Características y regulación de las enzimas clave del metabolismo de la glucosa. (Glucólisis, vía de las pentosas y gluconeogénesis)

1. ENZIMAS CLAVE

2. La glucólisis o glicólisis es la vía
metabólica encargada
de oxidar la glucosa con la finalidad de
obtener energía para la célula. Consiste en 10
reacciones enzimáticas consecutivas que
convierten a la glucosa en
dos moléculas de piruvato, el cual es capaz
de seguir otras vías metabólicas y así
continuar entregando energía al organismo

3. EC 2.7.1.1
Tipo Transferasa (Subclase quinasa)
Coenzimas/
Cofactores
Mg2+
ATP
Inhibidores
G6P
ATP
Km 0.032-3.8 mM
ΔG°´
-16.7
-20.9 ( Músculo cardiaco)
ΔG -27.2 ( Músculo cardiaco)
Isoenzimas
Hexoquinasa 1
Isoforma 1 (HKI): presente en todas las
células.
Isoforma 2 (HK-R): en eritrocitos.
Isoforma 3 y 4 (HKI-ta/tb): tejido testicular.
Isoforma 5 (HKI-td): tejido testicular.
Hexoquinasa 2: predominantemente en
músculo esquelético. Su expresión esta
modulada por la insulina.
Hexoquinasa 3: se encuentra en leucocitos
Hexoquinasa 4 (Glucoquinasa)
Isoforma 2: principal isoforma expresada en
hígado.
Isoforma 3: específica del hígado
Estructura 3D de hexoquinasa de levadura.
Hexoquinasa libre (a) y hexoquinasa unida a
glucosa (b).

4. Regulación
Hígado Es inhibida por G6P
Km=10nM
Músculo No es inhibida por G6P
Km=o.1mM
Regulación glucoquinasaComparación de la cinética de la hexoquinasa IV
(glucoquinasa) y hexoquinasa I

5. EC 2.7.1.11
Tipo Tranferasa
Estructura Homotetrámero
Coenzimas/Cofactores
Mg2+
Co2+
Mn2+
Activadores
AMP
ADP
cAMP
FBP
F26BP
F6P
NH+
4
Pi
Inhibidores
ATP
Citrato
Fofoenolpiruvato
Km(mM)
0.0151-0.25 (ATP)
0.047-0.45 (Fructosa 6-fosfato)
ΔG°´(kJ/mol)
-14.7
-17.2(Músculo cardiaco)
ΔG(kJ/mol) -25.9(Músculo cardiaco)
Isoenzimas
PFK-1: principal enzima
reguladora de la glucólisis.
PFK-2: cataliza la formación
de fructosa-2,6-difosfato
(F2,6P).
Tetrámero de PFK (Homo sapiens)

6. Regulación
Es una enzima alostérica.
Presenta:
Conformación T: Poca afinidad por F6P.
Conformación R:Afinidad por F6P.
Relación [F6P] mM vs actividad de
PFK
Imagen sobrepuesta de los cambios en estado T
(azul) y estado R (rojo). *PGC es un inhibidor no
fisiológico análogo a PEP

7. EC 2.7.1.40
Tipo Transferasa
Estructura
Dímero
Homotetrámero
Tetrámero
Coenzimas/Cofacto
res
K+
Mg2+
Mn2+
ADP
ATP
Activadores
AMP
PEP
FBP
Inhibidores
ATP (Músculo)
Alanina
Km(mM)
0.24-14.1(ADP)
0.0003-2.1(Fosfoenolpiruvato)
ΔG°´(kJ/mol)
-31.4
-23 (Músculo cardiaco)
ΔG(kJ/mol) -13.9 (Músculo cardiaco)
Isoezimas
En vertebrados se presentan 4:
L (Hígado)
R (Eritrocitos)
M1(Músculos, corazón y cerebro)
M2

8. Regulación
En una enzima alostérica
En hígado se desactiva por
fosforilación en respuesta a
glucagón.
Inhibición por ATP, acetyl Co-A y
ácidos grasos
Activación por acumulación de
F16BP
Inhibición por acumulación de
alanina

9.  Implicaciones clínicas
La deficiencia en piruvato quinasa, debida a una mutación en el gen
PK-LR, origina alteraciones únicamente, en los eritrocitos, porque
estas células no son capaces de compensar el defecto enzimático.
Por ello, la deficiencia de esta enzima es causa principal de la
anemia hemolítica no esferocítica que puede provocar incluso la
muerte de los pacientes.
 Los fármacos utilizados para inhibir a la PK (leishmaniosis) Pueden
alterar las funciones hepática y renal.

10. Principal fuente de obtención de poder
reductor en forma de NADPH y que además
permite la obtención de una variedad de
monosacáridos.

11. EC 1.1.1.49
Tipo Oxidoreductasa
Estructura
Puede existir en forma
dimérica o tetramérica
Activadores Insulina
Inhibidores
NADPH
2,3-difosfoglicerato
ATP
Glucosa
Km(µM)
7.07(NADP)
52 (G6P)
ΔG(kJ/mol) -17.6 (Hígado)

12. Regulación
Es regulada por la concentración de NADP+
(disposición de substrato). Cuando se consume
NADPH, la concentración de NADP+ incrementa, lo
que incrementa el ritmo de la reacción de la
glucosa 6-fosfato deshidrogenasa y por tanto
estimulando la regeneración de NADPH.

13. Implicación clínica
La deficiencia de la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) es el trastorno enzimático
más frecuente del glóbulo rojo (GR). Tanto la disminución como la ausencia de la
enzima aumentan la vulnerabilidad del GR al estrés oxidativo provocado por algunos
fármacos o la ingesta de habas.
Favismo: Es una intolerancia a la ingestión de habas o a la inhalación del polen de la planta
Vicia faba originaria de Asia de la que proviene dicha legumbre.
Los individuos sensibles tienen
disminuidos los niveles de glucosa6-
fosfatodeshidrogenasa (G6PD) y los de
glutatión reducido (GSH) de sus
glóbulos rojos.
El organismo mantiene niveles
adecuados de GSH por la acción de la
glutatión reductasa, a partir del
glutatión oxidado (GSSG), con el
NADPH. Al disminuir los niveles de
NADPH no puede reducir el GSSG
agravando la disminución de GSH.

14. Principal ruta anabólica para
la síntesis de glucosa a
partir de intermediarios
metabólicos, principalmente
el piruvato.
En mamíferos se lleva a cabo
únicamente en el hígado y
en la corteza renal.
Ocurre principalmente en el
citosol, si bien el primer
paso ocurre en el interior de
la mitocondria.

15. EC 6.4.1.1
Tipo Ligasa
Estructura
Homotetrámero
~130 Kd (cada
subunidad)
Coenzimas/Cofactores
Biotina
ATP
Mg2+
Mn2+
Activadores
Acetil-CoA
Biotina
Inhibidores L-aspartato
Km(mM)
0.22-0.25 (ATP)
1.75-3.2(HCO3
-)
0.08-0.23(Piruvato)
ΔG°´(kJ/mol) -2.1
Piruvato + HCO3
- + ATP  Oxalacetato +
ADP + Pi

16. Regulación
Es regulada por las
concentraciones de acetil-
CoA, la acumulación de
este indica que se requiere
la producción de
oxalacetato.
El acetil-Coa es un
potente activador
alostérico de esta enzima.
Si el ciclo del ácido cítrico
esta inhibido (por ATP o
NADH) el oxalacetato es
utilizado en la
gluconeogénesis.

17. Implicación clínica
Las células malignas presentan actividad glicolítica incrementada
también, se ha encontrado actividad elevada de PC en tumores
hepáticos, lo que demuestra que una función elevada anormal de PC
de relaciona con la proliferación de células tumorales.
Tratamiento por inhibición
Uno de los inhibidores probados hasta hoy es la avidina, una
glicoprotíena de la clara de huevo. Esta tiene una alta afinidad por la
biotina, lo que lo vuelve un potente inhibidor de enzimas dependiente
de biotina

18. EC 4.1.1.32
Tipo Liasa
Estructura
Monómero
~630 residuos
Coenzimas/
Cofactores
GTP
Mg2+
Mn2+
Activadores Mn2+ (óptima a 0.7mM)
Inhibidores Mn2+ (a concentraciones mayores de 0.7mM)
Km(mM)
0.034-20.6 (GDP)
0.023-0.064(GTP)
6.8-20.7(Oxalacetato)
0.036-1.256 (Fosfoenolpiruvato)
ΔG°´(kJ/mol) 0.9
ΔG (kJ/mol) -25
Isoenzimas
PEPCK1 o PEPCK-C: Citosólica
PEPCK2 o PEPCK-M: Mitocondrial

19. Cataliza la hidrólisis irreversible del fosfato C-1
presente en la fructosa 1,6-bifosfato.
Fructosa 1,6-bifosfato + H2O Fructosa 6-fosfato + Pi
EC 3.1.3.11
Tipo Hidrolasa
Estructura
Tetrámero
36.842 kD
338 aminoácidos
Coenzimas/Cofactores Mg2+
Activadores
K+
Citrato
Inhibidores
Fructosa 2,6-bifosfato
AMP
Ca2+
Km(mM) 0.00077-0.0034
ΔG°´(kJ/mol) -16.3
Regulación PKF vs regulación FBPase

20. Cataliza la reacción final de la
gluconeogénesis.
Glucosa 6-fosfato + H2O Glucosa + Pi
EC 3.1.3.9
Tipo Hidrolasa
Coenzimas/Cof
actores
Mg2+
Activadores
Mg2+
Glucosa (en altas
concentraciones)
Inhibidores Insulina
Km(mM)
1-4.3 (Glucosa 6-
fosfato)
ΔG°´(kJ/mol) -13.8

21. En un efector alostérico para las
PFK y para FBPase-1.

22. La fructosa 2,6-bifosfato es producida a través de
la fosforilación de la fructosa 6-fosfato, por la
enzima fosfofructoquinasa-2 (PFK-2) y es
degradada por fructosa 2,6-bifosfatasa (FBPase-2)

23. Los puntos clave para la diferenciación
y control de ambas rutas son:
 Hexoquinasa/Glucosa 6-fosfatasa
 Fosfofructoquinasa/Fructosa 1,6-
bifosfatasa
 Piruvato quinasa/Piruvato carboxilasa y
Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa

24.  Consulta de características de enzimas en: BRENDA (www.brenda-
enzymes.org) y UniProt(www.uniprot.org/)
 Voet;Voet.(2011).Biochemistry.4th Edition.USA, JOHN WILEY & SON,INC.
 Lehninger; Cox.(2006) Principios de Bioqúimica.4 Edición. Ediciones
Omega
 Jiménez; Et al.(2009).Efectos del Ejercicio sobre los mecanismos
celulares para la captación de glucosa en el músculo esquelético.REB 28
(4):115-124
 Zeczycki; Et al. (2010)Inhibitors of Pyruvate Carboxylase. Open Enzym
Inhih J.; 3: 8-26
 Rodriguéz; Gallego.(1999) Tratado de Nutrición.Madrid, Dias de Santos
 Feduchi; Et.al.(2015) Bioquímica: Conceptos esenciales. 2daEdición
 Contretas; Et al.(2001).Nuevos aspectos en el tratamiento de la diabetes
mellitus tipo 2. Archivos Venezolanos de Farmacología y Terapéutica,
Volumen 20 - Número 1, (6-26)
 Universidad de Buenos Aires. Bioquímica (Regulación Metabólica)
www.fmed.uba.ar/depto/bioqhum/Seminario%2019%20Integracion%20m
etabolica%20(2).pdf