imagen: «Sugar» de Andrei Niemimäki. Licencia: CC BY-SA 2.0

función de la gluconeogénesis

la gluconeogénesis proporciona glucosa al cuerpo cuando no se puede obtener de los alimentos, como durante un período de ayuno. Algunos órganos y células, por ejemplo, no pueden obtener energía de la grasa., En particular, los glóbulos rojos, la médula renal y el sistema nervioso dependen de la glucosa como su única fuente de energía.

localización y sustratos de la gluconeogénesis

Las enzimas necesarias para la gluconeogénesis se encuentran en el hígado humano, los riñones y la mucosa intestinal. Aquí, se lleva a cabo la producción de glucosa a partir de lactato (derivado de los músculos y eritrocitos), aminoácidos glicogénicos (principalmente de los músculos) y glicerol (especialmente de la grasa). El lactato y los aminoácidos glicogénicos se convierten en piruvato y se introducen en la vía de la gluconeogénesis.,

Image: ‘Gluconeogenesis summary’ by Boumphreyfr. Licencia: CC BY-SA 3.0

como la gluconeogénesis tiene como objetivo revertir la glucólisis, los pasos reversibles de la vía de la glucólisis simplemente se ejecutan en la otra dirección. Sin embargo, hay 3 pasos irreversibles que no pueden correr en la otra dirección por razones relacionadas con la energía. Estos pasos deben eludirse utilizando 3 reacciones clave que los hacen más eficientes desde el punto de vista energético.,

los pasos de la gluconeogénesis

como la gluconeogénesis tiene como objetivo revertir la glucólisis, los pasos reversibles de la vía de la glucólisis simplemente se ejecutan en la otra dirección. Sin embargo, hay tres pasos irreversibles que no pueden correr en la otra dirección por razones energéticas. Estos pasos deben eludirse utilizando tres reacciones clave que los hacen más eficientes desde el punto de vista energético.

Paso 1: Conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato

imagen: ‘estructura del Fosfoenolpiruvato en proyección de Fischer’ por NEUROtiker., Licencia: Dominio Público

el piruvato es carboxilado por piruvato carboxilasa a oxaloacetato usando 1 CO2 y 1 ATP. El oxaloacetato es descarboxilado y fosforilado por la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) a fosfoenolpiruvato usando 1 GTP y liberando CO2. Aquí, la descarboxilación conduce la reacción; la fosforilación genera un enlace de alta energía en el fosfoenolpiruvato. Esta energía proviene del GTP utilizado.,

Paso 2-6: conversión de fosfoenolpiruvato a fructosa-1,6-bifosfato

imagen: «estructura de beta-D-fructosa-1,6-bifosfato» por NEUROtiker. Licencia: Dominio público

Los pasos 2-6 se resumen porque corresponden precisamente al proceso de glucólisis-justo en la dirección opuesta. A través de los productos intermedios 2-fosfoglicerato, 3-fosfoglicerato, 1,3-bisfosfato y gliceraldehído-3-fosfato, se forma fructosa-1,6-bifosfato. En este proceso, se consumen 1 ATP y 1 NADH + H+., Los pasos de reacción individuales se pueden encontrar aquí. La glucólisis y la gluconeogénesis involucran las mismas enzimas, solo que la dirección de la reacción es diferente.

Paso 7: desfosforilación de fructosa-1,6-bisfosfato a fructosa-6-fosfato

imagen:» Estructura vof beta-D-fructosa-6-fosfato » por NEUROtiker. Licencia: Dominio público

la segunda enzima clave tiene que desfosforilar fructosa-1,6-bifosfato., En la gluconeogénesis, la enzima fructosa-1,6-bisfosfatasa cataliza la desfosforilación del sustrato a fructosa-6-fosfato, consumiendo así 1 H2O (en la glucólisis, es la fosfofructocinasa 1 la que cataliza la fosforilación).

Paso 8: conversión de fructosa-6-fosfato a glucosa-6-fosfato

Este paso ocurre sin ningún uso de energía como en la glucólisis.

Paso 9: desfosforilación de glucosa-6-fosfato a glucosa

en la tercera y última reacción clave, la glucosa-6-fosfato se desfosforila a glucosa, consumiendo 1 H2O., Esta reacción es catalizada por la glucosa-6-fosfatasa y tiene lugar en el retículo endoplásmico.

Nota: Las enzimas clave en la gluconeogénesis son:

1. piruvato carboxilasa y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK)
2. fructosa-1,6-bisfosfatasa
3. glucosa-6-fosfatasa

estas enzimas se encuentran casi exclusivamente en el riñón, el hígado y la mucosa intestinal, por lo que la gluconeogénesis solo tiene lugar en estos lugares.,

imagen: ‘gluconeogénesis’ por Phil Schatz. Licencia: CC BY 4.0

compartimientos celulares de la gluconeogénesis-lanzaderas mitocondriales

aparte de la glucólisis, una de las enzimas de la gluconeogénesis, la biotina y la piruvato carboxilasa dependiente de ATP, se encuentra dentro de las mitocondrias.

su sustrato-piruvato – se transporta a la matriz mitocondrial a través de un portador y se convierte en oxaloacetato., Ahora, hay 2 caminos posibles para el oxaloacetato:

1. el oxaloacetato es convertido por una PEPCK mitocondrial y sale de la mitocondria como fosfoenolpiruvato a través de un transporte electroneutral.
2. malato-aspartato shuttle: el oxaloacetato se reduce a malato por la malato deshidrogenasa mitocondrial, dando como resultado 1 NADH. El malato entonces entra en el citosol usando una proteína intercambiadora y es oxidado por la citosólica malato deshidrogenasa a oxaloacetato. Esto oxida NADH a NAD+., Por lo tanto, también se transporta fuera de la mitocondria y ahora está disponible para la gluconeogénesis (consumida en el paso 5).

el 2do camino probablemente representa el camino principal ya que solo la PEPCK citosólica puede ser regulada.

balance energético de la gluconeogénesis

con piruvato como sustrato inicial, la síntesis de 1 molécula de glucosa consume 4 ATP, 2 GTP y 2 NADPH + H+. Considerando todo el proceso, una reversión directa de la vía glucolítica sería más eficiente., Sin embargo, como se mencionó anteriormente, 3 pasos en la glucólisis tienen que ser omitidos ya que, con respecto a la termodinámica, la cantidad requerida de energía sería demasiado grande.

con su elusión, la síntesis de glucosa se hace posible, pero siempre es endergónica. Si este no fuera el caso, el cuerpo podría construir y consumir glucosa en un ciclo interminable para producir energía. Sin embargo, la gluconeogénesis solo será utilizada por el cuerpo cuando un suministro insuficiente de glucosa lo hace absolutamente necesario.

imagen: «La Curva de Respuesta de glucosa» de openi., Licencia: CC BY 2.0

las Reacciones de la Gluconeogénesis

Reacción #1

• Paso 1 de la omisión de la piruvato quinasa
• se Produce en la mitocondria.

Reacción #2

• se Produce en el citoplasma.
• Segundo trifosfato es necesario

Reacción #9

• no Es la reversión de la fosfofructoquinasa reacción.,
• Energía realizada por la no regeneración de ATP

Reacción #11

• no Es la reversión de la hexoquinasa reacción.
• energía obtenida por no regenerar ATP.
• se Produce en el retículo endoplásmico.

regulación de la gluconeogénesis

dado que la glucólisis y la gluconeogénesis se ejecutan en direcciones exactamente opuestas, es importante que no se ejecuten simultáneamente., Los pasos que controlan la velocidad (efectivos en minutos) incluyen:

la conversión de piruvato en fosfoenolpiruvato

la piruvato carboxilasa cataliza este 1er paso importante de la gluconeogénesis. Se activa por acetil-CoA para que se produzca más oxaloacetato y esté disponible para pasos de reacción posteriores.

la conversión de fructosa-1,6-bisfosfato a fructosa-6-fosfato

fructosa-1,6-bisfosfatasa es responsable de este paso. Está controlada alostéricamente por fructosa-2,6-bisfosfato, al igual que su ‘oponente’ – fosfofructocinasa., La enzima reguladora es la fosfofructocinasa 2 (no debe confundirse con la fosfofructocinasa 1 de la glucólisis).

Cuando está activo, sintetiza fructosa-2,6-bisfosfato, que tiene un efecto inhibitorio sobre la gluconeogénesis y un efecto promotor sobre la glucólisis. Este tipo de regulación contraria también se llama regulación recíproca. El estimulador de la fosfofructocinasa 2 es un nivel bajo de cAMP en la célula, que, por ejemplo, es proporcionado por la insulina. El citrato y el ATP tienen un efecto positivo en la nueva síntesis de glucosa.

a largo plazo, la expresión de enzimas clave puede ser regulada., cAMP and glucocorticoids stimulate this expression whereas insulin represses the expression.