Metabolismo Energético
Glucólisis
Entrada de glucosa en los músculos: Cuando la glucosa entra en la célula muscular, la hexoquinasa le añade un fosfato (P) en el carbono 6, gastando ATP, formando glucosa-6-P. Esta forma ionizada impide que la glucosa vuelva a la sangre. Si la concentración de glucosa-6-P aumenta, inhibe a la hexoquinasa, y la glucosa sin fosfato regresa a la sangre. Si la hexoquinasa no estuviera regulada por la glucosa-6-P, este mecanismo no funcionaría.
Concentración de glucosa en sangre (5mM): Al entrar en la célula, la glucosa se convierte en glucosa-6-P mediante la acción de la hexoquinasa, que le añade un fosfato. La carga negativa de la glucosa-6-P impide su salida al torrente sanguíneo.
Gatos pequeños: La leche de vaca contiene lactosa, que se degrada en glucosa y galactosa por la enzima lactasa. La actividad de la lactasa disminuye durante el crecimiento.
Inanición (no comer) reduce masa muscular: Al no comer, los niveles de glucosa disminuyen. La energía se obtiene de la degradación de ácidos grasos y proteínas. La degradación de proteínas reduce la masa muscular.
Regulación de fructosa-1,6-bifosfatasa y lactato: Cuando se necesita energía, el glucógeno muscular se degrada a glucosa-6-P, que por glucólisis pasa a piruvato. Este piruvato se convierte en lactato, que viaja por la sangre al hígado para formar glucosa mediante la gluconeogénesis. Si la fructosa-1,6-bifosfatasa del hígado no funciona, el lactato no puede formar glucosa y se acumula en sangre.
Ciclo del ácido cítrico
Oxalacetato precursor de aminoácidos: Al disminuir el oxalacetato, se acumula Acetil-CoA, que inhibe al complejo piruvato deshidrogenasa (DH), impidiendo que el piruvato entre en el ciclo de Krebs. El Acetil-CoA aumenta la actividad de la piruvato carboxilasa, enzima que convierte el piruvato en oxalacetato. Esta reacción del ciclo de Krebs se llama reacción anaplerótica. El Acetil-CoA puede entrar en el ciclo de Krebs para obtener energía o formar grasas o cuerpos cetónicos, pero no puede formar oxalacetato.
Oxidación de ácidos grasos
Función de los ácidos grasos en generar ATP: Para que un ácido graso genere ATP, debe entrar en la matriz mitocondrial mediante el transportador de carnitina. El ácido graso debe activarse para unirse a la carnitina, gastando ATP en el proceso.
Diabetes y cuerpos cetónicos: En la diabetes, el hígado fabrica glucosa por gluconeogénesis a partir de oxalacetato. Al disminuir la concentración de oxalacetato, el Acetil-CoA no puede entrar en el ciclo de Krebs y forma cuerpos cetónicos, que viajan por la sangre a otros tejidos para ser utilizados como fuente de energía.
Últimos kilómetros de maratón: En los últimos kilómetros de una maratón, las reservas de glucosa (glucógeno) se agotan. La energía se obtiene de la degradación de ácidos grasos y aminoácidos. Al ingerir hidratos de carbono (glucosa), se libera insulina, que inhibe la liberación de ácidos grasos de los triglicéridos (TGL), inhibiendo la β-oxidación.
Ayuno:
- Si no comemos (no hay glucosa), la energía se obtiene de los ácidos grasos. El hígado fabrica glucosa a partir del oxalacetato mediante gluconeogénesis, disminuyendo los niveles de oxalacetato.
- El palmitoil-CoA no puede formar ATP porque al aumentar la concentración de Acetil-CoA, la β-oxidación se inhibe.
Biosíntesis de lípidos
Glucosa marcada radiactivamente: Los triglicéridos (TGL) se mantienen en niveles estacionarios mediante un equilibrio entre síntesis y degradación. Si marcamos la glucosa radiactivamente, esta radiactividad pasa al glicerol, que al formar TGL, estos estarán marcados.
Ratas con dermatitis: El ácido linoleico no puede ser sintetizado por los animales. Para evitar los síntomas de su deficiencia (dermatitis), se administra ácido linoleico directamente o a través de vegetales que lo contienen.
Biosíntesis de aminoácidos
Varias horas después de comer (↓ glucosa en sangre – hipoglucemia – vértigos): Los alimentos ricos en proteínas, al degradarse en aminoácidos, se convierten en glucosa por gluconeogénesis. La lisina es cetogénica (nunca puede formar glucosa), por lo que se dona glutamina.
La alanina es mejor: La alanina, al llegar al hígado, se convierte en glutamato, que va al ciclo de la urea, y en piruvato, que se regenera en gluconeogénesis en glucosa. La glutamina se convierte directamente en glutamato y amonio, sin regenerar glucosa.
Exceso de ion amonio: Se utiliza arginina, que activa las enzimas del ciclo de la urea, convirtiendo el amonio en urea para su eliminación.
Ayuno: Si no se come, la glucosa disminuye. El oxalacetato forma glucosa, la energía se obtiene de la degradación de grasas, y el Acetil-CoA, al no haber oxalacetato, no puede entrar en el ciclo de Krebs y forma cuerpos cetónicos, causando cetosis. Se pueden incluir alanina, treonina y asparagina, que son glucogénicos, pero no leucina, que es cetogénica.
Integración y regulación hormonal en mamíferos
Concentración sanguínea de urea en diabéticos: Los diabéticos, al no tener glucosa, la sintetizan a partir de proteínas. La máxima degradación de proteínas para obtener glucosa aumenta los niveles de urea.
Riesgos metabólicos del ayuno: Durante el ayuno, la energía se obtiene de las grasas. Cuando estas se agotan, se degradan las proteínas, causando pérdida de la función cardíaca y hepática, y eventualmente la muerte. Es necesario suministrar minerales, vitaminas y aminoácidos glucogénicos para reemplazar los usados en la gluconeogénesis.
AMPc: Cuando baja la glucosa, se libera glucagón, que activa la adenilato ciclasa, formando AMPc. El AMPc es esencial para indicar la falta de glucosa y estimular la ingesta de alimentos.