BioQuímica II

Facultad de Ciencias de la Salud

John Sadat Bernal Guerrero
Químico
Dr. Sc. Química
Universidad Nacional de Colombia
js.bernal@uninavarra.edu.co
Lunes y martes de 10 am-12m y viernes de 7am-9am (meet.com)
Vías más significativas en
términos de la cantidad de
glucosa que fluye a través
de ellos en la mayoría de las
células.
 Glucólisis

Glucólisis (del griego glykys, que significa "dulce“ y lisis, que significa
"división"), una molécula de glucosa se degradada en una serie de
reacciones catalizadas por enzimas que producen dos moléculas del
compuesto piruvato.
Durante las reacciones secuenciales de la glucólisis, parte de la energía libre
liberada por la glucosa se conserva en forma de ATP y NADH.
La glucólisis fue la primera vía metabólica que se dilucidó y probablemente
sea la que mejor se entiende desde el descubrimiento de Eduard Buchner en
1897 de la fermentación en extractos de células de levadura hasta la
aclaración de toda la vía en levadura (por Otto Warburg y Hans von Euler-
Chelpin) y en músculo (por Gustav Embden y Otto Meyerhof), en la década
de 1930, las reacciones de la glucólisis en extractos de levadura y músculo
fueron el foco principal de la investigación bioquímica
DEGRADACIÓN

BIOSÍNTESIS
 Glucólisis
También conocida como la ruta del metabolismo se llevan a cabo 10
reacciones sucesivas asistidas catalíticamente por enzimas.
El balance general involucra un mol de glucosa (6C), que a través de
una última fragmentación e isomerización, resulta en la obtención
de se es transformada en dos moléculas de piruvato (3C), y energía
equivalente en nucleótidos y calor.
 Glucólisis
Inicialmente se requiere de la energía de los enlaces
fosfato de dos moléculas de ATP. Posteriormente se
producen dos nucleótidos (NADH) a partir de otros dos
nucleótidos (NAD+) y cuatro de ATP a partir de cuatro
de ADP:

+
𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎 + 2𝐴𝑇𝑃 + 4𝐴𝐷𝑃 + 2𝑃𝑖 + 2𝑁𝐴𝐷 → 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑒 →
+
2 Á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑖𝑟ú𝑣𝑖𝑐𝑜 + 2𝐴𝐷𝑃 + 4𝐴𝑇𝑃 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻 + 2𝐻 + 2𝐻2𝑂

Ocurre en el citosol, donde cada molécula de glucosa,

(6 átomos de carbono), se oxida parcialmente dando
lugar a dos moléculas de piruvato (3 átomos de
carbono). Se invierten dos ATP pero se generan cuatro.
 Fases de la glucólisis
La glucólisis se da en dos fases:

1) Fase endergónica o fase preparatoria

se invierten de dos moles de ATP por mol
de glucosa para iniciar el proceso.

1) Fase exergónica o fase de generación

de ATP
Se obtienen 4 moles de ATP, dos moles de
NADH + H+, y dos moles de piruvato por
cada mol de glucosa.
 Reacciones de la glucólisis
La glucólisis comienza con la fosforilación de la
glucosa a glucosa-6-fosfato, reacción llevada a cabo
por la enzima hexoquinasa. Luego la glucosa-6-
fosfato se transforma en fructosa-6-fosfato,
mediante la enzima fosfohexosa isomerasa. En la
tercera reacción, la fructosa-6-fosfato es
fosforilada para formar fructosa-1,6-bisfosfato, la
enzima involucrada es la fosfofructoquinasa I. La
fructosa-1,6-bisfosfato es clivada para formar dos
triosas: dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3
fosfato mediante la enzima aldolasa.
P
r
i
m
e
r
a

f
a
s
e
s
e
g
u
n
d
a

f
a
s
e
Irreversible en CEC
Inicialmente, la enzima
transforma el sustrato en
producto pero a medida que
avanza la reacción, se va
agotando la cantidad de
sustrato y va disminuyendo la
cantidad de producto que se
genera por unidad de tiempo
lo que disminuye la velocidad
de la reacción.
Hexoquinasa
- Km baja < 1mM glucosa
- Es inhibida alostericamente por la glucosa 6-fosfato

Glucoquinasa
- Km alta 10 mM glucosa
- No es inhibida por la glucosa 6 fosfato
-Es inducida su expresión por insulina e inhibida por glucagón
La hexoquinasa y la glucoquinasa son isoenzimas, es decir enzimas con diferente estructura
primaria, que catalizan reacciones de fosforilación, pero poseen diferentes pesos
moleculares, diferentes parámetros cinéticos como las velocidades de reacción y las Km.

a) Semejanzas:
Ambas enzimas son quinasas, es decir fosforilan; mediante este proceso se aseguran que la
glucosa no salga al espacio extracelular. Ambas son enzimas ubicadas en el citosol. Utilizan
el catión Mg2+ como cofactor. Ambas realizan reacciones endergónicas e irreversibles.
b) Diferencias:
glucoquinasa
Es específica para la D-glucosa, baja afinidad, por lo tanto alta Km=10 mM.
Localizada en el hígado y páncreas
Hexoquinasa
Fosforila D-glucosa, D-manosa y D-fructosa. Alta afinidad, por lo tanto baja Km=0,1 mM.
Localizada en todos los tejidos.
La regulación de la hexoquinasa
Depende de las concentraciones relativas de glucosa y glucosa-6-P. Mayor de glucosa en sangre, mayor
actividad enzimática, por lo que la velocidad de la glucólisis aumenta proporcionalmente.
Disminución de glucosa en sangre y aumento de glucosa-6-P, causa una disminución de la actividad debido a
la escases de sustrato aumento de producto. Entonces la G6P es un efector alostérico negativo de la
hexoquinasa.

La regulación de la glucoquinasa
Está dada de manera indirecta por las concentraciones de glucosa y glucosa-6-P.
Mayores concentraciones de glucosa-6-P, favorece su isomerización a fructosa-6-P. F6P induce el transporte
de glucoquinasa al interior, en donde se encuentra su proteína reguladora que la inactiva bajo estas
condiciones.
A mayor glucosa, el GLUT2 desencadena una cascada rápida en la cual la se desacopla la glucoquinasa de su
proteína reguladora; por lo tanto, puede ser nuevamente llevada al citosol, donde realiza su actividad
quinasa.
La regulación de la glucoquinasa también está dada de manera indirecta por la insulina, ya que esta hormona
regula la transcripción y expresión del gen de ésta enzima, por lo tanto, al haber mayores concentraciones de
insulina, se sintetizan más glucoquinasas que aceleran la glucólisis.
 Enzimas hexoquinasa y glucoquinasa
Enzima Características
Cerebro, hígado, riñón y pulmón.
Hexoquinasa I Su actividad no depende de insulina
Isoformas ( 1-HKI (PTC); 2-HKI-R(FEE); 3 y 4-HKI- Es inhibida por su producto.
ta/tb(TT) ; 5-HKI-td(TT) Km = 0,01-0,1 mM
Músculo esquelético, tejido cardiaco e hígado.
Hexoquinasa II Su actividad se incrementa con la insulina (modulador)
(MEM) Km = 0,01-0,1 mM
Mayoría de tejidos.
Hexoquinasa III Es inhibida por su producto (H6P) (modulador)
(L) Km = 0,01-0,1 mM
Hígado, páncreas.
Hexoquinasa IV (Glucoquinasa) Su actividad es incrementada con la insulina.
3 Isoformas (1-CIP); (2 y3-H) No es inhibida por su producto.
Km = 10 mM
 Hexoquinasa vs glucoquinasa
La glucoquinasa (GQ) y la hexoquinasa (HQ), catalizan la fosforilación de la glucosa.
Glucoquinasa glucogenogénesis en hígado
Hexoquinasa glucólisis hepática. Energía.
 Glucólisis aerobia
La glucólisis aerobia (desde piruvato), se acopla al ciclo de Krebs, a la cadena respiratoria y a
la fosforilación oxidativa procesos para los cuales el oxígeno es fundamental.
 Bioenergética de la glucólisis
La reacción global de la ruta glucolítica indica que un mol de glucosa produce 2 moles de
piruvato, 2 moles de ATP, 2 moles de NADH + H+ y 2 moles de agua, generando 22 kcal/mol

+ + °
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎 + 2 𝑁𝐴𝐷 + 2𝑃𝑖 + 2𝐴𝐷𝑃 → 2 𝑝𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻 + 4𝐻 + 2𝐴𝑇𝑃 + 2𝐻2 𝑂 ∆𝐺 = −22,0
𝑚𝑜𝑙

La reacción global es exergónica y por lo tanto favorable termodinámicamente.

Preguntas

1. Qué cantidad de energía de la glucólisis se libera como calor?

2. Cuál es el balance neto de la glucólisis aerobia?
3. Si la enzima fosfotriosa isomerasa está mutada, cuál sería el balance neto de la glucólisis?
 Sistemas conmutadores de hidrógenos o lanzaderas
Los sistemas conmutadores de hidrógenos, son procesos metabólicos que ocurren en la célula, su principal
función es introducir hacia la matriz mitocondrial las moléculas de NADH generados en el citosol (aerobia).
El NADH + H+ se transporta a la matriz mitocondrial oxidándose a NAD+ para luego producir mediante la
cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa producir energía. Este transporte se realiza mediante los
sistemas conmutadores de hidrógenos conocidos como lanzadera glicerol-3-fosfato (FADH2) y lanzadera
malato-aspartato (NADH + H+).
Lanzadera glicerol-3-fosfato
+
𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻 + 𝐹𝐴𝐷 → 𝑁𝐴𝐷 + + 𝐹𝐴𝐷𝐻2

cit mit cit mit

Lanzadera malato-aspartato
𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻+ + 𝑁𝐴𝐷 → 𝑁𝐴𝐷 + + 𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻 +

cit mit cit mit

Sistemas conmutadores de hidrógenos o lanzaderas
Sistemas conmutadores de hidrógenos.
Lanzadera glicerol-3-fosfato

El NADH + H+ que se produce durante la

glucólisis debe llevarse hasta la matriz
mitocondrial, pero la membrana interna
mitocondrial no es permeable a esta
molécula, los equivalentes reductores 2H+ +
2e- son transferidos desde el NADH + H+ a la
dihidroxiacetona fosfato, mediante la
enzima citosólica glicerol-3-fosfato
deshidrogenasa. El glicerol-3-fosfato
formado, se difunde hasta la matriz interna
mitocondrial donde ocurre la reacción
inversa.
 Sistemas conmutadores de hidrógenos.
Lanzadera glicerol-3-fosfato
El FADH2 formado en la mitocondria, por la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa
mitocondrial, es oxidado a FAD por el complejo II de la cadena respiratoria. Esta reacción
genera energía para el bombeo de protones (H+) al espacio intermembrana de la
mitocondria.
Lanzadera glicerol-3-fosfato
 Sistemas conmutadores de hidrógenos.
Lanzadera malato-aspartato.
La lanzadera de malato-aspartato transporta los equivalentes reductores 2H+ + 2e- del
NADH + H+ generado en la glucólisis, en forma de NADH + H+ hacia la matriz mitocondrial.
Estos sistemas de lanzadera evitan la formación de ácido láctico intracelular.
Lanzadera malato-aspartato
Pregunta

Si un mol de NADH + H+ es equivalente a 3 moles de ATP y 1 mol de

FADH2 es equivalente a dos moles de ATP, cual es el balance de la
glucólisis en moles de ATP, considerando las equivalencias descritas en
este enunciado?
Para:

• Lanzadera glicerol-3-fosfato

• Lanzadera malato-aspartato
 Glucólisis anaerobia
La glicólisis anaerobia es realizada por un gran número de células procariotas y eucariotas y
su fin es producir energía en condiciones carentes de oxígeno. La oxidación completa hasta
CO2 + H2O se da en células que poseen mitocondrias, pero en condiciones anaerobias, los
productos son ácido láctico, alcohol, y otros, conocidos como metabolitos secundarios.
Glucólisis anaerobia

Destinos catabólicos del piruvato

producido en la glucólisis
 Bioenergética de la glucólisis anaerobia
𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎 → 2 𝑙𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜 + 2𝐴𝑇𝑃 (No considera la CdTe- a O2)
El ATP en la célula se genera a partir de fosforilación a nivel de sustrato (ADP o GDP), en
lugar de la fosforilación oxidativa (a nivel de nutrientes).
En células con un aporte limitado de O2 (médula renal), o con pocas o ninguna mitocondria
(eritrocitos), o altas demandas de ATP (músculo esquelético durante el ejercicio), la
generación de ATP depende en gran medida de la glucólisis anaerobia.
 Lactato deshidrogenasa
La enzima más importante que se incrementa en el organismo en condiciones
anaerobias o en condiciones de alta exigencia energética, es la lactato
deshidrogenasa. Esta enzima transforma el piruvato en lactato, siendo el
piruvato el aceptor final de electrones para esta vía metabólica.
Lactato deshidrogenasa
 Producción de ácido láctico por glucólisis anaerobia
Diferentes tejidos en el organismo producen ácido láctico mediante glucólisis anaerobia.
Los eritrocitos son las células que más ácido láctico producen. Un hombre de 70 kg produce
alrededor de 115 g de ácido láctico por día, después de consumir 300 g de carbohidratos.
 Destino del ácido láctico (lactato)
La lactato deshidrogenasa oxida el NADH + H+ a NAD+,
reduciendo el ácido pirúvico a ácido láctico el cual se libera
al torrente sanguíneo. En condiciones patológicas puede
incrementar su concentración provocando acidosis láctica.

El lactato, ya en el torrente sanguíneo es asimilado por

varios tejidos entre los que se destacan: hígado, corazón,
músculo esquelético y cerebro.
Usos
• Síntesis de glucosa mediante gluconeogénesis
(hígado) e iniciar así el ciclo de Cori.
• Oxidación completamente hasta CO2 + H2O (músculo
esquelético y cardiaco).
Acidosis láctica
El ciclo de Cori y el ciclo de la alanina son funcionales entre
el hígado y los tejidos que oxidan parcialmente la glucosa.
Durante esta etapa se libera ácido láctico a la sangre.

En caso de hipoxia, intoxicación con etanol o tumores

grandes, se presenta acumulación de este ácido en la sangre
produciendo hiperlactoacidemia, siendo una de las acidosis
metabólicas más peligrosas y frecuentes.

La acidosis láctica produce en el paciente hiperventilación,

taquicardia y nauseas entre otros. Si la acidosis persiste, el
paciente sufre un shock y muere.

Pacientes con una concentración en sangre mayor de 25

mM (normal < 2 mM), rara vez sobreviven. En una actividad
muscular exagerada también se puede dar
hiperlactoacidemia.
DOI: 10.1016/S1695-4033(08)75251-2
Causas de la acidosis láctica
Insuficiencia cardiaca congestiva
Shock Séptico
Intoxicación por monóxido de carbono
Metahemoglobinemia (Fe+3, baja capacidad para liberar
oxígeno)
Anemia grave (bajo conteo de glóbulos rojos)
Intoxicación con cianuro
Deficiencia de hierro grave
Defectos enzimáticos mitocondriales
Convulsiones
Golpe de calor por ejercicio intenso
Tumor diseminado
Defectos enzimáticos gluconeogénicos
Insuficiencia hepática
Beriberi (por deficiencia de vitamina B1)
Lesión pulmonar
Rutas que encaminan
hacia la acidemia láctica
Enzima lactato deshidrogenasa
La lactato deshidrogenasa LDH es una enzima de la que se
conocen tres tipos de subunidades: H (LDHB), M (LDHA) y X
(LDHC), que presentan pequeñas diferencias en su secuencia
de aminoácidos. Los tipos H y M pueden asociarse
independientemente para formar tetrámeros, dando lugar a
cinco isoenzimas correspondientes a las cinco combinaciones
posibles, cada una de las cuales se encuentra
preferentemente en determinados tejidos y puede
identificarse mediante electroforesis.

LDH-1 (H4): en el músculo cardíaco y eritrocitos.

LDH-2 (H3M): en el músculo cardíaco y células sanguíneas.
LDH-3 (H2M2): en los pulmones.
LDH-4 (HM3): en los riñones, placenta y páncreas.
LDH-5 (M4): en el hígado y músculo esquelético.
LDH-6: en testículos e hígado.
 Enzima lactato deshidrogenasa
Pequeñas cantidades de LDH se pueden encontrar en el suero o
plasma sanguíneo, en líquido cefalorraquídeo y en líquido
pericárdico.

La LDH se puede usar como marcador inespecífico de lesión celular o

tisular (traumática, infecciosa o neoplásica en cualquier parte del
organismo), ya que en estas circunstancias las células liberan esta
enzima hacia la sangre.

La LDH al ser inespecífica no permite identificar la causa subyacente

o la localización de la lesión tisular. Es necesario enviar otros ensayos
en la evaluación o monitorización de trastornos que ocasionan daño
en los tejidos tales como enfermedades hepáticas, anemia
hemolítica, cáncer, meningitis, lesión muscular, insuficiencia renal,
sepsis, pancreatitis, VIH y otras. Es relativamente valiosa para el
diagnóstico y seguimiento del infarto agudo de miocardio pues su
elevación en este proceso es poco específica.

El rango normal en sangre de LDH es de 100 –190 U/L en adultos a

37°C.
http://stedmansonline.com/webFiles/Dict-Stedmans28/APP17.pdf
Enzima lactato deshidrogenasa

La enzima LDH-A es afín por el piruvato,

por lo que transforma esta molécula en
lactato, esta enzima es frecuente en
eritrocitos, músculo esquelético, piel y
otros tejidos.
La LDH-B está mas frecuente en hígado,
corazón, cerebro y otros tejidos que
demandan alta energía. Esta isoenzima
transforma el lactato en piruvato.
 Efecto Warberg y efecto Pasteur
El efecto Warberg se refiere al hecho de que las
células cancerosas, de una forma que parece
poco lógica, prefieren la fermentación como
fuente de energía en vez de una vía mitocondrial
más eficiente como la fosforilación oxidativa.
Las células en un tejido sano pueden usar la
fosforilación oxidativa (36 a 38 ATP), o la
glucólisis anaeróbica (2 ATP). Usando O2
obtienen 18-19 veces más energía en
comparación con la glucólisis anaeróbica. Los
tejidos normales solo usan esta vía menos
eficiente en ausencia de oxígeno, p. ej. los
músculos durante un esprint. Esto crea el ácido
láctico que causa la “quemazón muscular.
El efecto Pasteur define a la fermentación como un proceso completamente anaeróbico y la
inclusión del oxígeno la detiene o minimiza.
 El ciclo de Cori o ciclo del lactato
Premio Nobel de Medicina y Fisiología, 1947 (Salcedo, Gerti y Carl Cori )

Es el ciclo de circulación de glucosa y lactato entre el músculo y el hígado. El lactato producido se usa para
hacer gluconeogénesis en el hígado (1/3), y el ciclo de Krebs en el músculo (2/3).

Las células musculares se alimentan principalmente de glucosa (glucógeno), y de la circulación sanguínea

(hígado).

Durante el trabajo muscular prolongado, una gran actividad glucogenolítica anaeróbica, produce grandes
cantidades de lactato, que se difunde en la sangre para ser llevado al hígado. Esto se debe a que las células
musculares carecen de la enzima glucosa-6-fosfatasa, por lo que la glucosa fosforilada no puede salir a la
circulación.

El lactato en el hígado es convertido nuevamente en glucosa por gluconeogénesis, retornando a la circulación

para ser llevada de vuelta al músculo. Este proceso se repite si la actividad física o el ayuno continúan.

El ciclo de Cori es entonces, un mecanismo en donde el glucógeno se hidroliza a glucosa en el músculo y esta
a su vez se convierte en ácido láctico, el cual es transformado en glucosa en el hígado, para dar continuidad al
ciclo. Es la integración entre la glucólisis y la gluconeogénesis de diferentes tejidos del cuerpo.
 Balance energético en el ciclo de Cori o ciclo del lactato
En el músculo, el glucógeno (glucogenólisis), se hidroliza y produce glucosa-6-P, la cual se transforma vía glucólisis hasta
piruvato (2 mol), produciendo 2 mol de ATP por cada mol de glucosa (rendimiento neto). Las dos mol de piruvato se
transforman a 2 mol de lactato por fermentación láctica (falta de oxígeno), no ocurre ciclo de Krebs. (El CC también se
realiza en el eritrocito)

El lactato (2 mol), sale del músculo y se transporta hacia el hígado a través del flujo sanguíneo. Una vez en el hígado se
oxida a piruvato (2 mol), el cual se trasforma por gluconeogénesis a glucosa en este proceso se requieren 6 moles de ATP.
Por ende es un ciclo deficitario
𝐸𝑛 𝑚ú𝑠𝑐𝑢𝑙𝑜 (𝑔𝑙𝑢𝑐ó𝑙𝑖𝑠𝑖𝑠) 𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎 + 2𝐴𝐷𝑃 → 2 𝑙𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜 + 2 𝐴𝑇𝑃 + 2 𝐻2 𝑂 + 2𝐻 +
𝐸𝑛 ℎí𝑔𝑎𝑑𝑜 (𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑛𝑒𝑜𝑔é𝑛𝑒𝑠𝑖𝑠) 2 𝑙𝑎𝑐𝑡𝑎𝑡𝑜𝑠 + 6𝐴𝑇𝑃 + 4𝐻2 𝑂 → 𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎 + 6𝐴𝐷𝑃

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜: −4 𝐴𝑇𝑃

A pesar del déficit energético se tienen las siguientes virtudes:

• Se evita la acidosis láctica muscular (fátiga), y sanguínea.

• Se recupera glucosa a partir de lactato.
• Se redistribuyen las reservas de glucógeno muscular
 Ciclo de Cahill o ciclo de la
glucosa-alanina
el ciclo de Cahill incorpora la alanina que
proviene de la proteólisis principalmente de las
fibras musculares.
El NH4+ reacciona con el piruvato a través de una
transaminación obteniéndose alanina (aa
gluconeogénico).
La alanina pasa al hígado por el torrente
sanguíneo. Este aminoácido es desaminado, para
producir piruvato (el cual se convierte en glucosa
por gluconeogénesis (glucosa a partir de no
carbohidratos)) y glutamato.
Cuando las reservas de glucógeno se están agotando El glutamato hace una desaminación oxidativa a
como consecuencia de una larga actividad física o en
través de la glutamato-deshidrogenasa liberando
de nuevo el NH4+ el cual ahora se incorpora al
ayuno prolongado (inanición), se puede obtener ciclo de la urea.
energía a través de los aminoácidos ramificados. Los
aa se metabolizan liberando un esqueleto
Si la actividad física o el ayuno ha terminado, el
piruvato pasa nuevamente al músculo para
hidrocarbonado (el cual se lleva a la respiración regenerar la alanina y ser utilizada para la
celular) y el ion amonio (NH4+, neurotóxico, ciclo de síntesis de proteínas.
la urea (hígado)).
 Ciclo de Cahill o ciclo de la glucosa-alanina
La reacción de transaminación para transformar la alanina en piruvato es llevada a cabo por la enzima alanina
aminotransferasa (ALAT). En esta reacción el grupo amino de la alanina es transferido al -cetoglutarato que
se transforma en glutamato.
Regulación de la glucólisis
El flujo de glucosa a través del a glucólisis esta
regulado con el objetivo de obtener niveles
casi constantes de ATP. Los principales puntos
de regulación a nivel enzimático son:
• Hexoquinasa: disminuye su actividad a alta
concentración de g-6-P y aumenta a altas
concentraciones de Pi.
• Fosfofructoquinasa I: aumenta su actividad a
altas concentraciones de AMP y f-2,6-bP,
pero disminuye su actividad a altas
concentraciones de ATP y citrato.
• Piruvato quinasa: aumenta su actividad a
altas concentraciones de f-1,6-bP y
disminuye su actividad a altas
concentraciones de ATP.
 Concentración de los nucleótidos adenin
La concentración de AMP en el citosol está determinada por la posición en equilibrio
de la enzima adenilato-quinasa, (mioquinasa en el músculo) la cual cataliza la
siguiente reacción:

2𝐴𝐷𝑃 ↔ 𝐴𝑀𝑃 + 𝐴𝑇𝑃

La concentración de ATP es 10 veces mayor que la de ADP y 100 o mas veces mayor
que la de AMP, pero estos valores cambian continuamente dependiendo de la
actividad física realizada.

La concentración de AMP en el citoplasma incrementa varias veces, después de

iniciar una sesión de ejercicio y por lo tanto el AMP sirve como un indicador sensible
de la disminución de niveles de ATP.
Ejercicio
Explique la regulación de la
glucólisis según la siguiente gráfica,
en la cual se muestran los niveles
de ATP, ADP y AMP antes y
después de 20 minutos de
ejercicio.
El incremento en los niveles de AMP activa varias rutas metabólicas como la glucólisis,
glucogenólisis, oxidación de grasas, particularmente en el músculo, para asegurar la
homeostasis en el mantenimiento de ATP.
La PFK-1, esta sujeta a una completa regulación alostérica.
ATP entonces su actividad
ADP, AMP entonces su actividad

La PFK-1, se inhibe cuando la célula tiene mucho ATP y un buen suministro de ácidos grasos.
 Regulación de la fosfofructoquinasa I (PFK1)
Regulada alostéricamente por:

• Negativamente
ATP
Citrato
H+ ( pH bajo)
• Positivamente
AMP y ADP
Pi
Fructosa-2,6- bisfosfato

Estos compuestos modulan la velocidad de la glucólisis en respuesta a cambios en :

1. El estado energético de la célula ( ATP, AMP, Pi)
2. El ambiente interno de la célula, pH (H+)
3. La disponibilidad de combustibles alternativos como ácidos grasos, cuerpos cetónicos (citrato)
4. Relación sanguínea de la insulina/glucagón (fructosa -2,6-bisfosfato).
 Regulación de la fosfofructoquinasa I (PFK1)
La PFK-I es la enzima limitante de la velocidad de la glucólisis en la mayoría de los tejidos. Esta enzima es
alostérica con un total de 6 sitios de unión, dos para sus sustratos y 4 para los sitios reguladores alostéricos
para: ATP, AMP, citrato y fructosa-1,6-bisfosfato.
Ejercicio
Relacione la diabetes y la glucólisis, teniendo en cuenta el mecanismo de regulación de la glucólisis.
 Regulación de la piruvato deshidrogenasa (PDH)
La piruvato deshidrogenasa (PDH), es regulada principalmente por el ritmo de utilización de ATP a través de la
fosforilación rápida a una forma inactiva. En una célula con respiración normal, con O2 disponible, la
glucólisis y el ciclo de Krebs se activan juntos y la glucosa se oxida por completo a CO2 y H2O.
Sin embargo, cuando no hay suficiente oxígeno, el aumento de la relación NADH + H+/ NAD+, inhibe la enzima
PDH y el AMP activa la glucólisis. Una parte del piruvato formado se reduce a ácido láctico para permitir que
la glucólisis pueda avanzar. .
 Otras funciones de la glucólisis
Además de la generación de ATP, la glucólisis es una
fuente de precursores para diferentes rutas
biosintéticas.

Por ejemplo, la síntesis de ribosa que es el azúcar de

cinco carbonos de los ácidos nucléicos, la síntesis de
aminoácidos como serina y alanina.

En el metabolismo de las grasas permite la producción

de glicerol (a partir de dihidroxiacetona-fosfato) y
acetil-CoA (por oxidación de piruvato), para la síntesis
de triacilglicéridos.
 Ciclo de Rapoport-
Luebering (2,3-DPG)

Es un ciclo de reacciones acopladas a la glucólisis y

permiten al eritrocito controlar los niveles de 2,3-
difosfoglicerato (2,3-DPG) y la concentración de ATP.

El 2,3-DPG modifica la afinidad de la hemoglobina

por el O2 haciendo que este ciclo permita al La enzima 2,3-bisfosfoglicerato mutasa solo se encuentra en
eritrocito modificar la cantidad de O2 liberado a los el eritrocito y presenta dos acciones catalíticas: la 2,3-DPG-
tejidos. sintetasa transforma el 1,3-DPG en 2,3-DPG, el cual se une
con fuerza a la desoxihemoglobina, por lo que la
Al aumentar el 2,3-DPG, disminuye la afinidad de la hemoglobina se mantiene en estado desoxigenado,
hemoglobina por el O2 y como consecuencia de facilitando la liberación de oxígeno y este se difunde hacia
esto se libera más O2 a los tejidos. los tejidos. La otra actividad es fosfatasa (2,3-DPG-
fosfatasa) y transforma el 2,3-DPG en 3-PG, para reducir la
concentración de 2,3-DPG y permitir la oxigenación de la
hemoglobina. La isomerización de 1,3-DPG a 2,3-DPG debe
mantenerse en equilibrio, para facilitar la oxigenación o
desoxigenación de la hemoglobina.
 Ciclo de Rapoport-
Luebering (2,3-DPG)

Hipoxia
Hipoxia
 Ciclo de Rapoport- Luebering (2,3-DPG)

Liberación de CO2
vía pulmonar
 Resumen general de la glucólisis
Es una ruta metabólica casi universal en la que una molécula de glucosa se
oxida a 2 moléculas de piruvato conservando la energía en forma de ATP y
NADH.
Las 10 enzimas glucolíticas se hallan en el citosol y los 10 intermediarios son
compuestos fosforilados.
En la fase preparatoria de la glucólisis se invierte ATP para convertir la
glucosa en fructosa-1,6-bisfosfato facilitando así la ruptura en C3 y C4 y
generar así dos triosas fosfato.

En la fase de beneficios cada una de las moléculas de G3P se oxidan en C1;

la energía de la reacción se conserva en forma de NADH y dos ATP por triosa
fosfato oxidada
 Resumen general de la glucólisis

La reacción global del proceso es:

𝐺𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑎 + 2𝑁𝐴𝐷+ + 2𝐴𝐷𝑃 + 2 𝑃𝑖 → 2 𝑝𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜 + 2𝑁𝐴𝐷𝐻 + 2𝐻+ + 2𝐴𝑇𝑃 + 2𝐻2 𝑂

La glucólisis esta regulada muy fuertemente en coordinación con otras rutas productoras de
energía para asegurar un suministro constante de ATP.
La glucólisis y la gluconeogénesis no son
rutas idénticas que transcurren en
direcciones opuestas.

Las tres reacciones irreversibles de la

glucólisis tienen G grandes y
negativos, mientras que la mayoría
tienen G cercanos a 0

En la gluconeogénesis los tres pasos

que rodean la glucólisis se caracterizan
por ser reacciones exergónicas
garantizando la irreversibilidad de la vía.
 Gluconeogénesis

La gluconeogénesis es la síntesis o
formación de glucosa a partir de sustratos
no glúcidos como: aminoácidos, lactato,
piruvato, glicerol, propionato, etc,…
En tiempo de ayuno, el cuerpo realiza
gluconeogénesis para mantener los niveles
normales de glucosa en sangre, y mantener
así el funcionamiento normal del cuerpo y
principalmente de algunos tejidos como el
cerebro, los eritrocitos, el cristalino, la
córnea, los testículos y otros tejidos.
 Gluconeogénesis

En la gluconeogénesis, la glucosa se sintetiza desde precursores no

carbohidratos, ocurre principalmente en el hígado bajo condiciones de
ayuno. Esta ruta también se puede activar entre comidas y después de
un ejercicio prolongado. En condiciones de inanición, la corteza renal
también produce glucosa para ayudar al mantenimiento del nivel de
glicemia.

La mayoría de los pasos de la gluconeogénesis son reversiones de las

reacciones de la glucólisis, sin embargo estas dos vías difieren en cuatro
reacciones (iniciando desde piruvato).
 Generalidades de la
gluconeogénesis
La gluconeogénesis se lleva a cabo tanto en
organismos eucariotas como procariotas.
Las reacciones son esencialmente las
mismas en todos los organismos.
La ruta se realiza en el citosol.
En mamíferos tiene lugar principalmente en
el hígado y en menor proporción en la
corteza renal.
En mamíferos los precursores importantes
de la glucosa son compuestos de tres
carbonos tales como lactato, piruvato y
glicerol así como ciertos aminoácidos.
 Gluconeogénesis
Reacción mitocondrial:
Primera reacción
Carboxilación del piruvato a oxalacetato

El oxalacetato (generado en el ciclo de Krebs o mediante la

enzima piruvato carboxilasa), no posee transportadores para
salir de la mitocondria; mientras que el malato si lo hace, por
ello que el oxalacetato se reduce a malato y después se
regenera en el citosol. Es indispensable la lanzadera malato-
aspartato para que esto ocurra.
 ¿Por qué pasar a malato?
La membrana mitocondrial no tiene transportador de oxalacetato por ende este no puede
salir de la matriz mitocondrial por lo que debe ser reducido a malato por la enzima malato
deshidrogenasa mitocondrial a expensas de NADH, ya que el malato si tiene un
transportador específico en la mitocondria:
 Gluconeogénesis
Reacción citosólica: De aquí en adelante.
Segunda reacción
La gluconeogénesis tiene lugar casi exclusivamente en el hígado (el 10% se efectúa en los
riñones). En actividad extenuante, algunos tejidos requieren de un aporte continuo de
glucosa, la cual obtienen a partir del glucógeno almacenado en el hígado, el cual solo puede
satisfacer estas necesidades durante 10 a 18 horas como máximo, lo que tarda en agotarse
el glucógeno hepático. Posteriormente comienza la formación de glucosa a partir de
sustratos diferentes al glucógeno por la vía gluconeogénica.
 Gluconeogénesis

Primera parte

Una vez que se produce PEP en el citoplasma,

El fosfoenolpiruvato se convertirá en F1,6BP
mediante las reacciones reversibles de la
glucólisis y catalizadas por las mismas enzimas
en el citoplasma celular
 Gluconeogénesis
Segunda parte

Dos reacciones irreversibles, enfrente

de las reacciones glucolíticas
irreversibles la última reacción sólo se
produce en el hígado, cuyas células sí
producen la enzima G6Pasa.
 Gluconeogénesis: Glucosa-6-fosfatasa
última reacción

Esta actividad enzimática solamente se encuentra en el hígado. Es éste órgano el único que
puede proporcionar glucosa al torrente circulatorio.

En el resto de los tejidos gluconeogénicos, la G6P se utilizará para sus necesidades

metabólicas, por tanto no ceden glucosa al torrente circulatorio.
 Gluconeogénesis
Algunos de los sustratos
que alimentan esta vía son:

𝟐 𝒑𝒊𝒓𝒖𝒗𝒂𝒕𝒐 + 𝟒 𝑨𝑻𝑷 + 𝟐 𝑮𝑻𝑷 + 𝟐 𝑵𝑨𝑫𝑯 →

𝒈𝒍𝒖𝒄𝒐𝒔𝒂 + 𝟒 𝑨𝑫𝑷 + 𝟐 𝑮𝑫𝑷 + 𝟔𝑷𝒊 + 𝟐 𝑵𝑨𝑫 + +𝟐𝑯+
 ¿Por qué la ruta de estas reacciones es a través de la
mitocondria?

𝑁𝐴𝐷𝐻 +
/[𝑁𝐴𝐷 ]
Sin NADH no puede ocurrir biosíntesis de glucosa

• El NADH en el citosol es 105 veces menor que en la mitocondria.

• Durante la reducción del 1,3-bisfosfoglicerato para formar gliceraldehído-3-fosfato el
NADH citosólico se consume.

Reacción en el citosol
𝑀𝑎𝑙𝑎𝑡𝑜 + 𝑁𝐴𝐷 + → 𝑂𝑥𝑎𝑙𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 + 𝑁𝐴𝐷𝐻 + 𝐻 +
 Gluconeogénesis
La gluconeogénesis a partir de piruvato requiere
de 15 reacciones. Dentro de las reacciones o
etapas reguladoras de esta vía están:

1. De piruvato a fosfoenolpiruvato (en dos

reacciones).

2. De fosfoenolpiruvato a fructosa-1,6-bisfosfato.

3. De fructosa-1,6-bisfosfato a fructosa-6-
fosfato.

4. De glucosa-6-fosfato a glucosa
 El lactato en la síntesis de piruvato a
fosfoenolpiruvato

La gluconeogénesis a partir de lactato es un proceso que requiere ATP.

Para la síntesis de 1 mol de glucosa se parten de 2 moles de lactato, y se requieren 6 moles de ATP.
La reacción de lactato a piruvato es catalizada por la lactato deshidrogenasa. El piruvato es convertido en
fosfoenolpiruvato mediante dos enzimas:
1) Piruvato carboxilasa (enzima mitocondrial) que forma oxalacetato.
2) fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) que sintetiza el fosfoenolpiruvato (PEP).
Esta dos reacciones necesitan de fosfatos de alta energía (ATP y GTP).
 Síntesis de PEP a partir de piruvato

La piruvato carboxilasa (mitocondrial), es una enzima

tipo ABC ya que requiere de ATP, Biotina y CO2, para
transformar el piruvato en oxalacetato.
 Síntesis de PEP a partir de piruvato

𝑂𝑥𝑎𝑙𝑎𝑐𝑒𝑡𝑎𝑡𝑜 + 𝐺𝑇𝑃 ↔ 𝑓𝑜𝑠𝑓𝑜𝑒𝑛𝑜𝑙𝑝𝑖𝑟𝑢𝑣𝑎𝑡𝑜 + 𝐶𝑂2 + 𝐺𝐷𝑃

En el citosol, el oxalacetato es convertido en

fosfoenolpiruvato por acción de la fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa.

1. Pérdida de CO2
2. Reordenamiento de electrones con la hidrólisis de
GTP
 Fosfoenolpiruvato y glicerol a
glucosa
El glicerol producido por lipólisis,
es usado en el hígado para la
síntesis de glucosa, en una vía
diferente de la gluconeogénesis
convencional. La mayoría de los
sustratos no glúcidos se
transforman en PEP para luego
continuar con la vía
gluconeogénica y transformarse en
glucosa.
 Gluconeogénesis a partir de aminoácidos
Todos los aa excepto la leu y lis pueden suministrar carbonos para la síntesis de
glucosa por gluconeogénesis. El catabolismo de proteínas suministra aa, los cuales
entran al ciclo de Krebs para obtener energía o para hacer gluconeogénesis.
Leu y lis son aa cetogénicos, es decir que permiten la síntesis de cuerpos cetónicos.
La acetil-CoA no se considera como sustrato gluconeogénico.
El cortisol es un glucocorticoide que se libera de la corteza suprarrenal en respuesta
a varios tipos de estrés. Una de sus funciones es estimular la degradación de la
proteína muscular, liberando aa como fuente para la gluconeogénesis.
Gluconeogénesis a partir de aminoácidos
La conversión de Fructosa 1,6-bifosfato en Fructosa 6-fosfato
La conversión de la glucosa 6-fosfato en glucosa libre

G6Pasa no se encuentra en el músculo ni en

el cerebro, en estos tejidos NO sucede
gluconeogénesis.
La glucosa proveniente de la gluconeogénesis
en hígado o riñón es destinada a estos
tejidos.
 Glucosa 6-fosfatasa
Se localiza en la cara luminal del retículo endoplasmático (ER) en células del
hígado, riñón e intestino.
Regulación por compartimentalización

Las enzimas que participan en esta

ruta metabólica se tienen que
encontrar próximas entre sí para que el
proceso sea más eficaz.
La G6P es transportada al lumen del
retículo endoplasmático y sale
nuevamente como glucosa libre hacia
el citosol y luego al torrente sanguíneo
mediante un transportador de glucosa
llamado GLUT2.
Ecuaciones y balances de energía
 Enzimas no
La célula utiliza
glucolíticas enzimas diferentes
como la glucosa-6-
La gluconeogénesis fosfatasa, la fructosa-
utiliza muchas de las 1,6-bisfosfatasa en las
enzimas de la glucólisis dos últimas reacciones
en dirección inversa. de formación de
Solo tres enzimas no glucosa y además las
son irreversibles: la enzimas involucradas
Hexoquinasa, la en la formación del
fosfofructoquinasa I y la fosfoenolpiruvato
piruvato quinasa. (Piruvato carboxilasa y
fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa).
 Regulación de la
gluconeogénesis
Cuando la glucosa está baja en la
sangre, el glucagón estimula la
gluconeogénesis y la glucogenólisis
mediante la vía del AMPc para
mantener el nivel de glucosa en la
sangre.
En este caso se inhibe la glucólisis
en células hepáticas, (inhibición de
la enzima piruvato quinasa) y se
activa la gluconeogénesis,
(activación de la fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa, PEPCK).
Regulación de la piruvato carboxilasa
Regulación de la F-1,6-BPasa y la PFK-1
 Regulación de la glucolisis
y la gluconeogénesis

La gluconeogénesis es regulada de
forma inversa a la glucólisis, por
ejemplo: el AMP activa la enzima
fosfofructoquinasa I, pero esta
misma molécula inhibe la enzima
fructosa-1,6-bisfosfatasa.

“La hormona del crecimiento

estimula la lipólisis y β-Oxi, para
generar glicerol y propionato, que
son sustratos gluconeogénicos.
Además aumenta la resistencia a la
insulina y reduce la captación de
glucosa”
El glucagón en la regulación de la gluconeogénesis
La insulina en la regulación de la gluconeogénesis
Regulación de la glucólisis y gluconeogénesis
Gluconeogénesis hepática y renal
 Glucólisis vs
gluconeogénesis

La glucólisis y la gluconeogénesis
comparten la misma vía pero en
direcciones opuestas. Si la célula
requiere ATP, se da la glucólisis, pero si el
nivel de glicemia es bajo, se da la
gluconeogénesis hepática, y el suministro
de ATP lo aporta la oxidación de los
ácidos grasos.

La etapa final de la gluconeogénesis la

realiza la glucosa-6-fosfatasa, que
permite eliminar el fosfato de la glucosa
para que sea liberada desde el hígado al
torrente sanguíneo.
Gracias!!!