Metabolismo de la Glucosa (Enzimas clave)
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ENZIMAS CLAVE
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La glucólisis o glicólisis es la vía metabólica encargada
de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10
reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en
dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así
continuar entregando energía al organismo
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EC 2.7.1.1
Tipo Transferasa (Subclase quinasa)
Coenzimas/
Cofactores
Mg2+
ATP
InhibidoresG6P
ATP
Km 0.032-3.8 mM
ΔG°´-16.7
-20.9 ( Músculo cardiaco)
ΔG -27.2 ( Músculo cardiaco)
Isoenzimas
Hexoquinasa 1
Isoforma 1 (HKI): presente en todas las
células.
Isoforma 2 (HK-R): en eritrocitos.
Isoforma 3 y 4 (HKI-ta/tb): tejido testicular.
Isoforma 5 (HKI-td): tejido testicular.
Hexoquinasa 2: predominantemente en
músculo esquelético. Su expresión esta
modulada por la insulina.
Hexoquinasa 3: se encuentra en leucocitos
Hexoquinasa 4 (Glucoquinasa)
Isoforma 2: principal isoforma expresada en
hígado.
Isoforma 3: específica del hígado
Estructura 3D de hexoquinasa de levadura.
Hexoquinasa libre (a) y hexoquinasa unida a
glucosa (b).
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Regulación
Hígado Es inhibida por G6PKm=10nM
Músculo No es inhibida por G6PKm=o.1mM
Regulación glucoquinasaComparación de la cinética de la hexoquinasa IV
(glucoquinasa) y hexoquinasa I
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EC 2.7.1.11
Tipo Tranferasa
Estructura Homotetrámero
Coenzimas/Cofactores
Mg2+
Co2+
Mn2+
Activadores
AMP
ADP
cAMP
FBP
F26BP
F6P
NH+4
Pi
Inhibidores
ATP
Citrato
Fofoenolpiruvato
Km(mM)0.0151-0.25 (ATP)
0.047-0.45 (Fructosa 6-fosfato)
ΔG°´(kJ/mol)-14.7
-17.2(Músculo cardiaco)
ΔG(kJ/mol) -25.9(Músculo cardiaco)
Isoenzimas
PFK-1: principal enzima reguladora de la glucólisis.PFK-2: cataliza la formación de fructosa-2,6-difosfato
(F2,6P).
Tetrámero de PFK (Homo sapiens)
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Regulación
Es una enzima alostérica.
Presenta:
Conformación T: Poca afinidad por F6P.
Conformación R:Afinidad por F6P.
Relación [F6P] mM vs actividad de
PFK
Imagen sobrepuesta de los cambios en estado T
(azul) y estado R (rojo). *PGC es un inhibidor no
fisiológico análogo a PEP
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EC 2.7.1.40
Tipo Transferasa
Estructura
Dímero
Homotetrámero
Tetrámero
Coenzimas/Cofacto
res
K+
Mg2+
Mn2+
ADP
ATP
Activadores
AMP
PEP
FBP
InhibidoresATP (Músculo)
Alanina
Km(mM)0.24-14.1(ADP)
0.0003-2.1(Fosfoenolpiruvato)
ΔG°´(kJ/mol)-31.4
-23 (Músculo cardiaco)
ΔG(kJ/mol) -13.9 (Músculo cardiaco)
Isoezimas
En vertebrados se presentan 4:
L (Hígado)
R (Eritrocitos)
M1(Músculos, corazón y cerebro)
M2
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RegulaciónEn una enzima alostérica
En hígado se desactiva por fosforilación en respuesta a glucagón.
Inhibición por ATP, acetyl Co-A y ácidos grasos
Activación por acumulación de F16BP
Inhibición por acumulación de alanina
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Implicaciones clínicas
La deficiencia en piruvato quinasa, debida a una mutación en el gen
PK-LR, origina alteraciones únicamente, en los eritrocitos, porqueestas células no son capaces de compensar el defecto enzimático.Por ello, la deficiencia de esta enzima es causa principal de laanemia hemolítica no esferocítica que puede provocar incluso lamuerte de los pacientes.
Los fármacos utilizados para inhibir a la PK (leishmaniosis) Puedenalterar las funciones hepática y renal.
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Principal fuente de obtención de poderreductor en forma de NADPH y que ademáspermite la obtención de una variedad demonosacáridos.
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EC 1.1.1.49
Tipo Oxidoreductasa
EstructuraPuede existir en forma
dimérica o tetramérica
Activadores Insulina
Inhibidores
NADPH
2,3-difosfoglicerato
ATP
Glucosa
Km(µM)7.07(NADP)
52 (G6P)
ΔG(kJ/mol) -17.6 (Hígado)
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Regulación
Es regulada por la concentración de NADP+
(disposición de substrato). Cuando se consumeNADPH, la concentración de NADP+ incrementa, loque incrementa el ritmo de la reacción de laglucosa 6-fosfato deshidrogenasa y por tantoestimulando la regeneración de NADPH.
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Implicación clínica
La deficiencia de la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) es el trastorno enzimático
más frecuente del glóbulo rojo (GR). Tanto la disminución como la ausencia de la enzima aumentan la vulnerabilidad del GR al estrés oxidativo provocado por algunos fármacos o la ingesta de habas.
Favismo: Es una intolerancia a la ingestión de habas o a la inhalación del polen de la planta Vicia faba originaria de Asia de la que proviene dicha legumbre.
Los individuos sensibles tienendisminuidos los niveles de glucosa6-fosfatodeshidrogenasa (G6PD) y los deglutatión reducido (GSH) de susglóbulos rojos.El organismo mantiene nivelesadecuados de GSH por la acción de laglutatión reductasa, a partir delglutatión oxidado (GSSG), con elNADPH. Al disminuir los niveles deNADPH no puede reducir el GSSGagravando la disminución de GSH.
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Principal ruta anabólica parala síntesis de glucosa apartir de intermediariosmetabólicos, principalmenteel piruvato.
En mamíferos se lleva a caboúnicamente en el hígado yen la corteza renal.
Ocurre principalmente en elcitosol, si bien el primerpaso ocurre en el interior dela mitocondria.
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EC 6.4.1.1
Tipo Ligasa
Estructura
Homotetrámero
~130 Kd (cada
subunidad)
Coenzimas/Cofactores
Biotina
ATP
Mg2+
Mn2+
ActivadoresAcetil-CoA
Biotina
Inhibidores L-aspartato
Km(mM)
0.22-0.25 (ATP)
1.75-3.2(HCO3-)
0.08-0.23(Piruvato)
ΔG°´(kJ/mol) -2.1
Piruvato + HCO3- + ATP Oxalacetato +
ADP + Pi
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RegulaciónEs regulada por las concentraciones de acetil-CoA, la acumulación de este indica que se requiere la producción de oxalacetato.El acetil-Coa es un potente activador alostérico de esta enzima.Si el ciclo del ácido cítrico esta inhibido (por ATP o NADH) el oxalacetato es
utilizado en la gluconeogénesis.
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Implicación clínica
Las células malignas presentan actividad glicolítica incrementada
también, se ha encontrado actividad elevada de PC en tumoreshepáticos, lo que demuestra que una función elevada anormal de PCde relaciona con la proliferación de células tumorales.
Tratamiento por inhibición
Uno de los inhibidores probados hasta hoy es la avidina, unaglicoprotíena de la clara de huevo. Esta tiene una alta afinidad por labiotina, lo que lo vuelve un potente inhibidor de enzimas dependientede biotina
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EC 4.1.1.32
Tipo Liasa
EstructuraMonómero
~630 residuos
Coenzimas/
Cofactores
GTP
Mg2+
Mn2+
Activadores Mn2+ (óptima a 0.7mM)
Inhibidores Mn2+ (a concentraciones mayores de 0.7mM)
Km(mM)
0.034-20.6 (GDP)
0.023-0.064(GTP)
6.8-20.7(Oxalacetato)
0.036-1.256 (Fosfoenolpiruvato)
ΔG°´(kJ/mol) 0.9
ΔG (kJ/mol) -25
IsoenzimasPEPCK1 o PEPCK-C: Citosólica
PEPCK2 o PEPCK-M: Mitocondrial
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Cataliza la hidrólisis irreversible del fosfato C-1 presente en la fructosa 1,6-bifosfato.
Fructosa 1,6-bifosfato + H2O Fructosa 6-fosfato + Pi
EC 3.1.3.11
Tipo Hidrolasa
Estructura
Tetrámero
36.842 kD
338 aminoácidos
Coenzimas/Cofactores Mg2+
ActivadoresK+
Citrato
Inhibidores
Fructosa 2,6-bifosfato
AMP
Ca2+
Km(mM) 0.00077-0.0034
ΔG°´(kJ/mol) -16.3
Regulación PKF vs regulación FBPase
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Cataliza la reacción final de la gluconeogénesis.
Glucosa 6-fosfato + H2O Glucosa + Pi
EC 3.1.3.9
Tipo Hidrolasa
Coenzimas/Cof
actoresMg2+
Activadores
Mg2+
Glucosa (en altas
concentraciones)
Inhibidores Insulina
Km(mM)1-4.3 (Glucosa 6-
fosfato)
ΔG°´(kJ/mol) -13.8
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En un efector alostérico para las PFK y para FBPase-1.
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La fructosa 2,6-bifosfato es producida a través dela fosforilación de la fructosa 6-fosfato, por laenzima fosfofructoquinasa-2 (PFK-2) y esdegradada por fructosa 2,6-bifosfatasa (FBPase-2)
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Los puntos clave para la diferenciación
y control de ambas rutas son:
Hexoquinasa/Glucosa 6-fosfatasa
Fosfofructoquinasa/Fructosa 1,6-bifosfatasa
Piruvato quinasa/Piruvato carboxilasa y Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa
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Consulta de características de enzimas en: BRENDA (www.brenda-enzymes.org) y UniProt(www.uniprot.org/)
Voet;Voet.(2011).Biochemistry.4th Edition.USA, JOHN WILEY & SON,INC. Lehninger; Cox.(2006) Principios de Bioqúimica.4 Edición. Ediciones
Omega Jiménez; Et al.(2009).Efectos del Ejercicio sobre los mecanismos
celulares para la captación de glucosa en el músculo esquelético.REB 28 (4):115-124
Zeczycki; Et al. (2010)Inhibitors of Pyruvate Carboxylase. Open EnzymInhih J.; 3: 8-26
Rodriguéz; Gallego.(1999) Tratado de Nutrición.Madrid, Dias de Santos Feduchi; Et.al.(2015) Bioquímica: Conceptos esenciales. 2daEdición Contretas; Et al.(2001).Nuevos aspectos en el tratamiento de la diabetes
mellitus tipo 2. Archivos Venezolanos de Farmacología y Terapéutica, Volumen 20 - Número 1, (6-26)
Universidad de Buenos Aires. Bioquímica (Regulación Metabólica) www.fmed.uba.ar/depto/bioqhum/Seminario%2019%20Integracion%20metabolica%20(2).pdf