciclo ha dado 6 vueltas tenemos 6Ru5P que se han de transformar en 5 de G6P.

Ciclo del glioxilato

Esta ruta es esencial, se da en el citosol de todas las células

Fijación autotrófica del CO2

El CO2 es la forma más oxidada del C. Los organismos fotosintéticos son los únicos capaces de sintetizar una molécula reducida a partir de una oxidada (el CO2 atmosférico). Para la síntesis requiere ATP y poder reductor (lo que hemos formado anteriormente). En eucariotas esto se produce en el estroma del cloroplasto (porción soluble). El proceso acaba al sintetizar una triosa fosfato que tras salir al citosol se convierte en glucosa como antes. La forma de transportar la glucosa por la planta es en forma de sacarosa, que se forma en el citosol.

Normalmente el proceso es igual para todas las células, el ciclo de Calvin. Se usó CO2 marcado radioactivamente y se comprobó que la primera molécula marcada era una molécula de 3 carbonos por lo que se las llamó plantas C3. Este resto se identificó como 3-fosfoglicerato. El CO2 no es aceptado por un C2 sino que se une a un C5 y luego se rompe en dos C3. El C6 no se separa nunca de la enzima.

Ciclo de Calvin

Primera etapa: carboxilación

(CH2OP)—(CO)—(HCOH)2—(CH2OP)
Ribulosa 1,5 bifosfato
+ CO2
RUBISCO
2X {(COO¯)—(CHOH)—(CH2OP)
3-fosfoglicerato

La RUBISCO es el único enzima de este ciclo no presente en animales. Es una proteína muy importante en células vegetales y está sometido a regulación. Tiene subunidades catalíticas (L) y reguladoras (S) más pequeñas. Muy abundante en cloroplastos, hasta el 50 % del peso de hoja fresca (más abundante en el mundo). Tal cantidad hace pensar que se use de reserva, por ejemplo de N dada la gran cantidad de aminoácidos.

Las reacciones son termodinámicamente favorables, aunque la enzima presenta un problema, que puede usar O2 también de sustrato. El CO2 y el O2 compiten por el sitio activo, la enzima tendrá actividad carboxilasa y oxigenasa. Si oxigena rompe en 2 la molécula:

(CH2OP)—(CO)—(HCOH)2—(CH2OP)
Ribulosa,5 bifosfato
+O2
RUBISCO
(CH2OP)—(COO¯) +
Fosfoglicolato
(CH2OH)—(HCOH)—(CH2OP)
Fosfoglicerato

Segunda etapa: fase reductiva

Transformar 3PG en Gd3P. Misma reacción que en la gluconeogénesis.

Fase reductiva

ATP y NADP+ producido acoplados a la cadena de transporte fotoelectrónico. Hasta ahora sólo 1 carbono procede del CO2, por lo que ha de dar 3 vueltas para que todos sean del CO2

Metabolismo de hidratos de carbono

3x Ru1,5BP + 3·CO26x 3PG
RUBISCO

Segunda etapa: regeneración del aceptor final

5·C3P → 3·C5P. Cada C5P se ha de fosforilar para que sean bifosfato por medio de una quinasa.

Los enzimas que son distintos son: fosforibulosa quinasa, RUBISCO y sedorribulosa-1,7-bifosfatasa.

Balance neto: 3·CO2 → 6 ATP (de fosforilar 3PG) + 3 ATP (de fosforilar Ru5P)

3·CO2 + 9 ATP + 6 NADPH → triosa fosfato + 6 NADP+ + 9 ADP

Regulación del ciclo de Calvin

Sólo ocurre cuando hay luz porque hace falta NADPH y ATP. La regulación asegura la fijación de CO2 cuando hay luz y funciona la cadena de transporte fotoelectrónico. Regulación a nivel de RUBISCO a varios niveles relacionados con el período luminoso.

La actividad de RUBISCO depende de:

Relacionados con la fase luminosa mediante la cadena de transporte fotoelectrónico de la membrana tilacoidal.

Otra regulación más general (de todos los procesos del cloroplasto) activado por F6P e inhibido por F1,6BP. Se pueden interconvertir por medio de la F1,6Bifosfatasa, enzima de la gluconeogénesis. Está reglado por la luz mediante el poder reductor. Al funcionar la cadena de transporte fotoelectrónico aumenta el poder reductor en el cloroplasto. En muchos procesos la estabilidad del mensajeros es el regulador y depende del estado redox. Tienen todas las cisteínas de dos maneras, formando puentes disulfuro o no. La forma SH es la reducida, muchas proteínas deben estar reducidas para funcionar. Para pasar de oxidada a reducida necesitaremos e¯ de la cadena de transporte fotoelectrónico vía ferredoxina. La quinasa del final está igual regulada.

Fotorrespiración

Es el consumo de O2 en presencia de luz. Este problema es resultado de la actividad oxigenasa de la RUBISCO. Si no hay luz RUBISCO está inactiva.

Balance neto: el O2 se consume y se desprende CO2, lo opuesto a lo deseado en la fotosíntesis. No se produce energía, se reduce la eficiencia de la fotosíntesis. Problema para la agricultura porque aparece menos biomasa. RUBISCO 2 actividades y una molesta porque la conformación de la enzima hace que pueda aceptar O2, aunque es más afín por el CO2. Si la fotosíntesis es contínua aumenta mucho la concentración de O2 y disminuye la concentración de CO2 por lo que se convierte en un competidor peligroso.

Defensa: km < CO2, la km es alta para CO2. Nadie sabe la utilidad de la función oxigenasa. Al principio no había O2 en la atmósfera con lo que no era un problema.

Fotorrespiración

Algunas plantas disminuyen la actividad oxigenasa porque separan espacialmente las 2 fases de la fotosíntesis. En la zona donde se transportan e¯ se produce O2 y en la zona de actividad de RUBISCO se consume. Las hojas tienen una anatomía especial, tienen células donde se transportan e¯ y otras con actividad de RUBISCO. Las células del mesófilo de la hoja fijan CO2 temporalmente, pero no por RUBISCO. PEP recoge el CO2 (PEP carboxilasa). Al fijar CO2 se forma OAA que se transforma en malato que viaja a las células donde está RUBISCO. El malato ahora se descarboxila, produce C3 (piruvato) y resulta CO2. Donde es activa la RUBISCO la concentración de CO2 aumenta y la concentración de O2 disminuye. La fijación es favorecida. El piruvato vuelve a la otra célula y se transforma en PEP. Al marcar radioactivamente aparece primero OAA, por lo que se llaman plantas C4 (CO2 fijado en un C4). La molécula de 4 carbonos sólo transporta el CO2 hasta RUBISCO. De este tipo son muchas plantas tropicales.

En otras plantas la separación es temporal, aunque son C4 igualmente. Por la noche se abren los estomas que fijan el CO2 igual que en el caso anterior (la luz no es necesaria). Por el día cierra los estomas liberando el CO2. Son plantas tropicales.

Metabolismo de polisacáridos

En las células animales la glucosa se almacena en forma de glucógeno y en las vegetales en forma de almidón. El glucógeno es un polisacárido formado por glucosas unidas por medio de enlaces glicosídicos α1 →4. Las ramificaciones están unidas por enlaces α1 →6. Tiene un extremo reductor y otro no reductor. El no reductor es en la cadena α1 →4 el que no ofrece el C1

Que la molécula está ramificada es una ventaja porque así tiene muchos extremos no reductores a la vista. También es más soluble. Forma gránulos en el citosol en los que normalmente están añadidos los enzimas que lo metabolizan dos tipos de células almacenan glucógeno, las musculares y las hepáticas, aunque para funciones distintas.

Glucogenolisis

Estudiada por Carl Ferdinand Cori y Gerty Theresa Radnitz. Se puede hidrolizar el enlace, pero en la célula se hace por medio de un fosfato (fosforolisis). La ventaja es que se obtiene glucosa ya fosforilada por lo que no tiene que actuar la hexoquinasa:

(Glu)n + Pi →G1P + (Glu)n-1
Glucógenofosforilasa

Se degrada siempre empezando por el extremo o reductor rompiendo los enlaces glicosídicos α1 →4. El enzima no puede degradar completamente el glucógeno, al llegar al extremo hay repulsiones estéricas. Se para a 4 residuos de la ramificación. Necesita otro enzima con 2 actividades enzimáticas:

Para degradar las glucosas han de aparecer intermediarios de la glicolisis, la mayor parte G1P:

Glucogenolisis

Al movilizar el hígado el glucógeno libera glucosa y G1P que para salir de la célula ha de perder el fosfato, se transforma primero en G6P y con enzima G6fosfatasa (de la gluconeogénesis) elimina el P. La G6Pasa salva el paso de la fosfoquinasa.

Glucogenogénesis

Requiere extremo no reductor para incorporar las glucosas por ese lado. El enzima es la glucogenosintasa. Estudiado por el bioquímico argentino Luis Federico Leloir. La glucosa debe estar activada combinándola con nucleótidos (derivado de la uridina, UTP). Activación:

Glucosa →G6P ⇔G1P + UTP
Hexoquinasa
G1P + P-P-P-uridinaUDP-glucosa.
UDP glucosapirofosforilasa
+ PPi

Siempre que el pirofosfato sea un producto la reacción va hacia la derecha. El enzima glucogenosintasa añade resto de glucosa formando α1 →4 y libera UDP. Punto de control más importante. El UDP se necesita como UTP por lo que para recuperarlo se necesita ATP por medio de una nucleósido difosfoquinasa.

Para las ramificaciones coge un trozo ya sintetizado de unos 7 monómeros y lo mueve hacia dentro de la cadena (unas 11 glucosas). Se transfiere entero en posición 6 a una glucosa ya unida. De esto se ocupa una transferasa. Ahora una sintasa une por los 2 sitios. La separación entre ramas es de por lo menos 4 glucosas para poder degradarlo luego.

(Glu)n + UDP-Glu →(Glu)n + 1
Glucógeno sintasa

La glucógeno sintasa siempre necesita cebador (extremo no reductor). Casi siempre el cebador es el glucógeno que no se degrada del todo nunca. Para sintetizar desde cero el cebador es una proteína que se puede glicosidar (añadir azúcar). El azúcar se une a los OH de Ser y Thr formando un enlace glicosídico.

Regulación

El glucógeno está almacenado en el citosol donde se hallan los enzimas encargados de degradarlo y sintetizarlo. Las 2 rutas no pueden funcionar al revés.

La síntesis implica activar glucogenosintasa cuando haya mucha glucosa. Si la concentración de glucosa es alta no es necesario movilizar las reservas. La degradación ocurre al bajar el nivel de glucosa (es el modulador). Estos dos procesos nunca son activos a la vez.

Células hepáticas

La glucogenofosforilasa está regulada por:

Modificación covalente, por lo que puede existir en dos formas, la no fosforilada es inactiva.

Células hepáticas

La forma b está regulada alostéricamente. Modulador positivo concentración de AMP alta (falta ATP). Si la concentración de AMP es alta pasa a la forma a.

Si la concentración de glucosa baja el glucógeno se degrada y la glucosa pasa a la sangre. Modulación regulada por hormonas, que son moléculas señalizadores de organismos pluricelulares, producidas en algunos sitios para advertir de determinadas cosas. La concentración de glucosa e sangre dispara la producción de algunas hormonas que actúan sólo sobre células que tengan el receptor específico. Al llegar la hormona la célula desencadena una respuesta.

Para coordinar ambos procesos la señal ha de ser la misma.

Al producirse glucagón algunas células con receptores, entre ellas las hepáticas, lo recogen. Al unirse al receptor cambia el metabolismo celular y desencadena el aumento de otro mensajero, el cAMP (3' y 5' unidos). Esto es porque la hormona no puede entrar dentro de la célula. Se favorece la síntesis de cAMP por la adenilato ciclasa que a partir de ATP sintetiza cAMP. Activación mediada por proteínas muy importantes llamadas proteínas G, que pueden unir GTP. Transmiten señales dentro de la célula y tienen 3 tipos de cadenas: α, β y γ.

α: une GDP ó GTP. Es activa cuando une GTP. La proteína G se autorregula porque hidroliza GTP (es GTPasa) en la cadena α. La proteína G media el efecto entre el receptor y la adenilato ciclasa. El receptor favorece el paso a forma activa. Al unirse la hormona y r receptor, la proteína G, que también está en la membrana, pasa a activa y pone en marcha a la adenilato ciclasa. La proteína G es activa hasta que se hidrolice el GTP. El cólera produce diarreas debido a una toxina que bloquea la actividad GTPasa de la proteína G, que ya no puede desconectarse, y no para de transportar iones y H2O hasta la deshidratación.

El cAMP actúa de modulador para la proteínquinasa. Está formada por 2 subunidades catalíticas y 2 reguladoras cuando está inactiva (L2R2). El cAMP se une a las R que se separan de las catalíticas y la molécula queda activada. La proteínquinasa puede modificar a la glucógeno fosforilasa quinasa, que puede estar fosforilada o no. A expensas del ATP modifica la enzima activándolo, lo que inicia la cascada enzimática disparada por una hormona activa cuando la concentración de glucosa es baja.

La PKA puede fosforilar la glucógenosintasa que pasa a inactiva. Al activar PKA se pone en marcha una y para la otra.

Para invertir el efecto de una quinasa actúa una fosfatasa (que también está regulada). La fosfatasa es activa si la concentración de glucosa aumenta, desfosforila la enzima bloqueando un proceso timina empezando el otro.

cAMP puede romperse para que desaparezca la señal pasando a AMP y no activa la proteínquinasa. El enzima que lo rompe es la fosfodiesterasa.

Células musculares

El glucógeno se almacena para consuma propio de la célula. El glucagón no actúa sobre las células musculares. La cascada enzimática es la misma pero disparada por la adrenalina. El músculo necesita mucho ATP, requiere glucosa. Un esfuerzo continuado moviliza el glucógeno igual que antes. Las señales que determinan la contracción muscular son cambios en la concentración de iones. Al aumentar la concentración de Ca+2 dentro de la célula se activa la degradación de glucógeno (coordinando los dos procesos de lisis y síntesis). El Ca+2 activa la glucógeno fosforilasa quinasa uniéndose a la subunidad calmodulina. El efecto de la adrenalina es adelantarse a la situación teniendo ya preparada la glucosa antes de que la concentración de Ca+2 aumente.

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)

Éste sitio web usa cookies, si permanece aquí acepta su uso.

Puede leer más sobre el uso de cookies en nuestra política de privacidad.