Introducción
La glucosa es la fuente principal de energía en el organismo a
través de la producción de ATP, de manera que todos los tejidos corporales
utilizan glucosa para la producción de energía a través de la glucólisis y el ciclo
de Krebs.
Destinos de la glucosa:
Producción de ATP: Si hay
necesidad de energía inmediata, oxidación (catabolismo) para convertirse en
ATP. La que no se necesita inmediatamente, ingresa en una de las diversas vías
metabólicas.
Síntesis de aminoácidos: Las
células del organismo pueden convertir glucosa en varios aminoácidos, para
formar proteínas (metabolismo de los aminoácidos).
Síntesis de glucógeno:
Glucogenogénesis.
Síntesis de triglicéridos:
Cuando el glucógeno está “lleno”, los hepatocitos transforman la glucosa en
glicerol y ácidos grasos para la síntesis de triglicéridos.
METABOLISMO DE LA GLUCOSA: CATABOLISMO
Glucólisis
La glucólisis es el primer paso en la degradación de la glucosa para extraer energía para el metabolismo celular. Se trata de un proceso donde se extrae energía de la glucosa mediante la transformación de la glucosa en piruvato. Tiene lugar en el citoplasma celular en ausencia de O2, y se compone de una fase que requiere energía, seguida de otra que la libera. Es una ruta universal, usada por casi todas las células, siendo de bajo rendimiento energético, 2 ATP por cada mol de glucosa, pero que aporta 2 piruvatos resultantes que pueden seguir un procesamiento aeróbico posterior de alto rendimiento energético.Si hay oxígeno presente al
final de la glucólisis, el piruvato puede pasar desde el citoplasma a la matriz
mitocondrial sufriendo una oxidación, formándose un grupo acilo (CH3-CO).
Cada
grupo acilo se une a un Coenzima A y se forma acetilCoA. En este momento
empieza el ciclo de Krebs.
Ciclo de Krebs o del ácido cítrico
El
ciclo del ácido cítrico tiene lugar en la matriz de la mitocondria al
igual que la conversión del piruvato en acetil-CoA. El ciclo de Krebs es un
circuito cerrado de ocho etapas principales en el que la última parte de la vía
regenera la molécula utilizada en el primer paso. El ciclo comienza con la
unión del acetil CoA con oxaloacetato, para formar una molécula llamada
citrato.
Tras una serie de reacciones
adicionales: primero, se genera ATP, (o su equivalente en GTP), luego se reduce
el acarreador de electrones FAD en FADH2, por último, se genera otra molécula
de NADH. Este conjunto de reacciones regenera la molécula inicial, oxalacetato,
con lo que el ciclo puede repetirse.
El
hígado utiliza la glucosa, sea de origen exógeno o endógeno, en distintas
formas: a) en la formación de glucógeno, b) en mantener el nivel glucémico, c)
en la formación de sustancias grasas, d) en la glucólisis, e) en la síntesis de
ácidos aminados y glucoproteínas.
Fosforilación oxidativa
La fosforilación
oxidativa tiene lugar en las crestas mitocondriales, donde se encuentran las
enzimas necesarias y específicas que permiten el acoplamiento energético y la
transferencia de electrones. Para este proceso se necesita oxígeno en la
célula.
Tiene
dos funciones importantes:
·
Regenera los acarreadores de
electrones:
El NADH y el FADH2 donan sus electrones a la cadena de transporte de electrones
y se convierten otra vez en NAD y FAD. Función importante para mantener en
funcionamiento los procesos de glucólisis y ciclo de Krebs.
·
Forma un gradiente de protones: La cadena de transporte
genera un gradiente de protones a través de la membrana interna de la
mitocondria. Este gradiente es una forma de energía almacenada que se puede
utilizar para generar ATP.
METABOLISMO DE LA GLUCOSA: ANABOLISMO
Formación de glucosa a partir de proteínas y
lípidos: Gluconeogénesis
La ruta fundamental para la
síntesis de diferentes glúcidos a partir de precursores no glucídicos, la
constituye la Gluconeogénesis (formación de nueva glucosa) y consiste en la
biosíntesis de glucosa a partir de precursores que no sean hidratos de carbono:
Lactato: músculo esquelético activo cuando Glucólisis>
fosforilación oxidativa.
Aminoácidos: degradación de proteínas de la dieta o proteínas de
músculo esquelético.
Glicerol: hidrólisis triacilglicéridosen células adiposas.
El ácido láctico (lactato) procede de la glucólisis anaerobia muscular y su producción está en relación con la actividad muscular. El ácido láctico que no es oxidado en el músculo pasa a la sangre y, llegado al hígado, se transforma en glucosa y luego en glucógeno. Se cierra así el ciclo de Cori. Este proceso es activado por la adrenalina.
El ciclo de Cori es un ciclo metabólico que incluye el transporte de lactato y glucosa desde el músculo hasta el hígado por el torrente sanguíneo y viceversa. Durante el trabajo muscular, las fibras musculares consumen glucosa de su reserva de glucógeno para generar el ATP necesario para el movimiento. Normalmente, este glucógeno se convierte en glucosa y ésta entra en el ciclo de Krebs obteniéndose una gran cantidad de energía. Sin embargo, si la intensidad del ejercicio es alta o se prolonga en el tiempo, se empieza a realizar trabajo anaerobio, donde la glucosa se convertirá en lactato para obtener una cantidad de energía menor aunque más rápidamente mediante un proceso de fermentación láctica.
En
situaciones de ejercicio el hígado libera glucosa al torrente sanguíneo para
que sea captada por los músculos. A su vez el lactato sintetizado en el músculo
queda liberado a la circulación y será absorbido por el hígado, que mediante el
proceso metabólico de la gluconeogénesis sintetizará glucosa de nuevo y
la convertirá en glucógeno para almacenarla mediante la glucogenogénesis.
El
hígado es capaz de captar este lactato de la sangre y emplearlo, mediante un
gasto de 6 moléculas de ATP para convertir 2 lactatos en 1 glucosa (la
conversión de 1 molécula de glucosa en 2 de lactato tiene una obtención neta de
2 moléculas de ATP en el músculo). Este reciclado de ácido láctico es la parte
más importante del ciclo de Cori. Aunque se gaste ATP en la generación de nuevo
de la glucosa, posteriormente ésta se puede reincorporar al ciclo de la glucólisis
y obtener energía.
Almacenamiento de glucosa: Gluconeogénesis
La glucogenogénesis es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno a partir de la glucosa. Se lleva a cabo principalmente por el hígado y es activado por la insulina en respuesta a los altos niveles de glucosa (por ejemplo tras la ingesta de alimentos con carbohidratos).
Se forma por la
incorporación repetida de unidades de glucosa, la que llega en forma de
UDP-glucosa a un partidor de glucógeno preexistente que consiste en una
proteína glucogenina, formada por dos cadenas que al autoglucosilarse puede
unir cada una de sus cadenas a un octámero de glucosas.
De
esta forma, la glucosa procedente de la digestión se almacena en forma
glucógeno, para más tarde ser liberada al torrente sanguíneo dosificadamente.
Liberación
de glucosa: Glucogenólisis
La
glucogenólisis descompone el glucógeno en glucosa. Este proceso se repite
muchas veces para que se puedan eliminar múltiples moléculas de glucosa de la
cadena. Las moléculas de glucosa se eliminan mediante fosforolisis, que es la
ruptura de un enlace molecular mediante la adición de ácido fosfórico.
Hormonas
reguladoras de la glucogenólisis:
Cuando
hay bajos niveles de glucosa en la sangre, existen dos hormonas que actúan en
el organismo estimulando la aparición del enzima glucógeno fosforilasa, que es
la primera que actúa sobre el glucógeno. Estas dos hormonas se llaman glucagón
y adrenalina. La hormona glucagón actúa sobre el hígado, y la
adrenalina lo hace sobre los músculos esqueléticos.
Ambas
llevan a cabo distintas reacciones que, finalmente, estimulan la degradación
del glucógeno a través de la generación del enzima glucógeno fosforilasa.
REGULACIÓN DEL METABOLISMO DE LA GLUCOSA
La glándula del sistema endocrino
responsable del control homeostático de la glucosa es el páncreas. Éste
interactúa en conjunto con la hipófisis y el hígado, para regular la cantidad
de glucosa en la sangre.
En los hepatocitos, la glucogenólisis es estimulada por el glucagón y la adrenalina, inhibida por la insulina y sujeta también a la regulación alostérica negativa por la glucosa.
En el músculo, el glucógeno es una fuente de energía
para la actividad muscular; por lo tanto, la descomposición del glucógeno
ocurre durante la contracción y solo en los músculos involucrados en la
actividad.
Relación
Insulina-Glucagón
La insulina
es una hormona de origen proteico que realiza efectos diversos sobre el
transporte de los metabolitos. A nivel de la glucosa, la insulina aumenta el
transporte de glucosa al interior celular produciendo una disminución de los
valores de glucosa en sangre, promueve la glucogenogénesis.
El glucagón
es una hormona complementaria en la regulación de la concentración de glucosa
sanguínea. Cuando los niveles de glucosa aumentan, se produce una inhibición en
la secreción de glucagón y un aumento en la secreción de insulina, mientras que
cuando la glucemia disminuye aumenta la secreción de glucagón y disminuye la de
insulina respectivamente. El glucagón, como ya hemos visto, estimula la
glucogenólisis.
Por
lo anterior, se puede decir que el hígado constituye un “sistema amortiguador
de la glucemia” ya que, al aumentar los niveles de glucosa en sangre, ésta se
almacena inmediatamente por acción de la insulina (excepto en los tejidos
mencionados), por lo que la glucemia disminuye. Posteriormente cuando los
niveles de glucosa y de insulina se encuentran ya disminuidos, se produce un
aumento en la liberación de glucosa hacia la sangre desde el hígado por la
acción glucogenolítica del glucagón hasta que la glucemia retorna a sus valores
normales.
Bibliografía
PONS,
Mónica Ruiz, et al. Manejo de las alteraciones del metabolismo de los
carbohidratos. En Protocolos de gastroenterología, hepatología y nutrición. Ed.
Ergon, 2010. p. 379-384.
Glucólisis
[internet] Khanacademy.org. [Citado el 17 abril 2020] Disponible en: https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/glycolysis/a/glycolysis
Fosforilación
oxidativa [internet] themedicalbiochemistrypage.org [Citado el 18 abril 2020]
Disponible en: http://themedicalbiochemistrypage.org/es/oxidative-phosphorylation-sp.php
Rutas Metabólicas
(Glucogénesis-Gluconeogénesis-Glucolisis) [internet] kajomanabiochemistry.com.
2013. [Citado el 17 abril 2020] Disponible en: http://kajomanabiochemistry.blogspot.com/2013/10/rutas-metabolicas-glucogenesis.html
2.
3.-Rutas de la glucosa | Volviendo a lo básico [Internet]. Ffis.es. 2020
[Citado el 18 abril 2020]. Disponible en: http://www.ffis.es/volviendoalobasico/3rutas_de_la_glucosa.html
Respiración
celular: ciclo de Krebs [Internet]. Recursos.cnice.mec.es. [Citado el 18 abril
2020]. Disponible en: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos4.htm
Rodríguez,
D., ¿Qué Es La Glucogenólisis? [internet] Lifeder. 2017. [Citado el 20 abril
2020]. Disponible en: https://www.lifeder.com/glucogenolisis/
Ciclodekrebs.net.
n.d. Glucogenólisis: Qué Es, Dónde Ocurre, Enzimas, Hormonas Y Más. [internet] [Citado
el 20 abril 2020]. Disponible en: https://ciclodekrebs.net/glucogenolisis/
Contreras,
R. Ciclo De Cori, La Guía De Biología. [internet] Biologia.laguia2000.com. 2017.
[citado el 21 abril 2020] Disponible en: https://biologia.laguia2000.com/bioquimica/ciclo-de-cori
Regulación
de la glucosa. [internet] unam.mx. [Citado el 23 abril 2020] Disponible en: http://www.objetos.unam.mx/biologia/homeostasis/sitio/mecanismos.html
LV
Laboratorios clínicos. Relación Insulina-Glucagón en el Metabolismo de la
Glucosa. [internet] Medium.com. [citado el 26 abril 2020] Disponible en: https://medium.com/@lvlaboratorios/relaci%C3%B3n-insulina-glucag%C3%B3n-en-el-metabolismo-de-la-glucosa-b80e2e12f33a
