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Activación del glicerol: El proceso comienza con la activación del glicerol, que se convierte en glicerol-3-fosfato. Esta conversión es catalizada por la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa, que utiliza ATP para fosforilar el glicerol.

Formación de la base fosfolipídica: El glicerol-3-fosfato se combina con dos ácidos grasos para formar un compuesto llamado lisofosfatidato. Esta reacción es catalizada por la enzima glicerol-3-fosfato aciltransferasa. El lisofosfatidato resultante se convierte en fosfatidato por la adición de un tercer ácido graso, catalizada por la enzima aciltransferasa.

Síntesis de fosfatidilcolina (PC): Una vía común para la síntesis de fosfoacilgliceroles implica la conversión de fosfatidato a fosfatidilcolina (PC), que es un fosfoacilglicerol importante en las membranas celulares. En este paso, el grupo fosfato del fosfatidato se transfiere a la colina, formando fosfatidilcolina y liberando diacilglicerol. Esta reacción es catalizada por la enzima fosfatidilcolina sintasa.

Síntesis de otros fosfoacilgliceroles: Además de la fosfatidilcolina, también se pueden sintetizar otros fosfoacilgliceroles como la fosfatidiletanolamina (PE) y la fosfatidilserina (PS) mediante la modificación de los grupos funcionales de las moléculas de fosfatidilcolina. Estos procesos implican la transferencia de grupos amino o etanolamina a partir de donantes como la serina o la etanolamina

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El ciclo de Cori es un proceso metabólico que ocurre en el hígado y en los músculos durante la actividad física intensa o en situaciones de demanda energética alta, como el ejercicio intenso o el ayuno prolongado. Este ciclo implica la conversión del ácido láctico producido por los músculos en glucosa, que luego es liberada al torrente sanguíneo para ser utilizada por los músculos u otros tejidos que la necesiten.

Clasificación metabólica:

Tipo de metabolismo: El ciclo de Cori es un ejemplo de metabolismo anaeróbico, ya que ocurre en ausencia de oxígeno.

Función principal: Su principal función es mantener los niveles de glucosa en sangre durante situaciones de alta demanda energética.

Tissue predominante: Se produce principalmente en el hígado y en los músculos.

Principal sustrato: El ácido láctico producido por los músculos es el sustrato principal en el ciclo de Cori.

Principal producto: La glucosa es el principal producto del ciclo de Cori, la cual es liberada al torrente sanguíneo para ser utilizada por los músculos y otros tejidos.

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Ciclo de Cori [ciclo del ácido láctico o lactado] | Metabolismo

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Producción de lactato en los músculos: Durante la actividad física intensa, los músculos pueden experimentar una demanda de energía que supera la capacidad de suministro de oxígeno. En estas condiciones, los músculos recurren a la glucólisis anaeróbica para obtener energía a partir de la glucosa. Como resultado, se produce piruvato, que luego se convierte en lactato para regenerar NAD+ y permitir que la glucólisis continúe.

Transporte de lactato al hígado: El lactato producido en los músculos se transporta a través del torrente sanguíneo hacia el hígado, donde se produce la mayor parte de la gluconeogénesis.

Conversión de lactato a piruvato: En el hígado, el lactato se convierte de nuevo en piruvato a través de la enzima lactato deshidrogenasa.

Gluconeogénesis: El piruvato generado a partir del lactato entra en la vía de la gluconeogénesis en el hígado. En este proceso, el piruvato se convierte en glucosa a través de una serie de reacciones enzimáticas, utilizando precursores como el lactato, el glicerol y los aminoácidos.

Liberación de glucosa: La glucosa producida en el hígado se libera al torrente sanguíneo y se distribuye a los tejidos del cuerpo para su utilización como fuente de energía.

Transporte de glucosa a los músculos: La glucosa liberada por el hígado puede ser transportada de vuelta a los músculos a través del torrente sanguíneo, donde se utiliza como sustrato para la glucólisis y la producción de energía.

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Cantidad de reacciones que componen la ruta

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Cantidad de reacciones que componen la ruta

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Producción de lactato en los músculos:

Glucosa se somete a la glucólisis anaeróbica en los músculos.

Se produce piruvato como producto final de la glucólisis.

El piruvato se reduce a lactato por la acción de la lactato deshidrogenasa (LDH), utilizando NADH como cofactor.

Transporte de lactato al hígado:

El lactato generado en los músculos se libera al torrente sanguíneo.

El lactato es transportado desde los músculos hasta el hígado a través de la circulación sanguínea.

Conversión de lactato a piruvato en el hígado:

El lactato llega al hígado y se convierte nuevamente en piruvato por la acción de la lactato deshidrogenasa.

Gluconeogénesis en el hígado:

El piruvato producido a partir del lactato se utiliza como sustrato para la gluconeogénesis en el hígado.

El piruvato se convierte en glucosa a través de una serie de reacciones enzimáticas que incluyen la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) y la glucosa-6-fosfatasa (G6Pasa), entre otras.

Liberación de glucosa:

La glucosa producida en el hígado se libera al torrente sanguíneo para ser transportada a los tejidos periféricos.

Transporte de glucosa a los músculos:

La glucosa se transporta desde el torrente sanguíneo hacia los músculos, donde puede ser utilizada como fuente de energía a través de la glucólisis

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Las funciones metabólicas, endocrinas y reguladoras de la expresión genética del lactato

# data[].attributes.attachment_link.description
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Enzimas participantes con su clasificación de acuerdo con su función

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Enzimas participantes con su clasificación de acuerdo con su función

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Lactato deshidrogenasa (LDH):

Clasificación: Oxidorreductasa.

Función: Cataliza la conversión reversible del lactato a piruvato, utilizando NAD+ como coenzima en la dirección de la oxidación del lactato y NADH en la dirección de la reducción del piruvato.

Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK):

Clasificación: Transferasa.

Función: Cataliza la conversión del oxalacetato a fosfoenolpiruvato (PEP), utilizando bicarbonato, ATP y GTP como cofactores. Esta es una de las etapas clave en la gluconeogénesis, donde el PEP luego se convierte en glucosa.

Glucosa-6-fosfatasa (G6Pasa):

Clasificación: Hidrolasa.

Función: Cataliza la hidrólisis de la glucosa-6-fosfato (G6P) para producir glucosa y fosfato inorgánico. Esta enzima es esencial para la liberación de glucosa desde el hígado hacia la circulación sanguínea.

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Probablemente más de una vez has experimentado después de una actividad muscular intensa cierto dolor y calambres. Y quizá sepas que tiene que ver con la acumulación de lactato dentro del músculo. En realidad ese fenómeno está relacionado con el ciclo de Cori, una ruta metabólica que consiste en la circulación cíclica de la glucosa y el lactato entre el músculo y el hígado.

Las células musculares, usan la glucosa para obtener energía en forma de ATP (glucolisis) empleando un ayudante, el NAD. La glucosa proviene de las reservas de glucógeno a través de la circulación sanguínea procedente del hígado. En presencia de oxígeno, la oxidación de la glucosa se completa en la mitocondria generando una gran cantidad de ATP adicional y renovando el NAD. Cuando las células no reciben suficiente oxígeno, por ejemplo durante una actividad física intensa, la glucosa se transforma en lactato (fermentación láctica anaerobia) para renovar, de una forma alternativa ese NAD y evitar que la glicolisis se detenga por escasez de éste. Se producen así grandes cantidades de lactato, que difunde a la sangre para ser llevado al hígado. El lactato en el hígado es convertido nuevamente en glucosa, retornando a la circulación para ser llevada de vuelta al músculo. En condiciones de reposo, sin actividad muscular, la glucosa se almacena en forma de glucógeno en el hígado.

Este ciclo tiene gran importancia fisiológica, ya que juega un papel fundamental en el mantenimiento de la glucemia, tiene implicaciones vitales en el equilibrio ácido-base (el lactato es un ácido) y representa una manera de redistribución de glucógeno muscular que no puede liberar glucosa a la sangre como tal, únicamente en forma de lactato. Conocer este ciclo no solo sirve para entender por qué surgen las agujetas, sino que existen varias enfermedades metabólicas y energéticas relacionadas con deficiencias en los enzimas que intervienen en el ciclo de Cori.

El ciclo de Cori debe su nombre a bases bioquímicas y moleculares en la fisiología y la patología. Ambos recibieron el premio Gerty Cori, una gran científica que, junto a su marido Carl Cori, revolucionó la investigación en biomedicina al asentar las Nobel de Medicina y Fisiología en 1947, junto a Bernardo A. Houssay.

Su nombre completo era Gertrude Theresa Radnitz, nació en 1896 en Praga en lo que entonces era Austria-Hungría. Recibió su doctorado en la Escuela de Medicina de la Universidad Alemana de Praga en 1920 y un año después se mudó a Viena donde se casó con su compañero de clase Carl Cori. Empezaron así una estrecha colaboración que les convirtió en inseparables, tanto a nivel científico como personal. El ambiente antisemítico (Gerty era judía, aunque posteriormente se convertiría al catolicismo) y la falta de oportunidades después de la Primera Guerra Mundial que asoló Europa, les llevó a emigrar a los Estados Unidos en 1922. Tras unos años en Buffalo (Nueva York), en 1931 se mudaron a la Universidad de Washington en San Luis. Aunque al principio Gerty solo tuvo un puesto de asistente de investigación con un salario cinco veces menor que el de su marido, en 1947, justo antes de recibir el Nobel, Gerty obtuvo su plaza de catedrática en dicha Universidad.

Los Cori definieron la importancia del glucógeno, caracterizaron por primera vez su metabolismo y el de la glucosa in vivo, su famoso ciclo de Cori. Pero describieron también compuestos intermediarios como la glucosa-1-fosfato y las enzimas glucógeno fosforilasa y fosfoglucomutasa. Además, proporcionaron las bases para describir la regulación de la actividad de las enzimas mediante fosforilación y desfosforilación y caracterizaron varias de las enfermedades causadas por deficiencias en enzimas del metabolismo del glucógeno. Todos estos descubrimientos científicos, hicieron del laboratorio de los Cori el centro de la bioquímica experimental en los años 40-50. Por su laboratorio pasaron renombrados investigadores, algunos que llegaron a ser también premios Nobel como Arthur Kornberg y Severo Ochoaen 1959, Luis Leloir en 1970, Earl Sutherland en 1971, Christian de Duve en 1974 y Edwin G. Krebs en 1991.

Gerty Cori fue la primera mujer en ganar el Premio Nobel en Fisiología y Medicina y la tercera en conseguir el Nobel, después de Marie Curiey su hija Irene. Sus trabajos, muchos de ellos realizados conjuntamente con su marido, contribuyeron a alumbrar un nuevo concepto en la investigación biomédica: las enfermedades genéticas del metabolismo.

Aquí os dejo un video sobre Gerty Cory, de la colección " La mujer en la ciencia" del Museo de Ciencia Universidad de Navarra, en colaboración con Women for Science & Technology:

Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) - Ministerio de Ciencia e Innovación.

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La mujer que descubrió el ciclo del glucógeno

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Probablemente más de una vez has experimentado después de una actividad muscular intensa cierto dolor y calambres. Y quizá sepas que tiene que ver con la acumulación de lactato dentro del músculo. En realidad ese fenómeno está relacionado con el ciclo de Cori , una ruta metabólica que consiste en la circulación cíclica de la glucosa y el lactato entre el músculo y el hígado.

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NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleótido):

Función: Actúa como coenzima en la reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH) durante la conversión de lactato a piruvato en los músculos. Se reduce a NADH durante esta reacción.

NADH (Nicotinamida adenina dinucleótido reducido):

Función: Es el producto de la reducción de NAD+ durante la conversión de lactato a piruvato. En el ciclo de Cori, el NADH generado en los músculos se oxida nuevamente a NAD+ en el hígado durante la conversión de piruvato a lactato.

ATP (Adenosín trifosfato) y GTP (Guanosín trifosfato):

Función: Actúan como donantes de fosfato en la reacción catalizada por la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) durante la gluconeogénesis en el hígado. Ambos se convierten en ADP (Adenosín difosfato) y GDP (Guanosín difosfato), respectivamente, durante esta reacción.

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Puntos de regulación de la ruta metabólica

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Puntos de regulación de la ruta metabólica

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Los puntos de regulación metabólica en el ciclo de Cori son aquellos pasos en la ruta metabólica que son regulados en respuesta a las condiciones fisiológicas y metabólicas del organismo.

Actividad de lactato deshidrogenasa (LDH): La actividad de la LDH, que cataliza la conversión de lactato a piruvato y viceversa, puede estar sujeta a regulación. La disponibilidad de NAD+ y NADH, que son cofactores de la LDH, puede influir en su actividad.

Actividad de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK): La PEPCK cataliza la conversión de oxalacetato a fosfoenolpiruvato (PEP), un paso clave en la gluconeogénesis. La actividad de la PEPCK puede ser regulada por factores como la concentración de sustratos y cofactores, así como por señales hormonales como el glucagón y la insulina.

Regulación de la gluconeogénesis: La gluconeogénesis en general, que incluye múltiples pasos en el ciclo de Cori, está sujeta a una regulación compleja. Hormonas como el glucagón y la insulina, así como la disponibilidad de sustratos como el lactato, el piruvato y los aminoácidos, pueden influir en la actividad de las enzimas involucradas en este proceso.

Regulación hormonal: Hormonas como la insulina, el glucagón y el cortisol desempeñan roles importantes en la regulación del metabolismo de la glucosa y, por lo tanto, en el ciclo de Cori. Por ejemplo, el glucagón estimula la gluconeogénesis y la liberación de glucosa desde el hígado, mientras que la insulina promueve la captación de glucosa por los tejidos y la síntesis de glucógeno.

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Compartimento celular donde se realiza el proceso metabólico

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Compartimento celular donde se realiza el proceso metabólico

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El proceso metabólico del ciclo de Cori involucra principalmente dos compartimentos celulares:

Músculos: La primera parte del ciclo de Cori ocurre en los músculos esqueléticos durante períodos de alta actividad física. Aquí, el proceso de glucólisis anaeróbica convierte la glucosa en piruvato, que luego se reduce a lactato para regenerar NAD+ y permitir que la glucólisis continúe en ausencia de oxígeno.

Hígado: La segunda parte del ciclo de Cori tiene lugar en el hígado. El lactato producido en los músculos es transportado a través del torrente sanguíneo hasta el hígado, donde se convierte de nuevo en piruvato mediante la enzima lactato deshidrogenasa. El piruvato resultante se utiliza luego como sustrato para la gluconeogénesis, un proceso que ocurre principalmente en el hígado y que conduce a la síntesis de glucosa a partir de precursores como el lactato, el glicerol y los aminoácidos.

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Clasificación del tipo de proceso metabólico 

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Clasificación del tipo de proceso metabólico 

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La síntesis de fosfoacilgliceroles es un proceso metabólico que pertenece a la categoría de la lipogénesis, que es la biosíntesis de ácidos grasos y sus derivados, incluyendo los fosfolípidos.

Tipo de metabolismo: Anabólico. La síntesis de fosfoacilgliceroles implica la construcción de moléculas más complejas a partir de precursores más simples, lo que requiere energía.

Función principal: La síntesis de fosfoacilgliceroles es esencial para la formación de las membranas celulares. Los fosfoacilgliceroles son un tipo importante de fosfolípidos que componen la bicapa lipídica de las membranas celulares, lo que les confiere estructura y permeabilidad selectiva.

Sustratos principales: Los sustratos principales para la síntesis de fosfoacilgliceroles son los ácidos grasos, el glicerol y los grupos fosfato. Estos sustratos son utilizados para construir la estructura de los fosfolípidos.

Catalizadores enzimáticos: Varias enzimas participan en las diferentes etapas de la síntesis de fosfoacilgliceroles, incluyendo la glicerol-3-fosfato aciltransferasa, la fosfatidilcolina sintasa, entre otras.

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Cantidad de reacciones que componen la ruta

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Cantidad de reacciones que componen la ruta

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Activación del glicerol: El glicerol se fosforila para formar glicerol-3-fosfato, utilizando ATP como fuente de energía. Esta reacción es catalizada por la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa.

Formación de lisofosfatidato: El glicerol-3-fosfato se une a dos ácidos grasos para formar un compuesto llamado lisofosfatidato. Esta reacción es catalizada por la enzima glicerol-3-fosfato aciltransferasa.

Formación de fosfatidato: El lisofosfatidato se convierte en fosfatidato mediante la adición de un tercer ácido graso. Esta reacción también es catalizada por la enzima glicerol-3-fosfato aciltransferasa.

Síntesis de fosfatidilcolina: El grupo fosfato del fosfatidato se transfiere a la colina, formando fosfatidilcolina y liberando diacilglicerol. Esta reacción es catalizada por la enzima fosfatidilcolina sintasa.

Modificación de otros fosfoacilgliceroles: Además de la síntesis de fosfatidilcolina, otras enzimas pueden modificar los grupos funcionales de las moléculas de fosfoacilgliceroles para sintetizar otros fosfoacilgliceroles, como la fosfatidiletanolamina y la fosfatidilserina. Estos procesos implican la transferencia de grupos amino o etanolamina a partir de donantes como la serina o la etanolamina.

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Síntesis de triglicéridos [Lipogénesis] | Metabolismo

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Enzimas participantes con su clasificación de acuerdo con su función

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Enzimas participantes con su clasificación de acuerdo con su función

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Glicerol-3-fosfato deshidrogenasa:

Clasificación: Oxidorreductasa.

Función: Cataliza la conversión del glicerol a glicerol-3-fosfato mediante la fosforilación, utilizando NAD+ como coenzima.

Glicerol-3-fosfato aciltransferasa:

Clasificación: Transferasa.

Función: Cataliza la transferencia de ácidos grasos al glicerol-3-fosfato para formar lisofosfatidato y luego la adición de un tercer ácido graso para formar fosfatidato.

Fosfatidilcolina sintasa:

Clasificación: Transferasa.

Función: Cataliza la síntesis de fosfatidilcolina mediante la transferencia del grupo fosfato del CDP-colina al grupo hidroxilo del fosfatidato, formando fosfatidilcolina y liberando CMP (citosina monofosfato).

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ATP (Adenosín trifosfato): El ATP se utiliza como fuente de energía para la fosforilación del glicerol en la primera etapa de la síntesis de fosfoacilgliceroles, catalizada por la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa.

NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleótido): Aunque no es estrictamente una coenzima en este contexto, el NAD+ actúa como un cofactor en la reacción catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa, donde se reduce a NADH.

CDP-colina (Citidina difosfocolina): Aunque no es una coenzima, el CDP-colina es un importante cofactor en la reacción catalizada por la fosfatidilcolina sintasa, donde dona el grupo fosfato para la síntesis de fosfatidilcolina.

CoA (Coenzima A): Aunque no es directamente una coenzima en la síntesis de fosfoacilgliceroles, el CoA puede participar en la activación de ácidos grasos antes de su unión al glicerol-3-fosfato en el proceso de esterificación.

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METABOLISMO DE ACILGLICEROLES Y ESFINGOLÍPIDOS

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METABOLISMO DE ACILGLICEROLES Y ESFINGOLÍPIDOS - Download as a PDF or view online for free

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Puntos de regulación de la ruta metabólica

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Puntos de regulación de la ruta metabólica

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Regulación de la activación del glicerol: La primera etapa de la síntesis de fosfoacilgliceroles implica la fosforilación del glicerol para formar glicerol-3-fosfato. La actividad de la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa, que cataliza esta reacción, puede ser regulada por diversos factores, como la disponibilidad de sustratos (glicerol y ATP) y la concentración de productos (NADH y glicerol-3-fosfato).

Regulación de la actividad enzimática: Las enzimas implicadas en la síntesis de fosfoacilgliceroles, como la glicerol-3-fosfato aciltransferasa y la fosfatidilcolina sintasa, están sujetas a regulación alostérica y control por retroalimentación. La actividad de estas enzimas puede ser modulada por la presencia de ligandos o metabolitos específicos, como los productos finales de la ruta.

Regulación hormonal: Las hormonas como la insulina y el glucagón pueden influir en la síntesis de fosfoacilgliceroles mediante la regulación de la expresión génica de las enzimas implicadas en este proceso. Por ejemplo, la insulina puede estimular la síntesis de fosfolípidos en el hígado, mientras que el glucagón puede tener efectos opuestos.

Disponibilidad de precursores: La disponibilidad de precursores como los ácidos grasos y la colina puede influir en la velocidad de la síntesis de fosfoacilgliceroles. Cambios en la disponibilidad de estos precursores, ya sea debido a la dieta o a procesos metabólicos, pueden afectar la tasa de síntesis de fosfolípidos.

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Regulación de la gluconeogénesis [Hormonal y alostérica]

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Compartimento celular donde se realiza el proceso metabólico

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Compartimento celular donde se realiza el proceso metabólico

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La síntesis de fosfoacilgliceroles tiene lugar principalmente en el retículo endoplásmico (RE) de la célula. El retículo endoplásmico es un orgánulo celular compuesto por una red de sacos membranosos interconectados, donde se llevan a cabo una variedad de procesos metabólicos relacionados con la síntesis de lípidos, la modificación de proteínas y la síntesis de proteínas, entre otros.

En particular, la síntesis de fosfoacilgliceroles implica la actividad de enzimas localizadas en las membranas del retículo endoplásmico. Estas enzimas catalizan las diferentes etapas de la ruta metabólica, desde la activación del glicerol hasta la formación de fosfoacilgliceroles específicos como la fosfatidilcolina.

Es importante destacar que, aunque la síntesis de fosfoacilgliceroles comienza en el retículo endoplásmico, los fosfolípidos resultantes pueden ser posteriormente modificados y transportados a otras membranas celulares, como la membrana plasmática o el aparato de Golgi, donde desempeñan diversas funciones en la célula. Sin embargo, la mayor parte de la síntesis ocurre inicialmente en el retículo endoplásmico

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FOSFOLÍPIDOS- LA ARMADURA DE LA CÉLULA (MEMBRANA PLASMÁTICA).

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Clasificación del tipo de proceso metabólico

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Clasificación del tipo de proceso metabólico

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Tipo de metabolismo: Anabólico. La biosíntesis de aminoácidos aromáticos implica la construcción de moléculas más complejas a partir de precursores más simples, lo que requiere energía.

Función principal: La biosíntesis de aminoácidos aromáticos es esencial para la producción de los aminoácidos fenilalanina, tirosina y triptófano, que son componentes fundamentales de las proteínas y también tienen importantes funciones metabólicas y fisiológicas.

Sustratos principales: Los sustratos principales para la biosíntesis de aminoácidos aromáticos incluyen precursores metabólicos como la glucosa, el glutamato, el fosfoenolpiruvato y el eritrosa-4-fosfato.

Vías metabólicas involucradas: La biosíntesis de aminoácidos aromáticos implica varias vías metabólicas interconectadas, como la vía del shikimato y la vía del ácido araquidónico, que convergen para producir los aminoácidos fenilalanina, tirosina y triptófano.

Regulación: La biosíntesis de aminoácidos aromáticos está regulada por retroalimentación negativa, donde los productos finales (fenilalanina, tirosina y triptófano) inhiben enzimas clave en las vías biosintéticas, controlando así la tasa de producción de estos aminoácidos en respuesta a las necesidades celulares.

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Vía del shikimato:

La biosíntesis de aminoácidos aromáticos comienza con la vía del shikimato, que es una vía metabólica exclusiva de las plantas, bacterias y hongos.

La primera etapa de esta vía implica la conversión de la glucosa-6-fosfato en fosfoenolpiruvato (PEP) y eritrosa-4-fosfato.

Estos precursores son transformados en shikimato en una serie de reacciones enzimáticas.

El shikimato es entonces convertido en ácido arogenato, que es un precursor común de los aminoácidos aromáticos.

Vía del ácido araquidónico:

En los mamíferos, una vía metabólica relacionada, conocida como la vía del ácido araquidónico, también contribuye a la biosíntesis de aminoácidos aromáticos.

Esta vía comienza con el ácido fosfatídico, un fosfolípido de la membrana celular, que se convierte en ácido araquidónico.

El ácido araquidónico se convierte entonces en precursores importantes para la síntesis de fenilalanina y tirosina.

Formación de aminoácidos específicos:

El ácido arogenato es transformado en fenilalanina en varias etapas enzimáticas.

La fenilalanina se convierte luego en tirosina mediante la adición de un grupo hidroxilo.

Finalmente, la tirosina es convertida en triptófano a través de una serie de reacciones enzimáticas adicionales.

Regulación:

La biosíntesis de aminoácidos aromáticos está regulada por retroalimentación negativa, donde los productos finales de la vía (fenilalanina, tirosina y triptófano) inhiben la actividad de las enzimas clave en las etapas tempranas de la vía, reduciendo así la síntesis de estos aminoácidos cuando sus niveles son suficientes.

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Los aminoácidos se pueden adquirir a través de la descomposición de proteínas intracelulares o ingeridas en la dieta. Los aminoácidos pueden ingresar a 3 rutas metabólicas dentro del cuerpo. Ellos pueden 1) reciclarse para sintetizar nuevas proteínas; 2) combinarse con cofactores y sustancias para crear derivados de aminoácidos; o 3) catabolizarse en sus grupos funcionales y esqueletos de carbono. Este proceso libera amonio, que pasa al ciclo de la urea y produce intermediarios para las rutas metabólicas energéticas.

Descripción General

Los aminoácidos siguen 3 vías metabólicas principales para su metabolismo:

1. Síntesis de nuevas proteínas.

2. Formación de derivados de aminoácidos

3. Catabolismo de aminoácidos:

El catabolismo consiste en la descomposición de moléculas complejas en unidades más pequeñas para producir energía o para ser utilizadas en reacciones anabólicas.

Eliminación o intercambio de grupos funcionales:

Implica la transaminación, desaminación y descarboxilación.

Libera el exceso de nitrógeno en forma de amonio (NH4+), que luego ingresa al ciclo de la urea, se convierte en urea y se excreta a través de la orina.

Catabolismo del esqueleto de carbono restante:

En general, los 20 aminoácidos se pueden descomponer en 1 de 6 intermedios: piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA o fumarato.

Los aminoácidos cetogénicos se metabolizan a acetil-CoA, que luego se emplea en el ciclo del ácido cítrico, la cetogénesis o la síntesis de ácidos grasos.

Los aminoácidos glucogénicos se convierten en glucosa a través de la gluconeogénesis.

Algunos aminoácidos son tanto glucogénicos como cetogénicos.

Derivados de los Aminoácidos

Los aminoácidos se pueden utilizar para ensamblar muchas sustancias. La siguiente imagen muestra las sustancias derivadas de AA más importantes en humanos.

Transaminación

La transaminación es la transferencia de un grupo amino de un alfa-aminoácido a un alfa-cetoácido, que es un aminoácido con un grupo alfa-ceto (=O) en lugar de un grupo alfa-amino (NH ₂).

El aminoácido original pierde un grupo amino y gana un grupo ceto, convirtiéndose en un alfa-cetoácido.

El alfa-cetoácido original pierde su grupo ceto y gana un amino, convirtiéndose en un aminoácido no esencial.

La reacción es catalizada por enzimas aminotransferasas:

Puede ser específico para un par de aminoácidos en particular o un grupo con composiciones químicas similares

Requiere a la coenzima piridoxal fosfato (la forma activa de la vitamina B6)

Se encuentra en altas concentraciones en el hígado

Este proceso depende de la necesidad. Si hay un exceso de un tipo de aminoácido, el grupo amino de ese tipo se puede transferir para producir otros tipos de aminoácidos que el cuerpo necesita actualmente.

Todos los aminoácidos comunes participan en la transaminación, excepto la lisina, la treonina, la prolina y la hidroxiprolina, que se catabolizan a través de una deshidrogenasa.

Transaminasas

Alanina transaminasa (ALT o ALAT) transfiere un grupo amino de la alanina al alfa-cetoglutarato, formando piruvato y glutamato.

Aspartato transaminasa (AST o ASAT)transfiere un grupo amino del aspartato al alfa-cetoglutarato, formando oxaloacetato y glutamato.

Ambas enzimas catabolizan reacciones reversibles, que son esenciales para el transporte de nitrógeno de los tejidos al hígado y al ciclo de la urea.

Pasos:

1. El fosfato de piridoxal reacciona con el grupo amino del aminoácido liberando H₂O.

2. Se forma una base de Schiff, desestabilizando el aminoácido.

3. Los átomos de hidrógeno migran, los cambios de doble enlace y la aldimina → cetimina.

4. Se agrega H₂O, lo que produce fosfato de piridoxamina y un alfa-cetoácido.

5. A la inversa, el fosfato de piridoxamina reacciona con un alfa-cetoácido, generando un AA y reconstituyendo el fosfato de piridoxal.

Desaminación

La desaminación es el proceso a través del cual se eliminan los grupos amino de los aminoácidos, liberando amoníaco citotóxico libre: amoníaco → amonio → urea o ácido úrico a través del ciclo de la urea en el hígado.

Tres tipos de desaminación

1. Desaminación oxidativa:

La oxidación convierte el grupo amino en un grupo imino.

NAD⁺ o NADP⁺ se reduce a NADH/H o NADPH/H, respectivamente.

Se agrega agua al grupo amino, convirtiéndolo en un grupo alfa-ceto, liberando amoníaco.

2. Desaminación hidrolítica:

El agua reacciona con el grupo amino, uniendo irreversiblemente un grupo OH y eliminando el grupo amino en forma de amoníaco.
3. Desaminación eliminativa:

Los aminoácidos pequeños (serina o cisteína) liberan agua (o sulfuro de hidrógeno para los aminoácidos sulfurosos).
El fosfato de piridoxal es una coenzima necesaria.

A través de la hidrólisis, el grupo amino se escinde, dando como resultado el piruvato.

Descarboxilación

Escisión de un grupo carboxilo de un aminoácido, liberando CO₂

Catalizada por la enzima descarboxilasa

Utiliza fosfato de piridoxal como coenzima

Las aminas resultantes cumplen funciones importantes en el cuerpo = aminas biogénicas:

La histamina se forma a través de la descarboxilación de la histidina y juega un papel vital en las reacciones de hipersensibilidad inmediata.

Otros ejemplos:

Ácido gamma-aminobutírico a partir de ácido glutamínico

Dopamina (a partir de la 3,4-dihidroxifenilalanina).

Catabolismo del Esqueleto de Carbono

El catabolismo de los aminoácidos involucra reacciones anapleróticas (reacciones químicas que forman intermediarios de las rutas metabólicas).

La descomposición del esqueleto de carbono de los aminoácidos se puede clasificar por las vías metabólicas a las que sus productos catabólicos servirán como intermediarios:

Aminoácidos glucogénicos → intermediarios de la gluconeogénesis

Aminoácidos cetogénicos → intermedios de cetogénesis

Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos → ambas vías

Aminoácidos glucogénicos

Aminoácidos cetogénicos

Aminoácidos glucogénicos/cetogénicos

Alanina

Arginina

Asparagina

Ácido aspártico

Cisteína

Ácido glutamico

Glutamina

Glicina

Histidina

Metionina

Prolina

Serina

Valina

Isoleucina

Fenilalanina

Treonina

Triptófano

Tirosina

Todos los aminoácidos se dividen en 1 de 6 intermedios (ver cuadros verdes en las imágenes a continuación): piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA o fumarato.
Aminoácidos glucogénicos
Metabolizados a piruvato o a metabolitos del ciclo del ácido cítrico:

Piruvato (a partir de serina, cisteína, glicina, alanina y treonina)

Succinil-CoA (a partir de metionina, isoleucina, valina y treonina a través de propionil-Coa y metilmalonil-CoA

Propionil-CoA (intermedio de la vía succinil-CoA)

Oxaloacetato (a partir de asparagina a través de aspartato)

α-cetoglutarato (a partir de glutamina, arginina, histidina, prolina a través de glutamato)

Fumarato

Los productos catabólicos se mueven hacia el ciclo del ácido cítrico para producir energía o se usan como sustratos para la gluconeogénesis.
Aminoácidos cetogénicos
Se metabolizan directamente a acetil-CoA, luego ingresan en 1 de 3 vías metabólicas:

Ingreso al ciclo del ácido cítrico para producir ATP/energía

Cetogénesis (producción de cuerpos cetónicos)

Síntesis de ácidos grasos o colesterol

Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos
Metabolizados a intermediarios de vías lipídicas y glucogénicas:

Isoleucina → propionil-CoA (→ metilmalonil-CoA → succinil-CoA) y acetil-CoA

Fenilalanina → tirosina → fumarato y acetil-CoA

Treonina → propionil-CoA y piruvato, así como acetil-CoA (a través de glicina + acetaldehído)

Triptófano → alanina y acetil-CoA

Dispositivo mnemotécnico

Para recordar las rutas metabólicas de los esqueletos de carbono de los aminoácidos, recuerde:

Glucogénica: "I Met His Valentine, she is so sweet" (Conocí a su San Valentin, ella es tan dulce)".

Met ionina

His tidina

Val ina

Cetogénica: "The onLy pureLy ketogenic amino acids." (Los únicos aminoácidos puramente cetogenicos).

Relevancia Clínica

Las siguientes condiciones son trastornos del metabolismo de los aminoácidos. Según el país y el estado específico de EE. UU., los recién nacidos pueden someterse a exámenes de tamizaje de estos trastornos de forma rutinaria (excepto alcaptonuria).

Fenilcetonuria: un defecto de la fenilalanina hidroxilasa que da como resultado el deterioro de la conversión de fenilalanina en tirosina y a la posterior acumulación de fenilalanina. Se presenta como retraso psicomotor y convulsiones.

Enfermedad de la orina con jarabe de arce: un defecto en la deshidrogenasa que da como resultado la acumulación de aminoácidos de cadena ramificada. Se presenta como discapacidad cognitiva, orina de olor dulce y distonía.

Homocistinuria: un defecto en la enzima cistationina β-sintasa, que conduce a una acumulación de homocisteína. Se presenta como enrojecimiento, retraso en el desarrollo, dislocación del cristalino, enfermedad vascular y osteoporosis.

Tirosinemia: deficiencia de fumarilacetoacetato hidrolasa, la última enzima en el catabolismo de la tirosina. Se presenta como enfermedad hepática, aumento de peso deficiente, enfermedad de los nervios periféricos y defectos renales.

Alcaptonuria: una deficiencia de ácido homogentísico dioxigenasa, que altera la degradación normal de tirosina a fumarato. Se presenta como una decoloración negro azulada de los tejidos conectivos, artritis y calcificaciones de varios tejidos.

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Catabolismo de Aminoácidos | Concise Medical Knowledge

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Los aminoácidos siguen 3 vías metabólicas principales para su metabolismo:

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Cantidad de reacciones que componen la ruta

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Cantidad de reacciones que componen la ruta

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Vía del shikimato:

Conversión de glucosa-6-fosfato y fosfoenolpiruvato en eritrosa-4-fosfato y fosfoenolpiruvato.

Serie de reacciones que convierten eritrosa-4-fosfato en shikimato, catalizadas por varias enzimas.

Transformación de shikimato en ácido arogenato.

Formación de fenilalanina:

Conversión de ácido arogenato en fenilpiruvato.

Reducción de fenilpiruvato a fenilalanina, catalizada por la enzima fenilalanina hidroxilasa.

Formación de tirosina:

Hidroxilación de fenilalanina para formar tirosina, catalizada por la misma fenilalanina hidroxilasa.

Formación de triptófano:

Transformación de ácido arogenato en ácido indol-3-glicérico.

Serie de reacciones que convierten ácido indol-3-glicérico en triptófano.

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Enzimas participantes con su clasificación de acuerdo con su función

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Enzimas participantes con su clasificación de acuerdo con su función

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3-dehidroquinasa (DHQ):

Clasificación: Isomerasa o liasa.

Función: Cataliza la conversión del 3-dehidroquinato a 3-dehidroshikimato, en la vía del shikimato.

5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato (EPSP) sintasa:

Clasificación: Transferasa.

Función: Cataliza la reacción de condensación entre el fosfoenolpiruvato (PEP) y el eritrosa-4-fosfato para formar 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato (EPSP) en la vía del shikimato.

Fenilalanina hidroxilasa:

Clasificación: Oxigenasa.

Función: Cataliza la hidroxilación de la fenilalanina para formar tirosina en la biosíntesis de aminoácidos aromáticos.

Trptofano sintasa:

Clasificación: Liigasa.

Función: Cataliza la reacción final en la vía de la biosíntesis de triptófano, donde se condensa el indol-3-glicerol fosfato (IGP) y el serina para formar triptófano.

Shikimato deshidrogenasa:

Clasificación: Oxidoreductasa.

Función: Cataliza la conversión del ácido shikímico en ácido 3-dehidroshikímico en la vía del shikimato.

AroA:

Clasificación: Transferasa.

Función: Cataliza la reacción de condensación entre el 3-fosfoenolpiruvato y el eritrosa-4-fosfato para formar el 3-dehidroshikimato en la vía del shikimato.

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El primer modo de acción que será discutido es el que presentan aquellos herbicidas que inhiben la síntesis de aminoácidos aromáticos. El glifosato, uno de los herbicidas mas exitosos hasta ahora descubiertos, inhibe la síntesis de los aminoácidos aromáticos, que son: fenilalanina, tirosina y triptófano. Este herbicida es un potente inhibidor de la enzima 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (enzima a la que comúnmente se hace referencia como EPSP sintasa o EPSPS, por sus siglas en inglés). EPSP sintasa es una enzima muy importante en la ruta metabólica del shikimato, la cual produce muchos productos aromáticos como las ligninas, alcaloides, flavonoides, ácidos benzoicos y fitohormonas, además de algunos de los aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas. De hecho, hasta un 20% del carbono que es fijado durante el proceso de fotosíntesis es utilizado en esta ruta metabólica.

El gen que codifica para la producción de la EPSP sintasa se localiza en el núcleo de la célula; sin embargo, el sitio de actividad de esta enzima, y donde tiene lugar la ruta metabólica del shikimato, es el cloroplasto (Figura 6).

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El primer modo de acción que será discutido es el que presentan aquellos herbicidas que inhiben la síntesis de aminoácidos aromáticos. El glifosato, uno de los herbicidas mas exitosos hasta ahora descubiertos, inhibe la síntesis de los aminoácidos aromáticos, que son: fenilalanina, tirosina y triptófano.

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NADPH (Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido): Es una coenzima que actúa como donante de electrones en numerosas reacciones de reducción durante la biosíntesis de aminoácidos aromáticos. Por ejemplo, en la conversión de precursores intermedios a aminoácidos finales, como en la reducción de ácido arogenato a tirosina.

NADH (Nicotinamida adenina dinucleótido reducido): Similar al NADPH, el NADH también puede servir como donante de electrones en ciertas reacciones de reducción durante la biosíntesis de aminoácidos aromáticos.

Tetrahidrobiopterina (BH4): Esta coenzima es necesaria para la actividad de la fenilalanina hidroxilasa, una enzima clave en la conversión de fenilalanina a tirosina. La tetrahidrobiopterina actúa como un cofactor en la hidroxilación de fenilalanina.

Tetrahidrofolato (THF): El THF actúa como portador de grupos de un carbono en muchas reacciones de transferencia de grupos durante la síntesis de aminoácidos, incluidos los aminoácidos aromáticos. Por ejemplo, en la biosíntesis de tirosina a partir de ácido arogenato, el THF puede participar en la transferencia de un grupo metilo.

PLP (Piridoxal fosfato): Es una forma activa de vitamina B6 y actúa como cofactor en numerosas reacciones de transaminación durante la biosíntesis de aminoácidos, incluyendo la conversión de precursores intermedios a aminoácidos aromáticos

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Puntos de regulación de la ruta metabólica 

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Puntos de regulación de la ruta metabólica 

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Retroalimentación negativa: Los aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina y triptófano actúan como reguladores alostéricos negativos en la ruta. Cuando los niveles de estos aminoácidos son altos, inhiben la actividad de las enzimas clave de la ruta metabólica, disminuyendo así la síntesis adicional de los mismos. Por ejemplo, la fenilalanina inhibe la enzima 3-desoxiarabinoheptulosonato-7-fosfato (DAHP) sintasa, que es una enzima temprana en la vía del shikimato.

Regulación génica: La expresión de los genes que codifican para las enzimas involucradas en la biosíntesis de aminoácidos aromáticos puede ser regulada por factores de transcripción en respuesta a las señales celulares y ambientales. Por ejemplo, la actividad de los factores de transcripción específicos puede aumentar o disminuir la transcripción de genes en la vía del shikimato en función de la demanda celular de aminoácidos aromáticos.

Modulación de la actividad enzimática: Además de la regulación a nivel de expresión génica, la actividad de las enzimas clave en la ruta puede ser regulada por modificaciones postraduccionales, interacciones con cofactores o moduladores alostéricos, y cambios en las condiciones ambientales como el pH y la disponibilidad de sustratos.

Señalización hormonal: Hormonas como la insulina, glucagón y hormonas tiroideas pueden influir en la biosíntesis de aminoácidos aromáticos al modular la actividad enzimática o la expresión génica de las enzimas clave en la ruta.

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Compartimento celular donde se realiza el proceso metabólico

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Compartimento celular donde se realiza el proceso metabólico

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La biosíntesis de aminoácidos aromáticos ocurre principalmente en el citoplasma celular. Aunque algunas etapas específicas pueden ocurrir en otros compartimentos celulares, como el retículo endoplásmico, la mayor parte de la ruta metabólica tiene lugar en el citosol.

Las enzimas implicadas en la biosíntesis de aminoácidos aromáticos, como aquellas involucradas en la vía del shikimato y la vía del ácido araquidónico, se encuentran en el citoplasma de la célula. En este compartimento, se llevan a cabo las diversas reacciones enzimáticas que transforman precursores metabólicos en intermediarios y luego en los aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina y triptófano.

Es importante destacar que, aunque la biosíntesis de aminoácidos aromáticos comienza en el citoplasma, los aminoácidos producidos pueden ser posteriormente transportados a otros compartimentos celulares donde se utilizan para la síntesis de proteínas, la producción de neurotransmisores y otras funciones celulares importantes. Sin embargo, la síntesis inicial tiene lugar en el citoplasma.

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