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

GLICOLISISGLICOLISIS

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 FosforiladosPor 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 de concentración

9 intermediarios en la vía hasta piruvato fosforilados

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

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; G 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 (Km

glucose = 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: FosfofructokinasaPFK 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 KinasaSintesis 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 G 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 • G negativo alto - regulación! • Alostéricamente activado por AMP, F-

1,6-bisP • Alostéricamente inhibido por ATP y

acetil-CoA

El Destino de NADH y PiruvatoAeróbico 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 PiruvatoAeróbico o anaeróbico??

Energética de la Glicólisis• Ver Tabla en siguiente slide• Valores de G en estado standard están

distribuídos entre + y - G en células :

– Muchos valores cerca a cero – 3 de 10 Rxns tienen G grandes y

negativos• Rxns con G grande y negativo: sitios

de regulación!

GluG6P HK mamífero 100 kDa 1 -16.70 850 -33.9

levadura 55 kDa 2 GK hígado 50 kDa 1

Glu6PF6P 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. Go’ Keq G kJ/mol a 25 ºC kJ/mol

G 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