Mi intención es crear en una serie de artículos cortos como el que publico a continuación las rutas metabólicas básicas reacción a reacción de una forma simplificada. Es común abrir un libro y que te invadan a la vista un cuadro desordenado de rutas que se cruzan y donde no sabes que pasa ni porque, mi objetivo es clarificar un poco la bioquímica de cada compuesto simplificando las explicaciones comunes. Mi objetivo es explicar las rutas básicas una a una y aquí os presento la primera:

Un tema que se relaciona típicamente con la bioquímica es el metabolismo. Explicar desde un punto de vista químico las reacciones y el uso de la energía por y para sistemas biológicos es algo más que una ruta.

A continuación mostramos un mapa de las rutas metabólicas básicas que se dan en los mamíferos:

Este artículo pretende ser la primera entrega de una serie que defina el metabolismo de la bioenergía etapa por etapa repasando y estudiando cada uno de los compuestos principales.

La primera parte empieza por un compuesto energético típico, el glucógeno. En el presente artículo desglosamos toda las reacciones que se producen para modificar el glucógeno y acabar en piruvato.

Esquema

Nos introducimos directamente en el compuesto inicial del que parte nuestra ruta. El glucógeno es un glúcido, concretamente un polisacárido que está formado por múltiples repeticiones de una unidad menor, el monosacárido de glucosa. La función de este polímero es puramente energética motivo por el cual no se disuelve completamente en agua sino que forma u organiza dispersiones coloidales. A nivel fisiológico se almacena en órganos como el hígado y gran número de músculos donde su aporte energético es el principal.

A nivel estructural, el polisacárido puede contener más de 100.000 unidades del monómero de glucosa en haces o cadenas ampliamente ramificadas. Las cadenas incluyen las repeticiones de glucosa en forma de enlace glicosídico alfa 1-4 y distribuye sus ramificaciones con el enlace alfa 1,6. El hecho de mantener un compuesto altamente energético en forma de rama permite muchas ventajas para la fisiología de la bionoergética, además de aumentarla insolubilidad, ofrece múltiples puntos de extremos de glucosa no reductores. La importancia de estos extremos viene dada por la afinidad a enzimas que permiten la degradación inmediata en monómeros para ser utilizados inmediatamente. Para elaborar un símil bastante útil, podríamos decir que es más rápido arrancar numerosas moléculas desde tiempo t a t’ que hacerlo una a una mediante una molécula lineal de glucógeno.

 

Glucogenólisis:

La glucogénolisis es la primera etapa del metabolismo del glucógeno que permite desensamblar el polímero en diferentes moléculas de glucosa utilizadas para ese momento.

Aunque el proceso pueda parecer senzillo la realidad va algo más lejos de aquí.

Nos encontramos que el glucógeno a nivel celular se halla almacenado en las vacuolas. Mientras el glucógeno muscular se utiliza únicamente para la contracción, en el hígado se utiliza para mantener los niveles de glucosa en sangre a través de la regulación de diferentes hormonas como son la archifamosa adrenalina y el no tan conocido glucagón. El papel hormonal juega cierta importancia que detallaremos a continuación.

Por ahora toca dedicarse plenamente al paso de glucógeno a glucosa. A pesar de que tan solo intervienen dos enzimas es muy importante fijarse en la reacción global.

El primer enzima que participa es la glucógeno fosforilasa, una enzima encargada de deshacer el glucógeno en glucosa por fosforolisis, es decir, rotura gracias a un compuesto fosforilado. La escisión viene dada en la dirección desde el extremo no reductor al reductor. La enzima fosforilasa actúa en los enlaces glicosídicos 1,4 que forman cada rama lineal del glucógeno.

Así la reacción:

(glucosa) n + Pi3 ←→ (glucosa) n-1 + glucosa-1-P

Puede explicarse como la interacción de la cadena de glucosas (glucosa,n) con la enzima fosforiladora (Pi3) que origina un monómero de glucosa fosforilado (glucosa1P) y el resto de la cadena de glucógeno.

Esta reacción es muy favorable a nivel celular pero tan solo puede romper los enlaces lineales. La segunda enzima de la que hablaremos será aquella que permita romper los enlaces alfa 1-4, esta enzima desramificadora que se basa en la hidrólisis tiene dos funciones o actividades catalíticas diferentes. Mientras por una parte, transfiere glucosas al extremo no reductor, porla otra deshace los enlaces en alfa 1,6.

Como comentábamos antes, la glucogenólisis está regulada por diferentes hormonas según ciertos niveles fisiológicos del cuerpo.  Cuando se necesitan glúcidos o energía inmediata, glucagón y adrenalina fosforilan la enzima fosforiladora que degrada el glucógeno hasta llegar a glucosa. Cuando se necesita, la insulina crea cúmulos de glucosa a nivel celular. Este último paso se conoce como gluconeogénesis.

Hasta aquí hemos llegado a glucosa. Una vez tenemos la glucosa, debemos seguir degradándola para obtener más energía ya que el proceso anterior no ha dado ninguna forma de energía útil, solo preparaba las piezas o monómeros que más tarde la darán. El proceso por el cual la glucosa deriva en piruvato cumple una serie de pasos pero a partir de su llegada a piruvato puede seguir otras vías alternativas como son las fermentaciones, de las que ya hablaremos en el siguiente capítulo.

Foto glucosa:

La forma de glucólisis más importante es la de Emden-Meyerhof.

El primer paso consiste en el aporte energético de 2 moléculas de ATP para romper la glucosa en otros intermedios. Este paso consta de siete reacciones:

1)    Fosforilación de la glucosa: Para darle energía a la glucosa y que luego pueda romperse, una hexoquinasa transfiere un grupo P de un ATP a la glucosa. A  nivel químico, el ATP se une covalente al MG2+ para que el OH del último C de la glucosa pueda hacer un ataque nucleofílico y llevarse el P. DG negativa, se libera calor.

2)    Isomerización: Nos hallamos ante una reacción con una DG positiva y que necesita una enzima (glucosa6fosfato isomerasa). El cambio de glucosa 6P a fructosa 6P es importante en los pasos posteriores.

3)    Segunda fosforilación: Un nuevo ATP da lugar a la fructosa 1,6bifosfato. Este compuesto es el punto de control de la glucólisis ya que es un compuesto donde la reacción se vuelve irreversible y quedan descartados los compuestos y residuos que hasta ahora habían participado.

4)    Rotura: Se forman dos compuestos. Uno es el gliceraldehido y el otro es dihidroxiacetona.

5)    Isomerización: Solo el gliceraldehido puede seguir la glucólisis de manera que la otra molécula es isomerizada para que se de la reacción con más rendimiento del que cabría esperar.

El segundo paso consta de las siguientes reacciones y se basa en la obtención de energía: Estas reacciones se dan dos veces debido a la reacción cinco de isomerización.

-Oxidación:Se utiliza NAD+ para oxidar el gliceraldehido, ahora tenemos 1,3bifosfoglicerato.

– Formación ATP: El 1,3 bifosfoglicerato pasa a 3 fosfoglicerato pasando un ADP a ATP.

– El 3fosfoglicerato pasa a 2fosfoglicerato por la acción de fosfogliceratomutasa.

– El compuesto anterior pasa a fosfoenolpiruvato por la enolasa.

– Finalmente hallamos el piruvato y se forma ATP.

  • En el próximo capítulo hablaremos de las diferentes formas de fermentar y otros tipos de glucólisis asociadas.
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