Ciclo de la Urea y Metabolismo de los Carbohidratos

Metabolismo de los Carbohidratos

Glucólisis

Etapa 1: Formación de la fructosa 1,6-difosfato a partir de la glucosa

1. Fosforilación: La glucosa se fosforila a glucosa 6-P. Esta reacción es catalizada por la hexoquinasa o glucoquinasa, requiere Mg²⁺ y presenta un valor muy alto de K_m para la glucosa, lo que disminuye la sensibilidad a la inhibición por glucosa 6-P.
2. Isomerización: La glucosa 6-P se isomeriza a fructosa 6-P. Esta reacción es catalizada por la glucosa 6-P isomerasa.
3. Segunda fosforilación: La fructosa 6-P se fosforila a fructosa 1,6-difosfato. Esta reacción es catalizada por la fosfofructoquinasa.

Etapa 2: Formación del gliceraldehído 3-P (ruptura de la fructosa 1,6-difosfato)

1. Aldolización: La fructosa 1,6-difosfato se rompe en dos triosas: gliceraldehído 3-P y dihidroxiacetona-P. Esta reacción es catalizada por la aldolasa.
2. Isomerización: La dihidroxiacetona-P se isomeriza a gliceraldehído 3-P para continuar en la vía glucolítica. Esta reacción es catalizada por la triosa-fosfato isomerasa.
3. Oxidación: El gliceraldehído 3-P se oxida a 1,3-difosfoglicerato, generando NADH. Esta reacción es catalizada por la gliceraldehído 3-P deshidrogenasa. El NADH mitocondrial participa en la fosforilación oxidativa para generar ATP.
4. Fosforilación: Se produce 1,3-difosfoglicerato a partir de un fosfato inorgánico (Pi). Esta reacción es catalizada por la fosfoglicerato quinasa y es exergónica.

Etapa 3: Obtención del piruvato a partir de 3-fosfoglicerato

1. Reordenamiento intramolecular: El grupo fosforilo del 3-fosfoglicerato se transfiere del carbono 3 al carbono 2, formando 2-fosfoglicerato. Esta reacción endergónica es catalizada por la fosfogliceromutasa, con la fosfohistidina como intermediario.
2. Enolización: El 2-fosfoglicerato se convierte en fosfoenolpiruvato mediante una deshidratación. Esta reacción es catalizada por la enolasa.
3. Segunda fosforilación: El fosfoenolpiruvato transfiere su grupo fosforilo al ADP, generando ATP y piruvato. Esta reacción es catalizada por la piruvato quinasa y requiere Mg²⁺ y K⁺.

Destino del piruvato: En condiciones aeróbicas, el piruvato entra al ciclo del ácido cítrico. En condiciones anaeróbicas, puede seguir la fermentación alcohólica (etanol) o láctica (ácido láctico).

Regulación de la glucólisis: La fosfofructoquinasa es una enzima clave en la regulación. Es activada por AMP, ADP y fructosa 2,6-difosfato, e inhibida por ATP y citrato.

Vía de las pentosas fosfato

La vía de las pentosas fosfato es una ruta metabólica que degrada la glucosa, con funciones tanto anabólicas como catabólicas. Sus objetivos principales son:

1. Síntesis de poder reductor (NADPH): El NADPH actúa como dador de electrones en reacciones biosintéticas, como la síntesis de ácidos grasos.
2. Síntesis de ribosa: La ribosa 5-fosfato es un componente de nucleótidos, CoA, FAD, NAD y ARN.
3. Síntesis de eritrosa 4-fosfato: Precursora de metabolitos en vegetales.
4. Participación en la fase oscura de la fotosíntesis: Proporciona NADPH y ribosa 5-fosfato.

Etapas:

1. Fase oxidativa: Descarboxilación oxidativa de la glucosa 6-P.
2. Fase no oxidativa: Interconversión de azúcares de 3, 4, 5, 6 y 7 carbonos.

Glucógeno

El glucógeno es la forma de almacenamiento de glucosa. La glucogenólisis es el proceso de degradación del glucógeno:

1. Fosforilación: Catalizada por la glucógeno fosforilasa.
2. Desramificación: Por hidrólisis.
3. Conversión de glucosa 1-P a glucosa 6-P.

La gluconeogénesis es la síntesis de glucógeno:

1. Conversión de glucosa 1-P a UDP-glucosa.
2. Reacción de la glucógeno sintasa.
3. Ramificación del glucógeno.

Ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs)

El ciclo del ácido cítrico oxida completamente el acetil-CoA a CO₂ y H₂O. Las reacciones ocurren en la matriz mitocondrial, excepto las catalizadas por la isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa.

Balance: Por cada acetil-CoA que ingresa al ciclo, se producen 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 ATP (vía fosforilación a nivel de sustrato). La oxidación de estos transportadores de electrones en la cadena respiratoria genera 11 ATP adicionales, para un total de 12 ATP por acetil-CoA.

Regulación:

• Citrato sintasa: inhibida por ATP.
• Isocitrato deshidrogenasa: inhibida por NADH, activada por citrato, isocitrato y ADP.
• α-cetoglutarato deshidrogenasa: activada por AMP, inhibida por NADH y succinil-CoA.

Reacciones anapleróticas: Reacciones que reponen intermediarios del ciclo, como el oxalacetato, cuando son utilizados en otras vías metabólicas.

Ciclo de la Urea

El ciclo de la urea elimina el amoníaco, convirtiéndolo en urea. Consta de dos reacciones mitocondriales y cuatro citoplasmáticas.

Reacciones:

1. Síntesis de carbamoil-fosfato (mitocondria). Catalizada por la carbamoil-fosfato sintetasa I, activada por N-acetilglutamato.
2. Formación de citrulina (mitocondria). Catalizada por la ornitina transcarbamoilasa.
3. Síntesis de argininosuccinato (citoplasma). Catalizada por la argininosuccinato sintetasa.
4. Formación de arginina y fumarato (citoplasma). Catalizada por la argininosuccinato liasa.
5. Hidrólisis de arginina a urea y ornitina (citoplasma). Catalizada por la arginasa.
6. La ornitina regresa a la mitocondria.

Energética: La síntesis de urea requiere 4 enlaces fosfato de alta energía.

Conexión con el ciclo de Krebs: El fumarato producido en el ciclo de la urea ingresa al ciclo de Krebs, generando oxalacetato, que puede ser utilizado para la síntesis de aspartato, que a su vez participa en el ciclo de la urea. Esta interconexión se conoce como el “doble ciclo de Krebs”.

Regulación: La carbamoil-fosfato sintetasa I es la enzima reguladora clave, activada por N-acetilglutamato.