bq regulacion glucolisis-gluconeogenesis (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 6
Fecha de subida 06/11/2014
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1 Regulación de la glucolisis y gluconeogénesis La regulación enzimática puede ser a nivel de concentración de la enzima, aunque este método es lento porque tiene que sintetizarse y generarse la enzima a partir del ADN. En algunas vías necesitamos que la regulación sea rápida, como cuando comemos. Estos enzimas tienen que estar preparados pero inactivos, por eso hay enzimas que tienen regulación alostérica y solo cuando hay los reguladores positivos se activan. También hay modificaciones covalentes como la fosforilación o desfosforilación. Es importante saber dónde se realiza cada vía metabólica (glucolisis en el citosol, gluconeogénesis en el citosol y mitocondrias).
La regulación metabólica puede ser por lo tanto a tres niveles:    Por la concentración de enzima (transcripción).
Enzimas alostéricos.
Modificación covalente (fosforilación).
Si analizamos las concentraciones de los intermediaros de la glucolisis en el citosol celular encontramos los siguientes valores.
Vemos que en el paso de F6P a FDP hay una regulación muy importante, una diferencia muy grande entre producto y sustrato. Lo que nos dice esto es que es un paso limitante catalizado por fosfofructoquinasa (PFK1). Este paso controla la velocidad de la vía de la glucolisis porque es lento. Hay otros dos pasos, pero de los tres el más importante y el que controla la velocidad es este.
Regulación de la hexoquinasa y glucoquinasa La glucokinasa y hexokinasa son enzimas que regulan el paso de glucosa a glucosa 6-fosfato con gasto de ATP. La glucosa al ser fosforilada ya no puede salir de la célula. La enzima hexokinasa y la glucoquinasa fosforilan una hexosa que es la glucosa. Son isoenzimas, tienen la misma función pero están codificadas por genes diferentes. La glucokinasa cataliza este mismo paso pero solo está en el hígado. La diferencia entre estas es la km. La de la hexokinasa es muy baja con respecto a la glucokinasa. La km indica la afinidad del enzima por un sustrato determinado, cuando menor sea la km menor sustrato se necesita para llegar a la velocidad máxima y por eso mayor afinidad tiene dicha enzima.
Por esta razón la glucokinasa tiene menos afinidad por la glucosa que la hexokinasa.
2 Además hay otras características importantes. La hexokinasa es inhibida por su producto (retroinhibicion), la glucosa 6-P, mientras que la glucokinasa es inhibida por la F6P que está un paso más allá. Esto es así por la función de los órganos donde se encuentra.
El hígado mantiene la concentración de glucosa en sangre estable, de manera que si terminamos de comer absorbe la glucosa y la almacena en forma de glicógeno para que en etapas interdigestivas la pueda liberar a la sangre y el cerebro pueda mantener su actividad. El cerebro necesita de la glucosa de la sangre para nutrirse. El hígado, cuando hay mucha glucosa, la incorpora a los hepatocitos, ya sea en forma de glucógeno o degradándola para obtener ATP. Por eso cuando hay mucha glucosa en sangre, la glucokinasa no se satura para que vaya entrando más (tiene Km alta, por mucha que haya no se inhibe).
Una vez la glucosa ha entrado en el hepatocito por los transportadores GLUT2 será convertida en G6P y después por otra enzima a F6P que permite la translocación de la enzima glucokinasa al núcleo de la celula gracias a la unión de una proteína reguladora que la mueve al núcleo. La glucokinasa funciona en el citosol, pero no en el núcleo. Así en lugar de degradarla se mete en el núcleo para reutilizarla cuando se necesite, es decir, cuando se vuelva a comer. La glucosa estimula la salida de la glucokinasa para que siga metabolizándose. El proceso necesita mucha F6P para que entre en el núcleo para así absorber la glucosa en sangre o libre de los hepatocitos. Una vez no haya más en el medio o en el interior de la celula (que toda se haya pasado a fructosa) es cuando se mete, y sale cuando vuelve a haber mucha cantidad. La fructosa 6-fosfato es por lo tanto un inhibidor alostérico de la glucokinasa.
Cuando hay poca concentración, conviene que no entre en el hígado, por eso tiene la km alta y el músculo baja, lo que permite que aunque haya poca entre en las células del músculo. El músculo tiene una capacidad limitada de almacenar glucógeno, la hace servir al momento. El músculo solo coge la glucosa que necesita, por eso la hexokinasa se satura rápidamente, cuando hay suficiente glucosa 6P ya no se capta más porque inhibe de manera alostérica la hexokinasa, le indica que ya hay suficiente energía. En el músculo la glucosa tiene función de energía y en el hígado es almacenada para cuando se necesite.
3 Regulación de la Fosfofructoquinasa 1 (PFK1) PFK1 cataliza el paso de fructosa 6-fosfato a fructosa 1,6- bisfosfato con consumo de ATP. Es inhibida o activada de manera alostérica de manera que se regula el paso limitante de la glucolisis y gluconeogénesis. Es inhibida cuando hay energía en forma de ATP o citrato (intermediario del ciclo de Krebs), la célula ya tiene suficiente energía y no hace falta más glucolisis. Cuando hay mucho AMP o ADP (producto de la hidrolisis de ATP) se activa para obtener ATP necesario. La estructura de la enzima es un tetrámero. En cada una de las cuatro subunidades tiene el lugar catalítico y lugares alostéricos a los que se unen los reguladores.
La actividad de esta enzima es regulada por la cantidad de ATP en las células, como se puede ver en la gráfica. La concentración hace variar la forma de la curva y desplazarla. Cuando hay poco ATP (mucho ADP y AMP) se desplaza hacia la izquierda porque se activa la enzima y con poco sustrato tiene una actividad elevada para generar energía. Cuando hay mucho ATP se necesita mucho sustrato para llegar al máximo de actividad. Es una curva típica de una enzima alostérica.
Hay otro modulador alostérico, la fructosa 2,6 difosfato. No es un intermediario de la glucolisis, sale de la fosforilación de la fructosa 6-fosfato, que puede ser convertida en F1,6-BisP o F2,6-Bis6P. Esta última está regulada por la enzima fosfofructoquinasa 2 (PFK2). El producto de esta reacción es el regulador de la PFK1 que pasa F6P a F1,6-BisP para que continúe la glucolisis. Si no hay este modulador positivo, por mucha cantidad de fructosa que haya, la actividad de la PFK-1 no se ve. Es un modulador positivo de la PFK-1.
La fructosa 2,6 Bisfosfatasa es un paso critico en la regulación de la gluconeogénesis (paso inverso a esto que hemos explicado). En la gluconeogénesis, cuando hay fructosa 2,6-bisfosfato la actividad de la fructosa 2,6 Bisfosfatasa es muy baja y cuando hay poca inversa. Esto es así porque si estuviese también activa se pasaría de fructosa 2,6 bisfosfato a fructosa 6-fosfato y entonces ya no podría actuar como regulador alostérico y no se activaría la PFK1 para conseguir fructosa 1,6 bisfosfato y continuar la glucolisis.
Cuando hay fructosa 2,6 bisfosfato se estimula la glucolisis, cuando no hay se activa la gluconeogénesis.
Esto tiene sentido porque si en el paso de la F6P a F1,6DP no se hace y se pasa a F2,6P (no es de la glucolisis) se genera mucho regulador alostérico que favorecerá la glucolisis para poder generar F1,6DP. Los niveles de los dos tipos de fructosa bisfofato son independientes, es decir que no ocurre como en el case de ATP y ADP que cuando hay mucho ADP hay poco ATP y viceversa.
La fosfofructoquinasa 2 tiene dos dominios: uno kinasa y otro fosfatasa. Cuando tiene actividad kinasa sintetiza fructosa 2,6bisfosfato y cuando tiene actividad fosfatasa hace el paso inverso.
¿Cómo hace para tener uno activo y otro inactivo? Tiene la actividad 4 kinasa cuando la tirosina se encuentra desfosforilada. Cuando está fosforilada la kinasa es inactiva y la fosfatasa activa. Lo que la fosforila o desfosforila es la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA) que es activada por las hormonas glucagón y la adrenalina que entran al hígado.
Estas hormonas le dan la orden de liberar glucosa (hay poca glucosa en sangre) por eso se fosforila la PFK-2, activando el dominio fosfatasa e inhibiendo la glucolisis en el hígado para que capte glucosa y la activación de la gluconeogénesis para liberar glucosa a sangre. Como se fosforila PFK2 activa su forma fosfatasa, de manera que se genera fructosa 6 fosfato. Asi, la PFK1 no se puede regular positivamente y no tiene lugar el paso de fructosa 6fosfato a fructosa 1,6 bisfosfato, no se continua la vía glucolitica.
Si liberamos adrenalina necesitamos también mucha glucosa en sangre para hacer el ejercicio. La insulina tiene el efecto inverso, va por cascadas de fosforilación que hacen que se desfosforile la enzima y se active la actividad kinasa, por lo que se genera fructosa 2,6 bisfosfato y puede actuar como modulador positivo y favorecer la glucolisis. No es dependiente de PK2 (AMPc cíclico).
En el musculo la adrenalina estimula la glicolisis, es antagónica al efecto del hígado.
5 Regulación de Piruvato quinasa Cataliza el paso de fosfoenolpiruvato a piruvato, mientras se crea ATP. Es regulada de manera alostérica:   Positiva por fructosa 1,6 bifosfato Inhibida por ATP, Acetil-CoA y ácidos grasos de cadena larga (todo lo que indique que ya hay energía lo inhibe).
Además hay regulación covalente por fosforilación específicamente en el hígado. En los otros tejidos es solo alostérica y puede ser adictiva, todos los inhibidores se suman para inhibir la enzima. En el hígado se da alosterismo y regulación covalente.
Cuando está fosforilada es inactiva y desfosforilada activa, en los restos de tejidos siempre está activa y por lo tanto desfosforilada. La PKA también es capaz de fosforilar la piruvato kinasa en la cascada de fosforilación. PKA para la glucolisis a través de los últimos dos enzimas que hemos visto. El glucagón es la que activa la PKA para inhibir glicolisis en el hígado y activar la formación de glucosa de novo para que vaya a la sangre. La adrenalina también tiene este efecto.
6 Transportadores Se conocen muchos transporadores, pero hablaremos de tres. GLUT1 y GLUT3 tienen Km baja por la glucosa, por eso siempre entrará glucosa a través de estos transportadores, su afinidad será elevada. Se sitúan en las neuronas para que puedan captar la glucosa de sangre, por poca que haya, ya que el cerebro solo puede alimentarse de este metabolito. GLUT2 tiene km muy alta, solo entrará glucosa cuando haya mucha en sangre, por eso se encuentra en el páncreas y en el hígado. GLUT4 es intermedio, está en los músculos. Cuando hay glucosa elevada en sangre se transporta GLUT4 desde las invaginaciones intracelulares para captarla y cuando no la hay se vuelven a invaginar.
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