Presentación referente a la Glucólisis y metro metabólico

1. Glucólisis
vía de Embden-Meyerhof-
Parnas

2. Destinos de la glucosa
Glucosa
Matriz extracelular y
polisacáridos de la
pared celular
Glucógeno, almidón,
sacarosa
Piruvato
Ribosa 5-fosfato
síntesis de polímeros
estructurales
oxidación (ruta de
las pentosas
fosfatos)
oxidación vía
glucólisis
almacenamiento

3. Catabolismo de la Glucosa
La D-glucosa
 Ocupa posición central en el metabolismo
 Es el principal combustible de la mayoría de los organismos
 Es rica en energía potencial
 Se puede obtener de depósitos intracelulares
 Es también precursor que da cantidad de intermediarios metabólicos

4. Localización de la glucólisis
CITOPLASMA

5.  ES UNA RUTA CENTRAL
Generalidades glucolisis

7. Generalidades glucolisis
 Es prácticamente universal
 Es la única fuente de E en algunos tejidos y tipos de células:
eritrocitos, médula renal, cerebro, espermatozoides,
tejidos vegetales y muchos tipos de
microorganismos
 Probablemente es la ruta mas antigua
 Muy conservada, diferencias solo en detalles regulación y destino
del piruvato

8. Estrategia general de la glucólisis
Reacciones endergónicas
Reacciones exergónicas

9. Estrategia general de la glucólisis
Reacciones mayormente endergónicas Reacciones exergónicas

10. FASE PREPARATORIA

11. FASE DE RENDIMIENTO

12. Vía completa

13. 1. Fosforilación de la glucosa
Hexoquinasa: amplia especificidad de sustrato, Km = 0,1 mM
https://www.uniprot.org/uniprot/P19367 - structure
Glucoquinasa: específica para glucosa, Km = 10 mM
https://www.uniprot.org/uniprot/C4ZVS5
FASE PREPARATORIA

16. Cataliza la fosforilación de varias hexosas:
• D-glucosa - D-glucosa 6-fosfato
• D-glucosamina - D-glucosamina 6 -fosfato
• D-fructosa - D-fructosa 6-fosfato
• D-manosa - D-manosa 6-fosfato
• 2-desoxi-D-glucosa - 2-desoxi-D-glucosa 6-fosfato
• No fosforila N-acetil-D-glucosamina
• Interviene en el paso inicial de la glucólisis
• Participa en la inmunidad innata y la inflamación: actúa como un receptor
de reconocimiento de patrones para el peptidoglicano bacteriano
• Cuando se libera en el citosol, el componente N-acetil-D-glucosamina del
peptidoglucano bacteriano inhibe la actividad hexoquinasa y provoca su
disociación de la membrana externa mitocondrial, activando así el
inflamasoma NLRP3
Hexoquinasa:

17. Presenta Isoformas
• HKI: incluye un exón que genera un dominio de unión de
porina PBD que permite la asociación a la membrana
mitocondria
• HKI-R: Carece del dominio PBD, se localiza en el
citoplasma, presenta un exón específico para eritrocitos
• HKI-ta: Carece del dominio PBD, se localiza en el
citoplasma, presenta un exón específico para tejido
testicular
• HKI-tb: Carece del dominio PBD, se localiza en el
citoplasma, presenta un exón específico para tejido
testicular
• HKI-td: Carece del dominio PBD, se localiza en el
citoplasma
Hexoquinasa 1:

18. • Se encuentra de forma predominante en el
músculo esquelético.
• Se localiza en la membrana externa de la
mitocondria.
• La expresión de este gen está modulada
por la insulina.
Hexoquinasa 2:

19. • La HK3 se encuentra en los leucocitos
• Modulada negativamente por su producto
Hexosa-6-fosfato
Hexoquinasa 3:

20. Presenta Isoformas
• HKIV-1: se expresa específicamente en las
células beta de los islotes pancreáticos
• HKIV-2: se expresa específicamente en las
células del hígado
• HKIV-3: se expresa específicamente en las
células del hígado
Hexoquinasa 4:

21. 2. Conversión de G-6P en F-6P

22. 2. Conversión de G-6P en F-6P
https://www.uniprot.org/uniprot/P06744 - structure
Glucosa-6-fosfato isomerasa

23. 2. Conversión de G-6P en F-6P
Glucosa-6-fosfato isomerasa
• En el citoplasma, forma parte de las rutas
metabólicas de la glucólisis y la
gluconeogénesis.
• Actúa como citosina, factor angiogénico (AMF)
que estimula la motilidad de las células
endoteliales
• En la matriz extracelular funciona como factor
neurotrófico neuroleukina, para las neuronas
espinales y sensoriales

24. 3. Fosforilación de la F-6P a F-1,6 BP
Principal reacción de regulación de la glucólisis:
Moduladores positivos = ADP, AMP, F-2,6 BP
Moduladores negativos = ATP, citrato

25. https://www.uniprot.org/uniprot/P08237 - structure
En humanos, la PFK existe como un sistema de 3 tipos de subunidades,
isoenzimas PFKM (músculo), PFKL (hígado) y PFKP (plaquetas)
FOSFOFRUCTOQUINASA:

26. 3. Fosforilación de la F-6P a F-1,6 BP
FOSFOFRUCTOQUINASA:
Presenta 3 isoformas
• PFK-L: se expresa específicamente en las células
hepáticas
• PFK-M: se expresa específicamente en células
musculares
• PFK-P: se expresa específicamente en plaquetas

27. 3. Fosforilación de la F-6P a F-1,6 BP
Fosfofructoquinasa:
PATOLOGIAS
ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO 7 (GSD7) causada por variantes que
afectan al gen, es un trastorno metabólico caracterizado por intolerancia al ejercicio con
náuseas y vómitos asociados, calambres musculares, miopatía por esfuerzo y hemólisis
compensada

28. 4. Rotura de la F 1,6 BP en DHAP y G-3P

29. 4. Rotura de la F 1,6 BP en DHAP y G-3P
https://www.uniprot.org/uniprot/P04075 - structure
ALDOLASA
Cataliza la conversión reversible de beta-D-fructosa 1,6-bisfosfato (FBP) en
dos triosas fosfato y juega un papel clave en la glucólisis y la
gluconeogénesis

30. 3. Fosforilación de la F-6P a F-1,6 BP
ALDOLASA:
Presenta 3 isoformas
• ALDO-A: se expresa específicamente en las células musculares
• ALDO-B: se expresa específicamente en células hepáticas
• ALDO-C: se expresa específicamente en cerebro
PATOLOGIAS
ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO 12
(GSD12) causada por variantes que afectan al gen es un
trastorno metabólico asociado con aumento del glucógeno
hepático y anemia hemolítica

31. 5. Interconversión de las triosas fosfato
TRIOSA FOSFATO ISOMERASA:
Cataliza la interconversión entre el fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) y
el D-gliceraldehído-3-fosfato (G3P) en la glucólisis y la gluconeogénesis
responsable de la producción no despreciable de metilglioxal, un
subproducto citotóxico reactivo que modifica y puede alterar las
proteínas, el ADN y los lípidos.
https://www.uniprot.org/uniprot/P60174 - structure

32. 5. Interconversión de las triosas fosfato
TRIOSA FOSFATO ISOMERASA:
Su sitio activo se encuentra en la parte superior del barril beta y posee un
residuo de glutamato (Glu 165) y otro de histidina (His 95) que son
esenciales para la catálisis
PATOLOGIA: Deficiencia de Triosafosfato isomerasa
causada por variantes que afectan al gen TPI1 es un trastorno
multisistémico autosómico recesivo caracterizado por anemia hemolítica
congénita, disfunción neuromuscular progresiva, susceptibilidad a
infecciones bacterianas y miocardiopatía

33. 6. Oxidación del G-3P a 1,3-BFG
Gran parte de la energía de oxidación del grupo carbonilo a carboxilo se
conserva en el anhídrido acil-fosfato
ΔG´o de hidrólisis = -49,3 kJ/mol (ATP = -30,5 kJ/mol)
FASE DE RENDIMIENTO

34. 6. Oxidación del G-3P a 1,3-BFG
https://www.uniprot.org/uniprot/P04406 - structure
Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa

35. 6. Oxidación del G-3P a 1,3-BFG
Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa
Tiene actividades de gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa y nitrosilasa, por lo
que desempeña un papel en la glucólisis y las funciones nucleares.
Es una enzima clave en la glucólisis que cataliza el primer paso de la vía al convertir
el D-gliceraldehído 3-fosfato (G3P) en 3-fosfo-D-gliceroil fosfato
Modula la organización y ensamblaje del citoesqueleto.
Facilita las asociaciones entre microtúbulos, Ret. endoplasmatico, ap. Golgi,
vesículas y membrana plasmática dependientes de CHP1 a través de su capacidad
para estimular la unión de CHP1 a los microtúbulos (por similitud).
Componente del complejo GAIT (inhibidor de la traducción activado por interferón
gamma) que media la inhibición de la traducción selectiva de transcritos inducida
por interferón gamma en los procesos de inflamación (PubMed: 23071094 ).

36. Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+)
OXIDADO REDUCIDO
Adenin mono fosfato AMP
Nicotinamida
Vitamina B3

37. 7. Transferencia del –P desde el 1,3-BPG al ADP
La formación de ATP a través de la transferencia de un
grupo fosfato del alta energía proveniente de un
sustrato fosforilado se denomina Fosforilación a
Nivel del Sustrato

38. 7. Transferencia del –P desde el 1,3-BPG al ADP
Fosfoglicerato quinasa
https://www.uniprot.org/uniprot/Q9SAJ4 - structure

39. 7. Transferencia del –P desde el 1,3-BPG al ADP
Fosfoglicerato quinasa
Cataliza la segunda etapa de la segunda fase de la glucólisis, la
conversión reversible de 1,3-difosfo-glicerato a 3-fosfoglicerato con la
generación de una molécula de ATP
Es una proteína con dos dominios; cada dominio se compone de seis
repeticiones de un motivo estructural α/β.
En los humanos existen dos isozimas:
• PGK1 su genes se localiza en el cromosoma X
• Además de su función como enzima glicolítica, actúa como una
proteína cofactor de polimerasa alfa (proteína de reconocimiento
de cebadores)
• PGK2 su genes se localiza en el cromosoma 6
• Esencial para la motilidad de los espermatozoides y la fertilidad
masculina; No se requiere para la finalización de la
espermatogénesis

40. 7. Transferencia del –P desde el 1,3-BPG al ADP
Fosfoglicerato quinasa
La deficiencia de fosfoglicerato quinasa (PGK1) es un trastorno poco
común ligado al cromosoma X caracterizado por:
• Anemia hemolítica
• Convulsiones
• Fatiga muscular
• Disfunción neurológica progresiva.
La PGK1 es una enzima que es ubicua en todas las células del cuerpo
humano, pero Los glóbulos rojos, los músculos y las células nerviosas son
los más afectados por la ausencia de PGK1 debido a su dependencia de la
vía glucolítica.
Su expresión es variable y dan lugar a diversos fenotipos, que van desde
anemia hemolítica leve solamente, miopatía, hasta deterioro neurológico
progresivo entre la infancia y la adolescencia; a severo retraso mental y
muerte temprana en la infancia.

41. 8. Conversión del 3-PG en 2-PG

42. 8. Conversión del 3-PG en 2-PG
Fosfoglicerato mutasa
https://www.uniprot.org/uniprot/P18669 - structure

43. 8. Conversión del 3-PG en 2-PG
Fosfoglicerato mutasa
Cataliza la transferencia interna de un grupo fosfato desde el carbono C-3 al
carbono C-2 que resulta en la conversión de 3-fosfoglicerato a 2-
fosfoglicerato a través del compuesto intermedio 2,3-bisfosfoglicerato.
La reacción implica a dos grupos fosfato diferentes, es decir el grupo fosfato
final del 2-fosfoglicerato no es el mismo que el grupo fosfato inicial del 3-
fosfoglicerato.

44. 8. Conversión del 3-PG en 2-PG
Fosfoglicerato mutasa
Deficinencia:
La disfunción en la actividad de la fosfoglicerato mutasa es una enfermedad
genética autosomal recesiva con síntomas entre ligeros y moderados.
Se presenta como una miopatía metabólica.
No es una enfermedad que ponga en peligro la vida y puede ser controlada
mediante cambios en el estilo de vida.

45. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
ΔG´o hidrólisis del fosfato de 2-PG = - 17,6 kJ/mol
ΔG´o hidrólisis del fosfato de PEP = - 61,9 kJ/mol
Esta diferencia se debe a una redistribución de energía en la
molécula de PEP y a sus productos

46. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
https://www.uniprot.org/uniprot/P00924 - structure
ENOLASA

47. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
ENOLASA:
Presenta 3 isoformas
• ENO1: se expresa específicamente en las células musculares
• ENO2: se expresa específicamente en células hepáticas
• ENO3: Beta enolasa: Parece tener una función en el desarrollo
y regeneración del músculo estriado.
PATOLOGIAS
ENFERMEDAD POR ALMACENAMIENTO DE GLUCÓGENO 12
(GSD12) causada por variantes que afectan al gen es un
trastorno metabólico asociado con aumento del glucógeno
hepático y anemia hemolítica

48. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
ENOLASA 1
• Enzima glicolítica que cataliza la conversión de 2-fosfoglicerato en
fosfoenolpiruvato
• Además de la glucólisis, participa en diversos procesos como el control del
crecimiento, la tolerancia a la hipoxia y las respuestas alérgicas
• También puede funcionar en el sistema fibrinolítico intravascular y
pericelular debido a su capacidad para actuar como receptor y activador del
plasminógeno en la superficie celular de varios tipos de células, como
leucocitos y neuronas
• Estimula la producción de inmunoglobulinas

49. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
ENOLASA 1
• Se utiliza como marcador de diagnóstico para muchos tumores
• La forma heterodimérica, alfa/gamma, como marcador de lesión cerebral
hipóxica después de un paro cardíaco.
• También marcador de endometriosis.
• Los anticuerpos contra la alfa-enolasa están presentes en sueros de
pacientes con síndrome de retinopatía asociada al cáncer (CAR), una
enfermedad progresiva que causa ceguera y que ocurre en presencia de
crecimiento tumoral sistémico, principalmente carcinoma de células
pequeñas de pulmón y otras neoplasias malignas.
• Se identifica como un autoantígeno en la encefalopatía de Hashimoto (HE),
una rara enfermedad autoinmune asociada con la tiroiditis de Hashimoto
(HT) un trastorno en el que los procesos destructivos superan la capacidad
potencial de reemplazo de la tiroides y conducen al hipotiroidismo.

50. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
ENOLASA 2
• Tiene propiedades neurotróficas y neuroprotectoras en un amplio espectro
de neuronas del sistema nervioso central (SNC).
• Se une, de manera dependiente del calcio, a las neuronas neocorticales
cultivadas y promueve la supervivencia celular.
• El homodímero ⍺/⍺ se expresa en el embrión y en la mayoría de los tejidos
adultos.
• El heterodímero ⍺/β y el homodímero β/β se encuentran en el músculo
estriado, y el heterodímero ⍺/γ y el homodímero γ/γ en las neuronas.
• Durante la ontogénesis, hay una transición del homodímero ⍺/⍺ al
heterodímero ⍺/β en las células musculares estriadas y al heterodímero ⍺/γ
en las células nerviosas.
• Los niveles de ENO2 aumentan drásticamente en accidentes
cardiovasculares, traumatismos cerebrales, tumores cerebrales y
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.

51. 9. Deshidratación del 2-PG a PEP
ENOLASA 3
Deficincia
• Enfermedad por almacenamiento de glucógeno 13 (GSD13)
• Causada por variantes que afectan al gen ENO3.
• Es un trastorno metabólico que produce mialgias inducidas por el ejercicio,
debilidad muscular generalizada y fatigabilidad.
• Se caracteriza por un aumento de la creatina quinasa sérica y una
disminución de la actividad de la enolasa 3.
• En el análisis ultraestructural se detectan niveles de proteína
dramáticamente reducidos con acumulación sarcoplásmica focal de
partículas de glucógeno-beta.

52. 10. Transferencia del –P desde el PEP al ADP
Segunda fosforilación
a nivel del sustrato

53. 10. Transferencia del –P desde el PEP al ADP
Piruvato cinasa
Está constituida por tres monómeros.
En humanos, dos genes codifican para esta proteína: HGNC PKLR y HGNC PKM2 .
• PKLR posee la secuencia de la enzima eritrocitaria (PKR) y hepática (PKL)
• PKM2 se expresa en músculo dando lugar a dos isoenzimas denominadas PKM1 y
PKM2, cuya divergencia se debe a un proceso de empalme alternativo

54. 10. Transferencia del –P desde el PEP al ADP
Piruvato cinasa
Deficiencia:
En humanos, la deficiencia en este enzima está relacionada con la anemia
hemolítica.
Se trata de una patología heredada como un carácter autosómico recesivo, que
afecta a ambos sexos por igual y común en la raza blanca.
Esta herencia se confirma en familias consanguíneas, si bien en el resto de la
población los enfermos suelen poseer dos variantes de distinta procedencia

55. Degradación del esqueleto carbonado de la glucosa que
produce piruvato
Fosforilación del ADP a ATP por compuestos fosfato de alta
energía, formados durante la glucólisis
Transferencia de un ión hidruro al NAD+, formándose
NADH
Tres tipos de transformaciones químicas

56. Glucosa + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP +2Pi 2 Piruvato + 2ADP + 2NADH + 2H+ + 4ATP + 2H2O
Glucosa + 2NAD+ + 2ADP +2Pi 2 Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP +2H2O
Balance energético de la glucólisis
Del 100% de la energía contenida en una
molécula de glucosa:
• el 79,4% está aún en los 2 piruvatos
• el 15,5% está en los 2 NADH
• el 2,1 % está en los 2 ATP
Glucosa + 6O2 6CO2 + 6H2O
Go’ = - 2840 kJ/mol
Glucosa 2 Piruvato
Go’ = - 586 kJ/mol
2 NADH
Go’ = + 440 kJ/mol
2 NAD+
2 ADP + Pi 2 ATP
Go’ = + 61 kJ/mol

57. Balance energético de la glucólisis

58. La glucólisis está finamente regulada
Objetivo: conseguir niveles
constantes de ATP y suministro de
intermediarios para biosíntesis
Velocidad de glucólisis
regulada por:
 Consumo de ATP
 Regeneración de NADH
regulación alosterica de enzimas
fluctuaciones en la concentración de
metabolitos
 regulación hormonal
cambios en la expresión
génica de varias enzimas