GLUCONEOGENESIS


La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa nueva (i.e. glucosa que no viene del glicógeno). La producción de glucosa a partir de otros metabolitos es necesaria para el uso como fuente de energía por el cerebro, testículos, eritrocitos, y medula renal debido a que la glucosa es la única fuente de energía para estos órganos. Durante la inanición, sin embargo, el cerebro puede obtener energía a partir cuerpos cetónicos que se convierten en acetil-CoA y desvía hasta el ciclo TCA. Los esqueletos de carbono primarios utilizados para la gluconeogénesis se derivan de piruvato, lactato, glicerol y la alanina amino ácidos y la glutamina. El hígado es el sitio principal de la gluconeogénesis, sin embargo, como se discute más adelante, el riñón y el intestino delgado también tienen papeles importantes que desempeñar en esta vía.
La síntesis de glucosa a partir de precursores de tres o cuatro carbonos es esencialmente el reverso de la glucólisis. Las características más importantes de la vía de la gluconeogénesis se diagraman a continuación.

 


REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS

Gluconeogénesis de dos moles de piruvato a dos moles de 1,3-difosfoglicerato consume seis moles de ATP. Esto hace que el proceso de la gluconeogénesis muy costoso desde un punto de vista energético teniendo en cuenta que la oxidación de la glucosa a dos moles de piruvato produce dos moles de ATP. Los principales sustratos para la gluconeogénesis hepáticas (glicerol, lactato, alanina y piruvato) están encerrados en cajas de color rojo para destacar. Las reacciones que tienen lugar en las mitocondrias son piruvato a OAA y OAA a malato. Transporte de piruvato a través de la membrana plasmática es catalizada por la proteína SLC16A1 (también llamado el transportador de ácido monocarboxílico 1, MCT1) y transporte a través de la membrana mitocondrial externa implica una porina transportador dependiente de la tensión. El transporte a través de la membrana mitocondrial interna requiere un complejo de transporte heterotetrameric (portador mitocondrial piruvato) que consiste en el gen MPC1 y proteínas génico codificado MPC2. Siguiente reducción de OAA a malato el malato es transportador al citosol por la malato transportador (SLC25A11). En el citosol el malato es oxidado a OAA y el OOA a continuación, se alimenta en la vía de la gluconeogénesis a través de la conversión a PEP a través de PEPCK. La reacción PEPCK es otro sitio para el consumo de ATP (GTP como en la reacción de PEPCK). La inversión de la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) de reacción requiere un suministro de NADH. Cuando lactato es el sustrato de la gluconeogénesis el NADH se suministra por la lactato deshidrogenasa (LDH) reacción (indicado por las líneas de guiones), y es suministrada por la reacción de la malato deshidrogenasa cuando el piruvato es el sustrato. En segundo lugar, 1 mol de gliceraldehido-3-fosfato debe ser isomeriza a DHAP y luego un mol de DHAP se puede condensar a un mol de gliceraldehido-3-fosfato para formar 1 mol de fructosa-1,6-bisfosfato en una inversión de la reacción de la aldolasa. En hepatocitos la reacción de la glucosa-6-fosfatasa (G6Pasa) permite que el hígado suministrar la sangre con glucosa libre. Recuerde que, debido a la alta Km de glucoquinasa hepática mayor parte de la glucosa se no ser fosforilada y fluirá hacia abajo de su gradiente de concentración de hepatocitos y en la sangre. ALT: alanina transaminasa. PGAM1 : fosfoglicerato mutasa 1. PGK1: fosfoglicerato quinasa 1. TMI: isomerasa de triosa. IGP: isomerasa de glucosa-6-fosfato. GPD: glicerol-3-fosfato deshidrogenasa. F1,6BPase: Fructosa-1,6-bisfosfatasa. 

 

De Piruvato a Fosfoenolpiruvato (PEP), "Bypass" 1

La conversión de piruvato a PEP requiere la acción de dos enzimas mitocondriales. La primera reacción requiere de ATP y es catalizada por la piruvato carboxilasa (PC). Como implica el nombre de la enzima, el piruvato es carboxilado para formar oxaloacetato (OAA). El CO2 de esta reacción esta en la forma de bicarbonato (HCO3-). Esta es una reacción anapletórica ya que puede ser utilizada para llenar el ciclo tricarboxílico o ciclo de Krebs. La segunda enzima en la conversión de piruvato a PEP es la PEP carboxicinasa (PEPCK). La PEPCK requiere de GTP en la descarboxilación de OAA para formar PEP. Debido a que la PC incorpora CO2 al piruvato y subsecuentemente este es liberado en la reacción de la PEPCK, no existe una fijación neta de carbono. Las células humanas contienen cantidades similares de la enzima PEPCK en la mitocondria y en el citosol (designado PEPCK-m y PEPCK-C, respectivamente) por lo que esta segunda reacción de la gluconeogénesis puede realizarse en cualquiera de estos compartimientos celulares.
Para que la gluconeogénesis prosiga, el OAA producido por la PC necesita ser transportado desde la mitocondria al citosol. Sin embargo, no existe un mecanismo de transporte para su transferencia directa y el OAA no se difunde libremente. El OAA mitocondrial puede llegar al citosol por tres vías, conversión en PEP (como se indico anteriormente por acción de la PEPCK mitocondrial), transaminación a aspartato o reducción a malato, todos estos pueden transportarse al citosol.
Si el OAA es convertido a PEP por la PEPCK mitocondrial, este es transportado al citosol en donde es un sustrato directo para la gluconeogénesis y no se requiere nada más. La transaminación del OAA a aspartato permite que el aspartato se transporte al citosol en donde existe una transaminación reversa dando lugar a la formación de OAA citosólico. Esta reacción de transaminación requiere un transporte continuo de glutamato dentro y α-cetoglutarato fuera de la mitocondria. Por tanto este proceso esta limitado por la disponibilidad de estos otros sustratos. Cualquiera de estas dos últimas reacciones predominará cuando el sustrato de la gluconeogénesis es el lactato. Si ocurre decarboxilación o transaminación mitocondrial dependerá de la disponibilidad de PEPCK o de los intermediarios de la transaminación.
El OAA mitocondrial puede también ser reducido a malato por una reacción reversa a la que se sucede en el ciclo de Krebs que es catalizada por la enzima malato deshidrogenasa (MDH). La reducción del OAA a malato requiere de NADH, que se acumulará en la mitocondria cuando la carga energética aumenta. Este incremento en energía permitirá a la célula llevar a cabo el proceso de gluconeogénesis que es costoso en ATP. El malato resultante es transportado al citosol en donde es oxidado a OAA por la enzima citosólica MDH que requiere NAD+ y produce NADH. El NADH producido durante la oxidación citosólica del malato a OAA es utilizado durante la reacción catalizada por la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa de la glucólisis. El acoplamiento de estas dos reacciones de oxidación-reducción es necesario para mantener la gluconeogénesis 


funcionando cuando el piruvato es la principal fuente de átomos de carbono. La conversión de OAA a malato predomina cuando el piruvato (derivado de la glucólisis o del metabolismo de los amino ácidos) es la fuente de los átomos de carbono para la gluconeogénesis. Cuando está en el citoplasma el OAA, este es convertido a PEP por la enzima PEPCK citoplasmática. Señales hormonales controlan el nivel de la enzima PEPCK para regular el flujo de la gluconeogénesis (ver mas abajo).
El resultado neto de las reacciones PC y PEPCK es:

Piruvato + ATP + GTP + H2O ——> PEP + ADP + GDP + Pi + 2H+

Fructosa-1,6-bifosfato a Fructosa-6-bifosfato, "Bypass" 2
 


La conversión de fructosa-1,6-bifosfato (F1,6BP) a fructosa-6-bifosfato (F6P) es el reverso de la reacción limitante de la glucólisis. Esta reacción, una simple hidrólisis, es catalizada por la enzima fructosa-1,6-bifosfatasa (F1,6BFasa). Similar a lo que ocurre en la regulación de la glucólisis en la enzima PFK1, en la gluconeogénesis la reacción de la F1,6BPasa es el principal punto de control de esta vía.



Glucosa-6-Fosfato (G6P) a glucosa (o Glicógeno), "Bypass" 3
 


La glucosa-6-fosfato es convertida a glucosa por acción de la glucosa-6-fosfatasa (G6Pasa). Esta también es una reacción de hidrólisis simple similar a la de la F1,6BPasa. Debido a que el cerebro, el músculo esquelético, así como también otros tejidos no hepáticos, carecen de G6Pasa, cualquier gluconeogénesis que ocurra en estos tejidos no se utiliza para dar glucosa a la sangre. En el hígado, músculo y especialmente el hígado, la G6 P es dirigida a glicógeno si los niveles de azúcar en la sangre son adecuados.
La fosforólisis del glicógeno se lleva a cabo por la glicógeno fosforilasa, mientras que, la síntesis de glicógeno es catalizada por la glicógeno sintasa. La G6P producida en la gluconeogénesis puede ser convertida a glucosa-1-fosfato (G1P) por la fosfoglucosa mutasa (PGM). Luego la G1P es convertida a UDP-glucosa (el sustrato para la síntesis de glicógeno) por la UDP-glucosa fosforilasa, una reacción que requiere la hidrólisis de UTP.




VIDEO:https://www.youtube.com/watch?v=rUs03fsuJq0



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