Una panorámica general de las vías metabólicas
La regulación del flujo metabólico y los perfiles metabólicos de los órganos más importantes
Se llama metabolismo al conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células, y que le permiten mantenerse viva, crecer y dividirse, clásicamente, se divide el metabolismo en los estados de catabolismo, un proceso obtención de energía y poder reductor a partir de los nutrientes y anabolismo, un proceso de producción de nuevos componentes celulares; y que generalmente usan la energía y el poder reductor obtenidos por el catabolismo de nutrientes.
Las vías metabólicas
Existe una gran variedad de vías metabólicas ;e n humanos, las vías metabólicas más importantes son;
- La glucólisis; oxidación de la glucosa a fin de obtener ATP
- Ciclo de Krebs; oxidación del acetil-CoA a fin de obtener energía
- Fosforilación oxidativa; eliminación de los electrones liberados en la oxidación de la glucosa y de la acetil-CoA; gran parte de la energía liberada en este proceso puede ser almacenada en la célula bajo la forma de ATP.
- Vía de las pentosas-fosfato; síntesis de pentosas y obtención de poder reductor para reacciones anabólicas.
- Ciclo de la urea; eliminación de NH4 bajo formas menos tóxicas
- B-oxidación de los ácidos grasos; transformación de ácidos grasos en acetil-CoA, para posterior utilización por el ciclo de Krebs.
- Gluconeogénesis; síntesis de glucosa a partir de moléculas más pequeñas, para posterior utilización por el cerebro.
Las diversas vías metabólicas se relacionan entre sí de forma compleja, de forma a permitir una regulación adecuada y esta relación envuelve la regulación enzimática de cada una de las vías, el perfil metabólico característico de cada órgano y control hormonal.
La regulación de las vías metabólicas y de la glucólisis
El flujo metabólico a través de la glucólisis es regulado en tres puntos;
- La Hexocinasa: Es inhibida por el propio producto, glucosa-6-P.
- La Fosfofrutocinasa: inhibida por ATP y por citrato (que señaliza la abundancia de intermediarios del ciclo de Krebs); es también inhibida por H , lo que es importante en situaciones de anaerobiosis (la fermentación produce ácido láctico, que hace bajar el pH); probablemente este mecanismo impide que en estas situaciones la célula agota toda su reserva de ATP en la reacción de la fosfofrutocinasa, lo que impediría la activación de la glucosa por la hexocinasa, además es estimulada por el substrato (frutosa-6-fosfato), AMP y ADP (que señalizan la falta de energía disponible), etc.
- El Piruvato Cinasa: inhibida por el ATP y por la acetil-CoA.
Regulación de la Gluconeogénesis
El flujo es regulado en las reacciones características de la gluconeogénesis; así la piruvato carboxilasa es activada por la acetil-CoA, que señaliza la abundancia de intermediarios del ciclo de Krebs, por ejemplo la disminución de la necesidad de glucosa.
Regulación del ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es controlado fundamentalmente por la disponibilidad de substratos, inhibición por los productos y por otros intermediarios del ciclo.
- Piruvato desidrogenasa: es inhibida por los propios productos, acetil-CoA y NADH
- Citrato sintasa: es inhibida por el propio producto, citrato; también inhibida por NADH y succinil-CoA (señalizan la abundancia de intermediarios del ciclo de Krebs).
- Isocitrato desidrogenasa y la a-cetoglutarato desidrogenasa: así como la citrato sintasa, son inhibidas por NADH y succinil-CoA; aquí la isocitrato desidrogenasa también es inhibida por ATP, y estimulada por ADP y todas las deshidrogenasas mencionadas son estimuladas por el ion de calcio.
Regulación del ciclo de la Urea
La actividad de la carbamoil-fosfato sintetasa es estimulada por N-acetilglutamato, que señala la abundancia de nitrógeno en el organismo.
Regulación del metabolismo del Glucógeno
El hígado posee una hexocinasa con poca afinidad para la glucosa y que no es inhibida por la glucosa-6-P; por lo tanto, la glucosa solo es fosforilada en el hígado cuando existe en la sangre en concentraciones muy elevadas (ejemplo; tras las comidas).
Así, cuando la concentración de glucosa en la sangre es baja el hígado no compite con los otros tejidos, y cuando los niveles de glucosa son elevados el exceso de glucosa es convertido por el hígado en glucógeno.
Regulación del metabolismo de los Ácidos Grasos
La entrada de las acil-CoA en la mitocoôndria es un factor crucial en la regulación; la malonil-CoA, que se encuentra presente en el citoplasma en gran cantidad en situaciones de abundancia de combustibles metabólicos, inhibe la carnitina aciltransferasa impidiendo que las acil-CoA entren en la mitocondria para ser degradadas.
Además de eso la 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa es inhibida por la NADH y la tiolasa es inhibida por acetil-CoA, lo que disminuye la degradación de ácidos grasos cuando la célula tiene energía en abundancia.
Regulación de la vía de las Pentosas-Fosfato
El flujo metabólico en la vía de las pentosas-fosfato es determinado por la velocidad de la reacción de la glucosa-6-fosfato-deshidrogenase, que es controlada por la disponibilidad de NADP.
Perfiles metabólicos de los órganos más importantes
El cerebro:
- El cerebro utiliza normalmente solo glucosa como fuente de energía.
- Almacena muy poco glucógeno, por el que necesita de un suministro constante de glucosa.
- En ayunos prolongados, se adapta a la utilización de cuerpos cetónicos; es siempre incapaz de utilizar ácidos grasos.
El hígado
- Una de sus principales funciones es mantener el nivel de glucosa en la sangre a través de la gluconeogénesis, además de la síntesis y degradación del glucógeno.
- Realiza la síntesis de cuerpos cetónicos en situaciones de abundancia de acetil-CoA, responsable por la síntesis de la urea.
El tejido adiposo
- Sintetiza ácidos grasos y los almacena bajo la forma de triacilgliceroles.
- Por acción del glucagon, hidroliza triacilgliceroles en glicerol y ácidos grasos, que libera para el torrente sanguíneo en lipoproteínas.
Los músculos
Utiliza glucosa, ácidos grasos, cuerpos cetónicos y aminoácidos como fuente de energía; poseen una reserva de creatina fosfatada, un compuesto capaz de fosforilar ADP en ATP y así producir energía sin gasto de glucosa.
La cantidad de creatina presente en el músculo es suficiente para cerca de 3-4 segundos de actividad, después de este periodo, realiza la glucólisis primero en condiciones anaeróbicas (por ser bastante más rápida del que el ciclo de Krebs) y posteriormente (cuando el aumento de la acidez del medio disminuye la actividad de la fosfofrutocinasa y el ritmo de la glucólisis) en condiciones aeróbicas.
Los riñones
Pueden realizar la gluconeogénesis y liberar glucosa al torrente sanguíneo y es responsable por la excreción de electrólitos, urea, etc.
La síntesis de urea, que ocurre en el hgado, usa HCO3-, lo que contribuye al descenso del pH sanguíneo; por ejemplo en situaciones de acidosis metabólica la situación se agrava por la acción del ciclo de la urea y en estas circunstancias, el nitrógeno es eliminado por la acción conjunta del hígado y del riñon; el exceso de nitrógeno es primero incorporado en glutamina por la glutamina sintasa.
La glutaminasa renal unirá entonces la glutamina en glutamato y NH3 que excreta inmediatamente; y este proceso permite la excreción de nitrógeno sin eliminar el anión bicarbonato.
El control hormonal
Es efectuado principalmente por dos hormonas sintetizadas por el páncreas; la insulina y el glucagon.
- La insulina es liberada por el páncreas cuando la concentración de glucosa en la sangre es elevada, y entones señaliza la abundancia de glucosa.
- La insulina estimula la entrada de glucosa en el músculo, la síntesis de glucógeno y la síntesis de triacilglicéridos por el tejido adiposo.
- Inhibe la degradación del glucógéno y la gluconeogénesis.
- El glucagon es producido por el páncreas cuando los niveles de glucosaen la sangre bajan mucho, y tiene efectos contrarios a los de la insulina.
- En el hígado, el glucagon va a estimular la degradación del glucógeno y la absorción de aminoácidos gluconeogénicos; también inhibirá la síntesis del glucógeno y promover la liberación de ácidos grasos (a nivel del tejido adiposo).
