Regulación del Metabolismo de la Glucosa y Ciclo de la Urea
Regulación de la Glucólisis y la Gluconeogénesis
La glucólisis y la gluconeogénesis se regulan recíprocamente mediante los siguientes mecanismos:
Fructosa 2,6 Bisfosfato
La fructosa 2,6 bisfosfato es un activador alostérico de la fosfofructoquinasa (PFK) y un inhibidor de la fructosa 1,6 bisfosfatasa (FBPasa). Se forma gracias a la PFK-2 y se degrada por la FBPasa-2.
- Cuando la concentración de glucosa es baja, se inactiva la actividad PFK-2 y se estimula la actividad FBPasa-2. El resultado es una disminución de fructosa 2,6 bisfosfato que desvía el equilibrio PFK-FBPasa hacia la hidrólisis de fructosa 1,6 bisfosfato.
- Cuando la concentración de glucosa es alta, se incrementa la fructosa 2,6 bisfosfato y se promueve la glucólisis.
Acetil CoA
La acetil CoA activa la piruvato carboxilasa.
Alanina
La alanina inhibe alostéricamente a la piruvato quinasa. Por transaminación se convierte en piruvato.
La regulación del metabolismo de la glucosa no sólo se produce por efectores alostéricos, sino también por cambios en las concentraciones de las enzimas. Esto está regulado por hormonas.
Ciclo de la Urea
- El NH4+ mitocondrial + bicarbonato producen carbamoil-fosfato. Es una reacción dependiente de ATP. Enzima: carbamoil-fosfato sintetasa.
- El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina, para formar citrulina, que se libera al citoplasma. Enzima: ornitina transcarbamoilasa. El pirofosfato se hidroliza.
- La citrulina se condensa con el aspartato, que proporciona el 2º grupo amino, y se forma argininosuccinato. Enzima: argininosuccinato sintetasa.
- El argininosuccinato se hidroliza por la argininosuccinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.
- El fumarato ingresa en el ciclo de Krebs y la arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina. La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.
La formación de glutamato en la mitocondria, puede ocurrir gracias a la glutamato deshidrogenasa, pero es más frecuente que el aspartato proceda de una doble transaminación.
En balance se gastan 3 ATP por cada molécula de urea.
Bioenergética
La bioenergética es la ciencia que se encarga de estudiar las transformaciones energéticas en los sistemas vivos. Además, incluye el estudio de la energía química almacenada en la biomasa (conjunto de especies vegetales y animales utilizadas como nutrientes y fuente de energía) y los métodos de recuperación bajo formas distintas: alimentos, calor y combustibles.
Principios de Reacciones Acopladas
La energía emitida durante la descomposición de los alimentos y la fosfocreatina (PC), o creatina de fosfato (CP), se unen funcionalmente o se acoplan con las necesidades energéticas de la reacción que resintetiza el ATP de ADP y Pi. Se ha comprobado que ese acoplamiento es el principio fundamental en la producción metabólica del ATP.
Hidrólisis o Desdoblamiento del ATP
Cuando el ATP es enzimáticamente hidrolizado, i.e., se degrada el enlace químico que almacena energía entre ADP y Pi, el grupo fosfato terminal es transferido a agua, con liberación de ADP y fosfato inorgánico (Pi). La energía libre derivada (biológicamente útil) de esta reacción puede ser acoplada con reacciones que requieren energía (ATP + H2O → ADP + Pi + energía). Las enzimas que catalizan esta reacción de descomposición son trifosfatasas de adenosina, o ATPasas. Las enzimas que transfieren el grupo fosfato desde ATP a otro substrato son quinasas.
El ATP puede ser enzimáticamente hidrolizado y ambos enlaces fosfatos ricos en energía eliminados para producir AMP (ATP + H2O → AMP + Pi + energía).
El ATP puede ser enzimáticamente hidrolizado a cAMP bajo la influencia de la enzima ciclasa de adenilo (ATP + H2O → cAMP + Pi + energía).