Importancia Biomédica
El término gluconeogénesis abarca todas las vías encargadas de convertir los precursores que no son carbohidratos en glucosa o glucógeno, siendo los principales sustratos los aminoácidos glucogénicos, el lactato, el glicerol y el propionato.
Los principales tejidos gluconeogénicos son el hígado y los riñones. Cuando no hay cantidad suficiente de carbohidratos provenientes de la dieta o de las reservas de glucógeno, la gluconeogénesis cubre las necesidades corporales de glucosa. Si falla este mecanismo, lo siguiente es la muerte celular.
La hipoglicemia ocasiona disfunción cerebral, coma y muerte. Por lo tanto, esta vía es fundamental para el mantenimiento de la viabilidad celular y de todos los procesos metabólicos que se llevan a cabo en los organismos vivos, incluyendo la conservación de los intermediarios del ciclo de Krebs.
La gluconeogénesis requiere de la glicólisis, el ciclo del ácido cítrico y otras reacciones especiales.
Barreras Termodinámicas en la Gluconeogénesis
Tres reacciones irreversibles, catalizadas por la hexocinasa, la fosfofructocinasa y la piruvato cinasa, impiden invertir simplemente la vía de la glicólisis para la síntesis de la glucosa. La forma de rodear estas reacciones son las siguientes:
- Piruvato y fosfoenolpiruvato
- Fructosa 1,6-bifosfato y fructosa 6-fosfato
- Glucosa 6-fosfato y glucosa
- Glucosa 1-fosfato y glucógeno
Piruvato y Fosfoenolpiruvato
La piruvato carboxilasa carboxila al piruvato y lo transforma en oxalacetato, lo cual requiere ATP.
La biotina interviene como coenzima, la cual se une al CO2 del bicarbonato como carboxibiotina antes de la adición de CO2 al piruvato.
El oxalacetato no atraviesa la membrana interna mitocondrial; se transforma en malato el cual es transportado al citosol, donde la malato deshidrogenasa citosólica lo convierte de nuevo en oxalacetato.
La fosfoenolpiruvato carboxilasa cataliza la descarboxilación y fosforilación del oxalacetato a fosfoenolpiruvato usando GTP como donador de fosfato, a través de la reacción catalizada por la succinil CoA sintetasa.
Fructosa 1,6-bifosfatasa
La fructosa 1,6-bifosfatasa cataliza la conversión de fructosa 1,6-bifosfato a frutosa 6-fosfato para lograr invertir la glucólisis. La presencia de esta enzima determina si el tejido es capaz o no de sintetizar glucógeno no sólo a partir de piruvato, sino también a partir de fosfatos de triosa.
Glucosa 6-fosfatasa
La glucosa 6-fosfatasa cataliza la conversión de glucosa 6-fosfato a glucosa. Está presente en el hígado y riñones, pero no en músculo y tejido adiposo, que por lo tanto, no exportan glucosa al torrente sanguíneo.
Fosforilasa
La fosforilasa se emplea como catalizador en la descomposición del glucógeno en glucosa 1-fosfato. La síntesis de glucógeno requiere una vía distinta por medio de la uridinfosfato-glucosa y la glucógeno sintasa.
Mecanismos de Regulación Enzimática en el Metabolismo de Carbohidratos
Puesto que la glicólisis y la gluconeogénesis comparten la misma vía, pero en direcciones opuestas, su regulación debe ser recíproca.
Existen tres mecanismos de regulación de la actividad enzimática en el metabolismo de carbohidratos:
- Cambios en la rapidez de la síntesis enzimática
- Modificación covalente por fosforilación reversible
- Efectos alostéricos
Origen de la Glucosa Sanguínea
La glucosa sanguínea proviene de la dieta, de la gluconeogénesis y de la glucogenólisis.
La glucosa se forma a partir de dos grupos de compuestos que sufren gluconeogénesis:
- Conversión directa neta de glucosa sin reciclamiento importante: algunos aminoácidos y el propionato
- Productos del metabolismo de la glucosa en los tejidos
Así, el lactato formado por glucólisis en el músculo esquelético y eritrocitos, se transporta hasta el hígado y los riñones donde sirve para formar glucosa, la cual está de nuevo disponible por medio de la circulación para la oxidación en los tejidos. Este proceso se conoce como ciclo de Cori o ciclo del ácido láctico.
Mecanismos Hormonales de Regulación de Glucosa Sanguínea
- Insulina: células beta del páncreas, disminuye la concentración de glucosa en sangre
- Glucagón: células alfa del páncreas, efecto antagónico al de la insulina
- Hormona de crecimiento, corticotropina: glándula pituitaria inferior, incrementa la concentración de glucosa sanguínea
- Glucocorticoides: corteza suprarrenal, incrementa la glucosa sanguínea, contrarrestan la insulina
- Adrenalina: médula suprarrenal, incremento de la glucosa sanguínea
Resumen
Ya que la glicólisis y la gluconeogénesis comparten la misma vía, pero operan en direcciones opuestas, sus actividades se regulan de forma recíproca.
El hígado regula la glucosa en la sangre después de ingerir alimentos, porque contiene a la glucocinasa de Km alta que promueve un mayor uso hepático de glucosa.
La insulina se secreta como respuesta directa a la hiperglicemia; estimula al hígado a almacenar glucosa, y facilita la captación de glucosa en los tejidos extrahepáticos.
El glucagón se secreta como respuesta a la hipoglicemia y activa tanto a la glucogenólisis como a la gluconeogénesis en el hígado, lo cual permite la liberación de glucosa al torrente sanguíneo.