Pentosa Fosfato

La vía de las pentosas fosfato, también conocida como lanzadera de fosfatos de pentosas, es una ruta anabólica estrechamente ligada con la glucólisis, en esta ruta se utiliza la glucosa para generar ribosa, sin embargo en esta ruta anabólica que se supone es un proceso químicamente reductor, oxida la glucosa y en ciertas características es capaz de oxidarla hasta llegar a CO2 y agua.

Los tejidos que intervienen más intensamente en la biosíntesis de ácidos grasos y colesterol (hígado, glándula mamaria, tejido adiposo y corteza adrenal) son ricos en las enzimas de la ruta de las pentosas fosfato. De hecho, cerca del 30% de la oxidación de la glucosa que tiene lugar en el hígado transcurre por la ruta de las pentosas fosfato.

Además, de esta vía también se obtiene poder reductor en forma de NADPH que se utilizará como coenzima de enzimas del metabolismo anabólico.

De esta forma, este proceso metabólico, el cual es regulado por insulina, tiene una doble función, ya que la glucosa se usa para formar NADPH, y como ya se había mencionado, se transforma en ribosa, utilizada para la síntesis de nucleótidos y de ácidos nucleicos. Así, se forma un puente entre rutas anabólicas y catabólicas de la glucosa.

Su Localización es en el Hígado, Glándulas Mamarias, Tejido adiposo, en la corteza suprarrenal y en GR también se encuentra la zona del Citoplasma Celular y su Funciones es Generador de NADPH para ser utilizado en la síntesis de ácidos grasos y colesterol, es productora de la Ribosa para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.En los Glóbulos Rojos, El NADPH se utiliza para regenerar la forma reducida del antioxidante glutatión que protege las células contra el daño del oxigeno reactivo.

La ruta de la pentosa fosfato tiene lugar en el citosol, y puede dividirse en dos fases: Fase oxidativa: se genera NADPH y la Fase no oxidativa: se sintetizan pentosas-fosfato y otros monosacáridos-fosfato.

FASE OXIDATIVA

Durante fase oxidativa, a partir de glucosa-6-fosfato obtenida mediante la fosforilación de la glucosa libre, se obtiene NADPH y finalmente se forma la pentosa ribulosa-5-fosfato, motivo por el cual este proceso metabólico se denomina “la ruta de la pentosa fosfato”.
La primera reacción es la oxidación de la glucosa-6-fosfato, llevada a cabo por la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. En este primer paso se deshidrogena el grupo C1 para dar un grupo carboxilo, el cual, junto al C5, forma una lactona, es decir, un éster intramolecular. Es aquí donde se liberan dos hidrógenos de los cuales se transfiere un protón (H+) y dos electrones (e-) (hidridión) al NADP+ que actúa como aceptor de electrones reduciéndose hasta formar la primera molécula de NADPH; el protón sobrante queda libre en el medio.
Acto seguido, se produce la hidrólisis de la lactona gracias a la actuación de la lactonasa, con lo que se obtiene el ácido libre 6-fosfoglucanato. Seguidamente, éste último se transforma en ribulosa-5-fosfato por acción de la 6-fosfoglucanato deshidrogenasa. Aquí se obtiene la segunda molécula de NADPH, además de la liberación de una molécula de CO2 debido a la descarboxilaciónoxidativa del ácido libre.
Finalmente, la enzima pentosa-5-fosfato isomerasa, mediante un intermediario endiol, isomeriza la ribulosa-5-fosfato y la convierte en ribosa-5-fosfato, gracias a la transformación del grupo cetosa en aldosa. Esta última reacción prepara un componente central de la síntesis de nucleótidos para la biosíntesis de RNA, DNA y cofactores de nucleótidos. Al mismo tiempo, lleva a cabo la transición hacia la fase no oxidativa de la ruta metabólica de la pentosa fosfato.
De este modo se acaba obteniendo dos moléculas de NADPH que, además de su uso en la biosíntesis reductiva, también es responsable del mantenimiento de un medio reductor en la célula. Esto puede verse si hay un déficit de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, producido por un defecto en un gen que se encuentra en el cromosoma X, pudiendo afectar con mayor proporción a los varones.
Los glóbulos rojos de la sangre necesitan grandes cantidades de NADPH para la reducción de la hemoglobina oxidada y para poder regenerar el glutatión reducido, un antioxidante que presenta importantes funciones como la eliminación de peróxidos y la reducción de ferrihemoglobina (Fe3+). Estas necesidades se ven cubiertas gracias a la ruta de la pentosa fosfato con el intermediario de reducción NADPH. Sin embargo, si existe este defecto genético, debido a la ingesta de algún determinado medicamento, como el antimalárico primaquina, o algunos vegetales, como por ejemplo las habas, los eritrocitos se distribuyen en un lugar de debilidad, pudiendo desenvolver en una grave anemia hemolítica. Esta mutacióngenética podría aumentar la producción de peróxidos y con ello también habría la oxidación de los lípidos de membrana, junto a la aceleración de la degradación de los eritrocitos. De este modo, se puede observar como la ruta de la pentosa fosfato es la única vía metabólica por la cual estas células pueden producir NADPH.
A pesar de todo, los afectados por este problema congénito se ven altamente favorecidos en un aspecto. Estos suelen vivir en zonas tropicales, ya que son mejores protectores contra infecciones de malaria. Esto puede verse explicado por la necesidad inmediata de los plasmodios hacia un medio reducido para su metabolismo, ya que los parásitos resisten mucho menos el estrés oxidativo respecto a sus células huésped.

La vía de las pentosas fosfato por Oxidación Consta de tres reacciones:

* Reacción 1. Oxidación de la glucosa-6-fosfato a 6-fosfogluconolactona
* Reacción 2. Hidrólisis de la lactona a fosfogluconato
* Reacción 3. Descarboxilación oxidativa a ribulosa-5-fosfato

FASE NO OXIDATIVA

La fase no oxidativa de la ruta de la pentosa fosfato se inicia en caso que la célula necesite más NADPH que ribosa-5-fosfato. En este segundo proceso se encuentran una compleja secuencia de reacciones que permiten cambiar los azúcares C3, C4, C5, C6 y C7 de las pentosas para poder formar finalmente gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato, los cuales podrán seguir directamente con la glucólisis.
Esta fase conlleva toda una serie de reacciones reversibles, el sentido de las cuales depende de la disponibilidad del sustrato. Asimismo, laisomerización de ribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato es también reversible. Esto nos permite poder eliminar el excedente de ribosa-5-fosfato para acabar transformándolo en productos intermediarios de la glucólisis.
La primera reacción llevada a cabo es la epimerización, regulada mediante la enzima pentosa-6-fosfato epimerasa, que convertirá la ribulosa-5-fosfato, producto de la fase oxidativa, en xilulosa-5-fosfato, generando así el sustrato necesario para la siguiente reacción controlada por la transcetolasa, la cual actúa junto a la coenzima pirofosfato de tiamina (TPP). Ésta convertirá la xilulosa-5-fosfato en ribosa-5-fosfato y, mediante la transferencia de una unidad de C2 de la cetosa a la aldosa, se producirá gliceraldehído-3-fosfato y sedoheptulosa-7-fosfato.
Sucedido esto, la transaldolasa, con la ayuda de un resto lisina en su centro activo, transfiere una unidad C3 de la sedoheptulosa-7-fosfato a gliceraldehído-3-fosfato, con lo que se formarán la tetrosa eritrosa-4-fosfato, además de uno de los primeros productos finales: la hexosa fructosa-6-fosfato, la cual se dirigirá hacia la glucólisis.
Acto seguido, la enzima transcetolasa vuelve a transferir una unidad C2, desde la xilulosa-5-fosfato a eritrosa-4-fosfato, consiguiendo así formar otra molécula de fructosa-6-fosfato y un gliceraldehído-3-fosfato, ambos intermediarios de la glucólisis. De esta manera, se cierra la fase no oxidativa de esta ruta metabólica 2]
Esta fase de la ruta conectará los procesos metabólicos que generan NADPH con los que originan NADH/ATP. Por otra parte, elgliceraldehído-3-fosfato y la fructosa-6-fosfato pueden intervenir, en vez de en el glucólisis, en la gluconeogénesis para formar una nueva síntesis de glucosa.

Se producen un conjunto de reacciones de:
* Isomerización y epimerización
* transaldolizaciones y transcetolizaciones
* reaciones comunes con glicolíticas-gluconeogénicas que procuran un amplio conjunto de azúcares fosforilados, interconvitiendo las pentosas-P entre sí, y finalmente de nuevo en hexosas-P.

IMPORTANCIA DEL NADPH EN LOS G.R
El GR es sensible a los agentes oxidantes como el H2O2, cuando hay déficit de glucosa 6 fosfato deshidrogenasa el daño oxidativo conduce a : Oxidación de Hemoglobina a Metahemoglobina, Oxidación de proteínas y lípidos de membrana incrementando la posibilidad de lisis celular y anemia hemolítica.
INACTIVACION ENZIMATICA
* Hay varias enzimas responsables de la inactivación de los radicales libres:
* La Glutatión Peroxidasa: Elimina el peroxido de hidrogeno.
* La Catalasa (Enzima que contiene Hierro) elimina el H2O2.
* La Superoxido Dismutasa desintoxica el radical superoxido.
* La superoxido dismutasa existe en dos formas una forma citoplasmática que contiene cobre y zinc y otra Mitocondrial que contiene manganeso.
* Hay vitaminas que actúan como antioxidantes dietéticos y son la A,C y E
Cuerpo Cetónico

Cetogénesis: Es un proceso metabólico por el cual se producen los cuerpos cetónicos como resultados del catabolismo de los ácidos grasos.

* Producción
Los cuerpos cetónicos se producen principalmente en las mitocondrias delas células del hígado.
Su síntesis ocurre en respuesta a bajos niveles de glucosa en la sangre y después del agotamiento de las reservas celulares de glucógeno.
La producción de cuerpos cetónicos comienza para hacer disponible la energía que es guardada como ácidos grasos.
Los ácidos grasos son enzimáticamente descompuestos en la B-oxidación para formar acetil – C o A bajo condiciones normales.

La oxidación del Acetil C o A se produce en el ciclo de Krebs y su energía se transfiere como electrones a NADH - FADHa‚‚ y GTP, sin embargo, si la cantidad de acetil C o A, generada en el proceso de oxidación de los ácidos grasos es superior a la capacidad de procesamiento del ciclo de Krebs, o si la actividad en este proceso es baja dada la poca cantidad de elementos como el oxaloacelato, el acetil C o A se usa para la biosíntesis de los cuerpos cetónicos vía acetil – C o A y B- hidroxi B- metilglutaril – C o A (HMG-C o A).
Además de su papel en la síntesis de cuerpos cetónicos, el HMG-C o A es también un intermediario en la síntesis del colesterol.





* Tipos de Cuerpos Cetónicos

Los tres tipos de cuerpos cetónicos son
1. Acetoacelato: El cual sino es oxidado a una forma útil de energía, es la fuente de los otros dos cuerpos cetónicos siguientes.
2. Acetona: El cual no es usado como fuente de energía, es exhalado o excretado como desecho.
3. Betahidroxibutirato: El cual no es en sentido técnico una cetona de acuerdo a la nomenclatura IUPAC.


* Regulación
La Cetogénesis podría o no ocurrir,dependiendo de los niveles disponibles de carbohidratos en las células o en el cuerpo.
Esto esta cercanamente relacionado con las vías del acetil – C o A.
* Cuando el cuerpo tiene abundantes carbohidratos como fuente de energía , la glucosa es completamente oxidada a COa‚‚, EL ACETIL – C o A se forma como un intermediario en este proceso comenzado por entrar al ciclo de Krebs seguido por la completa conversión de su energía química ATP en el intercambio de la cadena de electrones mediante un proceso de oxidación.
* Cuando el cuerpo tiene exceso de carbohidratos disponibles, parte de la glucosa es totalmente metabolizada y parte de esta es almacenada para ser usado con ace6til – C o A para crear ácidos grasos (C o A es también reciclado aquí).
* Cuando el cuerpo no tiene carbohidratos libres disponibles, la grasa debe ser descompuesta en acetil – C o A para poder obtener energía.
El acetil – C o A no se oxida a través del ciclo de Krebs porque los intermediarios (principalmente oxoloacetato) se han agotado para suplir el proceso de la glucogénesis y la resultante acumulación de acetil C o A activa la Cetogénesis.

* Patología
Los cuerpos cetónicos se crean a niveles moderados en el organismo mientras dormimos y cuando no hay carbohidratos disponibles, sin embargo cuando el aporte en hidratos de carbono es menor a unos 80 g/día se dice que el cuerpo está en un estado de cetosis. Se desconoce si la cetosis tiene o no efectos a largo plazo.
Si los niveles de los cuerpos cetónicos es demasiado altos, el PH de la sangre cae, resultando encetoacidosis, esto es muy raro y generalmente ocurre solamente en la diabetes tipo I sin tratar y en alcohólicos tras beber y no comer.
Ciclo del glioxilato

El ciclo del glioxilato es una variante del ciclo del ácido cítrico (concretamente un 'by-pass' de las estapas descarboxilantes) que ocurre en los glioxisomas de las células vegetales (también ocurre en muchos hongos y protozoos) 1] Permite generar glucosa a partir de ácidos grasos, esto es muy importante en las semillas, debido a que la mayor parte de la energía metabólica necesaria para su desarrollo se encuentra en forma de triacilgliceroles.
Reacciones bioquímica
1) La acetil-CoA (procedente de la oxidación de ácidos grasos) reacciona con el oxalacetato formando citrato. La enzima que cataliza esta reacción es la citrato sintasa*.
2) El citrato reacciona con la enzima aconitasa* formando Isocitrato.
3) El isocitrato, mediante una reacción catalizada por la enzima isocitrato liasa, se fragmenta en glioxilato y succinato.
4a) El succinato es metabolizado en forma similar que en el ciclo del ácido cítrico a fumarato mediante la enzima succinato deshidrogenasa y luego a malato por la enzima fumarasa.
4b) La acetil-CoA transfiere un acetilo al glioxilato produciendo malato en una reacción catalizada por la enzima malato sintasa.
5) El malato se deshidrogena para formar nuevamente oxalacetato mediante una reacción catalizada por la enzima malato deshidrogenasa. El oxalacetato es capaz de generar glucosa mediante gluconeogénesis.

Ciclo del glioxilato
Ciclo del glioxilato. Durante la oxidación de ácidoacético o ácidos grasos que se convierten en acetil-CoA sin la formación intermedia de piruvato, ocurre una modificación especial del ciclo TCA conocida como ciclo del glioxilato. Bajo estas circunstancias no puede generarse oxalacetato a partir de piruvato o fosfoenolpiruvato (anapleróticas) ya que en los microorganismos aeróbicos no existe un mecanismo que sintetice piruvato a partir de acetato. El oxalacetato requerido para la oxidación del acetato se repone mediante la oxidación de succinato y malato, que se produce por una secuencia de dos reacciones. En la primera reacción el isocitrato, que es un intermediario normal del ciclo TCA, se rompe para dar succinato y glioxilato. En la segunda reacción el acetil-CoA se condensa con el glioxilato para formar malato, el precursor inmediato del oxalacetato. Así, el ciclo del glioxilato actúa como una secuencia anaplerótica que permite el funcionamiento normal del ciclo TCA.
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Proteínas Transportadoras

Las proteínas transportadoras determinan la permeabilidad selectiva de la membrana celular, existen 3 tipos de proteínas transportadoras dependiendo de la cantidad de sustancia que se transporta y la dirección en la que se transporta la misma.
-Unitransportador, proteínas transportadoras pertenecientes al transporte pasivo o difusión, en concreto pertenecen a la difusión facilitada. Este transportador facilita la difusión de la sustancia de un lado a otro de la membrana celular. Al ser un transportador, es específico de cada sustancia o de un grupo reducido de ellas y estas sustancias se transportan a unavelocidad proporcional a la concentración de sustancia que difunde hasta alcanzar una velocidad máxima.

El mecanismo de transporte es generalmente el mismo en todos los transportadores de este tipo: Una proteína transportadora con un poro de un tamaño lo suficientemente grande como para transportar una molécula especifica a lo largo de una parte de su longitud. Esta proteína transportadora presenta un receptor de unión en el interior del transportador proteico, la molécula que se va a transportar entra en el poro y queda unida (activación química o por ligando). Después, en una fracción de segundo se produce un cambio conformacional o químico en la protína transportadora, de modo que el poro ahora se abre en el lado opuesto de la membrana. Como la fuerza de unión del receptor es débil, el movimiento térmico de la molécula unida hace que se separe y que se libere en el lado opuesto de la membrana.
La velocidad a la que se pueden transportar moléculas por este mecanismo nunca puede ser mayor que la velocidad a la que la molécula proteica transportadora puede experimentar el cambio en un sentido y en otro entre sus dos estados. Este mecanismo permite que la molécula transportada se mueva o difunda en ambas direcciones a través de la membrana.

Una característica muy importante de este tipo de transportador es que las sustancias transportadas son transportadas de una en una y siempre en una misma dirección cada vez y dado que no pertenece al transporte activo, siempre se producen las difusiones a favor de gradiente ya sea un gradiente osmótico o eléctrico en funciónde si lo que se transporta son sustancias como la glucosa o aminoácidos o si se trata de iones ya sean cationes o aniones.
Los transportadores más estudiados de este tipo son los que se encargan de transportar aminoácidos (la mayor parte de ellos) y glucosa.
En el caso de la glucosa se ha descubierto la molécula transportadora (GLUT), que tiene un peso molecular de aproximadamente 45.000 y que además tiene la capacidad de transportar otros monosacáridos que tienen estructuras similares a la glucosa, como es la galactosa. Sustancias como la insulina entre otras pueden actuar sobre estos transportadores modificando la velocidad de difusión, la insulina puede aumentar entre 10 y 20 veces la velocidad de difusión de la glucosa el cual es el principal mecanismo de control de la utilización de la glucosa por el cuerpo por parte de la insulina.
-Cotransportador, proteínas pertenecientes al transporte activo secundario acopladas a gradientes. Por ejemplo, en una célula, debido a la bomba sodio-potasio del transporte activo primario, se transportan hacia el exterior iones sodio y se establece un gran gradiente de concentración de iones sodio a través de la membrana celular, con una concentración elevada fuera de la célula y una concentración muy baja en su interior. Este gradiente o diferencia de concentración entre los dos lados de la membrana celular representa un almacén de energía porque el exceso de sodio en el exterior de la membrana celular siempre intenta difundir hacia el interior. En condiciones adecuadas esta energía de difusión del sodio puede arrastrarotras sustancias junto con el sodio a través de la membrana celular. Para que el sodio arrastre otra sustancia con él es necesario un mecanismo de acoplamiento que se consigue por medio de otra proteína transportadora de la membrana celular. El transportador o cotransportador en este caso actúa como punto de unión tanto para el ion sodio como para la sustancia que va a ser cotransportada.  El gradiente de energía del ion sodio hace que este ion y la sustancia cotransportada sean transportados juntos hacia el interior de la célula.

Las sustancias habitualmente cotransportadas mediante este sistema en las células son la glucosa y muchos aminoácidos que son transportados hacia el interior de la célula contra grandes gradientes de concentración mediante este mecanismo. La proteína transportadora tiene dos puntos de unión en su cara externa que es donde se unen las dos sustancias que van a ser transportadas hacia el interior de la célula, estos sitios de unión son uno para el sodio y otro para la glucosa o bien para un aminoácido por ejemplo. La energía suministrada para el transporte la aporta la sustancia que va a favor de gradiente y es utilizada para que la sustancia en contra de gradiente atraviese la membrana celular. Cuando ambas sustancias se unen, se produce automáticamente el cambio conformacional y ambas sustancias son transportadas al mismo tiempo. El mecanismo de cotransporte es siempre el mismo sean cuales sean las sustancias transportadas, al tratarse de proteínas transportadoras, estas son especificas de las sustancias que transportan. Los másestudiados son los transportadores de sodio-glucosa y sodio-aminoácidos, en éste último se conocen cinco proteínas transportadoras de aminoácidos, cada una de las cuales se encarga de transportar un grupo de aminoácidos con características moleculares específicas.

Este cotransporte con sodio de la glucosa y de los aminoácidos se produce especialmente a través de las células epiteliales del tubo digestivo y de los túbulos renales para favorecer la absorción de estas sustancias hacia la sangre.
Contratransporte, proteínas pertenecientes al transporte activo secundario acopladas a gradientes.

Con el mismo ejemplo que antes, los iones sodio que al estar muy concentrados en el exterior de la célula y muy poco en el interior intentan difundir hacia el interior de la célula debido a su gran gradiente de concentración. A diferencia del ejemplo anterior, la sustancia que se va a transportar junto con el sodio se encuentra en el interior de la célula y se debe transportar hacia el exterior. El ion sodio se une a la proteina transportadora en el punto en el que se proyecta hacia la superficie exterior de la membrana, mientras que la sustancia que se va a contratransportar se une a la proyección interior de la proteína transportadora. Una vez ambas sustancias se han unido a sus respectivos puntos de unión o receptores se produce un cambio conformacional y la energía que libera el ion sodio al ingresar en la célula hace que la otra sustancia se mueva hacia el exterior. Se produce un transporte en una dirección opuesta a la sustancia primaria donde la sustancia primaria que esla que se mueve a favor de gradiente de concentración o iónico es la que suministra la energía necesaria para contratransportar la sustancia secundaria que es la que se transporta en contra de su gradiente de concentración o iónico.
El contratransporte más estudiado es el que se produce con iones sodio e iones calcio e hidrógeno.

El contratransporte sodio-calcio se produce a través de todas o casi todas las membranas celulares, de modo que lo siones sodio se mueven hacia el interior y los iones calcio hacia el exterior, ambos unidos a la misma proteína transportadora en un modo de contratransporte.

El contratransporte sodio-hidrógeno se produce en varios tejidos. Un ejemplo especialmente importante se produce en los túbulos proximales de los riñones, en los que los iones sodio se desplazan desde la luz del túbulo hacia el interior de la célula tubular, mientras que los iones hidrógeno son contratransportados hacia la luz tubular. Como mecanismo para concentrar los iones hidrógeno pese a que no sea tan eficaz como el transporte activo primario de los iones hidrógeno que se produce en los túbulos renales más distales, aunque puede transportar cantidades muy grandes de iones hidrógeno, lo que hace que sea clave para el control del ion hidrógeno en los líquidos corporales.
Transporte de acetil CoA

Producción de Acetil CoA.
Acetil CoA como molécula central del metabolismo.
Producción de Acetil Coa
La piruvato desidrogenasa (PDH) cataliza la descarboxilación oxidativa, irreversible, del piruvato a astil CoA en la matriz mitocondrial.El Acetil CoA tambiénpuede producirse por la degradación de ácidos grasos, cuerpos cetónicos o aminoácidos.

Transporte de acetil CoA desde la mitocondria al citosol.
La misma vía que produce NADPH para la síntesis de ácidos grasos, es decir, el ciclo del piruvato-malato, también transporta acetil CoA desde la mitocondria hasta el citosol celular. La parte del ciclo que transporta acetil CoA se llama la lanzadera del citrato. El acetil coA se produce en la mitocondria, pero la síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el citosol. La porción CoA de la molécula no puede cruzar la membrana mitocondrial. Sin embargo, mediante la condensación con oxalacetato para formar citrato, el grupo acetilo puede ser transportado a su través mediante el transportador tricarboxilato. En el citosol, el citrato es escindido por la citrato-liasa para liberar oxalacetato para reciclaje y acetil CoA para la síntesis de ácidos grasos.
El ciclo de los ácidos tricarboxílicos es realmente el centro del metabolismo. El ciclo de los ácidos tricarboxílicos: núcleo central del metabolismo intermediario. La versión de esta vía en los organismos actuales es producto de la evolución. No representa la vía mas corta desde el acetato al CO2, sino aquélla que ha conferido las mayores ventajas selectivas durante la evolución a los organismos que la poseían.

Acetil Coa como molécula abastecedora de carbonos al ciclo de Krebs.
El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. Elácido cítrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con unamolécula deoxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 3 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2 + 3 H+
Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (moléculas capaces de unirse a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.
El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse del enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona el enzima.

 El acetil-CoA.
El acetil-CoA es un producto común a todas las reacciones de degradación de todas las moléculas orgánicas. Una ruta metabólica nunca está separada de las demás.

Estructura.
Resto acetilo: restos de 2 carbonos (C2) que proceden de la degradación de las moléculas. Siempre asociado a la segunda parte.
CoA: coenzima descubierto por Lipman. Transportador universal de grupos acetilo y también de cadenas más largas. Estos restos se unen al CoA por medio de un enlace tioéster.
Cuando el grupo acetilo tenga que tomar parte en una reacción de transferencia deberá estar unido al CoA. La parte más importante es el grupo sulfhidrilo que es por donde se unen los restos al acetil-CoA. La formacióndel enlace es importante porque la ruptura libera mucha energía. Su G es tan negativa como la hidrólisis del ATP. Tiene una gran importancia en la transferencia de grupos acetilo. El grupo acetilo está activado y es muy fácil transferirlo cuando forma parte del CoA. Como libera la misma cantidad de energía al romperlo, tendré suficiente energía para formar ATP.
El acetil-CoA procede de cualquier sustancia o molécula que degrademos para obtener energía.
Lípidos n ácidos grasos n/2 acetil-CoA
Hidratos de carbono acetil-CoA (siempre a través de la glicolisis
H de C glicolisis piruvato acetil-CoA
Proteínas aminoácidos glicolisis piruvato acetil-CoA
Acetil-CoA
Destinos del acetil-CoA.
El resto acetilo se puede oxidar completamente dando 2 CO2 y el CoA no se oxida. Para ello el acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs produciéndose la oxidación completa.
Puede formar ácidos grasos cuando se unen varios acetil-CoA y formarán componentes de membrana (ácidos grasos).
Puede utilizarse para sintetizar colesterol.
También se puede usar para formar cuerpos cetónicos en condiciones especiales del metabolismo. Estos cuerpos cetónicos pueden usarse como sustratos energéticos. El único que no puede usar esta fuente de energía es el hígado.
Sólo en algunos casos se podrá utilizar para crear hidratos de carbono (semillas y microorganismos). Para ello hace falta tener el ciclo del glioxilato.
Representa la forma en que
Carbohidratos, lípidos y algunos aminos
ácidos entran al ciclo de Krebs.
Provee los carbonos para la síntesis de
colesterol.
Precursor de lasíntesis de ácidos
grasos.
Precursor de la síntesis de cuerpos
cetónicos.

CICLO DE KREBS

El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la mitocondria. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma, específicamente en el citosol.

En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y GTP).

El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a moléculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p. ej. desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la glucólisis. La tercera etapa es la fosforilación oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP según la teoría del acomplamiento quimiosmótico.

El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.

El Ciclo de Krebs fue descubierto el por el alemán Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el Premio Nobel.Historia
El metabolismo comprende una serie de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones químicas y enzimáticas se denomina ruta o vía metabólica. El metabolismo se divide en

El catabolismo es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía.

El anabolismo es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso.

En las rutas metabólicas se necesitan numerosas y específicas moléculas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son necesarios varios tipos de moléculas indispensables para su desarrollo final

1. metabolitos (moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para participar en la síntesis de otras sustancias más complejas),

2. nucleótidos (moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos),

3. moléculas energéticas (ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus moléculas, liberan o almacenan energía),

4. moléculas ambientales (oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc. que se encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico).

Reacciones del ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial en eucariota

El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclopor condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es:

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2
Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (moléculas que se unen a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.

El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona la enzima.

Etapas

Las reacciones son

Reacción 1: Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)

El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato. Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la molécula de citrato.

La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima. Incluso estando la reacción muy favorecida (porque es exoergónica), la citrato sintasa puede ser perfectamente regulada.Este aspecto tiene una notable importancia biológica, puesto que permite una completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del ciclo.

Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato

La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato, por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%), del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato.

En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de aminoácidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato 1R,2S, rechazando la forma opuesta.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato

La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente, la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que genera una molécula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la electronegatividad de esa región molecular. Esto genera una reorganización de los electronesen la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la salida de una molécula de CO2, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos carboxilo.

Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA

Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es muy parecida a la del piruvato, otro α-cetoácido.

Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre ellos.

La α-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de tres enzimas diferentes:
* Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.
* Subunidad E2: la transuccinilasa.
(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.)
* Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro complejo enzimático.

Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)

El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está en unos -33.5 kJ mol-1, parecido aldel ATP que es de -30.5 kJ mol-1). La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un nucleósido difosfato purinico como el GDP.

La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato, recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a nivel de sustrato.

El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso energético como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.

Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato

La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los ácidos grasos, talconversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación, una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la formación de FADH2 y NADH.

La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD+.

El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el cofactor mismo.

Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato

La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OH- procedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce L-malato.

Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato

La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de hidrógeno, produciendo NADH.

La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La actividad dela enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato por parte del citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de transporte de electrones.

Visión simplificada y rendimiento del proceso. El paso final es la oxidación del ciclo de Krebs, produciendo un oxaloacetato y dos CO2.
El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación.
A través de una serie de reacciones, el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato.
Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en forma de CO2
El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2.
El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 ATP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2, 2CO2.
Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.
Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-CoA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH + 6H +, 2 FADH2; total 32 ATP.

Regulación. Muchas de las enzimas del ciclo de Krebs son reguladas por retroalimentación negativa, por unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de lacélula. Entre estas enzimas, se incluye el complejo de la piruvato deshidrogenasa que sintetiza el acetil-CoA necesario para la primera reacción del ciclo a partir de piruvato, procedente de la glucólisis o del catabolismo de aminoácidos. También las enzimas citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa, que catalizan las tres primeras reacciones del ciclo de Krebs, son inhibidas por altas concentraciones de ATP. Esta regulación frena este ciclo degradativo cuando el nivel energético de la célula es bueno.

Algunas enzimas son también reguladas negativamente cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado. El mecanismo que se realiza es una inhibición competitiva por producto (por NADH) de las enzimas que emplean NAD+ como sustrato. Así se regulan, entre otros, los complejos piruvato deshidrogenasa y citrato sintasa.

Principales vías que convergen en el ciclo de Krebs El Ciclo de Krebs es una via metabólica central en la que convergen otras, tanto anabólicas como catabólicas. Ingresan al ciclo por diferentes metabolitos:

Acetil-CoA:
Glucolisis
Oxidacion de ácidos grasos
Malato:
Gluconeogénesis
Oxalacetato:
Oxidación y biosíntesis de aminoácidos
Fumarato:
Degradación de ácido aspártico, fenilalanina y tirosina
Succinil-CoA
Biosíntesis de porfirina
Degradación de valina isoleucina y metionina
Oxidación de ácidos grasos
Alfa-cetoglutarato
Oxidación y biosíntesis de aminoácidos
Citrato
Biosíntesis de ácidos grasos y colesterol
NADH y FADH
Fosforilación oxidativa y cadena de transporte electónicoRutas Metabólicas de Carbohidratos (Glicolisis)

El metabolismo es una actividad altamente integrada y pletórica de propósitos, en la que participan muchos conjuntos de sistemas multienzimáticos. Aunque el metabolismo intermediario comprende centenares de reacciones diferentes, catalizadas enzimáticamente, las rutas metabólicas centrales muestran un plan de organización sencillo, y son fáciles de comprender; además son idénticas en la mayor parte de las formas de vida.
La degradación enzimática de cada uno de los principales elementos nutritivos de las células a saber, los hidratos de carbono, lo lípidos y las proteínas, tienen lugar de modo escalonado, a través de cierto número de reacciones enzimáticas consecutivas. Las enzimas que catalizan estas etapas y los diversos intermediarios químicos que se forman en la ruta hasta los productos finales están, en su mayor parte, bien comprendidas.
Los carbohidratos son formados en plantas en crecimiento y son encontrados en granos, vegetales de hojas y otras plantas comestibles. Estan formados por polihidroxialdehidos o polihidroxiacetonas. Las plantas forman cadenas de carbohidratos, durante su crecimiento atrapando carbono de la atmósfera, inicialmente dioxido de cardono (CO2). Este carbón es almacenado dentro de la planta, junto con agua (H2O), para formar un almidón complejo que contiene una combinación de carbono-hidrógeno-oxígeno en un radio fijo de 1:2:1 respectivamente. Las plantas con un alto contenido de azúcar y el azúcar de mesa representa una estructura menos compleja y son llamados disacáridos o dosmoléculas de azúcar enlazadas. Una vez que la digestión de cualquiera de estas formas de carbohidratos esta completa, el resultado es una estructura de azúcar simple, un monosacárido. Estos monosacáridos, pueden ser absorbidos hacia la sangre y usados por las células para producir el compuesto de energía adenosin trifosfato (ATP). El sistema digestivo, comienza durante el proceso de degradación de los polisacáridos en la boca a través de la introducción de la amilasa, una enzima digestiva en la saliva. El alto contenido ácido del estómago, inhibe la actividad de la enzima, por lo que la digestión de los carbohidratos se suspende en el estómago. Al irse vaciando en el intestino delgado, el potencial de hidrógeno (pH) cambia dramáticamente desde un ácido fuerte hasta un contenido alcalino. El páncreas secreta bicarbonato para neutralizar el ácido proveniente del estómago y el mucus secretado en el tejido recubriendo el intestino, es alcalino, lo cual promueve la actividad digestiva de las enzimas. La amilasa esta presente en el intestino delgado y trabaja con otras enzimas para completar la degradación de los carbohidratos hasta monosacáridos los cuales son absorbidos hacia los capilares alrededor de las vellosidades. Los nutrientes en la sangre, son transportados hasta el hígado vía el circuito porta hepática, donde la digestión final de los hiposincraticos es llevada a cabo. El hígado, llevada a cabo la digestión de los carbohidratos en respuesta a las hormonas insulina y glucagon.
A medida que los niveles de azúcar en la sangre se elevan después de la digestión deuna comida, el páncreas secreta insulina, haciendo que el hígado transforme la glucosa en glucógeno, el cual es almacenado en el hígado, tejido adiposo y músculo, previniendo la hiperglucemia. Unas pocas horas después de la comida, la glucosa sanguínea caerá debido a la actividad muscular, entonces el pancreas secretará glucagón el cual ocasiona que el glucógeno sea convertido en glucosa para prevenir la hipoglucemia.

Nota: nombres terminados en el sufijo osa, usualmente indican un azúcar, tal como la lactosa. Los nombres de las enzimas usualmente se inician con el del sustrato que degradan. Por ejemplo: la maltosa, un disacárido, es degradado por la enzima maltasa (por el proceso de hidrólisis), resultando en dos moléculas de glucosa, un monosacárido.
Glucólisis o Glicolisis
Es la ruta central mediante la cual se extrae energía de los hidratos de carbono. Se trata de una ruta formada por 10 pasos, que va de la glucosa al piruvato en las células con respiración. En los microorganismos anaerobios o en las células que representan un deterioro de la respiración, el piruvato sufre reacciones de reducción, con lo que el conjunto de la ruta puede cursar sin un cambio neto del estado de oxidación. La glucólisis puede contemplarse como un proceso que transcurre en dos fases; en primer lugar, una fase de inversión de energía, en la que utiliza ATP para sintetizar un azúcar fosfato de 6 carbonos que se desdobla en dos triosa fosfatos, y en segundo lugar, una fase de generación de energía, en la que la energía de los compuestos de súper – alta energía se utiliza paraimpulsar la síntesis de ATP a partir de ADP. La fofofructoguinasa y la piruvatoguinasa son los dos lugares principales de control de la ruta. Gran parte del control está en relación con loas necesidades energéticas de la célula, de tal manera, que las situaciones de baja carga energética estimulan la ruta y las situaciones de baja carga energética y las situaciones de abundancia energética retardan la ruta. Las reservas de polisacáridos intracelulares en los animales se movilizan bajo una cascada metabólica bajo control hormonal, en la que el A.M.P. cíclico transmite la señal hormonal y pone en marcha sucesos que activan la degradación del glucógeno a glucosa – 1 – fosfato.
Cuando aspartato o glutamato están implicados, los cetoácidos producidos son el L – citoglutanato y el oxalacetato, respectivamente, siendo ambos intermediarios del ciclo del ácido cítrico. En consecuencia, cada uno puede entrar al ciclo para completar su catabolismo. Sin embargo, nótese que cuando el ciclo comienza en cada uno de esos puntos, el funcionamiento continuado dependerá de la disponibilidad de suficiente acetil – SCOA para formar citrato. Es la ruta principal, casi universal, del metabolismo de la glucosa. Esta molécula se degrada, en una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente, para dar dos moléculas de piruvato, que es el producto final de la glicolisis en condiciones aeróbicas. En condiciones anaeróbicas el piruvato se reduce a lactato para regenerar el NAD+.
abolicas
GLUCORONATO
D-glucuronato
Es un derivado carboxílico de la glucosa D-glucuronato, que forma partede los glucurónidos y está presente en los glucosaminoglucanos.

-D-glucuronato
Metabolismo del Glucoronato
El glucoronato es una molécula altamente polar que es incorporada en los proteoglicanos así como también en la bilirrubina y las hormonas esteroides; también puede combinarse con ciertos fármacos para incrementar su solubilidad. El glucoronato se deriva de la glucosa en la vía del acido urónico.

La vía del acido urónico se utiliza para la síntesis de UDP-glucoronato, glucoronato y L-ascorbato. La vía involucra la oxidación de la glucosa-6-fosfato a UDP-glucoronato. La oxidación no esta ligada a la producción de energía. El UDP-glucoronato se utiliza en la síntesis de glucosaminoglicanos y proteoglicanos así como también en la formación de complejos con bilirrubina, esteroides, y ciertas drogas. Los complejos de glucoronato se forman para la solubilización de compuestos para su excreción. La síntesis de ascorbato (vitamina C) no ocurre en primates.
La vía del acido urónico es una vía alternativa para la oxidación de la glucosa que no produce ATP, pero que se utiliza para la generación de la forma activada de glucoronato, UDP-glucoronato.
La vía del acido urónico de la conversión de glucosa a glucoronato se inicia con la conversión de glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato por la fosfoglucomutasa, y luego en la activación a UDP-glucosa por la UDP-glucosa pirofosforilasa. La UDP-glucosa se oxida a UDP-glucoronato por la enzima dependiente de NAD+, UDP-glucosa deshidrogenasa. El UDP-glucoronato entonces sirve como un precursor para la síntesis delacido idurónico y UDF-xilosa y es incorporado en los proteoglicanos y glucoproteínas o forma conjugados con bilirrubina, esteroides, xenobióticos, fármacos, y muchos compuestos que contienen grupos hidroxilo (–OH).
Significado Clínico del Glucoronato
En el humano adulto, un número significativo de eritrocitos muere cada año. Este reciclaje libera una cantidad significativa de hierro libre del heme, porfirina, que es subsecuentemente degradada. Los sitios más importantes para la degradación de la porfirina se encuentran en las células reticuloendoteliales del hígado, bazo, y medula ósea. El rompimiento de la porfirina produce bilirrubina, un producto que es no polar y por tanto, insoluble. En el hígado, al cual es transportado unido a la albúmina plasmática, la bilirrubina se hace soluble por su conjugación con el glucoronato. La bilirrubina conjugada con diglucoronato puede entonces ser secretada en la bilis. La inhabilidad de conjugar la bilirrubina, por ejemplo en la enfermedad hepática o cuando el nivel de producción de la bilirrubina excede la capacidad del hígado, son factores que contribuyen a la ictericia.
La conjugación del glucoronato a ciertos fármacos no polares es importante para su solubilización en el hígado. Los fármacos conjugados al glucoronato son mas fácilmente eliminados de la sangre por los riñones en la orina. Sin embargo, la conjugación del glucoronato con los fármacos puede llevar a la resistencia de los medicamentos; la exposición crónica a ciertos fármacos tales como los barbitúricos y la AZT, llevan a un incremento en la síntesis de laUDP-glucosiltransferasas en el hígado que están involucradas en la conjugación del glucoronato a los fármacos. Los niveles incrementados de estas enzimas hepáticas resultan en una más rápida eliminación de los fármacos lo que lleva a una reducción de la dosis efectiva de estas drogas unidas al glucoronato.

Significado clínico La bilirrubina es un compuesto pigmentado producido por degradación de los grupos hemo de la hemoglobina, mayoritariamente, en las células del sistema retículo endotelial (médula ósea, bazo e hígado). Es un producto de desecho.
La bilirrubina (B) se une a la albúmina. Este complejo se disocia y la B sola, penetra en la célula hepática. La B se conjuga con ácido glucorónico por acción de la UDP glucoronil transferasa. Luego, la B conjugada se excreta a los canalículos biliares por un proceso activo. Este proceso limita la velocidad del metabolismo hepático de la B. La B se dirige hacia la luz intestinal. El glucoronato de B puede ser excretado en las heces o metabolizado a urobilinógeno por las bacterias. El urobilinógeno es resorbido del intestino delgado en la sangre de la vena porta y así, entra en la circulación enterohepática. Una porción del urobilinógeno es reexcretada en la bilis por el hígado, mientras que el resto lo es en la orina.
La B no conjugada, estando íntimamente ligada a la albúmina, no es filtrada por los glomérulos renales.
La B conjugada se filtra a través de los glomérulos, entonces aparece en la orina una parte de ella.
Se ve aumentada cuando existe daño hepatocelular, obstrucción del árbol biliarintrahepático y extrahepático, enfermedad hemolítica, ictericia neonatal fisiológica, síndrome de Crigler Najjar, enfermedad de Gilbert, síndrome de Dubin Jonson, síndrome de Rotor y en la intolerancia a la fructosa.

Utilidad clínica Evaluación de ictericias.

Variable por
Enfermedad Aumentado: En suero, malaria, Leishmaniasis, neoplasma maligno de hígado, páncreas.
En orina, hepatitis viral, neoplasma maligno de hígado, cirrosis de hígado, cirrosis biliar, hepatitis tóxica.
Disminuido: En suero, anemia ferropénica o aplásica.

Variable por
Drogas Aumentado: En suero, por administración de aminoácidos, aminofenol, propanolol (cuando se usa diazo reactivo), tirosina.
Disminuido: En suero, por ácido ascórbico, cafeína, hemoglobina, urea.

Variables
preanalíticas Aumentado: Por muestras visiblemente hemolizadas.
Disminuido: Por la luz, que degrada a la Bilirrubina.
En pruebas clínicas, el tratamiento con anabólicos esteroides resultó en una reducción de la función secretora hepática. Además, se observaron colestasis hepática, reflejado por picazón e ictericia y peliosis hepática.
Los macrófagos de los tejidos transforman la porfirina de la hemoglobina en bilirrubina que viaja unida a la albúmina sérica (proteína transportadora) por el torrente sanguíneo al hígado, donde se separan, y la bilirrubina se secreta por la bilis (por eso el color amarillo-verdoso de la bilis) y se degrada.
Cuando el nivel de bilirrubina en la sangre aumenta (valores normales de 0 a 1 mg/dl), se acumula en los tejidos, sobre todo aquellos con mayor número de fibraselásticas (paladar, conjuntiva). Si es mayor de 2 a 2 mg/dl, se observa una coloración amarillenta de la piel y mucosa, un fenómeno conocido como ictericia.
Valores clínicos
* Bilirrubina directa o bilirrubina conjugada (que se encuentra unida con proteínas del hígado para luego ser acumulada en la vesícula biliar y constituir parte de la bilis, para su posterior eliminación); y su valor normal estándart es: 0 a 0.3 mg/dL adultos.
* Bilirrubina indirecta o no conjugada (que se encuentra unida a la albúmina; y aún no ha sido posible unirse a proteínas en el hígado, para su eliminación; por que aún no ha tenido el proceso adecuado de degradación para formar parte de la bilis) y su valor normal apróximado es: 0 a 1 mg/dL adultos.
* bilirrubina total es la suma de Bilirrubina directa + Bilirrubina indirecta el cual da como resultado aproximado del valor normal de: 0.3 a 1.9 mg/dL.
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ÁCIDO GLUCURÓNICO

Estructura química del ácido glucurónico.
El ácido glucurónico (del idioma griego γλυκερός, dulce) es un ácido carboxílico similar a la glucosa pero que presenta un grupo carboxilo en el carbono 6. Su fórmula química es C6H10O7. Las sales de este ácido se denominan glucuronatos; el anión, C6H9O7−, es el ion glucuronato.
Debe evitarse la confusión entre el ácido glucurónico y el ácido glucónico, siendo este último un ácido carboxílico lineal resultante de la oxidación de un átomo de carbono distinto del 6 de la glucosa.
El ácido glucurónico es altamente hidrosoluble; de hecho, en la fisiología animal escomún emplearlo conjugado a toda clase de sustancias xenobióticas a fin de facilitar su excreción. Entre estos conjugados destacan drogas, bilirrubina, algunas hormonas y ácidos biliares. Este proceso de conjugación recibe el nombre de glucuronidación.[1]

The β-D methyl glycoside of glucuronic acid in the low energy 4C1 conformation
FUNCIONES
LOS PROTEOGLICANOS

El ácido glucurónico es común en las cadenas de hidratos de carbono de los proteoglicanos. Es parte de las secreciones mucosas de los animales (como la saliva) y glicocalix celular y la matriz intercelular (por ejemplo, ácido hialurónico)

LA GLUCURONIDACIÓN DE SUSTANCIAS TÓXICAS

En el cuerpo del animal, el ácido glucurónico a menudo está relacionada con el metabolismo de xenobióticos de sustancias como las drogas, contaminantes, bilirrubina, los andrógenos, estrógenos, mineralocorticoides, glucocorticoides, derivados de ácidos grasos, retinoides, y los ácidos biliares. Estos vínculos implican enlaces glicosídicos, y este proceso de vinculación que se conoce como la glucuronidación. [2] glucuronidación se produce principalmente en el hígado, aunque la enzima responsable de su catálisis, la UDP-glucoroniltransferasa, se ha encontrado en todos los órganos principales del cuerpo, por ejemplo, el intestino, los riñones, el cerebro, las glándulas suprarrenales, el bazo y el timo.

Las sustancias que resultan de la glucuronidación se conocen como glucurónidos (o glucuronosides) y son típicamente mucho más soluble en agua que los no-ácido glucurónico que contiene la sustancia de la que fueronsintetizados originalmente. El cuerpo humano utiliza glucuronidación para hacer una gran variedad de sustancias más soluble en agua, y, de este modo, permitir su posterior eliminación del cuerpo a través de la orina o las heces (a través de la bilis del hígado). Las hormonas también pueden someterse a glucuronidación para permitir un transporte más fácil de todo el cuerpo. Farmacólogos han vinculado a las drogas ácido glucurónico para permitir una aplicación más eficaz de una amplia gama de sustancias. A veces las sustancias tóxicas también son menos tóxico después de la glucuronidación.

La conjugación de las moléculas de xenobióticos con hidrófilos especies moleculares tales como el ácido glucurónico se conoce como fase II del metabolismo.
El β-D glucósido de metilo del ácido glucurónico en la conformación de la energía baja 4C1
[Editar] Uso

Determinación de los esteroides urinarios y de conjugados de esteroides en sangre.

Incluida en algunas de las marcas disponibles en el mercado de Kombucha como un antioxidante y ácido orgánico [5

En todas las plantas y mamíferos distintos de los cobayos y ácido primates-glucurónico es un precursor del ácido ascórbico, también conocido como vitamina C [6].
CONFORMACIÓN

A diferencia de su epímero ácido idurónico C5, que puede ocurrir en un número de conformaciones, ácido glucurónico se produce predominantemente en la conformación 4C1.

GLUCURONIDASAS

Glucuronidasas son aquellas enzimas que hidrolizan el enlace glicosídico entre el ácido glucurónico y algún otro compuesto.

RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO.La ruta de la pentosa fosfato, también conocida como lanzadera de fosfatos de pentosas, es una ruta metabólica estrechamente relacionada con la glucólisis durante la cual se utiliza la glucosa para generar ribosa, que es necesaria para la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos. Además, también se obtiene poder reductor en forma de NADPH que se utilizará como coenzima de enzimas propias del metabolismo anabólico.
De esta manera, este proceso metabólico, el cual es regulado por insulina, tiene una doble función, ya que la glucosa se usa para formar NADPH, mientras que también se puede transformar en otros componentes del metabolismo, especialmente pentosas, utilizadas para la síntesis de nucleótidos y de ácidos nucleicos. Así, se forma un puente entre rutas anabólicas y catabólicas de la glucosa.

La ruta de la pentosa fosfato tiene lugar en el citosol, y puede dividirse en dos fases.
Las principales funciones de la vía de las pentosas fosfato son:
1_ Generar NADPH y a través de la FASE OXIDATIVA
2_ Sintetizar azúcares de cinco carbonos (PENTOSAS-P). a través de la fase NO OXIDATIVA.
La unidad del poder reductor mas provechosa con fines biosinteticos en las células es el NADPH.
EL NADH se oxida mediante la cadena respiratoria para generar ATP, mientras que el NADPH sirve como dador de electrones en las reacciones reductoras de biosíntesis de componentes, sin generar formación de ATP.

FASES: Esta vía metabólica se compone de dos fases, una primera oxidativa y otra de interconversión de azúcares.
1. FASE OXIDATIVA. La oxidación de Glucosa-6-Phasta Ribulosa-5-P se produce en dos reacciones que además generan CO2 y 2 NADPH.
2. FASE DE INTERCONVERSION DED AZUCARES. Se producen un conjunto de reacciones de: isomeracion y epimerizacion, transaldolizaciones y transcetolizaciones, reacciones comunes con glicoliticas gluconeogenicas, que procuran un amplio conjunto de azucares fosforilados, interconvitiendo las pentosas-P entre si, y finalmente de nuevo en hexosas-P

LA CÉLULA Y LA RUTA DE LA PENTOSA FOSFATO.
La ruta de la pentosa fosfato tiene una gran flexibilidad, de hecho, es un módulo ideal del metabolismo, que se adapta continuamente a las cantidades requeridas de ATP, NADPH, ribosa-5-fosfato,piruvato o acetil-CoA, según las necesidades de la célula.

Esta ruta se ve regularizada mediante la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. El regulador más importante es la oferta de NADP+, el cual actúa como activador alostéricos, mientras que el NADPH disminuye la actividad de la enzima como inhibidor competitivo. En condiciones fisiológicas el NADPH se encuentra en mayor proporción (70:1) respecto NADP+, si hubiese una utilización de equivalentes de reducción conduciría rápidamente a la estimulación de la deshidrogenasa debido al aumento de la cantidad de NADP+.

Consecuentemente, esta ruta metabólica transcurre fuertemente en el tejido adiposo, donde hay una gran oferta de glucosa y una alta necesidad de NADPH, requerido para la biosíntesis de ácidos grasos. Por el contrario, en el tejido muscular, se encuentra una baja necesidad de NADPH, por lo que se realiza la inversión de la ruta.

En elcaso del tejido adiposo, se dará lugar a NADPH para las células del tejido, pero, la formación de ribosa-5-fosfato no dará suficiente síntesis de nucleótidos, hecho que provocará la conversión de las pentosas en gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato. Por lo general, estas biomoléculas se incorporarán en la glucólisis, con la ayuda de la enzima piruvato deshidrogenasa, para formar, finalmente, acetil-CoA necesario para la síntesis de ácidos grasos. Así pues, en la glucólisis simultáneamente se forman equivalentes de reducción (NADPH, NADH) y también de energía (ATP). Este proceso se detiene cuando ya hay suficiente y, además, se han cubierto las necesidades de ATP. En este momento, los productos finales de la fase no oxidativa de esta ruta metabólica podrán incorporarse en la gluconeogénesis, para formar nuevamente glucosa-6-fosfato y cerrar el ciclo.
TRANSPORTE DE PROTEINAS

QUE SON LAS PROTEINAS?
Las proteínas son grandes moléculas complejas que se encuentran en las células de todos los seres vivos. A pesar de que las proteínas son conocidas principalmente por su función en la masa muscular, éstas son componentes esenciales de todos los tejidos del cuerpo humano, como los huesos, la sangre y las hormonas. Como enzimas, las proteínas actúan en el metabolismo. En forma de anticuerpos, las proteínas son fundamentales para un sistema inmunitario en buenas condiciones. Sin la cantidad apropiada de proteínas, el cuerpo no puede mantener el equilibrio de fluidos o de ácidos base. Las proteínas también proporcionan energía y son esenciales para eltransporte y almacenamiento de numerosos nutrientes.

LAS PROTEINAS INTERVIENEN EN EL TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE LOS NUTRIENTES
Las proteínas transportan muchos nutrientes importantes en el organismo. Las lipoproteínas contienen lípidos unidos a proteínas, que permiten el transporte de lípidos hidrofóbicos a través del medio acuoso de la sangre. Otros ejemplos de proteínas transportadoras son las proteínas transportadoras de retinol, que transporta la vitamina A en forma de retinol, y la transferrina, que transporta el hierro en la sangre. La ferritina es un ejemplo de proteína almacenadora: es el componente en el que el hierro se almacena dentro del hígado.
Las proteínas actúan como enzimas y hormonas
Las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones químicas, sin que ellas mismas experimenten algún cambio por dichas reacciones. Las enzimas pueden unirse a sustancias o descomponerlas, y pueden transformar una sustancia en otra.
Cada célula contiene miles de enzimas que facilitan reacciones celulares específicas. Por ejemplo la enzima fosfofructoquinasa (PFK) aumenta el metabolismo de los hidratos de carbono durante el ejercicio. Esta enzima es esencial para impulsar el índice al cual descomponemos la glucosa y la usamos como energía durante el ejercicio. Sin la PFK, no seríamos capaces de generar energía lo suficientemente rápido como para permitirnos mantenernos activos.

Las proteínas ayudan a mantener el equilibrio de electrolitos y fluidos
Los electrolitos son partículas cargadas eléctricamente que ayudan a mantener el equilibrio defluidos. Para que el cuerpo funcione correctamente, los fluidos y los electrolitos deben mantenerse a niveles saludables tanto en el interior como en el exterior de las células y en los vasos sanguíneos. Las proteínas atraen los fluidos, y las proteínas que están en el torrente sanguíneo, en las células y en los espacios colindantes a las células trabajan en conjunto para mantener el equilibro de los fluidos y la presión sanguínea. Cuando el aporte proteico es deficiente, la concentración de proteínas en el torrente sanguíneo no es suficiente para atraer los fluidos de los tejidos y dirigirlos a través de las paredes de los vasos sanguíneos; entonces, el fluido se almacena en los tejidos, causando un edema. Además de ser incómodo, el edema puede conllevar serios problemas médicos.
El sodio (Na+) y el potasio (K+) son ejemplos de electrolitos comunes. En condiciones normales, el Na+ está en mayor concentración en el exterior de la célula, y el K+ en el interior. El equilibrio adecuado de Na+ y K+ está completado por la acción de PROTEINAS TRANSPORTADORAS localizadas en la membrana celular. Las proteínas transportadoras trabajan para bombardear el Na+ fuera de la célula y el K+ dentro de ella. La conducción de señales nerviosas y la contracción de los músculos dependen de un equilibrio adecuado de electrolitos. Si el aporte de proteínas es deficiente, perdemos la capacidad de mantener estas funciones, lo que resulta en potenciales cambios fatales para el ritmo del corazón. Otras consecuencias de un aporte proteico bajo son debilidad muscular y espasmos,fallo renal, y si las condiciones son lo suficientemente graves, la muerte.
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Proteínas de transporte
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Moléculas de proteína que ayudan a transportar sustancias por todo el cuerpo y a través de las membranas celulares.
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Muchos iones y moléculas específicas son transportados por proteínas específicas. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno y una porción del gas carbónico desde y hacia los pulmones, respectivamente. En la membrana mitocondrial se encuentra una serie de proteínas que transportan electrones hasta el oxígeno en el proceso de respiración aeróbica.

Función de TRANSPORTE
La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados.
La hemocianina transporta oxígeno en la sangre de los invertebrados.
La mioglobina transporta oxígeno en los músculos.
Las lipoproteinas transportan lípidos por la sangre.
Los citocromos transportan electrones.
Las proteínas transportadoras se encuentran en las membranas celulares y permiten un transporte adecuado de muchos nutrientes a través de éstas. Estas proteínas transportadoras también ayudan al mantenimiento del equilibrio de fluidos y electrolitos y de la conducción de los impulsos nerviosos.
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Transporte mediado por proteínasEl agua y otras moléculas hidrofílicas § excluyen a los lípidos y a otras moléculas hidrofóbicas §. Las moléculas hidrofóbicas excluyen a las hidrofílicas. Estecomportamiento de las moléculas, determinado por la presencia o ausencia de regiones polares o cargadas, es de importancia fundamental en la capacidad de las membranas celulares para regular el pasaje de materiales hacia dentro y hacia fuera de las células y de las organelas.Las membranas celulares están formadas por una bicapa lipídica, en cuyo interior confluyen las colas hidrofóbicas de las moléculas de lípidos. Este mar lipídico interior es una barrera formidable para los iones § y la mayoría de las moléculas hidrofílicas, pero permite el pasaje fácil de moléculas hidrofóbicas, tales como las hormonas esteroides §. Así, la composición fisico-química de la membrana celular es la que determina qué moléculas pueden atravesarla libremente y qué moléculas no.Las moléculas no polares pequeñas atraviesan libremente una bicapa lipídica. Las moléculas polares relativamente grandes sin carga, o los pequeños iones (con carga) no pueden atravesar el interior hidrofóbico. El agua y otras moléculas polares pequeñas y sin carga difunden a través de la bicapa.La mayoría de las moléculas orgánicas de importancia biológica tienen grupos funcionales polares y, por lo tanto, son hidrofílicas; a diferencia del dióxido de carbono, el oxígeno y el agua, ellas no pueden atravesar libremente la barrera lipídica por difusión simple. De modo similar, los iones que son de importancia crucial en la vida de la célula no pueden difundir a través de la membrana. Aunque los iones individuales, como el sodio (Na+) y el cloruro (Cl-), son bastante pequeños, en solución acuosa se encuentran rodeadospor moléculas de agua y, tanto el tamaño como las cargas de los agregados resultantes impiden que los iones se deslicen a través de las aberturas momentáneas que sí permiten el pasaje de las moléculas de agua. El transporte de estos agregados y de todas las moléculas hidrofílicas, excepto las muy pequeñas, depende de proteínas integrales de membrana que actúan como transportadores, transfiriendo a las moléculas hacia uno y otro lado de la membrana sin que entren en contacto con su interior hidrofóbico. |
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Permeabilidad de.
Se pueden distinguir dos tipos principales de proteínas de transporte: las llamadas proteínas transportadoras o 'carrier' § y las proteínas formadoras de canales § (canales iónicos).
Las proteínas 'carrier' que se encuentran en la membrana plasmática o en la membrana que rodea a las organelas § son altamente selectivas. Lo que determina qué moléculas puede transportar es la configuración de la proteína, o sea, su estructura terciaria o, en algunos casos, cuaternaria. Aunque en el curso del proceso del transporte la proteína sufre típicamente cambios en la configuración, esa alteración no es permanente. Las proteínas 'carrier' son muy similares a las enzimas §, que son también altamente selectivas en cuanto a las moléculas con las que interactúan y no se alteran permanentemente por esas interacciones.
El modelo actual del mecanismo de transporte llevado a cabo por proteínas carrier sugiere que la proteína transportadora se uneespecíficamente a la molécula a transportar y sufre cambios temporales en su configuración provocados, en general, por la unión misma del soluto. Son estos cambios conformacionales los que permiten la transferencia del soluto a través de la membrana.
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En el sistema de transporte más simple, conocido como uniporte, un soluto en particular se mueve directamente a través de la membrana en una dirección. En el tipo de cotransporte conocido como simporte dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultáneamente y en el mismo sentido. Frecuentemente, un gradiente de concentración, que involucra a uno de los solutos transportados, impulsa el transporte del otro; por ejemplo, un gradiente de concentración de iones Na+ frecuentemente impulsa el cotransporte de moléculas de glucosa. En otro tipo de sistema de cotransporte, conocido como antiporte, dos solutos diferentes se mueven a través de la membrana, simultánea o secuencialmente en sentidos opuestos. La bomba Na+ - K+ es un ejemplo de sistema de cotransporte que implica un antiporte.Las proteínas que forman canales no se unen al soluto, sino que forman poros hidrofílicos que atraviesan la membrana permitiendo exclusivamente el pasaje de iones (canales iónicos); el tipo de ion se selecciona de acuerdo al tamaño y a la carga. Los canales iónicos se encuentran generalmente cerrados con una especie de 'compuerta', que impide el pasaje de iones por el poro. Los canales pueden abrirse por un intervalo de tiempo breve como respuesta a distintos tipos de estímulos, permitiendo el pasaje de un ion específico através de la membrana |
Las proteínas canal y muchas proteínas 'carrier' sólo pueden trasladar sustancias a través de la membrana en forma pasiva. Este pasaje mediado por proteínas se conoce como difusión facilitada §. La glucosa, por ejemplo, es una molécula hidrofílica que entra en la mayoría de las células por difusión facilitada. Dado que la glucosa se degrada rápidamente cuando entra en una célula, se mantiene un marcado gradiente de concentración entre el interior y el exterior. Sin embargo, cuando en el medio circundante hay un número muy grande de moléculas de glucosa, la velocidad de entrada no se incrementa más allá de un cierto punto; alcanza un pico y luego permanece estacionaria en ese nivel. Este límite a la velocidad de entrada es el resultado del número limitado de moléculas de la proteína de transporte específica de la glucosa que existen en la membrana celular.
El pasaje de iones a través de canales iónicos es más rápido que a través de las proteínas 'carrier', ya que no requiere la unión del ion con la proteína del poro. Durante el intervalo de tiempo en que el canal se encuentra abierto, los iones difunden rápidamente a favor de su gradiente electroquímico. Esta característica de los canales iónicos es fundamental en la transmisión de señales eléctricas -impulso nervioso §- en el sistema nervioso.
Tanto la difusión facilitada como la difusión simple son impulsadas por un gradiente de potencial químico. Las moléculas sin carga son transportadas simplemente a favor del gradiente, desde una región de mayor concentración a una de concentraciónmenor. Pero, si el soluto transportado tiene carga neta (iones) su transporte no sólo depende de su gradiente de concentración sino también de la diferencia de potencial eléctrico § a través de la membrana (diferencia de carga eléctrica a ambos lados de la membrana debida a la distribución desigual de iones). La fuerza total que mueve el soluto en este caso es la resultante de la combinación de ambos gradientes: el eléctrico y el químico. El gradiente resultante se denomina gradiente electroquímico §. Casi todas las membranas plasmáticas tienen una diferencia de potencial eléctrico, llamado potencial de membrana §, en el que el lado citoplasmático de la membrana es negativo respecto al lado externo.
Existen otras proteínas 'carrier' que pueden trasladar moléculas contra gradiente, proceso conocido como transporte activo §. En el transporte activo, las moléculas o iones se mueven contra el gradiente electroquímico, proceso análogo al de empujar una roca cuesta arriba y que requiere energía. El transporte activo es mediado siempre por proteínas 'carrier'; así, las proteínas 'carrier' están asociadas tanto al transporte pasivo (difusión facilitada) como al transporte activo, mientras que en los canales iónicos el transporte es únicamente pasivo.
El transporte activo requiere siempre un gasto de energía, que en algunos casos es liberada de la molécula de ATP § y en otros casos proviene de la energía potencial eléctrica asociada con el gradiente de concentración de un ion a través de la membrana. Por ejemplo, la glucosa es transportada desde la luz del intestino alcitoplasma de las células del epitelio intestinal. Este proceso de absorción de glucosa se realiza aunque la concentración de glucosa sea mayor en el interior de la célula, es decir contra su gradiente de concentración. Recordemos que este tipo de transporte es un cotransporte de glucosa y sodio (Na+). La energía para el movimiento de la glucosa contra su gradiente de concentración es aportada por la energía potencial eléctrica asociada al gradiente de concentración de Na+ generado, a su vez, por la bomba de sodio-potasio.
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Modelo de la bomba sodio-potasio.
| En el modelo de la bomba sodio-potasio, a. un ion Na+ proveniente del citoplasma se inserta con precisión en la proteína de transporte. b. Luego, una reacción química que involucra al ATP une un grupo fosfato (P) a la proteína, liberándose ADP (difosfato de adenosina). Este proceso da como resultado c. un cambio en la conformación de la proteína que hace que el Na+ sea liberado afuera de la célula. d. Un ion K+ en el espacio extracelular se inserta en la proteína de transporte, que en esta conformación ofrece una mejor acopladura para el K+ que para el Na+. e. El grupo fosfato luego se libera de la proteína, induciendo la conversión a la otra forma, y el ion K+ es liberado en el citoplasma. Ahora, la proteína está lista una vez más para transportar Na+hacia fuera de la célula.Para mayor claridad, se muestran en la figura solamente dos iones. Los estudios cuantitativos, sin embargo, han mostrado que cada secuencia de bombeo completotransporta tres iones Na+ hacia fuera y dos iones K+ hacia el interior de la célula. De esta forma, la actividad de la bomba de Na+ / K+ contribuye a generar parte del potencial eléctrico de membrana en las células animales.La bomba de sodio-potasio está presente en todas las células animales. La mayoría de las células mantienen un gradiente de concentración de iones sodio (Na+) y potasio (K+) a través de la membrana celular: el Na+ se mantiene a una concentración más baja dentro de la célula y el K+ se mantiene a una concentración más alta. El bombeo de iones Na+ y K+ es llevado a cabo por una proteína transportadora ('carrier'), que existe en dos configuraciones alternativas. Una configuración tiene una cavidad que se abre al interior de la célula, en la cual encajan los iones Na+; la otra tiene una cavidad que se abre hacia fuera, en la cual encajan los iones K+. El Na+ dentro de la célula se une a la proteína de transporte. Simultáneamente, una reacción que involucra al ATP, libera energía y da como resultado que un grupo fosfato se una a la proteína. Esto provoca un cambio de la proteína a la configuración alternativa y la liberación del Na+ en el lado externo de la membrana. Ahora, la proteína de transporte está lista para captar K+, lo cual da como resultado la liberación del grupo fosfato de la proteína, haciendo que ésta vuelva, así, a la primera configuración y libere al K+ en el interior de la célula. Como puede verse, este proceso generará un gradiente de iones Na+ y K+ a través de la membrana. La bomba de sodio-potasio, al regular el pasaje de estosiones, controla el volumen de las células animales. El gradiente generado por la bomba tiene asociada una energía potencial eléctrica que puede ser aprovechada en el transporte activo de otras sustancias que deben atravesar la membrana contra gradiente de concentración.La difusión facilitada, al igual que la difusión simple discutida previamente, es un proceso pasivo que no requiere despliegue energético por parte de la célula; el transporte activo, en cambio, requiere el gasto de energía celular. |
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Modos de transporte a través de la membrana celular: transporte pasivo (difusión simple y difusión facilitada) y transporte activo. | En la difusión simple y la difusión facilitada, las moléculas o iones se mueven a favor de un gradiente electroquímico. La energía potencial del gradiente electroquímico dirige estos procesos que son, en lo que concierne a la célula, pasivos. En el transporte activo, por el contrario, las moléculas o los iones se mueven contra un gradiente electroquímico. Para impulsar el transporte activo es necesaria la energía liberada por reacciones químicas celulares. Tanto la difusión facilitada como el transporte activo requieren de la presencia de proteínas integrales de membrana, específicas para el tipo de la sustancia que está siendo transportada. El transporte activo sólo puede ser realizado por las proteínas carrier, mientras que la difusión facilitada puede ser llevada a cabo tanto por las proteínas carrier como por las proteínas canal. |