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Clasificación y descripción de la vía metabólica

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Clasificación y descripción de la vía metabólica

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La síntesis de triacilgliceroles es una vía metabólica anabólica porque implica la construcción de moléculas complejas a partir de moléculas más simples, utilizando energía en el proceso.

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Clasificación del tipo de proceso metabólico.

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Clasificación del tipo de proceso metabólico.

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El proceso metabólico anabólico de la gluconeogénesis es una ruta que construye moléculas complejas a partir de precursores más simples en la cual se utiliza energía en el proceso.

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La glucogénesis es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno (también llamado glicógeno) a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo.

El glucógeno se forma por la incorporación repetida de unidades de glucosa, ofrecida al sistema de forma de UDP-Glucosa a una semilla de glucógeno preexistente (glucogenina), que no es menor de 4 moleculas de glucosa unidas entre si. El único alimento de la vía glucogénica (glucogénesis) es la glucosa-6-fosfato.

La glucogénesis es estímulada por la hormona insulina, secretada por las células β (beta) de los islotes de Langerhans del páncreas y es inhibida por su contrarreguladora, la hormona glucagón, secretada por las células α (alfa) de los islotes de Langerhans del páncreas, que estímula la ruta catabólica llamada glucogenólisis para degradar el glucógeno almacenado y transformarlo en glucosa y así aumentar la glicemia (azúcar en sangre).

Desde el punto de vista enzimático, producir glucosiliosas desde lacticosinidas cuesta más de lo que produjo su degradación fosfórica. La ecuación extrafundamental es: 2 ac. piruviconio + 4 ATP + 2 ADP + 9 NADH + 7 H + 3 H2O --> Glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 6 P + 2 NAD+

El proceso de Glucogénesis, también conocido como combustion de glucosa, se lleva a cabo en la matriz extracelular del tejido epitelial.

Sinonimia: -Glucogenogénesis -Síntesis de Glucógeno -Formación de Glucógeno

Enlaces externos

The chemical logic behind glycogen synthesis (inglés)

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Glucogénesis La glucogénesis es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno (también llamado glicógeno) a partir de un precursor más

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It is an anabolic pathway that synthesizes glucose from non-carbohydrate sources such as lactate, amino acids, oxaloacetate, glycerol and pyruvate.

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The anabolic counterpart to glycolysis is gluconeogenesis. This occurs mostly in the cells of the liver and kidney. It is an anabolic pathway that synthesizes glucose from non-carbohydrate sources such as lactate, amino acids, oxaloacetate, glycerol and pyruvate. Amino acids are derived from protein digestion and glycerol is obtained from digestion of triglycerides (fats). This is an important pathway because the brain and red blood cells can only use glucose as fuel. Pyruvate is the end product of glycolysis and oxaloacetate can be diverted from the citric acid cycle. This pathway is generally only active during periods of intense exercise or starvation. While glycolysis and gluconeogenesis share many common intermediates, they are not exact opposites. The two precess are summarized below in Figure \(\PageIndex{1}\).

Figure \(\PageIndex{1}\): Glycolysis and gluconeogenesis pathway. Glycolysis in red and gluconeogenesis in blue. (Adapted from Lehninger et al., 2005)

In seven of the eleven reactions of gluconeogenesis (starting from pyruvate), many of the same enzymes are used as in glycolysis, but the reaction directions are reversed.

There are 3 steps in glycolysis that are so exothermic in the forward direction that they are practically impossible in the reverse direction.

Phosphoenolpyruvate (PEP) is much higher in energy than pyruvate and therefore the last step of glycolysis cannot simply be reversed (too much energy required). To accomplish this conversion, Gluconeogenesis proceeds via oxaloacetate. Recall that oxaloacetate is an intermediate in the Citric Acid Cycle. This conversions to oxaloacetate use one ATP. The oxaloacetate intermediate is then converted to phosphoenolpyruvate (PEP) which requires one GTP.

The conversion of 3-phosphoglycerate to 1,3-bisphosphoglycerate is coupled to ATP

The conversion of 1,3-bisphosphoglycerate to glyceraldehyde-3-phosphate requires NADH.

Steps 9 and 11 of Gluconeogenesis are reverse of steps 1 and 3 of glycolysis. These steps involve the conversion of fructose 1,6-bisphosphate to fructose-6-phosphate and conversion of glucose-6-phosphate to glucose. The compounds are identical in both processes, but the enzymes are different and no ATP is required.

The overall reaction of conversion of pyruvate to glucose is shown below:

\[\ce{2 pyruvate + 4ATP + 2GTP + 2NADH → glucose + 4ADP + 2GDP + 2NAD^{+}} \nonumber\]

The reaction requires the equivalent of \(\ce{6ATP}\) and \(\ce{2NADH}\) and hence is an anabolic process (build up). GTP is considered to be equivalent to ATP in terms of energy.

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Gluconeogenesis is an anabolic pathway that synthesizes glucose from non-carbohydrate sources such as lactate, amino acids, oxaloacetate, glycerol and pyruvate. This pathway is generally only active ...

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El objetivo de este proceso es sintetizar glucosa a partir de compuestos no glucídicos.

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Cantidad de reacciones que componen la ruta.

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La ruta comprende un total de 11 reacciones enzimáticas.

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La síntesis de triacilgliceroles involucra cinco reacciones principales

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Infografía Avances y Desafíos en la Ciencia Ilustrado Verde

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Enzimas y coenzimas participantes en la ruta

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Enzimas y coenzimas participantes en la ruta

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Regulación de la gluconeogénesis [Hormonal y alostérica]

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Check out this Infographic designed by Sarah Arias.

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La gluconeogénesis comienza en el citoplasma, donde ocurren la mayoría de las reacciones enzimáticas de la ruta. Aquí, los sustratos no glucídicos, se convierten en intermediarios metabólicos que eventualmente serán convertidos en glucosa.

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Es el proceso mediante el cual se forman triacilgliceroles (TAG) a partir de ácidos grasos y glicerol.

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Síntesis de triglicéridos [Lipogénesis] | Metabolismo

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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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Está regulada por varios puntos clave para asegurar que este proceso ocurra de manera eficiente y en respuesta a las necesidades energéticas del organismo.

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Los principales tejidos con síntesis de triglicéridos son el tejido adiposo, el hígado y la glándula mamaria. El proceso se efectúa en el citoplasma.

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Clasificación de la vía metabólica del clico de la Urea 

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Clasificación de la vía metabólica del clico de la Urea 

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El ciclo de la urea tiene la función importante de eliminar productos de desecho resultantes del metabolismo de los aminoácidos, por la cual se le considera como la tercera fase en el catabolismo de los aminoácidos.

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Metabolismo de proteínas: Ciclo de la urea

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Proceso en el cual se sintetiza urea, una molécula nitrogenada, soluble y poco tóxica para el organismo.

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El ciclo de la urea consta de cinco reacciones que convierten amoníaco y dióxido de carbono en urea.

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Enzimas y su función dentro de las reacciones de la vía

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Enzimas y su función dentro de las reacciones de la vía

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Visita el Mapa Metabólico Interactivo de Temas Selectos de Ciencias

El Ciclo de la Urea tiene como objetivo eliminar el exceso de nitrógeno de las células (y por consiguiente del organismo). Consta de cinco reacciones, dos de las cuales se lleva a cabo dentro de la mitocondria y tres en el citoplasma. Fue descubierta en 1932 por Hans Krebs (quien también descubrió el ciclo del ácido cítrico). Como su nombre lo indica, se sintetiza urea, una molécula nitrogenada, soluble y poco tóxica para el organismo. De esta forma, el nitrógeno generado por las células en forma de amoniaco (NH ₃) es convertido en urea y eliminado en la orina.

El nitrógeno en los seres vivos se encuentra comúnmente en forma de grupos amino en los aminoácidos. Estos grupos amino se pueden transferir a otras moléculas que necesiten átomos de Nitrógeno, sin embargo, si hay un exceso de nitrógeno en el organismo, este debe ser eliminado. Los peces excretan el nitrógeno en forma de amoniaco (se les llama amonotélicos); los reptiles y las aves secretan el nitrógeno en forma de ácido úrico (son uricotélicos); mientras que los mamíferos lo eliminan en forma de urea (son ureotélicos).

En el caso de los organismos ureotélicos, los grupos amino (en forma de amoníaco) depositados en las mitocondrias de los hepatocitos (células del hígado) se convierten en urea mediante el Ciclo de la Urea. La urea pasa al torrente sanguíneo y de ahí a los riñones para ser excretada en la orina.

Otro aspecto que es necesario considerar del Ciclo de la Urea es que tiene una conexión con el Ciclo de Krebs. Veamos con detalle las cinco reacciones.

Primera reacción del ciclo de la Urea
Esta primera reacción se lleva a cabo en el interior de la mitocondria. Una molécula de dióxido de carbono (CO ₂) en forma de ión bicarbonato (HCO ₃⁻) se combina con un amoniaco (NH ₃) para dar Carbamoil-fosfato. Esta reacción irreversible es catalizada por la Carbamoil Fosfato Sintetasa I (Número EC 6.3.4.16) y requiere de 2 moléculas de ATP.

Segunda reacción del ciclo de la Urea
En el siguiente paso, el Carbamoil es transferido a la Ornitina formando Citrulina y la consiguiente liberación de un fosfato inorgánico ( Pi). Es catalizada por la enzima Ornitina Transcarbamoilasa (Número EC 2.1.3.3) y también ocurre en la mitocondria. La Citrulina debe salir de la mitocondria para continuar con el Ciclo de Urea, para ello usa un transportador llamado ORC (del inglés Ornithine Carrier).

Tercera reacción del ciclo de la Urea
En esta reacción, la Citrulina se une al aminoácido Aspartato para formar Arginino-succinato. Es catalizada por la enzima Arginino-succinato Sintetasa (Número EC 6.3.4.5) y requiere la energía de dos grupos fosfato del ATP, liberando pirofosfato inorgánico ( PPi), para activar a la Citrulina (uniéndola a AMP).

Cuarta reacción del ciclo de la Urea
La enzima Arginino-succinato Liasa (Número EC 4.3.2.1) cataliza la ruptura del Arginino-succinato en Arginina y Fumarato. La Arginina continuará en el Ciclo de la Urea, mientras que el Fumarato podrá entrar al Ciclo de Krebs y formar Oxaloacetato que a su vez puede formar Aspartato (por una reacción de transaminación) y reponer el que ha sido usado en la reacción anterior. De esta manera, el Ciclo de la Urea y el Ciclo de Krebs están interconectados.

Quinta reacción del ciclo de la Urea
Finalmente, la enzima Arginasa (Número EC 3.5.3.1) hidrolisa a la Arginina en Ornitina y Urea, terminando así el ciclo. La Ornitina iniciará otra serie de reacciones mientras que la Urea será liberada al torrente sanguíneo para su eliminación.

Ir al tema siguiente: La Gluconeogénesis.
Ir al tema anterior: El ciclo de las pentosas fosfato.

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Visita el Mapa Metabólico Interactivo de Temas Selectos de Ciencias El Ciclo de la Urea tiene como objetivo eliminar el exceso de nitrógeno de las células (y por consiguiente del organismo). Consta de cinco reacciones, dos de las cuales se lleva a cabo dentro de la mitocondria y tres en el citoplasma.

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Las coenzimas no juegan un papel tan importante en el ciclo de la urea como en otras rutas metabólicas, sin embargo, hay algunas coenzimas y moléculas auxiliares que son importantes para el funcionamiento adecuado del ciclo.

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Esta vía está regulada predominantemente en una enzima clave, la carbamoil fosfato sintetasa 1

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Los aminoácidos desempeñan papeles clave como precursores de compuestos que contienen nitrógeno (como nucleótidos y neurotransmisores), como sustratos para la síntesis de proteínas y como sustrato oxidable para la producción (o almacenamiento) de energía. A diferencia del metabolismo de carbohidratos y lípidos, debemos preocuparnos por los destinos de los restos que contienen carbono y nitrógeno al discutir el metabolismo de los aminoácidos. En el caso de los aminoácidos, el nitrógeno se libera como amoníaco (\(\ce{NH3}\)), y a pH fisiológico la mayor parte del amoníaco está presente como un ion amonio (\(\ce{NH4+}\)). (Es importante señalar que solo el amoníaco puede atravesar las membranas celulares). La mayor parte del amoníaco se incorpora a la urea (en el hígado) y se excreta por el riñón, mientras que el esqueleto que contiene carbono restante se oxida o se utiliza en otras vías anabólicas (es decir, la gluconeogénesis).

Transporte de nitrógeno vía aminoácidos

El pool de aminoácidos está continuamente en flujo y puede ser influenciado tanto por el consumo de proteínas dietéticas como por el recambio normal de proteínas dentro de los tejidos. Dado que el principal sitio de eliminación de nitrógeno es el hígado, existe un mecanismo para el transporte del exceso de nitrógeno aminoacídico desde los tejidos periféricos al hígado. Tanto la alanina como la glutamina desempeñan un papel esencial como portadores no tóxicos de amoníaco desde los tejidos periféricos hasta el hígado (figuras 5.12 y 5.13). Para generar alanina y glutamina para el transporte, los aminoácidos pueden sufrir reacciones de transaminación.

Transaminación: El movimiento del nitrógeno

Las aminotransferasas son una familia de enzimas (que requieren fosfato de piridoxal; PLP) como cofactor para ayudar a transferir nitrógeno de aminoácidos a cadenas principales ceto-ácidas. Estas enzimas no liberan amoníaco, sino que transferirán nitrógeno de un grupo amino a un grupo ceto en una reacción de intercambio o transferasa. La alanina aminotransferasa (ALT) y la aspartato aminotransferasa (AST) son transferasas comunes y clínicamente relevantes. AST aceptará preferentemente aspartato y lo transaminará en una reacción con\(\alpha\) -cetoglutarato (el ceto-ácido del glutamato) para generar oxaloacetato (OAA) (el ceto-ácido del aspartato) y glutamato (figuras 5.12 y 5.13).

Glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa y glutaminasa

Además de las transaminasas, existen otras tres enzimas que desempeñan papeles esenciales en el transporte de nitrógeno. La glutamato deshidrogenasa (GDH) está presente en la mayoría de los tejidos y es una de las pocas enzimas capaces de fijar o liberar amoníaco. En la figura 5.14, en el músculo esquelético, se ilustra la glutamato deshidrogenasa fijando amoníaco a\(\alpha\) -cetoglutarato para generar glutamato, mientras que en el hígado se muestra liberando amoníaco en la reacción inversa. La dirección de la reacción estará influenciada por varios factores incluyendo las necesidades celulares, los niveles de NAD ⁺ o NADP ⁺ y los niveles de amoníaco (figura 5.14).

En tejidos periféricos, el glutamato generado a partir de la transaminación o de la reacción de GDH se puede utilizar para fijar un amoníaco adicional para generar glutamina. Esta reacción, catalizada por la glutamina sintetasa, facilita la síntesis y posterior movimiento del exceso de nitrógeno desde los tejidos periféricos hacia el hígado (figura 5.14).

En el músculo esquelético, el ciclo alanina-glucosa se usa comúnmente para el transporte de nitrógeno del músculo esquelético al hígado. En este proceso, el amoníaco de la degradación de aminoácidos se transamina para formar glutamato. La alanina aminotransferasa (AST) transaminará glutamato con piruvato para generar alanina (y\(\alpha\) -cetoglutarato). La alanina es liberada y transportada al hígado donde se someterá a otra transaminación para generar piruvato, el cual se utiliza como sustrato para la producción de glucosa (gluconeogénesis). La glucosa es liberada del hígado y oxidada por el músculo esquelético.

La otra enzima clave en el metabolismo del nitrógeno es la glutaminasa. La glutaminasa, es activa en el hígado y es responsable de desaminar la glutamina ya que es transportada al hígado. El amoníaco libre puede entrar en el ciclo de la urea, y el glutamato restante se puede transaminar para generar\(\alpha\) -cetoglutarato. Esto contrasta con la glutamina sintetasa, que es utilizada principalmente por los tejidos periféricos como medio de generar glutamina para eliminar el amoníaco de los tejidos al hígado (figura 5.14). El metabolismo del nitrógeno, a diferencia del metabolismo de la glucosa, es bastante consistente en los estados de alimentación y ayuno. El exceso de aminoácidos de la dieta, que no se almacenan, también requerirá desaminación, y los carbonos se pueden almacenar como glucógeno o grasa.

Ciclo de la urea

El amoníaco liberado en el hígado por la glutaminasa (o glutamato deshidrogenasa) entrará fácilmente en el ciclo de la urea para ser incorporado a la urea. Un ciclo funcional de la urea es esencial para la eliminación del nitrógeno de los procesos catabólicos, y si se produce una disfunción la acumulación de amoníaco puede poner en peligro la vida.

El ciclo de la urea ocurre en el hígado y abarca tanto las mitocondrias como los compartimientos citosólicos. El amoníaco libre inicial se difunde a través de la membrana mitocondrial y se fija con dióxido de carbono (en forma de bicarbonato) durante la etapa inicial de este proceso (figuras 5.15 y 5.16). Es importante recordar que la síntesis de urea es un proceso anabólico que requiere ATP. Por tanto, las deficiencias en la producción de ATP también pueden inhibir la eliminación de nitrógeno.

El producto de esta vía, la urea, está compuesto por dos grupos nitrogenados, el primero proveniente del amoníaco libre liberado por la glutaminasa. El segundo nitrógeno se agrega posteriormente en el ciclo por aspartato (figuras 5.16 y 5.17).

Regulación del ciclo de la urea

Esta vía está regulada predominantemente en una enzima clave, la carbamoil fosfato sintetasa 1 (figura 5.16). Esta enzima requiere N-acetilglutamato (NAGS) como activador alostérico. La síntesis de NAGS es potenciada por la arginina, que es un intermedio del ciclo de la urea. Por lo tanto, el ciclo proporciona retroalimentación positiva sobre sí mismo. A medida que aumenta el flujo a través del ciclo de la urea y aumenta la síntesis de arginina, esto mejorará la producción de NAGS y aumentará la síntesis de fosfato de carbamoil.

A diferencia de las otras vías discutidas, el ciclo de la urea funciona independientemente del control hormonal, ya que funciona para eliminar el nitrógeno ya sea del exceso de fuentes dietéticas o del catabolismo/recambio de proteínas. En el estado de ayuno esto es especialmente importante ya que los esqueletos de carbono producidos son requeridos como sustratos para la gluconeogénesis (ver figura 5.3). En estado de alimentación, los aminoácidos pueden desaminarse y contribuir al acervo de carbono (ver figuras 4.12 y 4.13).

En resumen, el proceso de movimiento del nitrógeno desde los tejidos periféricos hacia el hígado es esencial. Implica reacciones de transaminación para producir alanina, y la síntesis de glutamina (por glutamina sintetasa) para generar dos portadores no tóxicos de amoníaco. Una vez transportado al hígado, nuevamente, la transaminación acoplada a las reacciones de la glutaminasa y la glutamato deshidrogenasa permitirá que el amoníaco sea liberado y entre en el ciclo de la urea.

Resumen de la regulación de vías

Vía metabólica

Enzimas reguladoras principales

Efectores alostéricos

Efectos hormonales

Ciclo de la urea

CPS I

N-acetilglutamato (+)

Cuadro 5.3: Resumen de la regulación de vías.

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 5.12. Figura 5.12: Reacción de transaminación. 2021. . Se agregó Liver de Liam Mitchell del Noun Project y Muscle de Laymik del Noun Project.

Grey, Kindred, Figura 5.13 Reacciones catalizadas por glutamato deshidrogenasa, glutaminasa y glutamina sintetasa. 2021. https://archive.org/details/5.11_20210924. .

Gris, Kindred, Figura 5.14 Movimiento del amoníaco de los tejidos periféricos al hígado. 2021. https://archive.org/details/5.12_20210924. .

Gris, Kindred, Figura 5.15 Visión general del ciclo de la urea, la vía abarca tanto las mitocondrias como el citosol. 2021. https://archive.org/details/5.13_20210924. .

Gris, Kindred, Figura 5.16 Paso regulatorio clave en el ciclo de la urea. CPS1 es activado por N-acetil glutamato. 2021. https://archive.org/details/5.14_20210924. .

Gris, Kindred, Figura 5.17 Entrada del segundo nitrógeno al ciclo de la urea; aspartato dona el segundo nitrógeno para la síntesis de urea. 2021. https://archive.org/details/5.15_20210924. .

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5.3: Metabolismo del nitrógeno y ciclo de la urea

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Los aminoácidos desempeñan papeles clave como precursores de compuestos que contienen nitrógeno (como nucleótidos y neurotransmisores), como sustratos para la síntesis de proteínas y como sustrato oxidable para la producción (o almacenamiento) de energía. A diferencia del metabolismo de carbohidratos y lípidos, debemos preocuparnos por los destinos de los restos que contienen carbono y nitrógeno al discutir el metabolismo de los aminoácidos.

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El hígado cumple un papel clave en el metabolismo del N dado que en este órgano se presenta uno de los procesos más importantes dentro de su metabolismo.