Glucólisis

Es una ruta que tiene lugar en el citosol y cuyo sustrato inicial principal es la glucosa aunque también se metabolizan a través de ella otros azúcares como otras hexosas y triosas.

En 10 pasos o reacciones, transforma 1 molécula de piruvato, generando en el proceso 2 moléculas de ATP.

En el conjunto de la ruta puede dividirse en 2 fases distintas: una primera fase de inversión de energía que comprende las 5 primeras reacciones, y una segunda fase de generación de energía, que comprende a las 5 últimas reacciones.

La primera fase, la de inversión de energía, rompe el carbono y la segunda, consigue energía

 

Primera fase de inversión de energía:

1.       Hexoquinasa: enzima que transforma glucosa en glucosa-6-P. Las enzimas que requieren ATP necesitan Mg2+ ya que se acompleja con el ATP. La hexoquinasa posee una amplia especificidad por hexosas (manosa y fructosa) aunque su mayor afinidad la presenta por la glucosa (Km de 0.01-0.1 mM)

El control es por una competición por el sustrato.

Actúa a concentraciones cercanas a la saturación (concentraciones intracelulares de glucosa son elevadas).

El hígado posee una isoforma de la hexoquinasa estándar, la Glucoquinasa.

La Glucoquinasa posee una Km para la glucosa elevada (10mM) con respecto a la Hexoquinasa aunque no posee afinidad por otros azúcares. Además, no se inhibe por su producto, la glucosa 6-P. Está destinada al almacenamiento de glucosa en el hígado en forma de glucógeno.

*Isoenzima: distintas enzimas que catalizan la misma reacción pero que tiene pequeños detalles que las diferencian, como la afinidad, como se regula... Están codificadas en el genoma por genes distintos.

2.       Segunda reacción: fosfoglucoisomerasa. Tienen una relación de tautomería.

Si se cortase una molécula como la glucosa (hexosa), es más complicado por lo que la isomerizas para así dejar libre el carbono 1. Así además se puede cortar entre el carbono 3 y 4.

3.       Tercera reacción: fosfofructoquinasa

·       Bis-fosfato: dos fosfatos unidos a dos puntos diferentes.

Di-fosfato: dos fosfatos unidos entre sí y a la molécula.

Se consume el 2º ATP y es el punto más importante de control de la ruta.

Es una enzima alostérica sensible a la situación energética de la célula y a las concentraciones de metabolitos intermediarios de otras rutas como el citrato o los ácidos grasos.

4.       Cuarta reacción: Fructosa-1,6-bifosfato aldolasa o aldolasa.

El AG es muy positivo, por lo que en condiciones estándar debería ir en sentido fisiológico. No es lo mismo las condiciones estándar como las condiciones reales y al ver poco producto, empuja la reacción hacia la derecha. La glucólisis funciona próxima al equilibrio.

5.       Quinta reacción: Triosa fosfato isomerasa.

Se vuelve a isomerizar, una tautomería. Esto se debe a que la fase siguiente transcurre con G3P dado que la otra no puede usarse en las siguientes reacciones, sino, se perderían 3 carbonos.

Segunda fase de generación de energía

6.       Gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa.

Las deshidrogenasas quitan átomos de hidrógeno oxidando así a las moléculas.

Se genera el primer intermediario de elevada energía y un par de equivalentes reductores.

Tiene lugar una oxidación del C carbonílico a C carboxílico. Esta oxidación es un proceso exergónico de tal manera que la energía que se libere en la reacción se aprovechará para generar el intermediario de elevada energía, un compuesto con un enlace ácido carboxilico‐fosfato o acil‐fosfato

El mecanismo de catálisis se basa en la formación de un enlace tiohemiacetal entre el C carbonílico y una Cys del centro activo de la enzima.

Tras la formación de un tiohemiacetal, éste se oxida hasta formar un tioéster, un enlace de alta energía.

*Intermediario tiohemiacetal: Sustituido un oxígeno por azufre.

Un enlace fosfato o un tioester, son enlaces de alta energía y forman así intermediarios de alta energía.

Se tiene que liberar la molécula del bolsillo catalítico, para ello se utiliza el ataque nucleofílico y se rompe el enlace con el azufre y se une con un O de un fosfato. No se utiliza una molécula de agua porque entonces perdería su condición de intermediario de alta energía. Esto es una fosforólisis.

Así la enzima lo que hace es catalizar una fosforólisis.

La fosforólisis del tioéster por un Pi consigue preservar la energía del enlace en forma de acil‐ fosfato.

 

7.       Fosfoglicerato quinasa:

La energía de hidrólisis del 1, 3‐bisfosfoglicerato conduce el primer paso de fosforilación a nivel de sustrato.

En condiciones reales, la enzima funciona próxima al equilibrio.

Ahora ya el balance neto de ATP es 0, los dos que perdíamos los hemos recuperado.

8.       Fosfoglicerato mutasa:

9.       Enolasa

Transforma el 3-fosfoglicerato en fosfoenolglicerato. Es otra enzima que funciona próxima al equilibrio.

El enlace O-PO3 2- es un enlace de alta energía porque sin el PO3 2- es un enol y éstos termodinámicamente tienden a la forma cetónica y eso termodinámicamente forma inestabilidad al impedírselo el PO3 2-.

10.   Piruvato quinasa.

Segunda fosforilación a sustrato.

La piruvato quinasa supone otro de los puntos importantes de regulación de la ruta.

La enzima hepática posee regulación alostérica, de manera que se inhibe en presencia de niveles elevados de ATP y se activa en presencia de fructosa-­‐1,6-­‐bisfofato.

Las concentraciones de piruvato quinasa hepática se controla de manera genética.

La actividad de la enzima hepática también se regula por fosforilación/desfoforilación. La enzima desfosforilada es activa, mientras que la versión fosforilada es inactiva.

En respuesta a señales hormonales (y cuando los ácidos grasos y el ácido cítrico han cubierto las necesidades energéticas de la célula), se fosforila la enzima con lo que el fosfoenolpiruvato se deriva hacia la gluconeogénesis.

En cambio, en el músculo la isoforma correspondiente de la piruvato quinasa es insensible a este último mecanismo de regulación. Casi todo el fosfoenolpiruvato se transforma a piruvato.