V METABOLISMO INTERMEDIARIO
La
mayor parte de las células y los organismos tienen en común una serie de vías
metabólicas centrales que sirven para la síntesis, la degradación y conversión
de metabolitos importantes así como para la conversión de energía, todo lo cual
se denomina metabolismo intermedio.
Descripción de las vías para el catabolismo de los carbohidratos,
proteínas y grasas de dieta. Todas las vías producen acetil-CoA, que al
oxidarse en el ciclo del ácido cítrico genera en última instancia ATP en el
proceso de la fosforilación oxidativa. (Gráfico)
La
naturaleza de la dieta determina el patrón básico del metabolismo. Es necesario
procesar los productos de la digestión de carbohidratos, lípidos y proteínas de
la dieta. Se trata sobre todo de glucosa, ácidos grasos y glicerol y
aminoácidos, respectivamente. Todos los productos de la digestión se
metabolizan a un producto común, acetil-CoA, que después se oxida
en el ciclo de ácido cítrico.
Enzimas:
definición, características
Una enzima es una proteína que cataliza las reacciones bioquímicas del metabolismo. Las enzimas actúan sobre las moléculas conocidas como sustratos y permiten el desarrollo de los diversos procesos celulares.
Metabolismo de carbohidratos
La glucosa se metaboliza
a piruvato por la vía de la glucólisis, que se efectúa de
manera anaerobia (en ausencia de oxígeno), cuando el producto final es lactato.
En los tejidos aeróbicos se metaboliza el piruvato a acetil-CoA, la
cual entra al ciclo del ácido cítrico para completar la
oxidación a CO2 y H2O, relacionado con la formación
de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa.
La glucosa y sus
metabolitos también toman parte en otros procesos. Ejemplos:
Conversión al
polimérico de almacenamiento glucógeno en el músculo esquelético y el hígado.
La vía del
fosfato de pentosa, una opción para una parte de la vía de la glucólisis, es
una fuente de equivalentes reductores (NADPH) para la biosíntesis, y la fuente
de ribosa para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos
El fosfato de
triosa da origen a la parte de glicerol de los
triacilgliceroles.
El piruvato y
los intermediarios del ciclo del ácido cítrico proporcionan los esqueletos de
carbono para la síntesis de aminoácidos, y la acetil-CoA, precursora de los
ácidos grasos y el colesterol (y por consiguiente de todos los esteroides
sintetizados en el cuerpo).
La gluconeogénesis es el
proceso para formar glucosa a partir de precursores no carbohidratos, por
ejemplo, lactato, aminoácidos y glicerol.
Descarboxilación
oxidativa del ácido pirúvico
El
ácido pirúvico sufre una descarboxilación oxidativa en el complejo piruvato
deshidrogenasa de la matriz mitocondrial, antes de entrar al ciclo de Krebs, y
un grupo carboxilo es eliminado en forma de dióxido de carbono, quedando un
grupo acetilo (-CO-CH3) con dos carbonos que es aceptado por la coenzima A y se
forma acetil-CoA, que es, por tanto, un compuesto clave entre la glucólisis y
el ciclo de Krebs. Esta reacción es imprescindible para que la oxidación de los
glúcidos (glucógeno, glucosa) continúe por la vía aerobia (ciclo de Krebs,
cadena respiratoria, fosforilación oxidativa). De este modo puede aprovecharse
toda la energía contenida en dichos nutrientes, con obtención de una cantidad
máxima de ATP.
Metabolismo de lípidos
La fuente de ácidos grasos
de cadena larga son los lípidos de la dieta o la síntesis de novo de
acetil-CoA derivada de carbohidratos. Los ácidos grasos podrían oxidarse hasta
acetil-CoA (ß oxidación) o esterificarse con glicerol para
formar triacilglicerol (grasa) como principal reserva de combustible del
cuerpo.
La acetil-CoA formada por
la ß oxidación podría tener varios destinos:
1)Al igual que la acetil-CoA que proviene de la glucólisis, se oxida a CO2 +
H2O por medio del ciclo del ácido cítrico.
2) Es la
precursora para la síntesis de colesterol y otros esteroides.
3) En el hígado,
forma cuerpos cetónicos (acetona, aceoacetato y 3-hidroxibutirato) que son
combustibles importantes durante el ayuno prolongado.
Beta
oxidación de los ácidos grasos
Los
ácidos grasos son divididos en fragmentos de dos carbonos que son aceptados por
el coenzima A originando acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.
Metabolismo de proteínas.
Los
aminoácidos son necesarios para la síntesis de proteínas. Algunos deben ser
suministrados por la dieta, los aminoácidos esenciales, puesto que no se
sintetizan en el cuerpo. El resto son aminoácidos no esenciales que se
suministran en la dieta, pero que se forman a partir de intermediarios
metabólicos por transaminación, por medio del nitrógeno amino de otros
aminoácidos. Después de la desaminación, el nitrógeno amino se excreta como
urea, y los esqueletos carbono que quedan después de la transaminación 1) se
oxidan a CO2 mediante el ciclo del ácido cítrico, 2) forman glucosa
(gluconeogénesis) o 3) forman cuerpos cetónicos.
Transaminación
y desaminación
El
grupo α-amino (nitrógeno) de los aminoácidos es separado del esqueleto de carbono,
mediante el desarrollo coordinado de la transaminación y la desaminación oxidativa.
Durante
la transaminación, el grupo α-amino de los aminoácidos proteicos, excepto lisina,
treonina y prolina, se transfiere a un cetoácido (esqueleto de carbono), en consecuencia
se forma un nuevo aminoácido y selibera el cetoácido correspondiente
al aminoácido inicial. Esta reacción es catalizada por las
enzimasaminotransferasas, también llamadas transaminasas, muchas de las cuales
utilizan α-cetoglutarato como cetoácido, por lo que tarde o temprano, el
grupo amino de todos los aminoacidos es dirigido al glutamato. El
piridoxal fosfato (PLP), el cual se forma a partir de la vitamina B6
(piridoxina), es el grupo prostético de lasaminotransferasas. El PLP se enlaza
a la enzima y al sustrato formando lo que se conoce como base de Schiff.
El grupo α-amino es transferido al PLP creándose piridoxamina fosfato
transitoriamente, posteriormente el cetoácido aceptor toma el grupo amino
de la piridoxamina fosfato, con lo que se genera el aminoácido correspondiente
y la piridoxamina fosfato vuelve a su estado original.
Posteriormente,
la desaminación oxidativa del glutamato es catalizada por la glutamato
deshidrogenasa. Esta enzima alostérica mitocondrial requiere de NAD o NADP como
coenzima, es inhibida por el GTP y el ATP, mientras que el GDP y ADP la
activan. Así, una disminución del nivel energético incrementa la desaminación.
Mediante
esta reacción, el glutamato pierde su grupo amino en forma de amonio y libera
su esqueleto de carbono como α -cetoglutarato, esto ocurre en ambos
sentidos; la glutamato deshidrogenasa tanto desamina al glutamato como lo
sintetiza.
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