0resumen Biokimik Stryer

Tema 1: Estructura y función de las proteinas, aminoácidos.

Proteínas: son las macromoléculas más versátiles de los seres vivos y sus funciones son: Actuar como catalizadores Transporte de molec. Apoyo mecánico y protecc inmunológica. Transmiten impulsos nerviosos Controlan el crecimiento y diferenciación Reserva: como la ovolalbúmina del huevo o la caseina de la leche.

Propiedades: Son polímeros lineales constituídos a partir de monómeros=aa. La función de la

proteina depende directamente de los aa que la compongan, ya que les indicará como han de plegarse sobre sí mismas. Por lo tanto, las proteinas representan la transición desde el mundo unidimensional (seca a) hasta el mundo tridimensional (prot plegada sobre sí misma).

Las proteinas tienen muchos grupos funcionales, que incluyen alcoholes, tioles, tioésteres….cuando se combinan esta diversidad de grupos es la responsable del amplio espectro de lsd fx de las prot.

Las proteinas pueden interaccionar entre si y con otras macromoléculas para formar asociaciones complejas.

Algunas proteinas son muy rigidas, mientras que otras presentan una flexibilidad limitada, las rígidas pueden funcionar como elementos estructurales (ej: citoesqueleto) y las flexibles como bisagras, muelles…..

Aminoácidos: constan de un carbono central (llamado carbono alfa) unido a un grupo amino, un grupo ácido carboxílico, un átomo de hidrógeno y un grupo R característico (cadena lateral).

Sólo los aa L son los aa constituyentes de las proteínas. Los aa en disolución a pH neutro existen como aa bipolares conocidos también como Zwitteriones.

Estructura Zwiterion

Clasificación aa:

Grupos R no polares o hidrófobos:

En las proteínas se encuentran a veces aa no estándar que resultan de la transformación de los aa anteriores:

Metilaciones: Para que algo se metile necesitamos OH o NH Carboxilaciones: NO lo hacen nunca Hidroxilaciones: típico de prolinas y lisinas Glicosilaciones: enganchan 1 azúcar. Necesitan amida (Asn y Gln) Fosforilaciones: Se necesita OH (borracho)-- Ser,Thr y Tyr. Los enzimas que fosforilan se

llaman quinasas. Formación de puentes disulfuro: SÓLO pueden hacerlo las Cys!.

o Entre 2 cadenas: Inter. 1 cyso Entre 1 misma cadena: intra 2 cys.

Estructura de los aa

1. Est., primaria

La est. Primaria se define como la secuencia de aa que define la est de la proteína.Las proteínas son polímeros lineales formados por la unión del grupo alfa carboxilo de un aa al grupo alfa amino de otro aa mediante un enlace peptídico. Este enlace forma un dipéptido que se acompaña con la pérdida de una molécula de agua.Una serie de enlaces aa unidos por enlaces peptídicos forman una cadena polipeptídica y cada unidad aminoacídica en un polipéptido se conoce como residuo. Una cadena polilpep. Tiene polaridad porque sus extremos son diferentes (extremo amino terminal y carboxi term).Está formada por una parte inmóvil= cadena principal y una parte variable=cadena lateral.El enlace peptídico tiene carácter parcial de doble enlace por lo que hace que se impida la rotación a su alrededor y es la causa de la planaridad del enlace.Un enlace peptídico tiene dos configuraciones posibles, la trans y la cis;

Trans: Los át de carbono alfa están en lados opuestos del enlace peptídico. Cys: Están en el mismo lado del enlace peptídico.

Casi todos los enlaces en las proteínas son trans.

A diferencia del enlace peptídico, los enlaces entre el grupo amino y el grupo carbonilo de otro aa presentan libertad de rotación lo que permite a las proteínas plegarse de forma diversa.El ángulo de giro alrededor del enlace entre el át de N y el de C alfa se conoce como fi, mientras que el del carbono alfa y el carbonilo se llama psi. Estos ángulos determinan la arquitectura de la cadena polipeptídica.

RAMACHANDRAN descubre que no todos los ángulos de giro son posibles debido a choques estéricos entre át. La exclusión estérica, el hecho que dos át no puedan estar en el mismo sitio al mismo tiempo, puede ser un poderoso pp organizativo.

2. Est. Secundaria: Se refiere al ordenamiento espacial de los residuos de los aa que están cerca de la secuencia.

a. Hélice alfa: Est. Helicoidal estabilizada por puentes de H intracatenarios. Es una estructura en forma de cilindro formada por:

i. Esqueleto Helicoidal: plegado que forma la parte interior del cilindro.ii. Cadenas laterales: se extienden hacia fuera de forma helicoidal.

Se encuentra estabilizada por puentes de H entre los grupos NH y CO de la cadena principal a excepción de los aa que estén cercanos al final de una hélice alfa.Las hélices pueden ser dextrogiras o levogiras, pero las hélices alfa presentes en las proteínas sólo son DEXTROGIRAS.

Nº aa por vuelta: 3,6 aaGrado de rotación: 100ºAltura del giro: 5,4 AmstrongsDistancia entre aas adyacentes: 1,5 A.Disposición de las cadenas: SIEMPRE paralela.Puentes de H: Intracatenarios (dentro de la hélice)Puentes disulfuro: Intercatenarios.

Las hélices alfa están desestabilizadas por la presencia de: Prolina: debido a que es rígida. Aa cargados + o – Aa voluminosos Presencia de Gly: es tan flexible que lo desestabiliza todo.

Las hélices alfa están favorecidas por la presencia de: Aa con residuo cargado neg en el extremo N terminal Aa residuo cargado pos en el extremo C terminal Presencia de cisterna, que favorece la formación de puentes S-S

b. Lámina Beta: Se estabilizan por puentes de H entre las cadenas polipeptídicas. La hebra beta es una cadena polipeptídica que forma parte de una hoja beta y está casi completamente extendida en vez de estar enrollada o empaquetada como la hélice alfa.

Disposición de las cadenas:

Disposición entre cadenas: 7 AmstrongsDistancia entre aa adyacentes: 3,5 APuentes de H: IntermolecularesNO EXISTEN puentes disulfuroGiros beta: Cuando las proteínas alfa se disponen en beta, ricas en pro y lis.

3. Est. Terciaria: Es la disposición en 3D en el espacio de la proteína, las prot solubles en agua se pliegan en est compactas con un núcleo no polar. La forma global de la cadena polipeptídica se la proteína se conoce como est.terciaria. El interior de la cadena está formado por residuos NO POLARES (como valina, leucina, metionina y fenilalanina) mientras que el exterior está formado por R. POLARES. Sólo hay 2 compuestos POLARES en el interior de la prot, que son dos residuos de histidina, que desempeñan funciones vitales para la unión del hierro y O2 en el caso de la mioglobina.Dominios: Existen cadenas polipeptídicas que se pliegan en dos o más regiones compactas pudiendo estar conectadas por un segmento flexible de la cadena polipeptidica, como si fuese un collar de perlas a ello se le llama dominio y tienen un tamaño entre 30 y 400 residuos de aa.

4. Est. Cuaternaria: No la tienen todas y depende de si la proteina tiene varias subunidades (proteínas oligoméricas Hb), Mb no tiene est cuaternaria porque sólo tiene una subunidad mientras que Hb tiene 4. Por lo que la est. Cuaternaria se refiere al ordenamiento espacial de las subunidades y la naturaleza de sus interacciones. La forma más simple de est. Cuaternaria es un Dímero que consta de 2 subunidades idénticas.

Desnaturalizar: es perder la estructura nativa, entendemos por est. Nativa como mínimo el conjunto de est 1, 2 y 3, algunas pueden tener hasta 4. Agentes desnaturalizantes:

pH extremos Tª Detergentes orgánicos (etanol, acetona) Urea Clorhidrato de guanidina Beta mercaptoetanol: rompe los enlaces disulfuro en condiciones reductoras.

Las desnaturalizaciones suelen ser Reversibles a no ser que nos pasemos.

Métodos de separación de las proteínas

Diálisis: membrana semipermeable que separa según el tamaño. Precipitación selectiva: Se les añade (NH4)2SO4 , que es un agente precipitante y van

cayendo proporcionalmente según su tamaño, primero caen las más gordas. Centrifugación: También se basa en el tamaño, precipitan según el tamaño. Cromatografía de intercambio iónico: Separa en función de la carga.

o Carboximetilcelulosa: se quedan enganchadasLas proteínas positivas liberando H+ por esoLa disolución sale ácida, se produce intercambioCatiónico. DEAE-Celulosa: retiene lasCargas neg liberando OH- produciendoMedio básico, hay intercambio aniónico.

Cromatografía de gel de filtración ( cromatografía en columna): separa según el tamaño, primero caen las más grandes y luego las más pequeñas (porque estas se entretienen).

Cromatografía de afinidad: Técnica de Western Bloot: Se basan en el antígeno- anticuerpo, separa según afinidad. Ag= prot Ac= anticuerpos.

HPLC: cromatografía líquida de alta resolución (alta presión).Electroforesis: 3 tipos

E. en gel de poliacrilamida= PAGE: Separa según la carga y por el tamaño, llegando primero las pequeñas.

E.PAGE-SDS (dodecilsulfato sódico): da carga neg a todas las prot, todas irán al ánodo separando por tamaño y por carga ya que unas son mas negativas que otras.

E.PAGE-SDS con previo tratamiento con betamercaptoetanol: provoca que se rompan los enlaces por puente disulfuro, en condiciones reductoras permite saber si una proteína es oligomérica.

Isoelectroenfoque: técnica electroforética que trabaja con un gradiente de pH y se basa en separar las proteínas según su PI, cuando pH=PI la prot se para.

Determinación de la composición y secuenciación: Reacción de la ninhidrina: si tienes una muestra, le pones ninhidrina y sale azúl es

pq existen aa. Método de la fluorescamina: si sale fluorescente es pq hay aa. Reacción de la fluorodinitrobenceno (método de Sanger): detecta el extremo

amino. Reacción con cloruro de dansilo o dabsilo: detecta tb el extremo amino. Reacción con el enzima carboxipeptidasa: detecta el extremo carboxi Reacción con hidracina: detecta el extremo carboxi. Reacción con bromuro de cianógeno (BrCN): es un enzima que rompe por Lys o

Arg por el extremo carboxi! Degradación de Edman: secuencía las proteínas rompiéndose los aa de uno en uno.

o Fenilisotiocianato: reactivo que se engancha al extremo amino y forma un ciclo llamado fenilhidantoina.

Espectroscopia de masas (EM-Maldi y EM-ESI) determinamos el PM de la molec. Cristalografia de rayos X: para saber la est 3D pero han de estar cristalizadas. Resonancia magnética nuclear: para saber la est 3D. Métodos computacionales: para predecir la estructura de la molec. Técnica ELISA: técnica AC-AG.

PAGS DE LA 10 A 16 GRAPADAS.

Enzimas: Conceptos básicos y cinética

Enzimas: son catalizadores de los sistemas biológicos, se los considera como proteínas con actividad catalítica. Las características más importantes son su elevado poder catalítico y su elevada especificidad.La catálisis tiene lugar en el centro activo. Los ribosomas son un tipo de enzima que no se considera proteina.

Propiedades: No se alteran No desplazan equilibrios Disminuyen la e de activación Tª Son muy específicos con el sustrato. Elevada eficacia Poseen un centro activo en general.

Isoenzimas: Son enzimas de estructura diferente que catalizan la misma reacción, por ejemplo la hexoquinasa o la glucoquinasa.Isoformas: son las diferentes formas de una enzima que varian en la manera de enroscarse, puede variar en un aa.Zimógenos o proenzimas: es una est. Más grande q el enzima que actuará, es una forma inactiva precursora que necesita de una proteólisis para dar la enzima.

La anhidrasa carbónica es uno de los enzimas más rápidos que se conocen. Los enzimas pueden acelerar la reacción hasta un millón de veces. Una enzima cataliza normalmente una sola reacción química o un grupo de reacciones estrechamente relacionadas.Enzimas proteolíticos: Se consideran aquellos enzimas que actúan sobre un grupo prostético y la reacción catalizada por estos enzimas es la hidrólisis de un enlace peptídico o proteolisis.

La especificidad de una enzima se debe a la interacción precisa del sustrato con el enzima. Esta precisión es el resultado de la compleja est. Tridimensional de la prot enzimática.

Cofactores: es un átomo, ión o molécula que participa en el proceso catalítico sin ser sustrato o enzima. Puede contribuir en la unión de l’enzima al sustrato o en la catálisis. Una enzima sin su cofactor recibe el nombre de apoenzima, mientras que cuando tiene el cofactor se le llama holoenzima.

Apoenzima + cofactor= holoenzima

Coenzima: son aquellos cofactores formados por moléculas orgánicas pequeñas, normalmente derivados de las vitaminas, estos coenzimas pueden estar unidos a la enzima fuertemente o débilmente. Si la unión es muy fuerte reciben el nombre de grupos prostéticos, si son uniones débiles reciben el nombre de cosustratos.

Tipos de enzimas según la reacción que catalizan:o Oxidoreductasas: reacciones de oxidación-reducción, ej: lactatoDHo Transferasas: Transeferencia de grupos, ej: nucleósido monofosfato quinasao Hidrolasas: reacciones de hidrólisis, ej quimiotripsinao Liasas: Adición o separación de grupos para formar enlaces dobles, ej: fumarasao Isomerasas: Forman isómeros (transferencia intramolec de grupo), ej: triosa fosfato

isomerasao Ligasas: Uniones covalentes, ej: aminoacil- tRNA sintetasa.

Energia libre de una enzima: o Una reacción puede tener lugar espontáneamente sólo si AG es negativo (reacciones

exergónicas)o Un sistema está en equilibrio y no tiene lugar un cambio neto si AG es cero.o Una reacción no puede transcurrir espontáneamente si AG es positivo, se requiere un

aporte de energía para que se de la reacción (reacciones endergónicas).o El AG de una reacción SÓLO depende de la energia libre de los productos (estado

final) – la e. Libre de los reactivos (e inicial) AG= E final – E incial.

o El AG de una reacción es independiente del camino de la transformación.o AG No proporciona información sobre la v de reacción.o Un AG negativo indica que la reacc puede llevarse a cabo espontáneamente pero no

indica que se pueda llevar a cabo a v apreciable.o Los enzimas aceleran las reacciones mediante una disminución de la AG.

El cambio de E libre de una reacc está relacionada con la cte de eq.

FORMUPUNTS O PAG 194

Los enzimas modifican sólo la v de reacc y no alteran el eq de la reacc.Una enzima no puede modificar una reacción simplemente aumentar su velocidad ni tampoco su posición, la posición del equilibrio es una función que depende sólo de la diferencia de E libre entre los reactantes y los productos.

Catálisis enzimática:Se divide en diferentes pasos:

Formación de un complejo enzima-sustrato:o El centro activo es una hendidura tridimensional formada por unos grupos que

provienen de diferentes partes de la secuencia lineal de aa.o El centro activo supone una porción relativamente pequeña del volumen total del

enzimao Los sustratos se unen a los enzimas por fuerzas débiles.o La especificidad del enlace depende de la disposición exactamente definida de los at del

centro activo.

Modelo Michaelis- Menteno KM: es aquella concentración de sustrato

a la cual la velocidad de reacción se hace la mitad de su valor máximo.

Casi todos tenemos dos formas de acetaldehído deshidrogenasa: una forma mitocondrial de baja KM y una forma citosólica de alta KM. En las personas sensibles al alcohol el enzima mitocondrial es menos activo debido a la sustitución de un sólo aa y por lo tanto el acetaldehído se transforma sólo por el enzima citosólico. Como esta enzima tiene una KM alta, conviete menos cantidad de acetaldehído en acetato, este pasa a la sangre y se genera una patología.

Número de recambio de la enzima: es el número de moléculas de sustrato convertidas en producto por unidad de tiempo. También se le llama Kcat. Depende de la concentración de enzima pero a la inversa, es decir necesitamos poca concentración de enzima para que funcione.

Desplazamiento secuencial: Todos los sustratos se unen a la enzima antes de que se libere cualquier producto, consecuentemente, en una reacc bisustrato se forma un complejo ternario entre el enzima y otros sustratos. Existen dos tipos de mecanismos secuenciales: ordenado, cuando el sustrato se une al enzima en una secuencia definida, y al azar. En el ordenado, el coenzima se une siempre primero y el lactato se libera siempre el primero.

Reacciones de doble desplazamiento (reacciones ping-pong): uno o más productos se liberan antes de que todos los sustratos se unan al enzima. La característica definitiva de las reacc de doble desplazamiento es la existencia de un intermediario del enzima sustituido, en el cual el enzima se modifica temporalmente.

Los enzimas alostéricos no siguen la ecuación ni la gráfica de Michaelis-Menten, debido a que tienen varias subunidades y varios centros activos, suelen representarse como curvas sigmoideas. Una posible consecuencia de esta interacción entre subunidades es que la unión del sustrato de transforme en cooperativa, es decir, la unión del sustrato a un centro activo del enzima facilita la unión del sustrato a otros centros activos.

Inhibición de las enzimasPuede ser de dos tipos:

Irreversible: el inhibidor queda, covalentemente o no, unido al enzima o ligado tan fuertemente a él que su disociación es muy lenta. Ej: penicilina.

Reversible: se caracteriza por el contraste por la rápida disociación del complejo enzima-inhibidor. 2 tipos de inhibición reversible:

Competitiva: el enzima puede unirse al sustrato formando el complejo ES o al inhibidor formando el EI pero no a los dos a la vez. Un inhibidor competitivo disminuye la v de catálisis reduciendo la proporción moléculas de enzima que quedan ligadas al sustrato. Puede contrarestarse si se aumenta la concentración de sustrato.

Si (S)= el inhibidor se va (reversible)

No competitiva: el inhibidor y el sustrato pueden unirse simultáneamente a una molécula de enzima en diferentes centros de unión, este actúa disminuyendo el número de recambio de la enzima, en vez de disminuir la proporción de moléculas enzimáticas que se han ligado al sustrato.

Si (S)= el inhibidor no se va (reversible)

La racemización de las prolinas tiene lugar a través de un estado de transición en el que el átomo de carbono alfa tetraédrico se convierte en trigonal por la pérdida de un protón.En este enlace trigonal sus tres enlaces están en el mismo plano.

Análogos del sistema de transición: funciones: Proporcionan conocimientos sobre los estados catalíticos Sirven como inhibidores potentes y específicos de las enzimas Pueden emplearse como inmunógenos para generar una amplia gama de nuevos

catalizadores.

Vitaminas:Se consideran con frecuencia las precursoras de las enzima. Las vitaminas hidrosolubles funcionan como coenzimas mientras que las liposolubles actúan en procesos de coagulación de la sangre y de la visión.

Metabolismo: conceptos básicos.

Se entiende por metabolismo el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que tienen lugar dentro de la célula. Los seres vivos necesitan E para:

La realización del trabajo mecánico para la contracción muscular Transporte activo de iones y moléculas Síntesis de macromoléculas y biomoléculas a partir de precursores sencillos.

El metabolismo está formado por un conjunto de reacciones que en muchas ocasiones tienen relación entre si y están interconectadas. Estas reacciones se clasifican en la célula en dos tipos de vías:

Aquellas que convierten la energía en energía celular=reacciones catabólicas (catabolismo)

Aquellas que precisan de un aporte energético para su

funcionamiento=reacciones anabólicas (anabolismo).

Las formas útiles de energía producidas en el catabolismo se pueden utilizar en el anabolismo para generar estr. Complejas a partir de sencillas. En la mayoría de las vías se utiliza un número reducido de transportadores activos como el ATP, el NADPH o el Acetil-Coa.

Una reacción termodinámicamente desfavorable puede ir dirigida por otra favorable, para ello se han de cumplir 2 requisitos:

Las reacciones individuales han de ser específicas El conjunto que de las reacc. Que forman la vía debe ser termodinámicamente favorable.

El cambio de energía libre total para una serie de reacciones acopladas químicamente es igual a la suma de los cambios de energía libre en las etapas individuales. Es decir, la E. total es la suma de las e. parciales, pudiendo ser una de las e parciales termodinámicamente desfavorable, pero si la suma de las dos E da negativo se convierte en una reacción termodinámicamente favorable.

ATP (Adenosin Trifosfato): formado por una adenina, una ribosa y un complejo trifosfato. La forma activa del ATP es un complejo de ATP con Mg2+ o Mn2+.El ATP se considera una molécula rica en energía porque su componente trifosfato contiene dos enlaces anhídrido fosfórico. La energía libre desprendida en la hidrólisis del ATP se utiliza para impulsar reacciones que requieren un aporte de energía libre, como son las de la contracción muscular. A su vez, se forma ATP a partir de ADP y Pi cuando se oxidan las moléculas combustibles en los seres quimiotrofos. Este ciclo ADP-ATP es la forma fundamental de intercambio de energía en los seres vivos.

La transferencia de grupos fosfato es una forma común de acoplamiento energético, al igual que la hidrólisis del ATP y se usa para la transmisión intracelular de información. El ATP se diferencia de el

resto de grupos trifosfato de otras moléculas (Ej G3P) debido a que este tiene un mayor potencial de transferencia de fosforilos.

Se ha observado que el ATP no es la molécula que tiene una mayor transferencia de grupos fosforilo, algunos compuestos como:

Fosfoenolpiruvato (PEP) 1,3 bisfosfoglicerato (1,3 BPG) Creatina fosfato

tienen una mayor transferencia de grupos fosforilo, por lo que hace que el ATP tenga una posición intermedia de transferencia de grupos fosforilo, lo que le permite funcionar perfectamente. La creatina fosfato en el músculo de los vertebrados es un reservorio de grupos fosforilo de alta E. que puede transferirse a ATP para regenerar el ATP a ADP en situaciones de ejercicio intenso, esta reacción está catalizada por la creatina quinasa.

Etapas de la extracción de energía de los alimentos:

Las moléculas de los alimentos se fragmentan hasta unidades más pequeñas Estas moléculas se degradan hasta unas unidades simples que desempeñan fx en el metabolismo. Se produce ATP a partir de la oxidación completa del Acetil- Coa a partir del ciclo del ácido

cítrico y la fosforilación oxidativa.

Las reacciones clave del metabolismo siempre se repiten:

Reacciones de oxidación-reducción: que forman parte del ciclo del ácido cítrico, donde se oxida completamente el fragmento activado de dos carbonos de Acetil-CoA hasta dos moléculas de CO2.

Reacciones para la formación de enlaces que utilizan con frecuencia la E. libre obtenida con la hidrólisis del ATP.

Reacciones de isomerización: reorganizan algunos átomos dentro de la molécula preparándola para reacciones posteriores como por ejemplo, ox-red.

Reacciones de transferencia de grupos: desempeñan fx diversas según que grupos se transfieran Reacciones de hidrólisis: rompen enlaces mediante la adición de agua. La hidrólisis es una

forma habitual para fragmentar moléculas grandes. Reacciones de adición de grupos funcionales a un doble enlace o las de eliminación de grupos

para formar dobles enlaces.

Glucólisis.

Glucólisis: es la secuencia de reacciones que convierte una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato con la producción neta de dos moléculas de ATP. Es un proceso anaeróbico. El piruvato se puede convertir posteriormente de forma anaeróbica (a través de la fermentación) a lactato (fermentación láctica) o a alcohol (fermentación alcohólica). En condiciones aeróbicas el piruvato puede oxidarse a CO2.La glucólisis se puede sintetizar a partir de precursores no glicídicos, como el piruvato y el ácido láctico conociendose como gluconeogénesis. SE HA DE TENER en cuenta que la gluconeo y la glucólisis NO son la inversa una de la otra, tienen 3 reacciones que NO son iguales.

La glucosa es importante en el ámbito nutricional ya que es el único alimento que utiliza el cerebro en condiciones normales, es decir, de buena alimentación. Esto es debido a varias razones:

La glucosa es uno de los monosacáridos que se forma en condiciones prebióticas a partir de formaldehído, así que podría haber resultado útil en los organismos primitivos.

La glucosa tiene una pequeña tendencia a glicosilar proteínas de modo no enzimático. La glucosa tiene una fuerte tendencia a presentarse como anillo y como consecuencia, tiene una

menor tendencia relativa a modificar proteínas.

Fermentaciones:

Suministran energía en ausencia de oxígeno. En situaciones aeróbicas, el piruvato se metaboliza a CO2 y H2O a través del ácido cítrico y de la cadena transportadora de electrones. En ausencia de este se produce la fermentación produciendo una menor energía y haciendo que el piruvato pase a ácido láctico o etanol dependiendo de qué fermentación haga,La producción de ácido láctico tiene lugar en el músculo esquelético en sobreesfuerzos. En los animales la fermentación sólo funciona durante períodos cortos (ya que necesitamos oxígeno ) pero en los organismos anaerobios estrictos o facultativos puede tener una duración mucho mayor.

PASOS DE LA GLUCÓLISIS:

1. HEXOQUINASA: retiene la glucosa en la célula. Todas las quinasas catalizan los grupos fosforilo del ATP a un aceptor. La hexoquinasa, cataliza la transferencia de un grupo fosforilo del ATP a una serie de azúcares de seis carbonos (glucosa). La hexoquinasa al igual que todas las quinasas requiere Mg2+ para su actividad. Los cambios estructurales al unirse a una glucosa se observan claramente:

El entorno de la glucosa pasa a ser mucho más apolar, lo que favorece la recepción del grupo fosforilo terminal del ATP.

Los cambios conformacionales en la quinasa inducidos por el sustrato le permiten excluir el H2O como posible sustrato.

2. FORMACIÓN DE FRUCTOSA 1,6 BISFOSFATO A PARTIR DE GLUCOSA 6 FOSFATO

La etapa siguiente a la glicólisis es la isomerización de la glucosa 6 fosfato a fructosa 6 fosfato a partir de la conversión de una aldosa en cetosa. El enzima debe abrir primero el anillo de seis miembros de la glucosa 6-fosfato, catalizar la isomerización, y después. Promover la formación de un anillo de cinco miembros de lafructosa 6- fosfato. A la etapa de isomerización le sigue la etapa de fosforilación. El ATP fosforila a la fructosa 6- fosfato hasta fructosa 1,6 bisfosfato.La fosfofructoquinasa (PFK), es un enzim alostérico que marca el ritmo de la glicólisis y cataliza su reacción.

3. LA ALDOLASA ESCIENDE EL AZÚCAR DE SEIS CARBONOS EN DOS FRAGMENTOS DE TRES CARBONOS.La segunda etapa de la glicólisis comienza con la división de la fructosa 1,6 bisfosfato en gliceraldehído 3- fosfato (GAP) y en dihidroxiacetona fosfato (DHAP). Esta reacción se encuentra catalizada por la aldolasa.

4. LA TRIOSA FOSFATO ISOMERASA RECUPERA UN FRAGMENTO DE TRES CARBONOSLa triosa fosfato isomerasa cataliza la isomerización de los azúcares fosforilados de tres carbonos. Esta reacción es muy rápida y reversible. Sin embargo, la reacción discurre fácilmente desde la dihidroxiacetona fosfato hacia gliceraldehído 3 fosfato porque las reacciones siguientes eliminan este producto. Por tanto, se forman dos moléculas de gliceraldehído 3 fosfato a partir de una molécula de fructosa 1,6 bisfosfato por la acción secuencial de la aldolasa y la triosa fosfato isomerasa. La isomerasa canaliza la dihidroxiacetona fosfato hacia la vía principal de la glicólisis haciendo que no requiera una serie deparasa de reacciones.

5. TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA: LA FOSFORILACIÓN ESTÁ ACOPLADA A LA OXIDACIÓN DEL GLICERALDEHÍDO 3 FOSFATO POR UN INTERMEDIARIO TIOÉSTER.La reacción inicial de esta secuencia es la conversión del gliceraldehído 3 fosfato en 1,3 bisfosfoglicerato, reacción catalizada por la gliceraldehído 3 fosfato DH. La reacción catalizada por la (G3P DH) es la suma de dos procesos:

La oxidación del aldehído a un ác. Carboxílico por el NAD+ Y la unión del ácido carboxílico con el ortofosfato para formar el producto acilfosfato.

La primera reacción es muy favorable termodinámicamente, mientras que la segunda es muy desfavorable. Estos dos procesos deben estar acoplados de modo que la oxidación favorable del aldehído se pueda utilizar para dirigir la formación del acilfosfato. El acoplamiento de estas reacciones se establece a partir de un intermediario que forma la oxidación del aldehído y reacciona con el ortofosfato para formar el producto acilfosfato.

6. FORMACIÓN DE ATP A PARTIR DE 1,3 BISFOSFOGLICERATOLa etapa final de la glicólisis es la generación de ATP a partir de los metabólitos de tres carbonos fosforilados de la glucosa. La fosfoglicerato quinasa cataliza la transferencia del grupo fosforilo del 1,3 bisfosfoglicerato al ADP a partir del acilfosfato. Los productos son ATP y 3- fosfoglicerato. El resultado neto de las reacciones catalizadas por el G3P DH y la fosforila quinasa es:

G3P, un aldehído, se oxida a 3- fosfoglicerato, un ácido carboxílico. NAD+ se reduce a NADH. Se forma ATP a partir de Pi y ADP.

7. FORMACIÓN DE OTRO ATP Y FORMACIÓN DE PIRUVATOEl 3-fosfoglicerato se convierte en piruvato con la correspondiente conversión del ADP a ATP.La primera reacción es un reordenamiento . La posición del grupo fosforilo se desplaza en la conversión del 3- fosfoglicerato en 2 –fosfoglicerato, reacción que se cataliza por la fosfoglicerato mutasa.En general, una mutasa es una enzima que cataliza un cambio de ubicación intramolecular de un grupo químico.

Observamos que la mutasa actúa como una fosfatasa, ya que convierte el 2,3 Bisfosfoglicerato en 2- fosfoglicerato pero el grupo fosforilo sigue unido al enzima transfiriéndose al 3- fosfoglicerato para

regenerar 2,3 bisfosfoglicerato. En la siguiente reacción se forma un enol por la deshidratación del 2 fosfoglicerato. La enolasa cataliza la formación de fosfoenolpiruvato (PEP). La gran fuerza impulsora de la conversión ulterior de enol a cetona proporciona al fosfoenolpiruvato su alto potencial de transferencia de su grupo fosforilo. De este modo se forma piruvato y posteriormente ATP.

RENDIMIENTO DE ENERGÍA DE LA CONVERSIÓN DE GLUCOSA EN PIRUVATO.

La reacción global de la transformación de glucosa en piruvato es:

Glucosa + 2 Pi+ 2ADP+ 2NAD+ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2H2O

Así pues, en la conversión de glucosa en dos moléculas de piruvato se generan 2 ATP.

MANTENIMIENTO DEL BALANCE REDOX: LOS DIVERSOS DESTINOS DEL PIRUVATO.

La actividad de la gliceraldehido 3 fosfato DH, además de generar un compuesto con un alto potencial de transferencia del grupo fosforilo, provoca la reducción del NAD+, derivada de la vitamina niacina.En consecuencia ha de regenerarse en NAD para que continúe la glicólisis, por lo que el proceso final de la vía es la regeneración del NAD a través del metabolismo del piruvato.Hay 3 reacciones importantes del piruvato:

El etanol se forma a partir del piruvato en levaduras y en otros microorg. El primer paso es la descarboxilación del piruvato por la piruvato descarboxilasa, la cual necesita del coenzima tiamina pirofosfato que cataliza la reacción. El segundo paso es la reducción de acetaldehído a etanol por el NADH, mediante la reacción catalizada por la alcohol DH. Este proceso regenera NAD+.La conversión de glucosa a etanol se conoce como fermentación alcohólica.El producto de la reacción es:

Glucosa + 2Pi+ 2ADP+ 2H+ 2 etanol + 2CO2+ 2 ATP+ 2H2O

El NAD ni el NADH aparecen en la ecuación debido a que no hay oxidación-reducción neta.

El lactato se encuentra relacionado con la fermentación láctica. La reducción del piruvato por el NADH para formar lactato está catalizada por la lactato DH.El producto de la reacción es:

Glucosa + 2Pi + 2 ADP 2 lactato + 2 ATP + 2H2O

Al igual que en la anterior no existe REDOX neta.

Solamente una pequeña fracción de energía de la glucosa se libera para formar lactato o etanol. Se puede extraer mucha más energía por la vía aeróbica que no por la anaeróbica como las dos anteriores por la vía del ácido cítrico y por la cadena transportadora de e.El punto de entrada de esta vía oxidativa es el acetilcoenzima A (Acetil-CoA), que se forma en el interior de la mitocondria por descarboxilación oxidativa del piruvato,

El centro de unión del NAD+ es similar a muchas DH

Las 3 DH de la glicólisis (gliceraldehido 3 fosfato DH, alcohol DH y lactat DH) tienen en común el dominio de unión para el NAD+. Esta región de unión está formada por 4 hélices alfa y una hoja beta de seis hebras paralelas.Además, el NAD+ unido muestra casi la misma conformación en todos los casos. Este dominio estructural común se denomina plegamiento de Rossman.

Entrada de glucosa y galactosa en la glucólisis

La mayor parte de la fructosa ingerida se metaboliza en el hígado utilizando la vía de la fructosa 1-fosfato. Los pasos para la inserción de la fructosa son las de la figura 16.15.

En el hígado se forma poca cantidad de fructosa 6 fosfato debido a que hay mucha mayor cantidad de glucosa en este órgano, además como combustible preferido, se consume también en el músculo por la reacción de la hexoquinasa. Debido a que tanto el músculo como el hígado fosforilan más glucosa que fructosa, el tejido adiposo tiene mayor accesibilidad a la fructosa que a la glucosa.

NO EXISTEN vías catabólicas que metabolicen la galactosa, así que la estrategia es convertir la galactosa en un metabólito de la glucosa. La galactosa se convierte en glucosa 6 fosfato en 4 pasos:

Fosforilación de la galactosa a galactosa 1 fosfato DH a través de la galactoquinas. La galactosa 1-fosfato incorpora un grupo uridilo procedente de la uridina

difosfoglucosa (UDP-glucosa) formando UDP-galactosa y glucosa 1-fosfato a través de la galactosa 1-fosfato uridiltransferasa.

El componente galactosa cuando está unido al UDP se epimeriza hasta glucosa, la UDP-galactosa 4 epimerasa invierte la configuración del grupo hidroxilo del carbono 4. La conversión de la UDP-glucosa a UDP- galactosa es esencial para la síntesis de residuos galactosilo en polisacáridos complejos y en glicoproteínas si la cantidad de galactosa en la dieta es insuficiente para cubrir dichas necesidades.

Por último, la glucosa 1- fosfato formada a partir de galactosa, se isomeriza a glucosa 6 fosfato por acción de la fosfoglucomutasa.

Paréntesis; Muchos adultos son intolerantes a la leche porque son deficientes de lactasa.

La alteración del metabolismo de la galactosa se conoce como galactosemia y es una deficiencia hereditaria de la actividad de la galactosa 1 fosfato uridiltransferasa.

Control de la glicólisis

LA FOSFOFRUCTOQUINASA es el enzima clave para la regulación de la glicólisis. La fructosa 2,6-bisfosfato es un potente activador de la fosfofructoquinasa que desplaza el equilibrio conformacional de ese enzima tetramérico de la forma T a la forma R.La fosfofructoquinasa se inhibe con la presencia de citrato .

La HEXOQUINASA también regula la glicólisis pero es menos importante que la fosfofructoquinasa. La hexoquinasa es la enzima que cataliza la primera etapa de la glicólisis. Altas concentraciones de esta molécula indican que la célula no requiere más glucosa. Además la inhibición de la fosfofructoquinasa conduce a la inhibición de la hexoquinasa.

LA GLUCOQUINASA(es la especialización de la hexoquinasa en el hígado) localizada en el hígado, sólo fosforila glucosa cuando es muy abundante y no resulta inhibida por la glucosa 6 fosfato.Su función es suministrar glucosa 6 fosfato para la síntesis de glucógeno. La baja afinidad de la glucoquinasa del hígado sobre la glucosa confiere al cerebro y al músculo preferencia sobre la utilización de la glucosa cuando el suministro es limitado.

LA PIRUVATO QUINASA es la enzima que regula la tercera y última etapa de la glicólisis. Se presenta en dos formas:-La forma L que se encuentra en el hígado.-La forma M que se encuentra en el músculo y el cerebro.Ambas formas se unen cooperativamente al fosfoenolpiruvato. La fructosa 1,6 bisfosfato activa ambas formas para permitirles mantener la catlálisis con una elevada entrada de flujos intermediarios.Cuando la carga energética es alta, el ATP inhibe alostéricamente las dos formas para desacelerar la glicólisis.Igual efecto tiene la presencia de alanina.

Gluconeogénesis

Se conoce como gluconeogénesis la síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratados. Esta vía es importante porque el cerebro depende de glucosa como combustible primario y los eritrocitos utilizan glucosa como combustible único. El cerebro requiere diariamente 120g de glucosa y en total el organismo requiere 160g. La gluconeogénesis convierte el piruvato en glucosa.Los precursores más importantes no carbohidratados son

El lactato: que se convierte rápidamente en piruvato por la lactato deshidrogenasa. Los aa: derivan de las proteínas de la dieta y durante el ayuno, de la destrucción de las proteínas

en el músculo esquelético. El glicerol: no se puede convertir en glucosa, lo encontramos en los AG. Este puede entrar tanto

en la vía glucolítica como en la vía gluconeogénica a través de la dihidroxiacetona fosfato.

El principal órgano donde se da la gluconeogénesis es el hígado y en menor cantidad en el riñón . En el cerebro, en el músculo esquelético y en el cardíaco se da la gluconeogénesis pero en muy poca cantidad.Podemos decir que, la gluconeogénesis ayuda a mantener el nivel de glucosa sanguínea de modo que el cerebro y el músculo puedan extraer suficiente glucosa para poder hacer sus funciones.

La GLUCONEOGÉNESIS NO ES LA INVERSA DE LA GLICÓLISIS ya que el equilibrio está muy desplazado hacia la formación de piruvato. Encontramos 3 reacciones que no son iguales que en la glicólisis:

El fosfoenolpiruvato se forma a partir del piruvato por la vía del oxalacetato por la acción de la piruvato carboxilasa y la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa.

La fructosa 6- fosfato se forma a partir de fructosa 1,6 bisfosfato por hidrólisis del éster fosfato del carbono 1. Esta hidrólisis exergónica está catalizada por la fructosa 1,6 bisfosfatasa.

Fructosa 1,6 Bisfosfato + H2O fructosa 6 fosfato+ Pi

Por hidrólisis de la glucosa 6 fosfato se forma la glucosa, es una reacción catalizada por la glucosa 6 fosfatasa.

Glucosa 6 fosfato + H2O glucosa + Pi.

La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato comienza con la formación de oxalacetatoLa biotina es un grupo prostético que se une covalentemente y sirve como transportador del CO2 activado.

El oxalacetato se transporta al citosol y se convierte en fosfoenolpiruvato por la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa.Las descarboxilaciones facilitan reacciones que serían altamente endergónicas.

La conversión de fructosa 1,6 bisfosfato en fructosa 6 fosfato y ortofosfato es un paso irreversible. El enzima responsable de este paso es la fructosa 1,6 bifosfatasa.

La generación de glucosa libre es un importante punto de control.La fructosa 6-fosfato generada por la fructosa 1,6 bosfosfatasa se convierte rápidamente en glucosa 6 fosfato. En la mayoría de los tx, la gluconeogénesis finaliza en este punto. No se produce glucosa libre, es decir, la glucosa 6 fosfato pasa a formar glucógeno. Para mantener la glucosa dentro de la célula se controla de dos maneras:

o El enzima responsable de la conversión de glucosa 6 fosfato en glucosa es la glucosa 6 fosfatasa

o El enzima que se encuentra presente solamente en tejidos en los que la fx metabólica es mantener la homeostasis de glucosa en sangre.

El último paso en la generación de glucosa NO TIENE lugar en el citosol si no que la glucosa 6 fosfato se transporta al lumen del retículo endoplasmático.

En la síntesis de glucosa a partir de piruvato se consumen seis grupos fosforilo de alto potencial de transferencia.En la síntesis de glucosa a partir de piruvato (gluconeogénesis) se hidrolizan seis moléculas de nucleósido trifosfato, mientras que en la conversión de glucosa a piruvato (glicólisis) sólo se generan dos moléculas de ATP. Por tanto, el coste extra de la gluconeogénesis es de cuatro moléculas de alto potencial de transferencia de grupo fosforilo por cada molécula de glucosa sintetitzada a partir de piruvato, se necesitan estas 4 moléculas para convertir este proceso en un proceso favorable.

La gluconeogénesis y la glicólisis se regulan de forma recíproca.

Están coordinadas de modo que una de las vías es relativamente inactiva mientras que la otra presenta una elevada actividad. Si las 2 fueran activas al mismo tiempo, el resultado neto sería la hidrólisis de cuatro nucleósidos fosfato (dos ATP’s y dos GTP’s) por cada ciclo de reacción.

La fosfofructoquinasa y la fructosa 1,6-bisfosfatasa están controladas por la fructosa 2,6-bisfosfato en el hígado. El nivel de fructosa 2,6 bisfosfato es bajo durante el ayuno y alto en situación de

buena alimentación, debido a los efectos antagonistas del glucagón y de la insulina en la producción y degradación de esta molécula. La fructosa 2,6 bisfosfato estimula enérgicamente a la fosfofructoquinasa e inhibe a la fructosa 1,6 bisfosfatasa. En una buena nutrición la glicólisis se acelera y la gluconeogénesis disminuye.

La interconversión entre fosfoenolpiruvato y piruvato también está regulada. El enzima del hígado se inhibe por niveles elevados de ATP y alanina. Inversamente, la piruvato carboxilasa, que cataliza el primer paso de la gluconeogénesis a partir de piruvato, se activa por acetil CoA y se inhibe por ADP. En consecuencia, la gluconeogénesis resulta favorecida cuando la célula es rica en precursores para la biosíntesis y en ATP.

Tanto las cantidades como las actividades de estos enzimas clave están sometidos a la regulación a partir de hormonas. La insulina aumentada dp de la ingestión de alimentos, estimula la expresión de la fosfofructoquinasa, la piruvato quinasa y el enzima bifuncional que sintetitza y degrada la F2,6BP. El glucagón, cuyos niveles aumentan en el ayuno, inhibe la producción de dos enzimas claves en la gluconeogénesis: la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa y la fructosa 1,6 bisfosfatasa.

TEMA 17

EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

El acetil-CoA es el combustible del ácido cítrico. Esta molécula se obtiene mediante la hidrólisis del glucógeno (almacén de glucosa), de las grasas y de muchos aa.

Formación de acetilcoenzima A a partir de piruvato: La formación del Acetil-Coa desde los carbohidratos es menos directa que desde las grasas. En condiciones anaerobias el piruvato se transforma en ácido láctico o en entanol, mientras que en condiciones aerobias se transporta al interior de la mitocondria mediante el transportador de piruvato con intercambio de OH-. En la matriz mitocondrial el piruvato mediante el complejo piruvato DH sufre una descarboxilación oxidativa para dar Acetil CoA.

Piruvato + CoA + NAD+ Acetil CoA + CO2 + NADH

Esta reacción irreversible es el enlace entre la glicólisis y el ciclo del ácido cítrico. El complejo piruvato DH es un complejo grande formado por tres enzimas y cinco coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP) , ácido lipoico y FAD como cofactores catalíticos y de CoA y NAD+ como cofactores estequiométricos.

La conversión de piruvato en Acetil CoA tiene lugar en tres etapas:

Estas etapas deben estar acopladas para conservar le E libre derivada de la descarboxilación y permitir la formación del NADH y acetil CoA.

Primero, el piruvato se combina con TPP y se descarboxila, una característica importante de la TPP es que el grupo prostético del componente piruvato DH del át. De carbono se encuentra entre los 2 át. De nitógeno y azufre en el anillo de tiazol haciendo que sea mucho más ácido que la mayoría de los grupos –CH- von un valor próximo a 10. Este grupo se ioniza para formar un carboanión que rápidamente se une al grupo carbonilo del piruvato. Esta adición va seguida por la descarboxilación del piruvato haciendo que el anillo del TPP (carga +)

estabilice la carga negativa que se transfiere al anillo en la descarboxilación, formando el hidroxietil TPP.

Segundo, el grupo hidroxietil TPP se oxida para formar el grupo acetilo y acto seguido se transfiere a la lipoamida. El producto de esta reacción que tb cataliza el componenete piruvato DH E1 es la acetil lipoamida.

Tercero, se transfiere el grupo acetilo desde la acetil lipoamida al CoA para formar Acetil-CoA, esta reacc está catalizada por la dihidrolipoilo transacetilasa (E2). El complejo piruvato DH no puede realizar otro ciclo catalítico hasta que la dihidrolipoamida sea oxidada a lipoamida.

Cuarto, se regenera la forma oxidada de la lipoamida mediante la dihidrolipoilo DH (E2).

Los enlaces flexibles permiten a la lipoamida desplazarse entre distintos centros activos (CA): E2 constituye el núcleo del complejo. La transacetilasa está formada por ocho trímeros catalíticos ensamblados que forman un cubo hueco. En el extremo amino terminal se encuentra un pequeño dominio con un cofactor lipoamida unido a un residuo de lisina, que es análogo a los dominios de unión de biotina tales como el de piruvato carboxilasa. ¿Cómo actúan conjuntamente los 3 CA?

o El piruvato se descarboxila en el CA de E1, mediante la formación del intermediario de TPP sustituido, y como primer producto se libera CO2.

o E2 inserta la rama lipoil-lisina de la lipoamida en el canal E1.o E1 cataliza la transferencia del grupo acetilo a la lipoamida. Entonces la rama lipoil-

lisina acetilada abandona E1 y se introduce en el cubo E2 situándose en su CA.o En ese momento se transfiere el residuo acetilo al CoA y, el segundo producto, acetil

CoA se desprende del cubo. Entonces la rama lipoil-lisina reducida se desplaza al CA de la flavoproteína E3.

o E n el CA de E3, el coenzima FAD oxida al ácido lipoamida.o El producto final, NADH, se obtiene en la reoxidación del FADH2 y la lipoamida

regenerada está preparada para iniciar otro ciclo de reacción.La intengración estruc. De 3 clases de enzimas hace posible la catálisis coordinada de una reacc. Compleja. La proximidad de una enzima a otra aumenta la velocidad de la reacción total y reduce al mínimo las reacciones colaterales. Todos los intermediarios de la descarboxilación oxidativa del piruvato quedan estrechamente ligados al complejo y se transfieren con rapidez debido a la capacidad de la rama lipoil-lisina de E2 para desplazarse de un CA a otro en cada vuelta del ciclo.

La citrato sintasa produce citrato a partir de oxalacetato y acetil CoA: El ciclo del ácido cítrico comienza con la condensación de una unidad de cuatro carbonos, oxalacetato, con una unidad de dos carbonos, el grupo acetilo del acetil CoA. El oxalacetato reacciona con el acetil CoA y H2O para dar citrato y CoA.

Esta reacción está catalizada por la citrato sintasa. La citrato sintasa muestra una cinética secuencial ordenada: primero se une al oxalacetato y después al Acetil CoA. La razón de este procedimiento ordenado es que el oxalacetato induce en el enzima una profunda reorganización estructural que lleva a la creación de un centro de enlace para el acetil CoA. La forma abierta de la enzima en ausencia de ligandos, se convierte en una forma cerrada cuando se une al oxalacetato.La citrato sintasa cataliza la reacción de condensación al situar a los sustratos en estrecha proximidad, orientarlos y polarizar determinados enlaces. Para evitar la hidrólisis inútil del CoA. La citrato sintasa está diseñada para hidrolizar al citril CoA pero NO para hidrolizar el Acetil CoA.

El isocitrato se oxida y descarboxila hasta alfa cetoglutarato: La descarboxilación oxidativa del isotiocitrato está catalizada por la citrato DH.

Isocitrato + NAD+ Alfa cetoglutarato + CO2 + NADHEl intermediario de la reacción es el oxalsuccianato, un beta cetoácido inestable. Mientras está ligado al enzima pierde CO2 para dar alfa cetoglutarato.

Por la descarboxilación oxidativa del alfa cetoglutarato se forma succinil-coenzima A: La conversión del isocitrato en alfa cetoglutarato va seguida de una segunda descarboxilación oxidativa, la producción de succinil CoA a partir del alfa cetoglutarato. Esta reacc está catalizada por el alfa-cetoglutarato DH.

A partir del succinil-coenzima A se genera un compuesto con alto potencial de transferencia de grupos fosfato: En la reacción de la citrato sintasa, la rotura del enlace tioester proporciona la E para la síntesis del citrato de 6 C a partir del oxalacetato de 4 C y un grupo de 2 C. La rotura del enlace tioéster del succinil CoA se acopla a la fosforilación de un nucleósido difosfato de purina, normalmente GDP. Está reacción está catalizada por la succinil CoA sintetasa.

El oxalacetato se regenera por oxidación del succinato: La etapa final del ciclo del ácido cítrico (la regeneración del oxalacetato) está formada por una serie de reacc. De compuestos de 4C.

La transformación de un grupo metileno (CH2) en un grupo carbonilo (C-,-O) tiene lugar en 3 etapas;

Oxidación Hidratación Oxidación

En cada vuelta del ciclo no sólo se regenera oxalacetato sino que también se acumula E en forma de FADH2 y NADH.El succinato se oxida a fumarato mediante la succinato DH, que es una ferro-sulfoproteína y está directamente unida a la cadena de transporte de electrones , cada cadena constituye el nexo de unión entre el ciclo del ácido cítrico y la formación de ATP. El FADH2 producido por la oxidación del succinato no se disocia del enzima, a diferencia del NADH producido en otras reacc. De oxidación-reducción.La siguiente etapa del ciclo es la hidratación de fumarato para formar L-Malato. La fumarasa cataliza una adición estereoespecífica en trans de un átomo de hidrógeno y un grupo hidroxilo. El grupo hidroxilo se añade solamente a un lado del doble enlace del fumarato; por tanto sólo se forma el isómero L del malato.Finalmente el malato se oxida para formar oxalacetato, esta reacción es catalizada por la Malato DH.

Estequiometrica delciclo del ácido cítrico:

Las reacciones que se producen en el ciclo son:

o En la condensación de una unidad de acetilo con el oxalacetato entran en el ciclo 2 át de C. Por las descarboxilaciones sucesivas catalizadas por la isocitrato DH y la alfa cetoglutarato DH salen del ciclo dos carbonos en forma de CO2.

o En las cuatro reacciones de oxidación salen del ciclo cuatro pares de át. De H. En las descarboxilaciones oxidativas del isocitrato y del alfa cetoglutarato se reducen dos moléculas de NAD+, en la oxidación del succinato se reduce una molécula de FAD y en la oxidación del malato se reduce otra molécula de NAD+.

o A partir del enlace tioéster del succinil CoA se genera un compuesto, normalmente GTP, con un enlace fosfato con alto potencial de transferencia.

o Se consumen dos moléculas de agua; una en las síntesis del citrato por hidrólisis del citril CoA, y la otra en la hidratación del fumarato.

La agrupación de los enzimas participantes en el ácido cítrico puede incrementar su eficacia recibiendo el nombre de METABOLÓN.La glicólisis puede ser tanto aerobia como anaerobia mientras que el ciclo del ácido cítrico sólo puede ser aerobio.

Regulación del ácido cítrico.

El complejo piruvato DH se regula alostéricamente mediante la fosforilación reversible El ciclo del ácido cítrico está controlado en varios puntos:PAG 481

Los puntos primarios de control son los enzimas alostéricos isocitrato DH y alfa cetoglutarato DH.El ADP estimula aolstéricamente a la isocitrato DH, porque aumenta su afinidad por los sustratos. La unión del isocitrato NAD+, MG2+ y ADP es cooperativa. Por el contrario, el NADH inhibe la isocitrato DH desplazando directamente al NAD+. El ATP también actúa como inhibidor.Un segundo punto de control es la alfa cetoglutarato DH, que se encuentra inhibida por el succinil CoA y por el NADH, que son los productos de la reacción que cataliza. Además, la alfa cetoglutarato DH se inhibe por una carga energética alta. Por tanto, la velocidad del ciclo se reduce cuando la célula dispone de un elevado nivel de ATP.

La interrupción del metabolismo del piruvato es la causa del beriberi y del envenenamiento por mercurio y arsénico.El beri beri es una enfermedad causada por la deficiencia de tiamina (Vitamina B1), esta enfermedad la encontramos en países consumidores casi exclusivamente de arroz, ya que tiene un nivel de tiamina muy bajo. La tiamina pirofosfato es el grupo prostético de 3 enzimas: la privuato DH, la alfa cetoglutarato DH y la transcetolasa. El aspecto común de las reacc. Enzimáticas que utilizan TPP es la transferencia de una unidad activada de aldehido.

Ciclo del glioxilato permite a las plantas y bacterias crecer en acetato.

El ciclo del glioxílico, al igual que el del ácido cítrico, comienza con la condensación del Acetil-CoA y oxalacetato para formar citrato, el cual se isomeriza a isocitrato. Éste, en vez de descarboxilarse, se esciende en succinato y glioxilato por la isocitrato liasa. Las etapas siguientes regeneran el oxalacetato a partir de glioxilato. El acetil CoA se condensa con el glioxilato para formar malato, en una reacción catalizada por la malato sintasa. Finalmente el malato se oxida a oxalacetato al igual que en el ciclo del ácido cítrico. La ecuación global de estas reacc es:

2 Acetil CoA + NAD+ + 2H2O succinato + 2CoA+ NADH+ 2H+.

En las plantas estas reacciones tienen lugar en unos orgánulos llamados glioxisomas. Las bacterias y las plantas pueden sintetizar acetil CoA a partir de acetato y CoA, mediante una reacción dirigida por la hidrólisis de ATP y catalizada por la Acetil- CoA sintetasa.Acetato + CoA + ATP Acetil-CoA + AMP + PPi.

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (cadena transportadora de e-)

Es el proceso mediante el cual se genera ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o el FADH2 al O2 a través de una serie de transportadores de electrones. Este proceso TIENE LUGAR EN LA MITOCONDRIA Y constituye la fuente más importante de ATP en los organismos aerobios.La fosforilación oxidativa constituye la culminación de una serie de transformaciones energéticas que, en conjunto reciben el nombre de respiración.

En eucariotas, la fosforilación oxidativa tiene lugar en las mitocondrias: en las mitocondrias encontramos la cadena respiratoria, los enzimas del ácido cítrico y los enzimas de la oxidación de los ácidos grasos.

o Las mitocondrias están rodeadas por una doble membrana: Membrana mitocondrial interna: muy extensa formada por numerosos

pliegues, llamados crestas. Membrana mitocondrial externa.

La fosforilación oxidativa tiene lugar en la membrana mitocondrial interna, a diferencia de la mayor parte de las reacciones del ácido cítrico y de la oxidación de los ácidos grasos que tienen lugar en la matriz.La membrana externa es bastante permeable frente a un gran número de iones y moléculas pequeñas, ya que contiene muchas copias de porina mitocondrial, una proteína que forma poros y que también se conoce como VDAC, interviniendo en el flujo regulado de metabólitos.

Las mitocondrias son el resultado de una endosimbiosis: Las mitocondrias son orgánulos semiautónomos que mantienen una relación endosimbiótica con la célula huésped. Un

evento endosimbiótico puede tener lugar a partir del momento en que un organismo libre capaz de realizar la fosforilación oxidativa fue entullecido por otra célula.

La fosforilación oxidativa requiere la transferencia de electrones: a través de la cadena transportadora de electrones.

o Electrones de alta energía: potenciales redox y cambios de la E libre: En la fosforilación oxidativa, el potencial de transferencia de electrones del NADH o del FADH2 se convierte en el potencial de transferencia de grupos fosforilo del ATP. La expresión análoga para el potencial de transferencia de electrones es el potencial de reducción. Un potencial de reducción negativo indica que la forma reducida de una sustancia tiene menos afinidad hacia los electrones que el H2. Un agente fuertemente reductor como el NADH está obligado a ceder electrones y tiene un potencial de reducción negativo, mientras que un agente fuertemente oxidante (como el O2) está dispuesto a aceptar electrones y tiene un potencial de reducción positivo.

o Una diferencia de potencial de 1,14 voltios entre el NADH y el O2 impulsa el transporte de electrones a través de la cadena y permite la fosforilación de un gradiente de protones: cada protón transportado desde la matriz al lado citosólico representa una E libre de 5,2 Kcal/mol.

La CADENA RESPIRATORIA está formada por cuatro complejos: 3 bombas de protones y una conexión física con el ciclo del ácido cítrico: Los electrones se transfieren del NADH al O2 a través de una cadena de tres grandes complejos proteícos llamados NADH-Q oxidorrecductasa, Q-citoctomo c oxidoreductasa y citocromo c oxidasa. El flujo de electrones entre estos complejos transmembranales provoca el transporte de protonés a través de la membrana mitocondrial interna. Los electrones se transfieren desde la NADH-Q oxidoreductasa hacia la Q-citocromo c oxidorreductasa, el segundo complejo de la cadena mediante la forma reducida de la coenzima Q (ubiquinona) que también transporta electrones provenientes del FADH2, generados por la succinato DH en el ciclo del ácido cítrico, hacia la Q-citocromo c oxidoreductasa a través de la succinato Q reductasa.El coenzima Q es un derivado de la quinona con una larga cadena isoprenoide. Las quinonas pueden presentar 3 estados de oxidación, en el estado totalmente oxidado (Q), el coenzima Q presenta dos grupos ceto. La adición de un protón y un electrón origina la forma semiquinona (QH). La forma semiquinona pierde un protón con relativa facilidad para dar lugar al radical aniónico de la semiquinina. La adición de un segundo protón da lugar al ubiquinol. Por tanto en las quinonas, las reacciones de transferencia de electrones están acopladas a la unión y liberación de protones.

Los electrones de alto potencial del NADH entran en la cadena respiratoria por la NADH-Q oxidorreductasa: Los electrones del NADH entran en la cadena por la NADH-Q oxidorreductasa (también llamada NADH DH). La construcción de esta bomba de protones, es el resultado del trabajo conjunto de genes que residen en la mitocondria y de genes residentes en el núcleo. La NADH DH tiene forma L, con un brazo horizontal anclado en la membrana y un brazo vertical que se proyecta hacia la matriz.

La etapa inicial consiste en la unión del NADH y la transferencia de sus dos electrones de alto potencial al flavina mononucleotido (FMN), que es el grupo prostético del complejo, para dar lugar a la forma reducida FMNH2.Al igual que las quinonas, las flavinas sólo aceptan protones cuando se reducen. El FMN también puede aceptar un solo electrón en vez de dos y formar un intermediario (el radical semiquinona). El aceptor de electrones del FMN, el anillo isoaloxazina, es idéntico al del FAD. Posteriormente, los electrones se transfieren desde el FMNH2 a unos complejos hierro-azufre (proteínas de hierro no hético).Los electrones de los complejos hierro-azufre de la nADH-Q oxidorreductasa se transfieren al coenzima Q. El flujo de electrones desde el NADH al coenzima Q a través de la nADH-Q oxidorreductasa provoca el bombeo de cuatro iones hidrógeno hacia el exterior de la matriz de la mitocondria.

El ubiquinol es el punto de entrada para los electrones procedentes del FADH2 de las flavoproteínas: la succinato DH forma parte del complejo succinato Q reductasa (Complejo II), una proteína integral de la membrana mitocondrial interna. El FADH2 no abandona el complejo, en vez de ello, sus electrones se transfieren a complejos FE-S y allí se incorporan a la cadena respiratoria. De manera análoga, la glicerol fosfato DH y la acil CoA DH de AG transfieren sus electrones de alto potencial desde el FADH2 a Q para formar ubiquinol. Consecuentemente, se forma menos ATP a partir de la oxidación del FADH2 que a partir del NADH.

Los electrones fluyen desde el ubiquinol al citocromo c a través de la Q-citocromo c oxidorreductasa: De las tres bombbas de protones, la Q citocromo c oxidorreductasa es la segunda (conocida también como complejo III o citocromo reductasa). Durante el transporte de electrones, el ión hierro alterna de un estado reducido (2+) a un estado férrico (3+). La fx de la citocromo Q c oxidorreductasa es catalizar la transferencia de electrones desde QH2 al citocromo c oxidado, una proteína soluble en agua que bombea protones hacia el exterior de la matriz mitocondrial.

Transporte de protones a través de la membrana: El ciclo Q. El mecanismo que acopla la transferencia de electrones desde Q hasta el citocromo c con el transporte de protones a través de la membrana se denomina ciclo Q. Este facilita el tránsito desde ubiquinol, que transporta dos electrones, hasta el citocromo C, que transporta un solo electrón. El ciclo comienza cuando el ubiquinol (QH2) se une al sitio Q0. El ubiquinol transfiere sus electrones de uno en uno.

La citocromo c oxidasa cataliza la reducción del oxígeno molecular a agua: La etapa final de la cadena transportadora de electrones consiste en la oxidación del citocromo c reducido generado por el Complejo III y la consiguiente reducción del O2 a dos moléculas de H2O. Esta reacción está catalizada por la citocromo c oxidasa (Complejo IV). La citocromo c oxidasa contiene dos grupos hemo de tipo A y tres iones de cobre distrubuídos en dos centros de cobre llamados A y B. El grupo hemo del grupo A se diferencia de los grupos hemos de los citocromos c y c1 en tres aspectos:

o Un grupo formilo reemplaza a un grupo metiloo Una cadena hidrocarbonatada de 15 C sustituye uno de los grupos viniloo El hemo NO está unido covalentemente a la proteína.

Las dos moléculas hemo de tipo A (hemo A y hemo A3) tienen pp diferentes pq se encuentran localizadas en diferentes entornos dentro de la citocromo c oxidasa.

o A: su fx consiste en transportar los electrones procedentes de CuA/CuA

o A3: cede los electrones al centro CuB adyacente.En conjunto forman el centro activo donde O2 se reduce a H2O.

El ciclo catalítico comienza con el enzima en su estado oxidado. En ppio, la molécula de citocromo c reducido transfiere un electrón CuA/CuA. A partir de aquí, el electrón se desplaza hacia el hemo a, luego al hemo a3 y por último al CuB, que se reduce del estado Cu2+ al estado Cu+ (de cúprico a cuproso). Una segunda molécula de citocromo c aporta un segundo electrón que sigue la misma ruta y se detiene en el hemo a3, que se reduce al estado Fe2+.La proximidad entre el CuB en estado reducido y el complejo hemo a3-oxígeno favorece la reducción del oxígeno a peróxido que establece un puente entre el Fe3+ del hemo a3 y el CuB 2+.La adición final de otro electrón procedente del citocromo c y de un segundo protón reduce el grupo ferrilo a Fe3+-OH.La reacción con otros protones da lugar a la liberación de dos moléculas de agua y el enzima recupera su estado inicial, totalmente oxidado..

Los derivados tóxicos del oxígeno molecular como el radical superóxido son neutralizados mediante enzimas protectores: resulta inevitable que se generen pequeñas cantidades de anión superóxido y peróxido de H, se les conoce como derivados reactivos del oxígeno. La enzima más importante que los neutraliza es la superóxido dismutasa, una enzima que neutraliza los radicales en superóxido al catalizar la conversión de dos de estos radicales en peróxido de hidrógeno y oxígeno molecular.

LAS LANZADERAS PERMITEN ATRAVESAR MEMBRANAS MITOCONDRIALES: La membrana mitocondrial interna debe ser impermeable para la mayoría de las moléculas.

Los electrones del NADH citosólico entran en las mitocondrias mediante lanzaderas: La primera etapa de la lanzadera consiste en la transferencia de un par de electrones desde el NADH a la dihidroxiacetona fosfato, un intermediario de la glicólisis, para formar glicerol 3 fosfato. Este, se reoxida a dihidroxiacetona fosfato en la cara externa de la membrana mitocondrial interna mediante un isoenzima de la glicerol 3 fosfato DH unido a la membrana. Un par de electrones del glicerol 3 fosfato se transfieren al grupo prostético FAD de este enzima para formar FADH2. Esta reacción regenera también la dihiroxiacetona fosfato.Cuando la cadena respiratoria oxida el NADH citosólico que transporta la lanzadera de glicerol 3 fosfato, se forman 1,5 ATP’s en vez de 2,5. El rendimiento es menor porque en la glicerol 3 fosfato DH mitocondrial el aceptor de electrones es el FAD y no el NAD+. La utilización del FAD permite que los electrones del NADH citosólico se transporten hacia las mitocondrias en contra de un gradiente de concentración de NADH. En el músculo, la lanzadera de glicerol 3- fosfato es la más importante, ya que le permite realizar la fosforilación oxidativa a una velocidad muy alta.En corazón e hígado, los electrones del NADH citosólico entran en las mitocondrias por medio de la lanzadera malato-aspartato en la que intervienen dos transportadores de membrana y cuatro enzimas. Esta lanzadera también facilita el intercambio de intermediarios clave entre las mitocondrias y el citosol.

La entrada del ADP a las mitocondrias está acoplada a la salida del ATP gracias a la ATP-ADP translocasa: La principal fx de la fosforilación oxidativa es generar ATP a partir de ADP. La ATP-ADP translocasa es una proteína que permite que el ATP y el ADP puedan atravesar la barrera de permeabilidad. El ATP entra en la matriz mitocondrial sólo si el ADP sale y viceversa.

Cuando la glucosa se oxida por completo se forman aproximadamente 30 moléculas de ATP.

La fosforilación oxidativa se puede inhibir en muchas de sus etapas: La fosforilación oxidativa puede interrumpirse en cualquiera de sus etapas:

o Rotenona y amital: bloquean la transferencia de los electrones en la NADH-Q oxidorreductasa y por tanto, impiden la utilización del NADH como sustrato.

o Antimicina A: interrumpe el flujo de los electrones a la altura del citocromo bH de la Q- citocromo c oxidorreductasa.

o ATP sintasa: la oligomicina y la diciclohexilcarbodiimida (DCCD) impiden la entrada de protones a través de la ATP sintasa. Al tratar mitocondrias que están respirando de forma activa con un inhibidor de la ATP sintasa, la cadena transportadora de electrones deja de funcionar.

o Este íntimo acoplamiento entre el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa en las mitocondrias se puede eliminar (desacoplar) mediante la 2,4-dinitrofenol y algún otro compuesto aromático. Estas sustancias transportan protones a través de la membrana mitocondrial interna.

TEMA 21. METABOLISMO DEL GLUCÓGENO

El glucógeno es una forma de almacenamiento de glucosa fácilmente movilizable. Es un residuo grande y ramificado de residuos de glucosa que se puede romper para dar lugar a moléculas de glucosa cuando el consumo de energía es necesario. Los lugares principales de almacenamiento de glucógeno son EL HÍGADO Y EL MÚSCULO ESQUELÉTICO. La concentración de glucógeno es superior en el hígado que en el músculo.El glucógeno está presente en el citosol en forma de gránulos con un diámetro variable entre 10 y 40nm.

Una visión general del metabolismo del glucógeno: La degradación del glucógeno consta de 3 pasos:

o Liberación de glucosa 1-fosfato del glucógeno o La remodelación del sustrato glucógeno para permitir la degradación posterioro Conversión de glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato para su metabolismo.

La glucosa 6 fosfato proveniente de la ruptura del glucógeno y tiene 3 destinos:o Es el sustrato inicial de la glucólisiso Puede procesarse por la ruta de las pentosas fosfato para generar NADPH y derivados

de la ribosao Puede convertirse en glucosa libre para liberarse al torrente sanguíneo.

Estas transformaciones tienen lugar en el hígado y en menor cantidad en intestino y riñón.La regulación hormonal permite ajustar el metabolismo del glucógeno a las necesidades del

organismo entero.

La degradación del glucógeno requiere la intervención de varios enzimas: La fosforilasa cataliza la escisión fosforolítica del glucógeno para dar glucosa 1 fosfato: La

glucógeno fosforilasa es la enzima clave en la ruptura del glucógeno, esciende el sustrato mediante la adición del ortofosfato (Pi) para producir glucosa 1 fosfato. La ruptura de un enlace por la adición de ortofosfato se reconoce como fosforilasa. La fosforilasa cataliza la eliminación secuencial de residuos glucosílicos desde los extremos no reductores de la molécula de glucógeno. Concretamente, rompe el enlace entre el C-1 y el átomo de oxígeno glucosídico, de modo que la configuración alfa en C-1 se mantiene.La escisión fosforolítica del glucógeno es enegéticamente ventajosa porque el azúcar que se libera está fosforilado y no puede difundirse fuera de la célula debido a su carga negativa. Por el contrario, una escisión hidrolítica produciría glucosa, la cual tendría que ser fosforilada a expensas de la hidrólisis de una molécula de ATP para entrar en la vía glucolítica.

La fosfoglucomutasa convierta la glucosa 1- fosfato en glucosa 6 fosfato: La glucosa 1 fosfato formada por la escisión fosforolítica del glucógeno debe convertirse en glucosa 6 fosfato para poder entrar en la corriente metabólica principal. Este desplazamiento del grupo fosforilo está catalizado por la fosfoglucomutasa.

El hígado contiene glucosa 6-fosfatasa, un enzima hidrolítico ausente en el músculo: Una función importante del hígado es mantener relativamente constante el nivel de glucosa en sangre.Sin embargo, la glucosa fosforilada producida por la degradación del glucógeno, al contrario de la glucosa libre, no se transporta con facilidad fuera de las células. El hígado contiene la glucosa 6 fosfatasa, que esciende el grupo fosforilo y produce glucosa libre y ortofosfato.Esta glucosa 6-fosfatasa, que está localizada en el RE liso, es el mismo enzima que libera la glucosa al final de la gluconeogénesis.

El piridoxalfosfato participa en la escisión fosforolítica del glucógeno.La fosforilasa se regula por interacciones alostéricas y fosforilación reversible: La fosforilasa está regulada por varios efectores alostéricos que reflejan el estado energético de la célula así como la fosforilación reversible, la cual responde a hormonas tales como insulina, adrenalina y glucagón.

La fosforilasa del músculo se regula por la carga energética intracelular: La fosforilasa del músculo esquelético dimérica existe en dos formas interconversitbles: la fosforilasa a (generalmente activa) y la fosforilasa b (generalmente inactiva). Estas se diferencian por un único fosforilo en cada subunidad.La B se convierta en A cuando se fosforila en un único residuo de serina en cada subunidad. El enzima regulador es la fosforilasa quinasa.Estas dos formas existen en equlibrio entre un estado relajado activo R y un estado tenso menos activo T. La fosforilasa a favorece R y la b favorece T. La fosforilasa b muscular SOLAMENTE es activa en presencia de altas concentraciones de AMP. El ATP actúa como efector alostérico negativo compitiendo con el AMP y favoreciendo el estado T. Por tanto, la alternancia de las formas T y

R de la fosforilasa b está controlada por la carga energética de la célula muscular. Bajo la mayoría de las condiciones fisiológicas, la fosforilasa b es inactiva debido a los efectos inhibidores del ATP y la glucosa 6-fosfato. Por el contrario la fosforilasa a es plenamente activa a pesar de los niveles de AMP, ATP y glucosa 6-fosfato.En el músculo en reposo, la mayor parte del enzima se encuentra en la forma b inactiva, cuando se hace ejercicio el AMP conduce a la activación de la fosforilasa b.

La fosforilasa del hígado genera glucosa para su uso en otros tejidos: La regulación de la glucógeno fosforilasa del hígado con la del músculo son semejantes en un 90% respecto a la secuencia aminoacídica. Las diferencias son pocas pero importantes:

o Al contrario que el enzima del músculo, la forma a de la fosforilasa del hígado pero no la b muestra una muy sensible transición del estado T al R.

o El papel de la degradación del glucógeno en el hígado es producir glucosa para exportarla a otros tejidos cuando los niveles de glucosa en sangre son bajos.De este modo, si hay glucosa proveniente de otras fuentes como puede ser la dieta, no hay necesidad de movilizar glucógeno. Contrariamente al enzima muscular, la fosforilasa hepática NO es sensible a la regulación por AMP debido a que el hígado no se dan cambios drásticos en la carga energética a diferencia de la contracción muscular.

La fosforilasa quinasa se activa por la fosforilación y por los iones calcio:La fosforilasa quinasa es una proteína muy grande con una composición de subunidades en el músculo esquelético de (alfabetaygriegagamma)4 y una masa de 1200kd. La actividad catalítica reside en la unidad Y mientras que el resuto de las subunidades tienen una función reguladora. Esta quinasa se regula por la fosforilación: la quinasa se convierte de una forma de baja actividad a otra de actividad elevada por la fosforilación de la subunidad beta. La enzima que cataliza la activación de la fosforilasa quinasa es la proteína quinasa. La fosforilasa quinasa tambiñen puede activarse parcialmente por niveles de Ca2+ del órden de 1micrometro. La subunidad gamma es la calmodulina, un sensor de calcio que estimula a muchas células eucariotas. La fosforilasa quinasa tiene su máxima actividad cuando hay presencia de Ca2+ y cuando hay la fosforilación de la subunidad beta (los dos juntos).

La adrenalina y el glucagón son señales para la degradación del glucógeno: Las proteínas G transmiten la señal para el inicio de la degradación del glucógeno: El

glucagón y la adrenalina desencaden la lisis del glucógeno. La actividad muscular produce la liberación de adrenalina (epinefrina), una catecolamina derivada de la tirosina. La adrenalina estimula la ruptura del glucógeno en músculo y en menor grado hígado. El hígado es más sensible a glucagón.

o Las moléculas señal, adrenalina y glucagón, se unen a receptores 7TM específicos de las membranas plasmáticas de las células de músculo e hígado. La adrenalina se une al receptor beta-adrenérgico del músculo, mientras que el glucagón se une al receptor del glucagón. Estas uniones activan a la subunidad beta de la proteína G.

o La forma unida a GTP de la subunidad alfa de Gs activa a la adenilato ciclasa, una proteína transmembranal que cataliza la formación del segundo mensajero AMP cíclico a partir del ATP.

o El elevado nivel de AMP cíclico en el citosol activa a la proteína quinasa A a través de la unión del AMP cíclico a las subunidades reguladoras, las cuales se disocian de las subunidades catalíticas. Las subunidades catalíticas libres son ahora activas.

o La proteína quinasa A fosforila a la subunidad beta de la fosforilasa quinasa que activa a la glucógeno fosforilasa.

La cascada de AMP cíclico amplifica de forma espectacular los efectos de las hormonas.Los procesos de transducción de señales del hígado son más complejos que los del músculo. La

adrenalina también puede desencadenar la degradación del glucógeno en el hígado. Sin embargo, además de unirse al receptor beta-adrenérgico, se une al receptor 7TM el cual activa la fosfolipasa C y así inicia la cascada del fosfoinosítido.

La degradación del glucógeno debe poderse desactivar rápidamente: La proteína A establece las condiciones para bloquear la degradación del glucógeno mediante la adición de un grupo fosforilo a la subunidad alfa de la fosforilasa quinasa, después de haber fosforilado la subunidad beta. Esta adición de grupos fosforilo convierte al enzima en mejor sustrato para la desfosforilación y la consiguiente inactivación por el enzima proteína fosfatasa 1 (PP1). La PP1 también elimina el grupo fosforilo de la glucógeno fosforilasa, lo que convierte al enzima a su forma b inactiva.

El glucógeno se sintetiza y degrada por diferentes vias: La UDP-Glucosa es una forma activada de la glucosa:La UDP-Glucosa es la forma activada

de la glucosa , como el ATP y el Acetil- CoA son formas activadas del ortofosfato y del acetato. La UDP-Glucosa se sintetiza a partir de glucosa 1-fosfato y uridina trifosfato (UTP) en una

reacción catalizada por la UDP-Glucosa pirofosforilasa. El pirofosfato liberado en esta reacción proviene de los dos residuos fosforilo externos del UTP.

La glucógeno sintasa cataliza la transferencia de glucosa desde UDP-glucosa a una cadena en crecimiento: La unidad glucosilo activada de la UDP-glucosa se transfiere al grupo hidroxilo de un C-4 terminal del glucógeno para formar un anlace alfa 1,4 glicosídico. En la elongación, desplaza al UDP el grupo hidroxilo terminal de la molécula de glucógeno en crecimiento. Esta reacción está catalizada por la glucógeno sintasa, el enzima regulador clave en la síntesis del glucógeno. La glucógeno sintasa solamente puede añadir residuos glucosilo si la cadena de polisacárido ya contiene más de cuatro residuos. Así pues, la glucógeno sintasa requiere un iniciador o cebador (primer que suele ser la glucogenina).

Un enzima ramificante forma los enlaces alfa 1.6: La glucógeno sintasa cataliza solamente la síntesis de enlaces alfa 1,4. La ramificación tiene lugar después de que un cierto número de residuos glucosilo se hayan unido mediante enlaces alfa 1,4 y por la formación de un enlace alfa 1,6. La ramificación es importante porque incrementa la solubilidad del glucógeno. Así pues, la ramificación incrementa la velocidad de síntesis y degradación del glucógeno.

La glucógeno sintasa es el enzima regulador clave en la síntesis de glucógeno: La glucógeno sintasa se fosforila en múltiples puntos por la acción de la proteína quinasa A y otras quinasas. La alteración resultante de las cargas en la proteína conduce a su inactivación. La fosforilación produce efectos antagónicos sobre las actividades enzimáticas de la glucógeno sintasa y de la fosforilasa. La fosforilación convierte la forma activa a de la sintasa en una forma b normalmente inactiva. La forma b fosforilada requiere un alto nivel del activador alostérico glucosa 6 fosfato para activarse, mientras que la forma a es activa esté presente o no la glucosa 6 fosfato.

La degradación y síntesis del glucógeno se reuglan recíprocamente: La proteína fosfatasa 1 invierte los efectos reguladores de las quinasas en el metabolismo del

glucógeno: Los cambios en la actividad enzimática producidos por la proteína quinasa pueden invertirse por la proteína fosfatasa. Las proteínas fosfatasas catalizan la hidrólisis de los residuos fosforilados de serina y treonina de las proteínas. La PP1 (proteína fosfatasa 1) se encarga de regular el metabolismo del glucógeno desactivando la fosforilasa quinasa y la fosforilasa a por desfosforilación de estos enzimas. La PP1 disminuye la velocidad de degradación del glucógeno (invierte los efectos de la cascada de fosforilación). Además, la PP1 elimina el grupo fosforilo de la glucogeno sintasa b para convertirla en la forma a que es mucho más activa.

La insulina estimula la síntesis del glucógeno al activar la proteína fosfatasa 1: La presencia de glucagón señala el estado de ayuno e inicia la ruptura del glucógeno a la vez que se inhibe su síntesis. Cuando los niveles de glucosa en sangre son elevados, la insulina estimula la síntesis del glucógeno al impulsar una vía que activa a la proteína fosfatasa 1.

El metabolismo del glucógeno en el hígado regula el nivel de glucosa en sangre: Aunque la insulina es la primera señal para la síntesis de glucógeno, en el hígado también funcionan otros

mecanismos NO hormonales. Una señal es la concentración de glucosa en sangre que en c.n está entre 80-100mg por 100ml. El hígado detecta la concentración de glucosa sanguínea y, en consecuencia, consume o libera este azúcar. Cuando se administra glucosa disminuye rápidamente la cantidad de fosfolipasa a hepática. Después de un período de latencia, el total de glucógeno sintasa a aumenta, lo que da lugar a la síntesis del glucógeno. De hecho, la fosforilasa a es el sensor de glucosa en las células hepáticas. La unión de glucosa a la fosforilasa a, desplaza el equilibrio alostérico desde la forma R activa a la forma T inactiva. Este cambio conformacional hace del grupo fosforilo de la serina 14 un sustrato de la proteína fosfatasa 1.La fosforilasa b a diferencia de la fosforilasa a, no se une a la fosfatasa. En consecuencia, la conversión de la forma a a la forma b se acompaña de la liberación de la PP1, la cual queda disponible para activar a la lgucógeno sintasa. Así pues, la actividad de la glucógeno sintasa empieza a aumentar sñolo después de que la mayor parte de la fosforilasa a se haya convertido en la forma b. Este sistema depende de 3 elementos clave:

La comunicación entre el centro alostérico para la glucosa y la serina fosfato La utilización de la PP1 para inactivar la fosforilasa y activar a la glucógeno sintasa La unión de la fosfatasa a la fosforilasa a para evitar la activación prematura de la

glucógeno sintasa.

METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS

Ácido graso: son los que contienen una cadena larga hidrocarbonada y un grupo terminal carboxilato. Los AG tienen cuatro misiones ppales:

Los AG forman parte de la estructura de los fosfolípidos y de los glicolípidos. Muchas proteínas se modifican por la unión covalente de AG, que las dirigen hacia posiciones

en las membranas. Los AG son moléculas combustibles. Se almacenan como triacilgliceridos, llamados también

grasas neutras. Los derivados de los AG actúan como hormonas y mensajeros intracelulares.

Visión general del metabolismo de los AG: La degradación y la síntesis de AG son inversamente proporcionales.

Degradación: Un AG activado se oxida para introducir un doble enlace; el doble enlace se hidrata para introducir un oxígeno; el alcohol se oxida a cetona y se esciende un fragmento de dos carbonos mediante el coenzima A para formar acetil CoA y una cadena de AG dos carbonos más corta. Si el AG tiene un número par de átomos de C y es saturado, el proceso se repite sencillamente hasta que el AG se convierte por completo en unidades de Acetil-CoA.

Síntesis: La síntesis de AG es a la inversa de la degradación. Debido a que el resultado es un polímero, el proceso comienza con los monómeros (unidades de Acilo y malonilo activadas). La unidad de malonilo se condensa con la unidad de acetilo, formándose un fragmento de cuatro C. Para producir la cadena hidrocarbonatada, el carbonilo ha de reducirse. El fragmento se reduce, se deshidrata y se reduce otra vez hasta formar el AG.

Los triacilgliceridos son depósitos de energía muy concentrada: los triacilglicéridos son depósitos de energía metabólica porque están en forma reducida y anhidra. El rendimiento de la oxidación de los AG es alrededor de los 9Kcal/g, a diferencia de las 4Kcal/g que se obtienen con los carbohidratos y con las proteínas. Esta diferencia se debe a que los AG están mucho más reducidos. Además, los triacilglicéridos son apolares y por ello se almacenan en la forma anhidra mientras que las proteínas y carbohidratos son mucho más polares y están hidratados en mayor grado. De hecho, un gramo de grasa prácticamente anhidra acumula más de seis veces la energía de un gramo de glucógeno hidratado.

En los mamíferos, el centro principal de acumulación de los triacilgliceridos está EN EL CITOPLASMA DE LAS CÉLULAS ADIPOSAS O ADIPOCITOS. Las células adiposas están especializadas en la síntesis y almacenamiento de triacilgliceroles y en su movilización como moléculas combustibles que se transportan por la sangre a otros tx.

Los lípidos de la dieta se digieren mediante las lipasas pancreáticas: La mayoría de los lípidos se ingieren en forma de triacilgliceroles, pero para que el epitelio intestinal los absorba deben degradarse a AG. En la luz intestinal, los TG se incorporan a las micelas formadas a partir de las sales biliares= moléculas amfipáticas sintetizadas en el hígado a partir de colesterol y secretadas por la vesícula biliar. La incorporación de los lípidos a las micelas orienta los enlaces éster de los lípidos hacia la superficie de la micela, haciendo que los enlaces sean más susceptibles a la digestión por parte de las lipasas pancreáticas que están en disolución aquosa.

o Steato de grasa: cuando la producción de sales biliares no es adecuada como consecuencia de una enfermedad hepática excretándose grandes cantidades de grasa al día (30g/dia).

Las lipasas digieren los TG hasta AG y monoglicerol. Estos productos de la digestión se transportan en las micelas al epitelio intestinal, donde se absorben a través de la membrana plasmática.

Los lípidos de la dieta se transportan en los quilomicrones: En las células de la mucosa intestinal, los TG se resintetizan a partir de los AG y monoacilgliceroles y, posteriormente, se empaquetan en las partículas de lipoproteína transportadoras denominadas quilomicrones. Estas partículas están compuestas mayoritariamente por TG y contienen como principal componente proteíco la APO B48.Los constituyentes proteicos de las partículas de lipoproteína se denominan apolipoproteínas. Los quilomicrones también sirven para transportar vitaminas liposolubles y colesterol.

Los quilomicrones se liberan al sistema linfático y después pasan a la sangre. Estas partículas se unen a las lipoproteína lipasas ligadas a la membrana, principalmente del tx adiposo y músculo, donde una vez más se degradan de TG a AG y monoglicerol para ser introducidos al músculo.

La utilización de los AG como combustible requiere 3 etapas de procesamiento: En primer lugar, los lípidos deben movilizarse, en este proceso, los TG se degradan a AG y

glicerol, que se liberan desde el tx adiposo y se transportan a los tx que requieren E. En segundo lugar, los AG deben activarse y transportarse al interior de la mitocondria para su

degradación. En tercer lugar, los AG se descomponen de manera secuencial en Acetil CoA, que

posteriormente se procesa en el ciclo del ácido cítrico. Las lipasas reguladas por AMP cíclico hidrolizan a los TG: El acontecimiento inicial es la

hidrólisis de los TG por las lipasas, proceso llamado Lipólisis. La lipasa del tx adiposo se activa cuando estas células se tratan con las hormonas adrenalina, noradrenalina, glucagón y hormona adrenocorticotrópica. El nivel incrementado de AMPc estimula a la proteína quinasa A, la cual activa a las lipasas por fosforilación. Es decir, la adrenalina, la noradrenalina, glucagón y hormona adenocorticotrópica producen lipólisis. La insulina por el contrario, inhibe la lipólisis.El hígado catpa el glicerol formado en la lipolisis que se fosforila y oxida a hidroxiacetona fosfato la cual, se isomeriza a gliceraldehído 3 fosfato. Esta molécula es un intermediario tanto de la vía glicolítica como de la gluconeogénica.

El proceso inverso puede ocurrir por reducción de la dihidroxiacetona fosfato a glicerol 3-fosfato. La hidrólisis mediante una fosfatasa libera glicerol. Por consiguiente, el glicerol y los intermediarios glicolíticos son fácilmente interconvertibles.

Los AG se unen al coenzima A antes de oxidarse: El ATP impulsa la formación de un enlace tioéster entre el grupo carboxilo de un AG y el grupo sulfhidrilo del CoA. Esta reacción de activación tiene lugar en la membrana externa mitocondrial donde la acil-CoA sintetasa la cataliza.La activación del AG tiene lugar en 2 etapas:

o El AG reacciona con ATP para formar aciladenilato. En este anhídrido mixto, el grupo carboxilo está enlazado al grupo fosforilo del AMP. Los otros dos grups fosforilo del ATP sustrato se liberan como pirofosfato. El grupo sulfhidrilo del CoA ataca al adenilato que está fuertemente unido al enzima, para formar acil-CoA y AMP.

La carinitina transporta los AG de cadena larga activados hasta la matriz mitocondrial: Los AG se ACTIVAN EN LA MEMBRANA EXTERNA MITOCONDRIAL, PERO SE OXIDAN EN LA MATRIZ MITOCONDRIAL. Se necesita un mecanismo de transporte especial para que las moléculas de acil-CoA de cadena larga crucen la membrana interna mitocondrial. Los AG de cadena larga activados son transportados, a través de la membrana, conjugados con la carnitina. El gurpo acilo se transfiere desde el átomo de azufre del CoA al grupo hidroxilo de la carnitina para formar acilcarnitina. Esta reacción está catalizada por la carnitina aciltransferasa 1 (también se llama pamitiltransferasa 1).La acilcarnitina actúa como una lanzadera a través de la membrana interna mitocondrial, por acción de una translocasa. El grupo acilo se transfiere de nuevo a un CoA situado en la cara de la matriz de la membrana. Esta reacción está catalizada por la carnitina aciltransferasa 2, es simplemente la INVERSA de la reacción que tiene lugar en el citosol. Como resultado, el enlace 0-Acilo de la carnitina tiene un elevado potencial de transferencia de grupo. Por último, la translocasa devuelve la carnitina a la cara citosólica y se intercambia allí otra acilcarnitina que entra.

En cada vuelta de la oxidación de los AG se genera Acetil-CoA,NADH Y FADH2: Los acil-CoA saturados se degradan mediante una secuencia repetitiva de cuatro reacciones:

o Oxidación por flavina adenina dinucleótido (FAD)o Hidratacióno Oxidación por NAD+

o Tiolisis por CoA.Como resultado de estas 4 reacciones, la cadena del ácido se acorta en dos átomos de carbono y se genera FADH2, NADH y acetil CoA. Esta serie de reacciones se conoce como la vía de la beta-oxidación porque tiene lugar en el carbono Beta.

La oxidación completa del palmitato rinde 106 moléculas de ATP:La degradación del palmitil-CoA requiere siete ciclos de reacción. En el séptimo ciclo, el cetoacil-CoA de 4 carbonos se tioliza para dar dos moléculas de CoA.

Algunos AG requieren etapas adicionales para su degradación como por ejemplo los AG con dobles enlaces: Para la oxidación de los AG insaturados se requieren una isomerasa y una reductasa:

Consideramos por ejemplo, la reacción del palmitoleato. El palmitil CoA experimenta después de 3 ciclos de degradación la oxidación de los AG saturados. Una isomerasa convierte un doble

enlace en un doble enlace trans para que las reacciones posteriores sean las de los AG saturados.Con la oxidación de los AG poliinstaruados surge otro problema, partimos del linoleato (AG poliinstaturado de 18C). El doble enlace cis que aparece después de 3 ciclos de beta-oxidación se convierte en trans por acción de la isomerasa, igual que en el anterior. El acil-CoA que se produce en otro de los ciclos de la beta- oxidación contiene un doble enlace cis. La DH de esta especie molecular por la Acil-CoA DH produce el 2,4 dienoil-intermediario, que no es un sustrato adecuado para la vía de la beta-oxidación. Este problema se soluciona gracias a la 2,4 dienoil reductasa que reduce el 2,4 dienoil intermediario a trans enoil CoA.La isomerasa manipula los dobles enlaces situados en posiciones impares y la reductasa y la isomerasa manipulan los situados en posiciones pares.

Los AG de cadena impar producen propionil-coenzima A en la tiolisis en de la etapa final. El propionil CoA se convierte en succinil CoA en una reacción que requiere vitamina B12. Los AG también se oxidan en los peroxisomas:

Peroxisoma: son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Estas enzimas cumplen funciones de detoxificación celular. Como todos los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en células eucariontes.Estos orgánulos se caracterizan por elevadas concentraciones del enzima catalasa, que cataliza la disminución del peróxido de hidrógeno a agua y oxígeno molecular. La oxidación de los AG en estos orgánulos, puede servir para acortar las cadenas largas y hacerlas mejores sustratos para la beta oxidación mitocondrial. En los peroxisomas, una DH de flavoproteína transfiere los electrones al O2, lo que produce H2O2, en vez de formarse FADH2. La catalasa se necesita para convertir el peróxido en Hidrógeno.

Si predomina la degradación de las grasas, a partir del acetil Coenzima A se forman cuerpos cetónicos: El acetil CoA formado en la oxidación de los AG sólo entra en el ciclo del Ácido Cítrico si la degradación de las grasas y de los carbohidratos están equilibradas. El acetoacetato, el D-3-hidroxibutirato y la acetona SE LLAMAN CUERPOS CETÓNICOS. Encontramos altas concentraciones de estos en personas que son diabéticas sin tratamiento.El acetoacetato se forma a partir de acetil-CoA en tres etapas:

o Se condensan dos moléculas de Acetil-CoA, reacción catalizada por la tiolasa.o El acetacetil CoA reacciona con acetil CoA y con agua para dar 3-hidroxi-3-

metilglutaril-CoA y CoA libre.o El 3 hidroxi-3-metilglutaril-CoA se esciende en acetil CoA y en acetato. La suma de las

reacciones es:2 Acetil CoA + H2O acetacetato+ 2CoA + H+.

El 3-hidroxibutirato se forma por reducción del acetato en la matriz mitocondrial por la d-3-hidroxibutirato DH.

El acetacetato también está sometido a una descarboxilación lenta hasta cetona ya que es un beta-cetoácido. En concentraciones elevadas lo podemos oler en el aliento, con olor a acetona.

Los cuerpos cetónicos son un combustible importante en determinados tx:El hígado es el principal productor de acetacetato y 3-hidroxibutirato, estos son combustibles normales en el metabolismo aeróbico y son importantes fuentes de energía. De hecho, el músculo cardíaco y la corteza renal, utilizan acetoacetato con preferencia a la glucosa.Los cuerpos cetónicos pueden considerarse como una forma hidrosoluble y transportable de unidades acetilo. Esto es aprovechado por el tx adiposo donde los AG se convierten en unidades acetilo y se exportan como acetoacetato.Concentraciones altas de acetoacetato en sangre indican abundancia de unidades acetilo y provocan un decrecimiento en la velocidad de lipólisis del tx adiposo.

Los animales NO PUEDEN convertir los AG en glucosa.Los AG se sintetizan y degradan por vías diferentes:La síntesis de los AG no es simplemente la vía inversa a la degradativa. Algunas diferencias entre las 2 vías son:

o La síntesis se produce en el citosol a diferencia de la degradación que se da en la matriz mitocondrial.

o Los intermediarios de la síntesis de AG están covalentemente unidos a los grupos sulhidrilo de la ACP, mientras que los intermediarios en la degradación de los AG están ligados covalentemente al grupo sulfhidrilo del coenzima A.

o En los organismos superiores, los enzimas de la síntesis de AG están integrados en una única cadena polipeptídica llamada ácido graso sintetasa. Por lo contrario, los enzimas degradativos no están asociados.

o La cadena de AG en crecimiento se alarga por la adición secuencial de unidades de dos carbonos derivadas del acetil CoA. La reacción de elongación está dirigida por la eliminación de CO2.

o El reductor en la síntesis de los AG es el NADPH mientras que el oxidante en la degradación de los AG es el NAD+ y el FAD.

o La elongación por el complejo AG sintetasa se detiene en la formación de palmitato. La elongación posterior y la inserción de dobles enlaces se llevan a cabo por otros sistemas enzimásticos.

La formación de malonil-coenzima A es la etapa limitante en la síntesis de AG: La síntesis de AG comienza con la carboxilación del acetil CoA hasta malonil CoA. Esta etapa IRREVERSIBLE es la etapa limitante en la síntesis de los AG.

La síntesis del malonil CoA está catalizada por la acetil CoA carboxilasa, que contiene una biotina como grupo prostético.

Los intermediarios en la síntesis de los AG están unidos a una proteína portadora de acilos:En concreto, los AG están unidos al sulfhidrilo terminal de un grupo fosfopanteteína, que está unido a un residuo de serina de la proteína portadora de acilos. La ACP es una cadena polipeptídica de 77 acilos que puede considerarse como grupo prostético gigante, un “macro CoA”.

El ciclo de elongación en la síntesis de los AG: El sistema enzimático que cataliza la síntesis de AG de cadena larga saturada a partir de acetil CoA, malonil CoA y NADPH se conoce como ácido graso sintetasa. La fase de elongación de la síntesis de AG comienza con la formación de acetil-ACP y malonil-ACP. La acetiltransacilasa y la maloniltransacilasa catalizan estas reacciones.

Acetil-CoA + ACP Acetil-ACP + CoAMalonil-CoA + ACP Malonil-ACP + CoA

La maloniltransacilasa es muy específica, mientras que la acetiltransacilasa puede transferir grupos acilos diferentes al acetilo, aunque a una velocidad mucho más lenta. Los AG de un número impar de átomos de carbono se sintetizan comenzando con el propionil-ACP, que se forma a partir del propionil-CoA por la acetil-transacetilasa. El acetil-ACP y el malonil-ACP reaccionan para formar el acetacetil-ACP. Esta reacción está catalizada por el enzima condensante del acil-malonil-ACP.

En la reacción de condensación, se forma una unidad de cuatro carbonos a partir de una unidad de dos carbonos y otra de tres mientras se libera CO2. La respuesta es que el equilibrio para la síntesis de acetacetil-ACP a partir de dos moléculas de acetil-ACP es muy desfavorable. Por el contrario, si el malonil-ACP es una de las sustancias reaccionantes, se favorece la reacción porque su descarboxilación contribuye a un decrecimiento sustancial en la energía libre.

Las tres etapas siguientes de la síntesis de AG reducen el grupo ceto en C-3 hasta grupo metileno. Hemos de tener en cuenta que el NADPH se consume en las reacciones biosintéticas, mientras que el NADH se genera en las reacciones productoras de energía. Además, encontramos la enzima tioesterasa que actúa como una regla para determinar la longitud de la cadena de AG.

En los eucariotas los AG son sintetizados por un complejo enzimático multifuncional: Las AG sintetasas en las eucariotas, al contrario de la E.Coli, tienen los componentes enzimáticos unidos en una gran cadena polipeptídica. La AG sintetasa de mamíferos es un dímero de 3 subunidades idénticas de 260Kd:

o El dominio 1 es del de entrada de sustrato y condensación, y contiene la acetiltransferasa, la maloniltransferasa y la beta acetoacetilsintetasa.

o El dominio 2 es la unidad de reducción, y contiene la proteína portadora de acilos, la beta-cetoacilreductasa, la deshidratasa y la enoilreductasa.

o El dominio 3 es la unidad de liberación del palmitato, que contiene esterasa.A partir de estos dominios podemos decir que en una sola cadena polipeptídica hay 7 centros catalizadores. Una ventaja de esto es que la actividad de síntesis de los diferentes enzimas se realiza de forma coordinada. De hecho, un complejo multienzimático formado por enzimas unidos covalentemente es más estable que otro formado por uniones no covalentes.

La unidad flexible de fosfopanteteína de la ACP transporta el sustrato de un CA a otro. Estequiometría de la síntesis de los AG: La estequiometria de la síntesis de palmitato es:

Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14NADPH + 20H+ palmitato + 7CO2 + 14NADP+ + 8CoA + 6H2O

La ecuación para la síntesis de malonil CoA es:

7 Acetil-CoA + 7CO2 + 7ATP 7 malonil- CoA + 7ADP + 7Pi + 14H+

La Estequiometria TOTAL para la síntesis de palmitato sería:

8 Acetil-CoA + 7ATP + 14NADPH + 6H+ Palmitato + 14NADP+ + 8CoA + 6H2O + 7ADP + 7Pi

El citrato transporta grupos acetilo desde la mitocondria hasta el citosol para la síntesis de AG: La síntesis de palmitato requiere una aportación de 8 moléculas de acetil-CoA, 14 deNADPH y 7 ATP. Los AG se SINTETIZAN EN EL CITOSOL, mientras que el acetil-CoA se forma a partir del piruvato en la mitocondria. Por lo que el acetil CoA se ha de pasar de la mitocondria al citosol, pero la mitocondria no es permeable al acetil CoA. La barrera para transportar el acetil-CoA queda salvada por el citrato, el cual transporta grupos acetilo a través de la membrana interna mitocondrial. El citrato se forma en la matriz mitocondrial por condensación del Acetil-CoA con oxalacetato. Cuando alcanza concentraciones altas, el citrato es transportado al citosol, donde se esciende por acción de la ATP-citrato liasa.

Fuentes de NADPH para la síntesis de AG: El oxalacetato formado en la transferencia de grupos acetilo al citosol ha de volver a la mitocondria. La membrana mitocondrial es también impermeable al oxalacetato, por lo que se necesitan diferentes reacciones:

o Primero, el NADH reduce al oxalacetato a malato por la malato DH del citosol.o Segundo, el malato se descarboxila por un enzima málico dependiente de NADP+.

Malato + NADP+ piruvato + CO2 + NADPHo Tercero, el piruvato formado se difunde hacia la mitocondria, donde lo carboxila la

piruvato carboxilasa hasta oxalacetato.La suma de las reacciones es:

NADP+ + NADH + ATP + H2O NADPH + NAD+ + ADP + Pi + H+.

Así pues, se genera un NADPH por cada acetil- CoA transferido desde la mitocondria al citosol. Por lo tanto, se forman 8 moléculas de NADPH cuando se transfieren 8 moléculas de acetil-CoA al citosol para la síntesis de palmitato. Los 6 NADPH adicionales que se requieren para este proceso proceden de la vía de las pentosas fosfato.

La acetilcoenzima A carboxilasa ejerce una fx clave en el control del metabolismo de los AG: La síntesis de AG es máxima cuando abundan los carbohidratos y cuando escasean los AG. La acetil-CoA carboxilasa desempeña un papel clave en la regulación de la síntesis y degradación de los AG. La carboxilasa está controlada por 3 señales:

o Glucagóno Adrenalinao Insulina

La insulina estimula la síntesis de los AG mediante la activación de la carboxilasa, mientras que glucagón y adrenalina tienen el efecto opuesto.Regulación global: La regulación global se lleva a cabo por medio de la fosforilación reversible. La acetil-CoA carboxilasa se inactiva por la fosforilación y se activa por la desfosforilación. La modificación de un solo residuo de serina por una proteína quinasa dependiente de AMP convierte a la carboxilasa en una forma inactiva. El grupo fosforilo de la carboxilasa inactiva se extrae mediante la proteína fosfatasa 2A.

Regulación local: La acetil CoA carboxilasa se estimula alostéricamente por el citrato. El citrato facilita la polimerización de los octámeros inactivos a filamentos activos. La concentración de citrato es alta, cuando el acetil CoA y el ATP son abundantes. Una concentración elevada de citrato significa que hay disponibilidad de unidades de dos carbonos y ATP para la síntesis de AG. El efecto estimulador de citrato se ve contrarrestado por la presencia de palmitoil- CoA que está presente cuando hay excesos de AG.Regulación a la dieta: La síntesis y degradación de los AG se enucentran reguladas de modo que no pueden ser activas las 2 a la vez. Durante el ayuno, aumenta el nivel de los AG porque las hormonas como la adrenalina y el lgucagón estimulan a la lipasa de las células adiposas. La insulina por el contrario, inhibe la lipólisis. El malonil CoA inhibe a la carnitina actiltransferasa 1, evitando el acceso de los AG a la matriz mitocondrial en momentos de plenitud. El control a largo plazo, está mediado por cambios en las velocidades de síntesis y

degradación de los enzimas que participan en la síntesis de los AG. Esta regulación se llama control adaptativo.

La elongación y la insaturación de los AG se realizan por sistemas enzimáticos accesorios: El producto principal de la ácido graso sintetasa es el palmitato.

Las hormonas eicosanoideas derivan de los AG poliinsaturados: El araquidonato es el precursor más importante de varias moléculas señal:

o Prostaglandinaso Tromboexanoso Leucotrienos

Las prostaglandinas son AG de 20 C que contienen un anillo de 5 C. Las prostaglandinas y otros eicosanoides son HORMONAS LOCALES.

Coenzima: son cofactores orgánicos no proteicos, termoestables, que unidos a una apoenzima constituyen la holoenzima o forma catalíticamente activa de la enzima.Cofactor: es un componente no proteico, termoestable y de bajo peso molecular, necesario para la acción de una enzima. El cofactor se une a una estructura proteica denominada apoenzima, y a este complejo se le denomina holoenzima.