Metabolismo de la Glucosa

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.

 

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