El documento describe la gluconeogénesis, el proceso metabólico mediante el cual se sintetiza glucosa a partir de sustancias no glucídicas. Explica que ocurre principalmente en el hígado y es crucial para proveer glucosa cuando no hay suficiente disponible. Detalla las tres reacciones irreversibles que diferencian a la gluconeogénesis de la glucólisis y cómo está regulada por los niveles de energía y hormonas como la insulina y el glucagón.

1. Nombres en azul indican los sustratos de la vía, flechas en
rojo las reacciones únicas de esta vía, flechas cortadas indican
reacciones de la glucolisis, que van en contra de esta vía,
flechas en negrita indican la dirección de la Gluconeogénesis.
Gluconeogénesis
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El nombre génesis proviene del griego γένεσις
(/guénesis/), ‘nacimiento, creación, origen’. Es
una ruta metabólica anabólica que permite la
biosíntesis de glucosa a partir de precursores no
glucídicos. Incluye la utilización de varios
aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y
cualquiera de los intermediarios del ciclo de los
ácidos tricarboxílicos (o ciclo de Krebs) como
fuentes de carbono para la vía metabólica. Todos
los aminoácidos, excepto la leucina y la lisina,
pueden suministrar carbono para la síntesis de
glucosa. Los Ácidos grasos de cadena par no
proporcionan carbonos para la síntesis de
glucosa, pues el resultado de su β-oxidación
(Acetil-CoA) no es un sustrato gluconeogénico;
mientras que los ácidos grasos de cadena impar
proporcionarán un esqueleto de carbonos que
derivarán en Acetil-CoA y Succinil-CoA (que sí
es un sustrato gluconeogénico por ser un
intermediario del ciclo de Krebs). Algunos
tejidos, como el cerebro, los eritrocitos, el riñón,
la córnea del ojo y el músculo, cuando el
individuo realiza actividad extenuante, requieren
de un aporte continuo de glucosa, obteniéndola a
partir del glucógeno proveniente del hígado, el
cual solo puede satisfacer estas necesidades
durante 10 a 18 horas como máximo, lo que tarda
en agotarse el glucógeno almacenado en el
hígado. Posteriormente comienza la formación de
glucosa a partir de sustratos diferentes al
glucógeno.
La gluconeogénesis tiene lugar casi
exclusivamente en el hígado (10% en los riñones). Es un proceso clave pues permite a los organismos
superiores obtener glucosa en estados metabólicos como el ayuno.
Índice
1 Reacciones de la gluconeogénesis
1.1 Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato
1.2 Conversión de la fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato
1.3 Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa
2 Regulación
2.1 Regulación por los niveles de energía
2.2 Regulación por fructosa 2,6-bisfosfato
2.3 Regulación de la fosforilación
2.4 Regulación alostérica
3 Balance energético
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2. completo de la gluconeogénesis
4 Importancia biomédica
5 Referencias
Reaccionesdela gluconeogénesis
Las enzimas que participan en la vía glucolítica participan también en la gluconeogénesis; ambas rutas se
diferencian por tres reacciones irreversibles que utilizan enzimas específicas de este proceso y los dos rodeos
metabólicos de esta vía.
Estas reacciones son:
De glucosa a glucosa-6-fosfato.1.
De fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato.2.
De fosfoenolpiruvato a piruvato.3.
Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato
El oxaloacetato es intermediario en la producción del fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis. La conversión
de piruvato a fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis se lleva a cabo en dos pasos. El primero de ellos es la
reacción de piruvato y dióxido de carbono para dar oxaloacetato. Este paso requiere energía, la cual queda
disponible por hidrólisis de ATP.
La enzima que cataliza esta reacción es la piruvato carboxilasa, una enzima alostérica que se encuentra en la
mitocondria. El acetil-CoA es un efector alostérico que activa la piruvato carboxilasa. Cuando hay más
acetil-CoA del necesario para mantener el ciclo del ácido cítrico, el piruvato se dirige a la gluconeogénesis.
El ion magnesio y la biotina son necesarios para una catálisis eficaz.
La biotina, enlazada covalentemente con la enzima, reacciona con el CO2, que se une de manera covalente.
Después el CO2 se incorpora al piruvato, formando así oxaloacetato.
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3. La conversión de oxaloacetato a fosfoenolpiruvato la cataliza la enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinasa,
que se encuentra en la mitocondria y en el citosol. Esta reacción también incluye la hidrólisis de un
nucleósido-trifosfato, en este caso el GTP en vez del ATP.
Conversión dela fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato
La reacción de la fosfofructoquinasa 1 de la glucólisis es esencialmente irreversible pero sólo debido a que
está impulsada por la transferencia de fosfato del ATP. La reacción que tiene lugar en la gluconeogénesis para
evitar este paso consiste en una simple reacción hidrolítica, catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfatasa.
La enzima con múltiples subunidades requiere la presencia de Mg2+ para su actividad y constituye uno de los
principales lugares de control que regulan la ruta global de la gluconeogénesis. La fructosa-6-fosfato formada
en esta reacción experimenta posteriormente la isomerización a glucosa-6-fosfato por la acción de la
fosfoglucoisomerasa.
Conversión dela glucosa-6-fosfato en glucosa
La glucosa-6-fosfato no puede convertirse en glucosa por la acción inversa de la hexoquinasa o la
glucoquinasa; la trasferencia de fosfato desde el ATP hace a la reacción virtualmente irreversible. Otra
enzima específica de la gluconeogénesis, la glucosa-6-fosfatasa, que también requiere Mg2+, es la que entra
en acción en su lugar. Esta reacción de derivación se produce también mediante una simple hidrólisis.
La glucosa-6-fosfatasa se encuentra fundamentalmente en el retículo endoplásmico del hígado con su lugar
activo en la cara luminal (del RE). La importancia de su localización en el hígado es que una función
característica del hígado es sintetizar glucosa para exportarla a los tejidos a través de la circulación
sanguínea.
Regulación
La regulación de la gluconeogénesis es crucial para muchas funciones fisiológicas, pero sobre todo para el
funcionamiento adecuado del tejido nervioso. El flujo a través de la ruta debe aumentar o disminuir, en
función del lactato producido por los músculos, de la glucosa procedente de la alimentación, o de otros
precursores gluconeogénicos.
La gluconeogénesis está controlada en gran parte por la alimentación. Los animales que ingieren abundantes
hidratos de carbono presentan tasas bajas de gluconeogénesis, mientras que los animales en ayunas o los que
ingieren pocos hidratos de carbono presentan un flujo elevado a través de esta ruta.
Dado que la gluconeogénesis sintetiza glucosa y la glucólisis la cataboliza, es evidente que la gluconeogénesis
y la glucólisis deben controlarse de manera recíproca. En otras palabras, las condiciones intracelulares que
activan una ruta tienden a inhibir la otra.
Regulación por losnivelesdeenergía
La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por concentraciones altas de AMP, asociadas con un estado
energéticamente pobre. Es decir, la elevada concentración de AMP y reducida de ATP inhiben la
gluconeogénesis
Regulación por fructosa 2,6-bisfosfato
La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por la fructosa 2,6-bisfosfato, un modulador alostérico cuya
concentración viene determinada por la concentración circulante en sangre de glucagón; la fructuosa
1,6-bisfosfatasa está presente tanto en el hígado como en los riñones.
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4. Regulación dela fosforilación
Este proceso es dependiente de la concentración de ATP; al disminuir la concentración de ATP, la
fosforilación también se observa disminuida y viceversa. En el hígado, este proceso aumenta al aumentar la
síntesis de glucocinasa, proceso que es promovido por la insulina. La membrana de los hepatocitos es muy
permeable a la glucosa, en el músculo y el tejido adiposo la insulina actúa sobre la membrana para hacerla
permeable a ella.
Regulación alostérica
El ayuno prolongado aumenta el acetil-CoA y éste estimula la piruvato carboxilasa y por lo tanto la
gluconeogénesis, al mismo tiempo que inhibe la Piruvato Deshidrogenasa; la elevación de alanina y glutamina
estimulan la gluconeogénesis. El cortisol aumenta la disponibilidad de sustrato y la fructosa 2,6-bisfosfato
inhibe a la fructosa 1,6-bisfosfatasa.
Balanceenergético
Hemos resaltado que las rutas catabólicas generan energía, mientras que las anabólicas comportan un coste
energético. En el caso de la gluconeogénesis podemos calcular este coste; la síntesis de glucosa es costosa
para la célula en un sentido energético. Si partimos desde piruvato se consumen seis grupos fosfato de
energía elevada 4 ATP (debido a las reacciones de la piruvato carboxilasa y a la de fosfoglicerato quinasa) y
2 GTP (consecuencia de la descarboxilación del oxalacetato), así como 2 de NADH, que es el equivalente
energético de otros 5 ATP (ya que la oxidación mitocondrial de 1 NADH genera 2,5 ATP).
En cambio, si la glucólisis pudiera actuar en sentido inverso, el gasto de energía sería mucho menor: 2 NADH
y 2 ATP
Reacción Global
2 Ácido pirúvico + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O + 2H+ -----------> Glucosa + 4ADP + 2GDP + 6Pi
+ 2NAD+
Importancia biomédica
La gluconeogénesis cubre las necesidades corporales de glucosa cuando no está disponible en cantidades
suficientes en la alimentación. Se requiere un suministro constante de glucosa como fuente de energía para el
sistema nervioso y los eritrocitos. Además, la glucosa es el único combustible que suministra energía al
músculo esquelético en condiciones de anaerobiosis. La glucosa es precursora del azúcar de la leche (lactosa)
en la glándula mamaria y la capta activamente el bebé. Por otro lado, los mecanismos gluconeogénicos se
utilizan para depurar los productos del metabolismo de otros tejidos desde la sangre; por ejemplo, lactato,
producido por el músculo y los eritrocitos, y glicerol, que se forma continuamente por el tejido adiposo.
Referencias
Álvarez Rodríguez Bertha Adriana y colb. Bioquímica: Metabolismo de carbohidratos. Academia de
Bioquímica. Pags: 64-70
Benyon S., Roach J. O`Neale. Lo esencial en metabolismo y nutrición. Editorial Harcourt Brace.
Madrid, España. Pags: 89-91
Campbell Mary K., Farrell Shaw O. Bioquímica, 4a Edición. Editorial Thomson International. México
D.F., 2004. Pags. 497-501
Murray Robert K., Mayes Peter A., Granner Daryl K., Rodwell Victor W. Bioquímica de Harper, 14ª
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5. edición. Editorial Manual Moderno, México D.F., 2001, pags 233 – 244
Mathews, Van Holde, Adhern. Bioquímica, 3ª edición. Editorial Pearson Addison Wesley. Madrid,
España, 2002, Pag. 628-639
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Categorías: Metabolismo de los glúcidos Fisiología Hepatología Biosíntesis
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