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Aspartoquinasa: Transferasa que fosforila el aspartato a aspartil-fosfato.

Aspartato-semialdehído deshidrogenasa: Oxidoreductasa que convierte aspartil-fosfato en ácido aspártico-semialdehído.

Otras enzimas específicas de cada ruta, como la homoserina deshidrogenasa (en la ruta a treonina) o la diaminopimelato descarboxilasa (en la ruta a lisina).

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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 ruta de la pentosa fosfato es una ruta metabólica, en la cual se sintetizan pentosas (monosacáridos de 5 carbonos) y se genera poder reductor en forma de NADPH. (Ruta_De_La_Pentosa_Fosfato, n.d.)

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La ruta puede dividirse en dos fases:

Fase oxidativa: en esta fase, dos moléculas de NADP⁺ son reducidas a NADPH utilizando la energía de la conversión de glucosa-6-fosfato en ribulosa-5-fosfato.

Fase no oxidativa: a partir de la ribulosa-5-fosfato se sintetiza xilulosa-5-fosfato y ribosa-5-fosfato monosacárido imprescindible para la síntesis de nucleósidos, nucleótidos y por ende de ácidos nucleicos. Esta ruta es una de las tres principales vías en que se crea poder reductor. (Ruta_De_La_Pentosa_Fosfato, n.d.)

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Ruta completa

Enzimas

Balance de carbono
y de energía

1) glucosa-6P deshidrogenasa

2) una lactonasa

3) 6-fosfogluconato deshidrogenasa

4) fosfopentosa epimerasa

5) fosfopentosa isomerasa

6) transcetolasa (glicolaldehído transferasa)

7) transaldolasa (dihidroxiacetona transferasa)

Fase oxidativa:

Características comparadas:

transcetolasa (tc, 6)

transaldolasa (ta, 7)

(glicolaldehídotransferasa, EC 2.2.1.1)

(dihidroxiacetonatransferasa, EC 2.2.1.2)

sustratos:

cetosa + aldosa

cetosa + aldosa

productos:

aldosa + cetosa

aldosa + cetosa

transferencia de:

C ₂ desde la cetosa a la aldosa

C ₃ desde la cetosa a la aldosa

coenzima:

pirofosfato de tiamina (TPP)

sin grupo prostético; interviene ε–amino de Lys

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Ruta completa Enzimas Balance de carbono y de energía 1) glucosa-6P deshidrogenasa 2) una lactonasa 3) 6-fosfogluconato deshidrogenasa 4) fosfopentosa epimerasa 5) fosfopentosa isomerasa 6) transcetolasa (glicolaldehído transferasa) 7) transaldolasa (dihidroxiacetona transferasa) Características comparadas: transcetolasa (tc, 6) transaldolasa (ta, 7) (glicolaldehídotransferasa, EC 2.2.1.1) (dihidroxiacetonatransferasa, EC 2.2.1.2) sustratos: cetosa + aldosa cetosa + aldosa productos: aldosa + cetosa aldosa + cetosa transferencia de: C 2 desde la cetosa a la aldosa C 3 desde la cetosa a la aldosa coenzima: pirofosfato de tiamina (TPP) sin grupo prostético; interviene ε-amino de Lys

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Tomado de: Luis, M. V. J. (2014, September 6). Ruta de las pentosas fosfato. Naturaleza Y Turismo. https://www.asturnatura.com/temarios/biologia/catabolismo/ruta-pentosas-fosfato

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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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La ruta completa incluye aproximadamente 8-11 reacciones, dependiendo de cómo se cuenten las reacciones reversibles y las etapas de transposición de grupos carbonados. (colaboradores de Wikipedia, 2023)

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Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa: Deshidrogenación, oxidorreductasa que cataliza la conversión de glucosa-6-fosfato a 6-fosfogluconolactona.

6-fosfogluconolactonasa: Hidrolasa que convierte 6-fosfogluconolactona a 6-fosfogluconato.

6-fosfogluconato deshidrogenasa: Descarboxilación, oxidorreductasa que convierte 6-fosfogluconato a ribulosa-5-fosfato.

Transaldolasas : Transferasas que reorganizan carbonos entre las azúcares de la fase no oxidativa.

(colaboradores de Wikipedia, 2023)

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Tomado de: Topics CM. (2017, April 12). VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=Z8BoqexMANY

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NADP+/NADPH: Utilizado en las reacciones de oxidación en la fase oxidativa para generar NADPH.

(colaboradores de Wikipedia, 2023)

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La enzima reguladora clave para la ruta de pentosa fosfato está dentro de la porción oxidativa. La glucosa 6-fosfato deshidrogenasa oxida la glucosa 6-fosfato a 6-fosfogluconolactona, y está regulada por retroalimentación negativa. En esta reacción de dos etapas también se produce NADPH, y altos niveles de NADPH inhibirán la actividad de la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa. Esto asegura que el NADPH solo se genere según sea necesario por la célula; este es el principal mecanismo regulador dentro de la vía.

La fase no oxidativa no está regulada; sin embargo, en condiciones donde existe una alta demanda de producción de nucleótidos (como en el caso de células altamente proliferativas), la parte no oxidativa de la vía puede funcionar independientemente de la fase oxidativa para producir ribosa 5-fosfato a partir del glicolítico intermedios fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.

(Libretexts, 2022)

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Compartimento celular donde se realiza el proceso 

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Compartimento celular donde se realiza el proceso 

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La ruta de las pentosas fosfato ocurre principalmente en el citosol de la célula.

(Libretexts, 2022)

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Tomado de: AprendoEnCasaRMurcia. (2021, March 8). BETA OXIDACIÓN ÁCIDOS GRASOS [Video]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=BDUA0otEs7U

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Clasificación del tipo de proceso metabólico

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Clasificación del tipo de proceso metabólico

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Proceso catabólico por el que los ácidos grasos se degradan en la mitocondria, mediante la eliminación oxidativa de unidades sucesivas de dos átomos de carbono, en forma de acetil-CoA, a partir del extremo carboxilo de la cadena hidrocarbonada del ácido graso. (Beta-oxidación, n.d.)

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La beta oxidación (β-oxidación) es el principal proceso mediante el cual los ácidos grasos, en la forma de moléculas de acil-CoA, son oxidados en la mitocondria para generar energía (ATP). La β-oxidación de ácidos grasos consta de cuatro reacciones recurrentes:

El resultado de dichas reacciones son unidades de dos carbonos en forma de acetil- CoA, molécula que pueden ingresar en el ciclo de Krebs, y coenzimas reducidos (NADH y FADH ₂) que pueden ingresar en la cadena respiratoria.

No obstante, antes de que produzca la oxidación, los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos.

(Beta-oxidación, n.d.)

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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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Tomado de: colaboradores de Wikipedia. (2023b, December 18). Beta oxidación. Wikipedia, La Enciclopedia Libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Beta_oxidaci%C3%B3n

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Acil-CoA deshidrogenasa (varias isoformas según la longitud de la cadena del acil-CoA): Oxidoreductasa que cataliza la primera oxidación.

Enoil-CoA hidratasa: Hidrolasa que añade un grupo OH al doble enlace.

L3 hidroxiacil-CoA deshidrogenasa: Oxidoreductasa que convierte el grupo OH en un grupo cetona.

Beta-citoiolasa: Transferasa que cliva el tioéster y libera acetil-CoA.

(colaboradores de Wikipedia, 2023b), (Paradigmia, 2021)

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NAD+ y FAD, que se reducen a NADH y FADH2, respectivamente, en las reacciones de oxidación.

Coenzima A (CoA), necesaria para la formación de acil-CoA y la liberación de acetil-CoA.

(colaboradores de Wikipedia, 2023b), (Paradigmia, 2021)

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Beta-oxidación se regula principalmente en el nivel de transporte de LCFA a través de la membrana mitocondrial. La malonil-CoA inhibirá la CPT1, asegurando que la beta-oxidación no se produzca al mismo tiempo que la síntesis de ácidos grasos. Adicionalmente, la tasa de producción de ATP (relación ATP/ADP) también regulará la tasa de NADH y FADH22 producidos a través de beta-oxidación.

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Los procesos de lipólisis,\(\beta\) oxidación y cetogénesis funcionan en conjunto dentro de la célula, pero deben considerarse vías distintas.

Lipólisis

La lipólisis es la liberación de ácidos grasos del tejido adiposo donde se almacenan como triacilgliceroles (TAG). Este proceso está mediado por el aumento de los niveles de glucagón y epinefrina, que unen receptores acoplados a proteína G en el tejido adiposo y activan la lipólisis. Esta cascada de señalización celular fosforila y activa la lipasa sensible a hormonas, la enzima reguladora de la lipólisis. Una vez fosforilada (a través del aumento de AMPc mediado por hormonas) esta enzima hidrolizará los TAGs a tres ácidos grasos de cadena larga (LCFA) y glicerol. Los LCFA se liberan en el torrente sanguíneo y circularán unidos a la albúmina (los ácidos grasos son hidrófobos y requieren un portador proteico). Los LCFA serán absorbidos y oxidados por los tejidos periféricos y el hígado bajo condiciones de ayuno. También se liberará el glicerol y se utilizará como sustrato para la gluconeogénesis hepática (sección 5.1) (figura 5.6).

Figura 5.8: Proceso de lipólisis.

β -oxidación (oxidación de ácidos grasos libres)

La oxidación de ácidos grasos es un proceso de alto rendimiento energético. Puede soportar las necesidades de energía celular durante el ayuno y en condiciones en las que se necesita exceso de energía (ejercicio). Después de la captación de la circulación, los LCFA deben ser transferidos a las mitocondrias donde ocurre\(\beta\) la oxidación. Inicialmente, los LCFA son activados a derivados de acil-CoA en el citosol por acil-CoA sintetasa. El acil-CoA graso se puede transferir a través de las membranas mitocondriales utilizando una serie de proteínas de transporte: carnitina palmitoiltransferasa 1 y 2 (CPT1 y CPT2) (figura 5.9).

Figura 5.9: Visión general del transporte de LCFA a las mitocondrias y β-oxidación.

CPT1 se asienta en la membrana mitocondrial externa y transfiere el acil-CoA graso a carnitina. La acil carnitina grasa se transfiere a la matriz mitocondrial a través de CPT2, y la carnitina se libera y se recicla. Solo los acil-CoA grasos de cadena larga requieren carnitina como portador; los ácidos grasos de cadena corta y media pueden moverse hacia las mitocondrias sin la ayuda de estos transportadores. Una vez en la matriz, el acil-CoA graso ya está listo para sufrir\(\beta\) oxidación (figura 5.9).

\(\beta\)-oxidación es un proceso iterativo que involucra una serie de enzimas que oxidan preferentemente ácidos grasos de diferentes longitudes (largo, medio y corto). La espiral de\(\beta\) oxidación completa consta de cuatro etapas que dan como resultado la generación de acetil-CoA, NADH y FADH\(_2\) para cada ciclo (figura 5.9). El NADH y el FADH\(_2\) generados serán oxidados en la ETC para producir ATP. El acetil-CoA se puede oxidar en el ciclo de TCA, pero lo más probable es que se utilice en la cetogénesis. La oxidación de ácidos grasos de cadena impar dará como resultado la generación de propionil-CoA como la unidad de carbono final, que también se puede oxidar en el ciclo de TCA. La acetil-CoA de\(\beta\) -oxidación también juega un papel clave en la activación alostérica de la piruvato carboxilasa, la cual es necesaria para que se produzca la gluconeogénesis ( sección 5.1).

Regulación de la β -oxidación

\(\beta\)-oxidación se regula principalmente en el nivel de transporte de LCFA a través de la membrana mitocondrial. La malonil-CoA inhibirá la CPT1, asegurando que la\(\beta\) oxidación no se produzca al mismo tiempo que la síntesis de ácidos grasos (figura 5.10; sección 4.4). Adicionalmente, la tasa de producción de ATP (relación ATP/ADP) también regulará la tasa de NADH y FADH\(_2\) producidos a través de β-oxidación (figura 5.10).

Figura 5.10: Regulación de la β-oxidación.

Cetogénesis

Como se mencionó anteriormente, el acetil-CoA producido por\(\beta\) -oxidación se utiliza principalmente para la cetogénesis, la síntesis de cuerpos cetónicos. Los sustratos para la cetogénesis también pueden provenir de la oxidación de aminoácidos cetogénicos. En el estado de ayuno, el proceso de\(\beta\) -oxidación genera una cantidad significativa de acetil-CoA, y aunque parte de este sustrato puede oxidarse en el ciclo de TCA, debemos considerar los otros procesos metabólicos que ocurren. Primero, la cantidad significativa de NADH generada a través\(\beta\) de la oxidación reduce el flujo a través del ciclo de TCA al disminuir la actividad tanto\(\alpha\) de la cetoglutarato deshidrogenasa como de la isocitrato deshidrogenasa. Segundo, el proceso de gluconeogénesis está ocurriendo, y los intermedios del ciclo del TCA, específicamente el malato, se están moviendo activamente fuera de las mitocondrias. La combinación de estos dos procesos reduce la actividad del ciclo de TCA permitiendo una acumulación de acetil-CoA. A medida que los niveles de acetil-CoA se elevan en las mitocondrias, esto impulsará la reacción de tiolasa para generar acetoacetil-CoA a partir de dos moléculas de acetil-CoA (figura 5.11).

Figura 5.11: Visión general de la formación de cuerpos cetónicos.

Este compuesto es el sustrato para la HMG-CoA sintasa, la cual genera 3-hidroxi-3-metil glutaril-CoA (HMG-CoA). La HMG-CoA es entonces aceptada por la HMG-CoA liasa donde se elimina un grupo acetil-CoA para generar acetoacetato. El acetoacetato puede someterse a descarboxilación espontánea a acetona, que puede exhalarse, o puede reducirse a\(\beta\) -hidroxibutirato usando NADH. Acetoacetato y\(\beta\) -hidroxibutirato son los dos cuerpos cetónicos primarios en circulación, y la relación de los dos depende de los niveles de NADH (figura 5.11). Estos dos cuerpos cetónicos pueden ser utilizados como combustible en la mayoría de los tejidos con la excepción del hígado, que carece de tioforasa, la enzima necesaria para metabolizar estos sustratos. La oxidación de cetonas no es una fuente primaria de combustible, ya que se prefiere la oxidación de ácidos grasos, pero puede suministrar energía a algunos tejidos periféricos. El cerebro también puede oxidar cetonas pero solo en situaciones extremas, como estados de inanición.

Resumen de la regulación de vías

Vía metabólica

Enzima reguladora principal

Efectores alostéricos

Efectos hormonales

Lipólisis

Lipasa sensible a hormonas

Ninguno

Epi\(\uparrow\)

Insulina\(\downarrow\)

\(\beta\)-oxidación

Carnitina palmitoiltransferasa (CPT1)

Malonil-CoA (-)

Ninguno

Referencias y recursos
Texto
Ferrier, D. R., ed. Opiniones ilustradas de Lippincott: Bioquímica, 7a ed. Filadelfia: Wolters Kluwer Salud/Lippincott Williams & Wilkins, 2017, Capítulo 10: Gluconeogénesis: Sección II, III, IV, Capítulo 11: Metabolismo del Glucógeno: Sección V, VI, Capítulo 16: Cuerpo de Cetonas de Ácidos Grasos y TAG Metabolismo: Sección III, IV, V, Capítulo 19: Eliminación de Nitrógeno de Aminoácidos: Sección V, VI, Capítulo 23: Efecto metabólico de la insulina y el glucagón, Capítulo 25: Diabetes Mellitus.

Le, T. y V. Bhushan. Primeros Auxilios para el USMLE Paso 1, 29a ed. Nueva York: McGraw Hill Education, 2018, 78, 82, 86, 89-90.

Lieberman, M., y A. Peet, eds. Bioquímica Médica Básica de Marks: Un Enfoque Clínico, 5ª ed. Filadelfia: Wolters Kluwer Salud/Lippincott Williams & Wilkins, 2018, Capítulo 3: El estado en ayunas, Capítulo 19: Conceptos básicos en la regulación, Capítulo 24: La fosforilación oxidativa y la ETC, Capítulo 26: Formación de glucógeno, Capítulo 28: Gluconeogénesis, Capítulo 30: Oxidación de ácidos grasos, Capítulo 34: Integración del Metabolismo de Carbohidratos y Lípidos, Capítulo 36: Destino de los Aminoácidos Nitrógeno: Ciclo
Figuras
Gris, Afines, Figura 5.8 Proceso de lipólisis. 2021. https://archive.org/details/5.6_20210924. CC BY 4.0. Se agregaron glóbulos rojos de Lucas Helle del Proyecto Noun.

Gris, Kindred, Figura 5.9 Visión general del transporte de LCFA a las mitocondrias y β-oxidación. 2021. https://archive.org/details/5.7_20210924_202109. CC BY 4.0.

Gris, Kindred, Figura 5.10 Regulación de la β-oxidación. 2021. https://archive.org/details/5.8_20210924. CC BY 4.0.

Grey, Kindred, Figura 5.11 Visión general de la formación de cuerpos cetónicos. 2021. https://archive.org/details/5.9-deleted. CC BY 4.0.

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5.2: Lipólisis, β-oxidación y cetogénesis

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Los procesos de lipólisis,\(\beta\) oxidación y cetogénesis funcionan en conjunto dentro de la célula, pero deben considerarse vías distintas. La lipólisis es la liberación de ácidos grasos del tejido adiposo donde se almacenan como triacilgliceroles (TAG).

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Compartimento celular donde se realiza el proceso

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Compartimento celular donde se realiza el proceso

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La beta-oxidación se realiza en las mitocondrias. En células hepáticas y otros tejidos especializados, parte del proceso puede ocurrir también en los peroxisomas, especialmente para ácidos grasos de cadena muy larga.

(Beta-oxidación, n.d.)

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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 biosíntesis de aminoácidos derivados de aspartato es un proceso anabólico ya que implica la síntesis de moléculas complejas (aminoácidos) a partir de precursores más simples.

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Las biosíntesis de treonina, mctionina y lisina implican todas ellas la formación intermedia del {3 -scmialde h ido- aspártico, que deriva de aspartato en una reacción secuencial en dos etapas. En la primera etapa el enzima aspartatoquinasa ( ATP: L-aspartato 4- - fosfotransferasa ) e atal iza la formación de {3 -aspartil fosfato, que es subsigu ientementc - reducido a aldehido.

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Tomado de: https://oa.upm.es/54762/1/METABOLISMO.pdf

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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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Para la síntesis de Lisina: de 8 a 10 reacciones. (Iranzo, 2020)

Para la síntesis de Metionina: 6 reacciones. (colaboradores de Wikipedia, n.d.)

Para la síntesis de Treonina: 5 reacciones. (Jorge Contreras Pineda, 2019)

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Síntesis de aminoácidos a partir de aspartato

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Síntesis de aminoácidos a partir de aspartato

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Tomado de: https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=5_v-8BUeGGA

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Tomado de: colaboradores de Wikipedia. (n.d.). Archivo:Biosíntesis y metabolismo de la metionina.png - Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Bios%C3%ADntesis_y_metabolismo_de_la_metionina.png

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Biosíntesis de aminoácidos derivados del aspartato

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Biosíntesis de aminoácidos derivados del aspartato

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La aspartoquinasa, que cataliza el primer paso común en la biosíntesis de estos aminoácidos, es un importante punto de control regulado por retroalimentación negativa por los aminoácidos finales de cada ruta

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Compartimento celular donde se realiza el proceso

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Compartimento celular donde se realiza el proceso

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Estas rutas metabólicas se llevan a cabo principalmente en el citoplasma de la célula.

Imagen tomada de: Gelambi, M. (2020, December 18). Citoplasma: funciones, partes y características. Lifeder. https://www.lifeder.com/citoplasma/

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NADH/NADPH .