Gluconeogénesis

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Los carbohidratos están formados por moléculas de azúcar, y el más importante es un azúcar de 6 carbonos, la glucosa. Es importante mantener una cantidad constante de glucosa en la sangre, porque las células la utilizan para producir energía, en forma de trifosfato de adenosina o ATP.
Una de las formas de hacerlo es comiendo alimentos ricos en carbohidratos, como la pasta Pero entre las comidas, en ayunas, el cuerpo mantiene los niveles de glucosa mediante la gluconeogénesis.
La gluconeogénesis es una vía metabólica que utiliza reacciones enzimáticas para fabricar glucosa a partir de otras moléculas, como aminoácidos, lactato y glicerol.
La gluconeogénesis tiene lugar principalmente en las células del hígado, pero también puede ocurrir en las células epiteliales del riñón y el intestino.
En concreto, tiene lugar en el citoplasma, las mitocondrias y el retículo endoplásmico de las células de estos tejidos. Pensemos que vamos de excursión al bosque y nos alimentamos de pasta antes de sali Durante la caminata, te pierdes y terminas tirado sin comida.
Inicialmente, la glucosa de la pasta se descompone mediante una serie de reacciones enzimáticas para obtener piruvato, produciendo ATP en el proceso.
Esto se llama glucólisis, y nos mantiene en marcha durante un par de horas. Parte de la glucosa extra se almacena en las células del hígado en forma de glucógeno, que es un montón de moléculas de glucosa encadenadas.
En ayunas, seguimos necesitando glucosa, en particular para los eritrocitos y el cerebro Y puede que también para encontrar la salida del bosque.
Por lo tanto, depende del hígado mantener los niveles adecuados de glucosa en sangre durante el ayuno Hay dos vías que pueden aportar glucosa: la glucogenólisis y la gluconeogénesis.
En la glucogenólisis, el hígado descompone el glucógeno en moléculas individuales de glucosa, pero eso solo ayuda durante 12 a 24 horas de ayuno, porque las reservas de glucógeno son finitas.
Por el contrario, la gluconeogénesis fabrica la glucosa a partir de cero, por lo que puede seguir funcionando en caso de ayuno de más de un día.
En realidad, a las 12 horas de ayuno, la gluconeogénesis es el principal proveedor de glucosa en el torrente sanguíneo. El proceso de gluconeogénesis es casi una glucólisis inversa.
En la glicólisis, se utilizan 10 reacciones enzimáticas para convertir la glucosa en piruvato y producir AT Y en la gluconeogénesis, se trabaja al revés y se utiliza el ATP para convertir el piruvato en glucosa.
Siete de las reacciones de la glucólisis y la gluconeogénesis son reversibles, lo que significa que pueden ir en ambas direcciones utilizando las mismas enzimas.
Sin embargo, las otras 3 son irreversibles, lo que significa que la enzima que media la reacción solo puede ir en la dirección de glucosa a piruvato, pero no en la contraria.
Pensemos en el camino entre la glucosa y el piruvato como un camino de dos vías dentro de la célula Cuando se pasa de la glucosa al piruvato, es un viaje suave y directo.
Por otro lado, al pasar del piruvato a la glucosa, la mayor parte del recorrido es sencillo, pero hay 3 obstáculos que representan reacciones irreversibles.
Y para esas, hay que tomar una ruta alternativa para evitarlas, que representan reacciones únicas que utilizan enzimas diferentes que solo se encuentran en la gluconeogénesis.
Los ingredientes que necesitamos para cocinar glucosa desde cero en nuestro hígado son una fuente de piruvato y A En la gluconeogénesis, las dos fuentes principales de piruvato son el lactato y los aminoácidos como la alanin El lactato se produce como subproducto de la respiración anaeróbica en los eritrocitos y en las células musculares esqueléticas en ejercicio.
Una enzima llamada lactato deshidrogenasa elimina un hidrógeno del lactato, convirtiéndolo en piruvato. En esa reacción, el hidrógeno va a un dinucleótido de nicotinamida adenina cercano, o NAD+, que se convierte en NADH La segunda fuente de piruvato son los aminoácidos, que son los componentes básicos de las proteínas.
Tenemos 20 aminoácidos diferentes, y 18 de ellos, a excepción de la leucina y la lisina, son aminoácidos glucogénicos, lo que significa que pueden utilizarse para producir glucosa Las excepciones (leucina y lisina) pueden recordarse como las "L perezosas" de los aminoácido El cuerpo descompone las proteínas de las células musculares esqueléticas en aminoácidos individuales, siendo el principal aminoácido la alanina.
La enzima alanina transaminasa, o ALT, elimina un grupo amino de la alanina y la convierte en piruvato. El grupo amino se une a un ácido llamado alfa-cetoglutarato, que luego se convierte en glutamato.
Y en general, las enzimas transaminasas requieren piridoxina, o vitamina B6, como cofactor Para obtener ATP cuando se está tirado en el bosque, el cuerpo comienza a descomponer las grasas que vienen en forma de triacilglicéridos.
Durante el ayuno, las células alfa del páncreas perciben la disminución de los niveles de glucosa en sangre y liberan glucagón.
Mientras tanto, el bajo nivel de insulina, la presencia de epinefrina y la ACTH hacen que los adipocitos o células grasas estimulen la lipasa sensible a las hormonas, o LSH, una enzima que descompone los triacilglicéridos en ácidos grasos libres y glicero Los ácidos grasos entran en el torrente sanguíneo y van a varios tejidos para ser utilizados como energía.
En las mitocondrias de los hepatocitos, los ácidos grasos libres se descomponen en acetil CoA y ATP mediante un proceso metabólico denominado beta oxidación.
El glicerol, en cambio, se utiliza para fabricar glucosa en la gluconeogénesis. Por lo tanto, el lactato, el glicerol y todos los aminoácidos, excepto la leucina y la lisina, se utilizarán para construir la glucosa.
Vamos a obtener algo de glucosa. El primer paso es convertir el piruvato en fosfoenolpiruvato, o PEP, pero también es nuestro primer obstáculo En la glucólisis, la enzima piruvato cinasa cataliza la transformación de PEP en piruvato, pero no a la inversa.
En la ruta alternativa intervienen 3 enzimas: la piruvato carboxilasa, la malato deshidrogenasa y la fosfoenolpiruvato carboxicinasa o PEPCK.
La ruta alternativa comienza cuando el piruvato entra en la mitocondria, y la piruvato carboxilasa le añade un carbono, formando una molécula de 4 carbonos, el oxaloacetato.
Una regla general es que cualquier enzima carboxilasa requiere 3 cofactores, que puede recordar con una mnemotecnia ABC, "A" para el ATP, que proviene de la oxidación de ácidos grasos, "B" para la biotina, o vitamina B7, y "C" para el dióxido de carbono.
Además, el acetil-CoA que se produce durante la oxidación de los ácidos grasos aumenta la actividad de la piruvato carboxilasa.
Ahora tenemos oxaloacetato, y necesita salir de la mitocondria y entrar en el citoplasma para continuar la gluconeogénesis Por desgracia, no puede atravesar la membrana mitocondrial, por lo que la malato deshidrogenasa de la mitocondria acude al rescate y añade un hidrógeno al oxaloacetato, convirtiéndolo en malato.
El malato puede salir de la mitocondria y entrar en el citoplasma, donde la malato deshidrogenasa del citoplasma lo convierte de nuevo en oxaloacetato.
Ahora que el oxaloacetato está en el citoplasma, la PEPCK elimina un grupo de carbono, y añade un grupo de fosfato, convirtiendo el oxaloacetato en PEP.
Esta reacción requiere una fuente de energía, pero en lugar de ATP, la energía viene en forma de trifosfato de guanosina, o GTP.
No pasa nada, no hay ninguna diferencia ya que la energía está contenida en el grupo fosfato Las llamadas hormonas del "estrés", como el glucagón, la epinefrina y el cortisol, potencian la actividad de la PEPCK por inducción, y estar abandonado en el bosque genera una gran cantidad de estas hormonas, acelerando la gluconeogénesis.
Ahora que tenemos el PEP, pasa por una serie de reacciones reversibles, que son comunes a la glucólisis, hasta que se convierte en dihidroxiacetona fosfato o DHAP.
En ese proceso, la enzima glicerol cinasa añade un grupo fosfato del ATP al tercer carbono del glicerol, lo que produce glicerol-3-fosfato, o G A continuación, otra enzima llamada glicerol-3-fosfato deshidrogenasa convierte el G3P en DHAP.
En cualquier caso, una vez que se forma el DHAP, se convierte en fructosa 1,6-bisfosfato mediante una reacción reversible en la que interviene la enzima aldolasa.
En la glucólisis, la enzima fosfofructocinasa-1, o PFK1, añade un grupo fosfato a la fructosa-6-fosfato, lo que da lugar a la fructosa-1,6-bisfosfato En la gluconeogénesis, hay una enzima diferente llamada fructosa-1,6-bisfosfatasa, que elimina un fosfato del primer carbono de la fructosa-1,6-bisfosfato, dando lugar a fructosa-6-fosfato.
Esta reacción es el paso limitante de la gluconeogénesis, lo que significa que la rapidez con la que la fructosa 1,6-bifosfatasa cataliza esta reacción determina la velocidad a la que se produce toda la gluconeogénesis.
Por ello, este paso está muy controlado, para asegurarnos de que producimos glucosa cuando lo necesitamos y dejamos de hacerlo cuando no.
Por ejemplo, un desencadenante que acelera la gluconeogénesis es cuando el hígado está quemando muchos ácidos grasos, lo que produce mucho ATP.
Recuerde que el hígado necesita energía para llevar a cabo la gluconeogénesis También depende de la presencia de hormonas de estrés para potenciar la actividad de la PEPCK.
A continuación, la fructosa-6-fosfato se convierte en su isómero, la glucosa-6-fosfato, mediante la enzima isomerasa, que cambia la forma molecular, pero no su estructura química.
Por eso el fosfato del sexto carbono sigue ahí. Pero la glucosa no puede entrar en el torrente sanguíneo con un fosfato adherido, así que cortarlo es el último obstáculo En la glucólisis, cuando la glucosa entra en la célula, la enzima hexocinasa añade un fosfato a la glucosa para mantenerla dentro de la célula.
La eliminación del fosfato del 6º carbono de la glucosa requiere una enzima situada en el retículo endoplásmico llamada glucosa-6-fosfatasa.
Una última reflexión sobre la gluconeogénesis está relacionada con el alcoholismo crónico. El alcohol, o etanol, también se procesa en las células del hígado, y con el tiempo se produce una acumulación de NADH y ATP en el citoplasma El aumento de los niveles de NADH indica a las enzimas deshidrogenasa láctica, malato y glicerol-3-fosfato de la gluconeogénesis que hagan el camino inverso: de piruvato a lactato, de oxaloacetato a malato y de DHAP a G3P, respectivamente.
Por otro lado, los niveles elevados de ATP en el hígado ralentizan la beta oxidación de los ácidos grasos y provocan una acumulación anómala de grasa en el hígado.
Ambos efectos perjudican la gluconeogénesis, lo que da lugar a una bajada crónica de azúcar en la sangre durante el ayuno, lo que no es una buena forma de quedarse tirado en el bosqu La gluconeogénesis implica la producción de glucosa a partir del piruvato para mantener los niveles de glucosa en sangre estables durante los ayunos prolongados.
En esencia, se trata de una glucólisis inversa, pero hay 3 reacciones irreversibles que se evitan utilizando enzimas que son exclusivas de la gluconeogénesis.
La piruvato cinasa es evitada por la piruvato carboxilasa, la malato deshidrogenasa y la PEPCK. La PFK1 es evitada por la fructosa-1,6-bisfosfatasa, y la hexocinasa es evitada por la glucosa-6-fosfatasa.