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GLUCONEOGÉNESIS

Vía metabólica que resulta en la generación de la glucosa a partir de no-carbohidrato

Es un proceso ubicuo, presente en plantas, animales, hongos, bacterias y otros MOO´s. En vertebrados en el hígado y riñón

Glicerol Lactato

Glucosa

Aa´s

Se asocia a menudo con LA CETOSIS y es también un objetivo de la terapia para la diabetes tipo II, como la metforfina, que inhibe la formación de la glucosa y estimula la captación de glucosa por las células El otro medio de mantenimiento de la sangre de glucosa en los nivel es a través de la degradación de glucógeno ( glucogenolosis)

Gluconeogénesis

         Opera en sentido contrario a la glucólisis (NO INVERSIÓN) Ayuno prolongado o inanición. Respuesta lenta (8 hrs) Esencial para mantener la homeostasis de glucosa sanguínea Requiere fuente de energía (ácidos grasos) Formación de glucosa a partir de precursores como el lactato, piruvato, glicerol y α -cetoácidos.

Comparte los metabolitos glucolíticos Comparte las enzimas de las reacciones reversibles de la glucólisis (mitocondriales y citosólicas) 90% hígado y 10% riñones (noche) o ~ 40% (ayuno pro.)

Órganos con alta demanda de glucosa

   La gluconeogénesis es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de nueva glucosa a partir de precursores no glucosídicos.

Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en la corteza renal Desde el punto de vista enzimático, producir glucosiliosas desde lacticosinidas cuesta más de lo que produjo su degradación fosfórica

Sustratos para la gluconeogénesis

A. Glicerol

 Grasas : hidrólisis de triacilgliceroles (tejido adiposo  hígado) .

Glicerol

 Glucosa (2 ATP).

Ciclo de Triosas fosfato.

Glicerol Glicerol 3-fosfato Dihidroxiacetona fosfato

Glicerol cinasa Glicerol fosfato deshidrogenasa

Ácidos grasos

: son convertidos en productos de 2 o 3 C por la  oxidación . Ácidos grasos de cadena impar y ramificada, que forman propinil-CoA (minoritarios).

  Propionato : único utilizable en mamíferos para convertirlo en oxalacetato.

Acetato : utilizable en plantas, bacterias y algunos otros microorganismos para ser convertido en carbohidratos por medio del ciclo del glioxilato.

Propinil-CoA Metilmalonil CoA Succinil-CoA

Rasemasa y mutasa

Malato Oxaloacetato

Sale mitocondria PEP carboxicinasa

PEP y Glucosa

La glucosa no puede sintetizarse desde ácidos grasos

    Cadenas ácidos para pares grasos, de no sirven como sustratos gluconeogénesis neta la Metabolización Acetil-CoA en el ciclo del ATC de Producción de energía Pérdida de 2C con CO 2

Oxidación

Ácidos grasos Acetil CoA

Condensación Oxaloacetato

Pérdida de 2CO

2

Isocitrato y a-cetoglutarato deshidrogenasa

Citrato

B. Lactato

o Liberación de lactato de céls. Anaerobias

Ciclo de Cori

Sangre Hígado y riñón

Músculo y eritrocitos

Lactato Piruvato

Citosol hígado y riñón NADH Malato

Glucosa

Circulación

Lactato como precursor gluconeogénico

:  Durante ejercicio físico vigoroso, cuando se contrae el músculo esquelético: Glucolisis Ciclo del acido cítrico NADH es regenerado a NAD+ por LACTATO DESHIDROGENASA Formación de NADH por la glucolisis Regeneración a NAD+ por el metabolismo aeróbico ( Ciclo de ácido cítrico + cadena de transporte ) *Lactato como tal queda como punto muerto en el metabolismo: debe convertirse de nuevo en piruvato para poder ser metabolizado: es reconvertido a piruvato en el hígado

C. Aminoácidos

Aminoácidos : Fuente más importante de glucosa durante ayuno (Exc. Leucina y lisina)

Alanina y glutamina

: principales, reorganización de aa´s musculares. Se obtiene piruvato por desaminación.

Alanina

• Alanina aminotransferasa

Aspartato Piruvato

• Aspartato aminotransferasa

Oxalacetato Glutamato

• Glutamato deshidrogenasa

α cetoglutarato

Sustratos gluconeogénicos Intermediarios del ciclo ATC Malato

 Los grupos amino se convierten en urea durante (hepatocitos). Se elimina en la orina.

el ciclo de la urea

   Α-cetoácidos: glucosa.

Acetil-CoA, acetoacetato y aa´s como lisina y leucina no pueden producir una síntesis neta de Naturaleza irreversible de la

piruvato deshidrogenasa

Dan lugar a cuerpos cetónicos

Piruvato

• Piruvato deshidrogenasa

Acetil CoA

Nombres en azul indican los sustratos de la vía, flechas en rojo las reacciones únicas de esta vía, flechas de la cortadas indican reacciones glucolisis , que van en contra de esta vía, flechas en negrita indican la dirección de la gluconeogénesis.

GLUCONEOGENESIS: síntesis de glucosa a partir de piruvato.

•Cualquier metabolito un precursor de glucosa.

que pueda ser convertido a piruvato u oxalacetato puede ser •Los precursores gluconeogénicos se convierten a piruvato, o bien entran en la ruta por conversión a oxalacetato o dihidroxiacetona fosfato

Balance global de la gluconeogénesis:

 La estequiometria de la gluconeogenesis es : 2 Piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 Glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi +2 NAD + 2H  Mientras que la reacción inversa de la glucolisis seria : 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 Glucosa + 2 ADP + 2 Pi +2 NAD + 2H • El coste extra de la gluconeogénesis es de 4 moléculas de alto potencial de transferencia de grupos fosforilo(2 ATP y 2 GTP): Se usa la energía del ATP y GTP para convertir una reacción energéticamente desfavorable como es la reacción inversa de la glicolisis(ΔG= 20 Kcal/mol) en una reacción energéticamente favorable (ΔG= -9 Kcal/mol).

Gluconeogénesis

La gluconeogénesis tiene enzimas exclusivas para la transformación de tres metabolitos:

  Piruvato en fosfoenolpiruvato Fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato  Glucosa-6-fosfato en glucosa

REACCIONES ÚNICAS PARA LA GLUCONEOGÉNESIS

  7 reacciones glucolíticas reversibles 3 reacciones irreversibles deben sortearse en 4 Rxn´s alternativas

A.

Carboxilación del piruvato

  Conversión irreversible Piruvato carboxilasa necesita Biotina (amino) + ATP (hidrólisis) biotina- CO 2 (mito)  Piruvato carboxilasa: activada por Acetil-CoA Niveles elevados Acetil-CoA Sx. OOA Acetil-CoA : piruvato carboxilasa inactiva Piruvato Acetil-CoA (Ciclo del ATC) • Piruvato deshidrogenasa Piruvato • PEP

Piruvato cinasa

Mitocondrias

GLUCÓLISIS

Piruvato OAA PEP •

Piruvato carboxilasa

PEP- carboxilasa

GLUCONEOGÉNESIS

REACCIONES ÚNICAS PARA LA GLUCONEOGÉNESIS

B.

Transporte del oxalacetato al citosol

OOA •

PEP carboxilasa

NADH PEP

Mitocondrias Citosol Citosol OOA

1,3-BFG Mitocondria citosol •

Malato

Malato deshidrogenasa mitocondrial

OOA

Malato deshidrogenasa citosólica

Gliceraldehído 3-fosfato

GLUCÓLISIS Y GLUCONEOGÉNESIS

REACCIONES ÚNICAS PARA LA GLUCONEOGÉNESIS

C.

Descarboxilación del oxalacetato citosólico

Citosol

PEP OOA •

PEP carboxicina (PEPCK)

GTP (hidrólisis )

Fructosa 1,6 bisfosfato

RUTAS GLUCOLÍTICAS INVERSAS

 Ruta energética favorable por piruvato carboxilasa y PEPCK

REACCIONES ÚNICAS PARA LA GLUCONEOGÉNESIS

D.

Desfosforilación de la fructosa 1,6-bisfosfato

PFK-1

• Fructosa 1,6 bisfosfato

Fructosa 1,6 bisfosfatasa

Fructosa 6 fosfato   Regulación por nivel de energía AMP (poca energía): inhiben la fructosa 1,6-bifosfatasa ATP: estimulan la gluconeogénesis

SITIO REGULADOR IMPORTANTE GLUCONEOGÉNESIS

 Regulación por fructosa 2,6-bisfosfato Influida por glucagón e inhibe la fructosa 1,6-bisfosfatasa (hígado/ riñón)

REACCIONES ÚNICAS PARA LA GLUCONEOGÉNESIS

E.

Desfosforilación de la glucosa 6-fosfato

Hexocinasa

D-glucosa • Glucosa 6 fosfato

Glucosa 6 fosfatasa

Hígado y riñón

 Trasportadores específicos responsables de liberar de nuevo al citosol la glucosa libre y el fosfato y, para la glucosa a la sangre.

son

Glucosa 6-fosfato translocasa Glucosa 6 fosfatasa Transporte glucosa 6-fosfato (RE) Elimina fosfato y produce glucosa libre

RESUMEN GLUCONEOGÉNESIS

    11 Rxn´s, 7 glucolíticas Rxn´s irreversibles glucólisis: hexocinasa, PFK-1 y piruvato cinasa

Sorteo

Glucosa 6-fosfatasa, fructosa 1,6 bisfosfatasa y piruvato carboxilasa/ PEP carboxicinasa Formación irreversible fructosa 6-fosfato y glucosa de PEP,

Regulación de la Gluconeogenesis / Glucolisis

 Glucolisis y gluconeogénesis están

coordinadas

: una de las vías esta relativamente inactiva y la otra funciona a velocidad elevada .

 Razón: ambas rutas

son relativamente exergónicas

GTP por cada ciclo de reacción.

y podrían estar funcionando al mismo tiempo, con un resultado final de consumo de 2 ATP y 2  Sistema de control: las CANTIDADES Y ACTIVIDADES de los enzimas característicos de cada ruta están controlados de tal manera que no pueden ser ambas rutas activas simultáneamente: - Velocidad de la

glucolisis

: controlada por concentración de glucosa - Velocidad de la

gluconeogenesis

: controlada por concentración de lactato y otros precursores

Regulación de la gluconeogénesis

A. GLUCAGÓN

  Hormona de las células α -islotes del páncreas Estimula la gluconeogénesis Cambios en los efectos alostéricos • • • • fructosa 2,6-bisfosfato por el glucagón Activación fructosa 1,6 bisfosfatasa Inhibición FPK-1 Favorece la gluconeogénesis Modificación covalente de la actividad enzimática • • • • Glucagón+ Proteína G AMPc y proteincinasa dependiente de AMPc Piruvato cinasa (fosforilada) PEP a Piruvato (Sx glucosa) Inducción de la síntesis enzimática • • Aumento del gen PEP carboxicinasa Aumento disponibilidad sustrato durante el ayuno de

B. DISPONIBILIDAD DE SUSTRATO

   Principalmente aa´s glucógenos Insulina: favorece la movilización de aa´s desde proteínas musculares y proporcionan los esqueletos carbonados para la gluconeogénesis.

ATP y NADH: proporcionados por catabolismo de ácidos grasos.

C. ACTIVACIÓN ALOSTÉRICA POR EL Acetil-CoA

 Activación de piruvato carboxilasa por Acetil-CoA (ayuno) Lipólisis aumentada Aumento de ácidos grasos (hígado) Acetil-CoA ( β -oxidación) Activación de piruvato carboxilasa

D. INHIBICIÓN ALOSTÉRICA POR AMP

 Inhibición de la fructosa 1,6-bisfosfatasa por AMP Activa FPK-1 Regulación recíproca de glucólisis y gluconeogénesis