Metabolismo de Carbohidratos: Ciclo de Krebs, Glucólisis y Gluconeogénesis

Metabolismo de Carbohidratos: Procesos Clave y Regulación

Ciclo del Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs)

El ciclo del ácido cítrico es una ruta metabólica central en la respiración celular. Se genera poder reductor en forma de NADH+H+, excepto cuando se transforma succinato en fumarato, que se genera poder reductor en forma de FADH2.

La molécula de Acetil-CoA se utiliza en una reacción de condensación al inicio del ciclo.
La enzima Succinato sintasa cataliza la conversión de succinil CoA a succinato, obteniendo energía en forma de GTP en el hígado y ATP en el músculo.
La enzima Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa es un complejo multienzimático constituido por tres enzimas y cinco coenzimas, cuya función es unir coenzima A y descarboxilar.
La reacción de oxidación catalizada por la Malato deshidrogenasa para formar oxalacetato es correcta.
La enzima Succinato deshidrogenasa participa en el ciclo del ácido cítrico y forma parte de uno de los complejos respiratorios.
La reacción catalizada por la Succinil-CoA sintetasa (succinato tioquinasa) es una fosforilación a nivel de sustrato que permite la síntesis de GTP (o ATP).
El ciclo del ácido cítrico es una ruta anfibólica, ya que tiene carácter tanto anabólico como catabólico.
En el ciclo del ácido cítrico, hay cuatro reacciones redox.
Se libera CO2 en las reacciones catalizadas por la isocitrato deshidrogenasa y por la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.
La carboxilación del piruvato que genera oxalacetato es una de las reacciones anapleróticas del ciclo de Krebs.
La enzima Mala deshidrogenasa (enzima málica) cataliza una deshidrogenada dependiente de FAD en las reacciones anapleróticas.
La Alfa-cetoglutarato deshidrogenasa cataliza una reacción del ciclo de Krebs del tipo descarboxilación oxidativa.

Glucólisis

La glucólisis es la vía metabólica que degrada una molécula de glucosa a dos moléculas de piruvato, con una obtención neta de 2 moléculas de ATP y 2 de NADH+H+.

La enzima Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) lleva a cabo la transformación de la fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato.
La PFK-1 se activa ante un aumento de fructosa-2,6-bisfosfato.
La PFK-1 hepática se activa por altas concentraciones de fructosa 2,6 bisfosfato en la célula y de insulina en la sangre.
La actividad de la PFK-1 es inhibida por ATP y activada por fructosa-2,6-bisfosfato.
La Fructosa-1,6-bisfosfato aldolasa cataliza la ruptura de fructosa 1,6-bisfosfato en dihidroxiacetona-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
El factor indispensable para mantener activa la glucólisis es el NAD+.
La reacción catalizada por la Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa produce NADH+H+ y un compuesto rico energéticamente.
La etapa de la vía glucolítica que implica consumo de ATP es la transformación de fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato.
La glucólisis hepática se inhibe en todas las situaciones, excepto en estados de ayuno.
La fructosa-1,6-bisfosfato activa a la Piruvato quinasa, facilitando que la glucólisis continúe hasta la formación de piruvato.
El producto final de la glucólisis anaeróbica es el lactato.
En ausencia de oxígeno, el piruvato formado en la glucólisis se transforma en lactato en el músculo.
La vía glucolítica produce NADPH+H+ que en condiciones aerobias es reoxidado a NADP+ en la cadena respiratoria.

Gluconeogénesis

La gluconeogénesis es una ruta anabólica que sintetiza glucosa a partir de sustratos no glucídicos.

Se emplean 4 moléculas de ATP en la gluconeogénesis para la síntesis de glucosa.
En el hígado, al recibir la señal del glucagón, se inhibe la glucólisis y se activa la síntesis de glucosa para que vaya a la sangre y sea aprovechada por el cerebro en situación de ayuno.
La conversión de oxalacetato en fosfoenolpiruvato tiene lugar en la gluconeogénesis.
Se necesita biotina para la gluconeogénesis.
El lactato suministrado por el músculo es utilizado para la síntesis de glucosa.
Todos los aminoácidos son válidos para realizar la gluconeogénesis, excepto la leucina y la lisina.
La gluconeogénesis es activa en hígado y corteza suprarrenal en condiciones de ayuno.
La enzima Piruvato quinasa invierte su acción en la gluconeogénesis por acción de la Piruvato carboxilasa y la Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa.
La fosfoenolpiruvato carboxiquinasa tiene regulación a largo plazo dependiente de hormonas.
No se necesita una etapa mitocondrial para la gluconeogénesis cuando el sustrato es glicerol.

Metabolismo del Glucógeno

El metabolismo del glucógeno implica su síntesis (glucogénesis) y degradación (glucogenólisis).

La enzima clave en la regulación de la síntesis del glucógeno es la Glucógeno sintasa.
El glucagón induce la fosforilación de la Fosforilasa quinasa, la Glucógeno fosforilasa, la proteína fosfatasa y la proteína inhibidora de la Fosfatasa.
La Glucógeno fosforilasa cataliza la hidrólisis de enlaces alfa(1-4) liberando glucosa-1-fosfato y la hidrólisis de enlaces alfa(1-6) liberando glucosa.
La Glucógeno fosforilasa cataliza la degradación del (glucógeno)n a (glucógeno)n-1 + glucosa.
El inhibidor alostérico de la Glucógeno fosforilasa en la glucogenólisis hepática es la glucosa.
La Glucogenina une glucosa en un residuo de tirosina (Tyr).
La enzima Glucosa-6-fosfatasa cataliza una etapa irreversible de la glucogénesis.
Para que la glucosa-6-fosfato pueda almacenarse en forma de glucógeno, se requiere UTP.
En la regulación por fosforilación-desfosforilación de la glucógeno fosforilasa, la proteína fosfatasa que desfosforila la enzima puede inhibirse por unión a un inhibidor (inhibidor-1) que sólo es activo cuando se encuentra fosforilado.
El aumento de cAMP inducido por glucagón favorece la activación de la glucogenólisis.
La glucogenólisis muscular no depende de la ingesta y se ve afectada por el ejercicio.
En situación de ayuno, se asegura el aporte de glucosa a los tejidos a través de la activación de la glucogenólisis y gluconeogénesis hepáticas.
En situación de hiperglucemia, la respuesta hepática para mantener la homeostasis de la glucosa implica la inhibición de glucogenolisis y glucogénesis.
La enzima desramificante participa en la glucogenolisis.

Ruta de las Pentosas Fosfato

La ruta de las pentosas fosfato es una vía metabólica importante para la producción de NADPH y pentosas.

El Gliceraldehído-3-fosfato es un nexo común entre la glucólisis y la ruta de las pentosas fosfato.
Se sintetiza NADH+H+ para mantener activos los procesos antioxidantes y se sintetizan pentosas para la síntesis de nucleótidos.
Ante una demanda de pentosas-fosfato, se activa la glucólisis y la fase no oxidativa de la ruta.
Cuando se activa la glucólisis y la rama no oxidativa de la ruta de las pentosas fosfato, en la célula hay una alta demanda de Ribosa-5-fosfato.
La ruta de las pentosas fosfato genera NADPH+H+.
La ruta de las pentosas fosfato genera Ribosa.
La ruta de las pentosas fosfato no genera directamente energía en forma de ATP y es una vía muy flexible.

Regulación Hormonal y Otros Procesos

La fosfoproteína fosfatasa (PP1) no es inhibida por el calcio en la degradación del glucógeno en el hígado.
La bomba de sodio-potasio en el intestino, durante la digestión de carbohidratos, saca el Na al lumen del intestino con gasto de energía, para que la glucosa pueda entrar al intestino por el cotransportador SGLT 1.
Sin presencia de oxígeno, para que la glucólisis se mantenga activa, el NAD+ proviene de la oxidación del NADH+H+ a través de la fermentación láctica.
El Ciclo de Cori es un intercambio de lactato y glucosa entre el músculo y el hígado.
Los principales disacáridos de la dieta son la lactosa, maltosa y sacarosa.
En su composición, los proteoglucanos tienen mayor porcentaje de glúcidos que de proteína.
La glucogenina une glucosa en un residuo de tirosina.
En mamíferos, el glucógeno se almacena en el hígado para poder suministrar glucosa para su liberación a la sangre.
El glucagón y la adrenalina no activan el ciclo del ácido cítrico en cualquier tejido.
Los hidratos de carbono de la dieta pasan a la sangre como monosacáridos.
Los productos finales liberados por acción de la piruvato deshidrogenasa son CO2, acetil-CoA y NADH+H+.
Una de las funciones de los hidratos de carbono es de reserva energética.
El principal cofactor que se necesita para que la glucólisis esté activa es NAD+.
La glucólisis y la rama no oxidativa de la ruta de las pentosas fosfato pueden activarse cuando hay alta demanda de NADPH+H+.
Los monosacáridos se caracterizan porque las formas cicladas más comunes son conocidas como piranosas y furanosas.
La absorción de glucosa en el intestino a mitad del proceso digestivo se lleva a cabo a favor de gradiente de concentración.
En el ciclo del ácido cítrico existe una fosforilación a nivel de sustrato que permite la síntesis de GTP (o ATP).
La regulación hormonal del metabolismo de carbohidratos implica que niveles elevados de glucosa provocan la liberación de insulina y pueden activar tanto la glucólisis como la glucogenogénesis.
El glucagón se libera cuando la concentración de glucosa en sangre es baja.
La Ribulosa es una cetopentosa.
La D-Glucosa es una aldohexosa.