Metabolismo de la Glucosa: Fermentación, Respiración, Regulación Hormonal y Vías Metabólicas

1. Metabolismo anaerobio y aerobio

a) El cultivo crece en glucosa porque hay pocos compuestos que puedan ser fermentados por bacterias: Falso. Otros azúcares como la galactosa, la fructosa o la manosa pueden ser metabolizados mediante glicólisis para generar piruvato, y este puede sufrir fermentación láctica.

b) El cultivo no produce CO₂: Verdadero. La fermentación láctica genera lactato. Si el cultivo es anaerobio, la oxidación a CO₂ y H₂O no puede producirse, y además la fermentación láctica no genera CO₂, mientras que la fermentación alcohólica sí.

c) Si entra aire, el lactato aumenta: Falso. En presencia de oxígeno, el destino del piruvato será la descarboxilación oxidativa por la piruvato deshidrogenasa y el ciclo del ácido cítrico. La fermentación disminuirá y también los niveles de lactato.

2. Levaduras en medio con poco hierro

En un medio con poco hierro aumenta la producción de etanol. En condiciones de aerobiosis se da el metabolismo oxidativo y funciona la cadena respiratoria. Los complejos respiratorios están constituidos por citocromos y proteínas ferrosulfuradas, que serán deficientes cuando el hierro sea deficitario. La cadena respiratoria no funcionará correctamente, y se pondrá en marcha la vía fermentativa para generar NAD⁺.

3. Lactato tras ejercicio intenso

Tras un ejercicio intenso el lactato aumenta. ¿Causa? Al tiempo, el lactato vuelve a su nivel normal. ¿Destino?

Tras un ejercicio intenso se produce una deficiencia de O₂ y se pone en marcha la fermentación láctica en el músculo, que transforma la glucosa en lactato. Este compuesto pasará a la sangre, aumentando sus niveles. Posteriormente, el lactato se transforma de nuevo en glucosa en el hígado mediante el ciclo de Cori.

4. Regulación hormonal del metabolismo de la glucosa en el hígado

La misma señal hormonal puede regular la biosíntesis y la degradación de glucosa en el hígado. Es una regulación dependiente del segundo mensajero AMP cíclico (cAMP), que activa la fosfoenzima correspondiente.

• Ante una disminución de glucosa en sangre se libera glucagón, que aumenta los niveles de cAMP y, a través de la PKA, incrementa la fosforilación de enzimas. En el hígado se activa la fosfatasa correspondiente de la F-2,6-BP y se inhibe la PFK-2, lo que conduce a una disminución de la molécula fructosa-2,6-bisfosfato (F-2,6-BP).
• La F-2,6-BP es un activador alostérico de la PFK-1 y un inhibidor de la F-1,6-BPasa. Su disminución inhibirá la glucólisis hepática y activará la gluconeogénesis.
• Ante un aumento de glucosa en sangre se libera insulina, que disminuye los niveles de cAMP, reduce la fosforilación y produce el efecto contrario: activa la glucólisis hepática e inhibe la gluconeogénesis.

5. Verdadero o falso

a) La enzima que cataliza la síntesis y la degradación de F-2,6-BP está fosforilada o desfosforilada por señales hormonales: Verdadero. Regulación dependiente de cAMP, como se indicó en la respuesta anterior.

b) El AMP cíclico es el único segundo mensajero, en igual concentración en el espacio extracelular: Falso. Existen otros segundos mensajeros, como el Ca²⁺, que se encuentra en el interior de la célula a concentraciones variables según el estímulo hormonal. Sus efectos son glucogenolíticos y gluconeogénicos.

6. Efectos hormonales sobre el glucógeno

a) Aumento de la concentración de glucagón en sangre: produce la activación de la adenilato ciclasa, que aumenta los niveles de cAMP y, mediante la PKA, incrementa la fosforilación. La fosforilación activa la fosforilasa quinasa, que fosforila y activa la glucógeno fosforilasa, e inhibe la glucógeno sintasa. Se estimula la degradación del glucógeno y se inhibe su síntesis.

b) Aumento de la glucosa en sangre: produce la síntesis y liberación de insulina. Esta hormona disminuye los niveles de cAMP y activa fosfatasas, reduciendo la fosforilación del resto de enzimas. La glucógeno fosforilasa desfosforilada es inactiva y la glucógeno sintasa se activa. Se estimula la síntesis de glucógeno y se inhibe su degradación.

c) Actividad de la glucógeno fosforilasa fosfatasa: la glucógeno fosforilasa desfosforilada es inactiva y la glucógeno sintasa es activa. Se estimula la síntesis de glucógeno y se inhibe su degradación, lo que ocurre en presencia de insulina.

7. Glucosa-6-fosfato: destinos, enzimas y reacciones

• 1. Glucólisis: se produce en condiciones de carga energética baja, cuando se requiere la síntesis de ATP. Enzimas: hexoquinasa (HK), fosfofructoquinasa (PFK) y piruvato quinasa. Se libera insulina.
  Reacción: F-6P + ATP → F-1,6-BP + ADP
• 2. Glucogenogénesis: se produce en condiciones de exceso de glucosa en sangre, con una buena alimentación. Enzima: glucógeno sintasa, que se activa cuando la concentración de glucosa es alta.
  Reacción: UDP-Glucosa + Glucógeno_(n) → Glucógeno_(n+1) + UDP
• 3. Vía de las pentosas fosfato: destino alternativo de la glucosa cuando se requiere poder reductor. Enzima: G6PDH.
  Reacción: G6P + NADP⁺ → 6-fosfoglucono-δ-lactona + NADPH