El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo.
Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.
En otras palabras, son los procesos que debe realizar cada una de nuestras células para vivir, asi como nosotros digerimos la comida para obtener energía las células "digieren" la glucosa para obtener su propia energia.
Adenosin tri-fosfato (ATP), mejor conocida como "la energia de las celulas"
El metabolismo de la glucosa tiene un solo fin; producir Adenosin tri-fosfato, el cual, como lo dije anteriormente es la energia de las celulas, por asi decirlo.
el metabolismo de la glucosa consta de varias fases, o pasos, para producir ATP, estas son:
Entrada de la glucosa a las celulas.
La mayoría de las células de los mamíferos captan la glucosa, además de otros azucares y polialcoholes, a través de unas proteínas transportadoras de membrana que se denominan GLUT (Glucose Transporters, transportadores de glucosa). Hasta el momento, se conocen 13 miembros de esta familia, que se caracterizan por poseer 12 fragmentos transmembrana y una serie de aminoácidos muy conservados, los cuales se consideran directamente implicados en su función.
Glucolisis
La glucolisis es la ruta central del catabolismo de la glucosa. En la misma se degrada la glucosa con un doble objetivo: obtener energía en forma de ATP y suministrar precursores para la biosíntesis de componentes celulares. La glucolisis se produce en todas las células de los mamíferos, siendo la fuente exclusiva o casi exclusiva de energía en algunas células y tejidos como, los eritrocitos la medula renal, el cerebro y los testículos.
La glucolisis se desarrolla íntegramente en el citoplasma y en ella una molécula de glucosa se escinde para dar lugar a dos moléculas de piruvato. En esta ruta se pueden distinguir dos fases: fase preparatoria, en la que se convierte la glucosa en dos moléculas de triosas fosfato, y fase de obtención de energía, con la conversión de las dos moléculas de triosas en dos moléculas de piruvato, y obtención de ATP y NADH.
Fermentación lactica
Para que se mantenga el balance Redox en la glucolisis en anaerobiosis, es necesaria la regeneración de NAD+. Para ello, el NADH reduce el piruvato a lactato en una reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH). El lactato es, por tanto, en condiciones de aporte de oxigeno insuficiente, el producto final de la degradación de glucosa en el eritrocito, la cornea, la medula renal, y el musculo esquelético. El lactato obtenido es liberado a sangre, de donde es captado por otros tejidos para su posterior utilización.
La lactato deshidrogenasa es un tetrámero formado por dos tipos de subunidades H y M, lo que da lugar a cinco isoenzimas H4, H3M, H2M2, HM3 y M4. Estas isoenzimas presentan distintas características cinéticas y de regulación y se localizan en tejidos distintos, lo que influye en el equilibrio de la reacción de los mismos. La isoenzima H4, presente en el musculo cardiaco, cataliza la reacción en el sentido de síntesis de piruvato. El corazón que tiene un metabolismo aerobio utiliza lactato que circula en sangre tras el ejercicio, convirtiéndolo en piruvato y posteriormente lo oxida en la mitocondria para dar lugar a anhídrido carbónico y energía en forma de ATP. Por el contrario, la isoenzima M4, presente en el musculo esquelético y en el hígado favorece la reducción rápida del piruvato a lactato. En los otros tejidos existe una mezcla de las diferentes formas.
Dada la diferente localización tisular de las láctico deshidrogenasas, su determinación en suero tiene interés clínico en el diagnostico y seguimiento de diferentes patologías.
Otra fermentación de gran importancia es la fermentación alcohólica que se produce en levaduras y microorganismos pero no en mamíferos. En la misma, el piruvato se descarboxila por la piruvato descarboxilasa, convirtiéndose en acetaldehído, que se reduce a expensas de NADH, dando lugar a etanol.
Via de las pentosas fosfato
La vía de las pentosas fosfato, también conocida como ciclo de pentosas o vía del fosfogluconato, es una ruta más compleja que la glucolisis y que la que conecta con el metabolismo de las pentosas.
Las funciones de esta ruta en el organismo humano son:
La vía de las pentosas fosfato es activa en el hígado, el tejido adiposo, los eritrocitos y las glándulas mamarias. Todas las reacciones se llevan a cabo en el citoplasma, y todas las enzimas que participan en la misma son solubles.
Se pueden distinguir dos fases, una oxidativa reversible. La primera consiste en la formación de ribolosa-5-fosfato a partir de glucosa-6-fosfato, y la segunda, en la conversión de ribulosa-5-fosfato en glucosa-6-fosfato dan lugar a seis CO2 y seis pentosas que se pueden interconvertir para generar cinco moléculas de glucosa-6-fosfato.
Gluconeogenesis
La gluconeogenesis es la ruta por la que se sintetiza glucosa a partir de precursores no glucidicos. La importancia de esta vía viene dada por la necesidad que tienen algunos tejidos y órganos (el cerebro y el sistema nerviosos central, la medula renal, el cristalino, la retina, los testículos, y los eritrocitos) de disponer de glucosa de forma permanente, dado que es su combustible metabólico de forma prácticamente exclusiva.
Ciclo de Krebs (ciclo del acido citrico)
El producto final de la glucolisis, el piruvato, es una molécula con un elevado contenido energético, por lo que puede ser oxidado para liberar más energía a la célula. Para ello debe pasar desde el citoplasma celular a la matriz mitocondrial, atravesando las membranas mitocondriales externa e interna. La membrana mitocondrial externa es fácilmente permeable a la mayoría de las moléculas pequeñas, pero la interna presenta permeabilidad selectiva, de modo que solo permite el paso de algunas moléculas como ADP, ATP o el propio piruvato.
Las reacciones que tienen lugar en el ciclo de Krebs son:
Referencias:
http://www.gan-bcn.com/gfx/el_metabolismo_de_los_hidratos_de_carbono.pdf
http://www.nlm.nih.gov/
el metabolismo de la glucosa consta de varias fases, o pasos, para producir ATP, estas son:
Entrada de la glucosa a las celulas.
La mayoría de las células de los mamíferos captan la glucosa, además de otros azucares y polialcoholes, a través de unas proteínas transportadoras de membrana que se denominan GLUT (Glucose Transporters, transportadores de glucosa). Hasta el momento, se conocen 13 miembros de esta familia, que se caracterizan por poseer 12 fragmentos transmembrana y una serie de aminoácidos muy conservados, los cuales se consideran directamente implicados en su función.
El producto principal de la digestidon de los carbohidratos de la dieta es mayoritariamente la glucosa, y en menor caso otros monosacaridos.
Glucolisis
La glucolisis es la ruta central del catabolismo de la glucosa. En la misma se degrada la glucosa con un doble objetivo: obtener energía en forma de ATP y suministrar precursores para la biosíntesis de componentes celulares. La glucolisis se produce en todas las células de los mamíferos, siendo la fuente exclusiva o casi exclusiva de energía en algunas células y tejidos como, los eritrocitos la medula renal, el cerebro y los testículos.
La glucolisis se desarrolla íntegramente en el citoplasma y en ella una molécula de glucosa se escinde para dar lugar a dos moléculas de piruvato. En esta ruta se pueden distinguir dos fases: fase preparatoria, en la que se convierte la glucosa en dos moléculas de triosas fosfato, y fase de obtención de energía, con la conversión de las dos moléculas de triosas en dos moléculas de piruvato, y obtención de ATP y NADH.
Fermentación lactica
Para que se mantenga el balance Redox en la glucolisis en anaerobiosis, es necesaria la regeneración de NAD+. Para ello, el NADH reduce el piruvato a lactato en una reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH). El lactato es, por tanto, en condiciones de aporte de oxigeno insuficiente, el producto final de la degradación de glucosa en el eritrocito, la cornea, la medula renal, y el musculo esquelético. El lactato obtenido es liberado a sangre, de donde es captado por otros tejidos para su posterior utilización.
La lactato deshidrogenasa es un tetrámero formado por dos tipos de subunidades H y M, lo que da lugar a cinco isoenzimas H4, H3M, H2M2, HM3 y M4. Estas isoenzimas presentan distintas características cinéticas y de regulación y se localizan en tejidos distintos, lo que influye en el equilibrio de la reacción de los mismos. La isoenzima H4, presente en el musculo cardiaco, cataliza la reacción en el sentido de síntesis de piruvato. El corazón que tiene un metabolismo aerobio utiliza lactato que circula en sangre tras el ejercicio, convirtiéndolo en piruvato y posteriormente lo oxida en la mitocondria para dar lugar a anhídrido carbónico y energía en forma de ATP. Por el contrario, la isoenzima M4, presente en el musculo esquelético y en el hígado favorece la reducción rápida del piruvato a lactato. En los otros tejidos existe una mezcla de las diferentes formas.
Dada la diferente localización tisular de las láctico deshidrogenasas, su determinación en suero tiene interés clínico en el diagnostico y seguimiento de diferentes patologías.
Otra fermentación de gran importancia es la fermentación alcohólica que se produce en levaduras y microorganismos pero no en mamíferos. En la misma, el piruvato se descarboxila por la piruvato descarboxilasa, convirtiéndose en acetaldehído, que se reduce a expensas de NADH, dando lugar a etanol.
Via de las pentosas fosfato
La vía de las pentosas fosfato, también conocida como ciclo de pentosas o vía del fosfogluconato, es una ruta más compleja que la glucolisis y que la que conecta con el metabolismo de las pentosas.
Las funciones de esta ruta en el organismo humano son:
- La obtención de poder reductor en forma de NADPH, que es una coenzima de oxido - reducción que participa en la biosíntesis de lípidos, ácidos grasos y esteroides. Adamas sirve como coenzima del glutatión reductasa, enzima que cataliza la reducción del glutatión implicado en la defensa antioxidante.
- La síntesis de pentosas necesarias para la biosíntesis de nucleótidos imprescindibles para la formación de ácidos nucleícos.
- La degradación de pentosas procedentes del catabolismo de los ácidos nucleícos y la metabolización del xilitol.
La vía de las pentosas fosfato es activa en el hígado, el tejido adiposo, los eritrocitos y las glándulas mamarias. Todas las reacciones se llevan a cabo en el citoplasma, y todas las enzimas que participan en la misma son solubles.
Se pueden distinguir dos fases, una oxidativa reversible. La primera consiste en la formación de ribolosa-5-fosfato a partir de glucosa-6-fosfato, y la segunda, en la conversión de ribulosa-5-fosfato en glucosa-6-fosfato dan lugar a seis CO2 y seis pentosas que se pueden interconvertir para generar cinco moléculas de glucosa-6-fosfato.
Gluconeogenesis
La gluconeogenesis es la ruta por la que se sintetiza glucosa a partir de precursores no glucidicos. La importancia de esta vía viene dada por la necesidad que tienen algunos tejidos y órganos (el cerebro y el sistema nerviosos central, la medula renal, el cristalino, la retina, los testículos, y los eritrocitos) de disponer de glucosa de forma permanente, dado que es su combustible metabólico de forma prácticamente exclusiva.
Ciclo de Krebs (ciclo del acido citrico)
El producto final de la glucolisis, el piruvato, es una molécula con un elevado contenido energético, por lo que puede ser oxidado para liberar más energía a la célula. Para ello debe pasar desde el citoplasma celular a la matriz mitocondrial, atravesando las membranas mitocondriales externa e interna. La membrana mitocondrial externa es fácilmente permeable a la mayoría de las moléculas pequeñas, pero la interna presenta permeabilidad selectiva, de modo que solo permite el paso de algunas moléculas como ADP, ATP o el propio piruvato.
Las reacciones que tienen lugar en el ciclo de Krebs son:
- La acetil-CoA (2C) se une al acido oxalacetico (4C) y forma acido cítrico (6C). La CoA se libera así y puede volver a reaccionar con mas acido piruvico.
- Isomerización del acido cítrico, que pasa a Isocitrato.
- Oxidación del Isocitrato por el NAD+ produciendo acido cetoglutarico (5C), NADH y una molécula de CO2
- Descarboxilacion oxidativa del α-cetoglutárico, debida al NAD+ que vuelve a dar NADH y una molécula de CO2. El resto acilo (4C) se une al CoA, y forma succinil-CoA.
- Hidrólisis del succinil-CoA para liberar la energía del enlace, que se transfiere al GTP, un nucleótido de alta energía, mediante fosforilación a nivel de sustrato. Así se forman succinato y CoA.
- Transformación del succinato en malato, gracias al FAD, que es usado como coenzima por una deshidrogenasa y se transforma en FADH2.
Referencias:
http://www.gan-bcn.com/gfx/el_metabolismo_de_los_hidratos_de_carbono.pdf
http://www.nlm.nih.gov/
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