Vía metabólica de la gluconeogénesis

La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa nueva (i.e. glucosa que no viene del glicógeno). La producción de glucosa a partir de otros metabolitos es necesaria para el uso como fuente de energía por el cerebro, testículos, eritrocitos, y medula renal debido a que la glucosa es la única fuente de energía para estos órganos. Durante la inanición, sin embargo, el cerebro puede obtener energía a partir cuerpos cetónicos que se convierten en acetil-CoA y desvía hasta el ciclo TCA. Los esqueletos de carbono primarios utilizados para la gluconeogénesis se derivan de piruvato, lactato, glicerol y la alanina amino ácidos y la glutamina. El hígado es el sitio principal de la gluconeogénesis, sin embargo, como se discute más adelante, el riñón y el intestino delgado también tienen papeles importantes que desempeñar en esta vía.

Reacciones de la gluconeogénesis. Las reacciones de "bypass" se indican en verde al igual que la de la fosfoglicerato cinasa. Se incluye esta última reacción debido a que cuando esta es parte de la gluconeogénesis se consume energía. La gluconeogénesis de dos moles de piruvato a 2 moles de 1,3-bifosfoglicerato consume 6 moles de ATP. Esto hace que el proceso de la gluconeogénesis sea muy costoso desde el punto de vista energético considerando que la glucólisis del piruvato solamente produce 2 moles de ATP. Note que se necesitan varios pasos para ir de 2 moles de 1,3-bifosfoglicerato a 1 mole de fructosa-1.6-bifosfato. Primero, existe una reversión de la reacción de la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa que requiere NADH. Cuando el lactato es el sustrato de la gluconeogénesis el NADH se obtiene de la reacción del lactato deshidrogenasa, y cuando el sustrato es el piruvato el NADH se obtiene de la reacción del malato deshidrogenasa. Segundo, 1 mol de gliceraldehido-3-fosfato debe ser isomerizada a DHAP y luego un mol de DHAP puede condensarse a un mol de gliceraldehido-3-fosfato para formar 1 mol de fructosa-1,6-bifosfato en una reacción reversa de la aldolasa. La mayoría de tejidos, no el hígado, no tienen la enzima glucosa-6-fosfatasa y por tanto la glucosa-6-fosfato que se genera en estos tejidos sería un sustrato para la síntesis de glicógeno. En los hepatocitos las reacciones de la glucosa-6-fosfatasa permiten al hígado proveer a la sangre con glucosa libre. Recuerde que debido al alto Km de la glucocinasa hepática la mayoría de la glucosa no será fosforilada y se moverá siguiendo su gradiente de concentración fuera de los hepatocitos a la sangre. Coloque el cursor sobre los intermediarios metabólicos para ver sus estructuras.

Bypass1 De Piruvato a Fosfoenolpiruvato: La conversión de piruvato a PEP requiere la acción de dos enzimas mitocondriales. La primera reacción requiere de ATP y es catalizada por la piruvato carboxilasa

La segunda enzima en la conversión de piruvato a PEP es la PEP carboxicinasa (PEPCK). La PEPCK requiere de GTP en la descarboxilación de OAA para formar PEP. Debido a que la PC incorpora CO₂ al piruvato y subsecuentemente este es liberado en la reacción de la PEPCK, no existe una fijación neta de carbono. Las células humanas contienen cantidades similares de la enzima PEPCK en la mitocondria y en el citosol (designado PEPCK-m y PEPCK-C, respectivamente) por lo que esta segunda reacción de la gluconeogénesis puede realizarse en cualquiera de estos compartimientos celulares.

El resultado de las reacciones es:

 Piruvato + ATP + GTP + H₂O ——> PEP + ADP + GDP + P_i + 2H⁺

Bypass2 Fructosa-1,6-bifosfato a Fructosa-6-bifosfato: La conversión de fructosa-1,6-bifosfato (F1, 6BP) a fructosa-6-bifosfato (F6P) es el reverso de la reacción limitante de la glucólisis. Esta reacción, una simple hidrólisis, es catalizada por la enzima fructosa-1,6-bifosfatasa (F1, 6BFasa). Similar a lo que ocurre en la regulación de la glucólisis en la enzima PFK1, en la gluconeogénesis la reacción de la F1, 6BPasa es el principal punto de control de esta vía.

Bypass3 Glucosa-6-Fosfato (G6P) a glucosa (o Glicógeno): La glucosa-6-fosfato es convertida a glucosa por acción de la glucosa-6-fosfatasa (G6Pasa). Esta también es una reacción de hidrólisis simple similar a la de la F1,6BPasa. Debido a que el cerebro, el músculo esquelético, así como también otros tejidos no hepáticos, carecen de G6Pasa, cualquier gluconeogénesis que ocurra en estos tejidos no se utiliza para dar glucosa a la sangre. En el hígado, músculo y especialmente el hígado, la G6 P es dirigida a glicógeno si los niveles de azúcar en la sangre son adecuados.

La fosforólisis del glicógeno se lleva a cabo por el glicógeno fosforilasa, mientras que, la síntesis de glicógeno es catalizada por la glicógeno sintasa. La G6P producida en la gluconeogénesis puede ser convertida a glucosa-1-fosfato (G1P) por la fosfoglucosa mutasa (PGM). Luego la G1P es convertida a UDP-glucosa (el sustrato para la síntesis de glicógeno) por la UDP-glucosa fosforilasa, una reacción que requiere la hidrólisis de UTP.