ENZIMAS CLAVE

La glucólisis o glicólisis es la vía metabólica encargada

de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10

reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en

dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así

continuar entregando energía al organismo

EC 2.7.1.1

Tipo Transferasa (Subclase quinasa)

Coenzimas/

Cofactores

Mg2+

ATP

InhibidoresG6P

ATP

Km 0.032-3.8 mM

ΔG°´-16.7

-20.9 ( Músculo cardiaco)

ΔG -27.2 ( Músculo cardiaco)

Isoenzimas

Hexoquinasa 1

Isoforma 1 (HKI): presente en todas las

células.

Isoforma 2 (HK-R): en eritrocitos.

Isoforma 3 y 4 (HKI-ta/tb): tejido testicular.

Isoforma 5 (HKI-td): tejido testicular.

Hexoquinasa 2: predominantemente en

músculo esquelético. Su expresión esta

modulada por la insulina.

Hexoquinasa 3: se encuentra en leucocitos

Hexoquinasa 4 (Glucoquinasa)

Isoforma 2: principal isoforma expresada en

hígado.

Isoforma 3: específica del hígado

Estructura 3D de hexoquinasa de levadura.

Hexoquinasa libre (a) y hexoquinasa unida a

glucosa (b).

Regulación

Hígado Es inhibida por G6PKm=10nM

Músculo No es inhibida por G6PKm=o.1mM

Regulación glucoquinasaComparación de la cinética de la hexoquinasa IV

(glucoquinasa) y hexoquinasa I

EC 2.7.1.11

Tipo Tranferasa

Estructura Homotetrámero

Coenzimas/Cofactores

Mg2+

Co2+

Mn2+

Activadores

AMP

ADP

cAMP

FBP

F26BP

F6P

NH+4

Pi

Inhibidores

ATP

Citrato

Fofoenolpiruvato

Km(mM)0.0151-0.25 (ATP)

0.047-0.45 (Fructosa 6-fosfato)

ΔG°´(kJ/mol)-14.7

-17.2(Músculo cardiaco)

ΔG(kJ/mol) -25.9(Músculo cardiaco)

Isoenzimas

PFK-1: principal enzima reguladora de la glucólisis.PFK-2: cataliza la formación de fructosa-2,6-difosfato

(F2,6P).

Tetrámero de PFK (Homo sapiens)

Regulación

Es una enzima alostérica.

Presenta:

Conformación T: Poca afinidad por F6P.

Conformación R:Afinidad por F6P.

Relación [F6P] mM vs actividad de

PFK

Imagen sobrepuesta de los cambios en estado T

(azul) y estado R (rojo). *PGC es un inhibidor no

fisiológico análogo a PEP

EC 2.7.1.40

Tipo Transferasa

Estructura

Dímero

Homotetrámero

Tetrámero

Coenzimas/Cofacto

res

K+

Mg2+

Mn2+

ADP

ATP

Activadores

AMP

PEP

FBP

InhibidoresATP (Músculo)

Alanina

Km(mM)0.24-14.1(ADP)

0.0003-2.1(Fosfoenolpiruvato)

ΔG°´(kJ/mol)-31.4

-23 (Músculo cardiaco)

ΔG(kJ/mol) -13.9 (Músculo cardiaco)

Isoezimas

En vertebrados se presentan 4:

L (Hígado)

R (Eritrocitos)

M1(Músculos, corazón y cerebro)

M2

RegulaciónEn una enzima alostérica

En hígado se desactiva por fosforilación en respuesta a glucagón.

Inhibición por ATP, acetyl Co-A y ácidos grasos

Activación por acumulación de F16BP

Inhibición por acumulación de alanina

Implicaciones clínicas

La deficiencia en piruvato quinasa, debida a una mutación en el gen

PK-LR, origina alteraciones únicamente, en los eritrocitos, porqueestas células no son capaces de compensar el defecto enzimático.Por ello, la deficiencia de esta enzima es causa principal de laanemia hemolítica no esferocítica que puede provocar incluso lamuerte de los pacientes.

Los fármacos utilizados para inhibir a la PK (leishmaniosis) Puedenalterar las funciones hepática y renal.

Principal fuente de obtención de poderreductor en forma de NADPH y que ademáspermite la obtención de una variedad demonosacáridos.

EC 1.1.1.49

Tipo Oxidoreductasa

EstructuraPuede existir en forma

dimérica o tetramérica

Activadores Insulina

Inhibidores

NADPH

2,3-difosfoglicerato

ATP

Glucosa

Km(µM)7.07(NADP)

52 (G6P)

ΔG(kJ/mol) -17.6 (Hígado)

Regulación

Es regulada por la concentración de NADP+

(disposición de substrato). Cuando se consumeNADPH, la concentración de NADP+ incrementa, loque incrementa el ritmo de la reacción de laglucosa 6-fosfato deshidrogenasa y por tantoestimulando la regeneración de NADPH.

Implicación clínica

La deficiencia de la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) es el trastorno enzimático

más frecuente del glóbulo rojo (GR). Tanto la disminución como la ausencia de la enzima aumentan la vulnerabilidad del GR al estrés oxidativo provocado por algunos fármacos o la ingesta de habas.

Favismo: Es una intolerancia a la ingestión de habas o a la inhalación del polen de la planta Vicia faba originaria de Asia de la que proviene dicha legumbre.

Los individuos sensibles tienendisminuidos los niveles de glucosa6-fosfatodeshidrogenasa (G6PD) y los deglutatión reducido (GSH) de susglóbulos rojos.El organismo mantiene nivelesadecuados de GSH por la acción de laglutatión reductasa, a partir delglutatión oxidado (GSSG), con elNADPH. Al disminuir los niveles deNADPH no puede reducir el GSSGagravando la disminución de GSH.

Principal ruta anabólica parala síntesis de glucosa apartir de intermediariosmetabólicos, principalmenteel piruvato.

En mamíferos se lleva a caboúnicamente en el hígado yen la corteza renal.

Ocurre principalmente en elcitosol, si bien el primerpaso ocurre en el interior dela mitocondria.

EC 6.4.1.1

Tipo Ligasa

Estructura

Homotetrámero

~130 Kd (cada

subunidad)

Coenzimas/Cofactores

Biotina

ATP

Mg2+

Mn2+

ActivadoresAcetil-CoA

Biotina

Inhibidores L-aspartato

Km(mM)

0.22-0.25 (ATP)

1.75-3.2(HCO3-)

0.08-0.23(Piruvato)

ΔG°´(kJ/mol) -2.1

Piruvato + HCO3- + ATP Oxalacetato +

ADP + Pi

RegulaciónEs regulada por las concentraciones de acetil-CoA, la acumulación de este indica que se requiere la producción de oxalacetato.El acetil-Coa es un potente activador alostérico de esta enzima.Si el ciclo del ácido cítrico esta inhibido (por ATP o NADH) el oxalacetato es

utilizado en la gluconeogénesis.

Implicación clínica

Las células malignas presentan actividad glicolítica incrementada

también, se ha encontrado actividad elevada de PC en tumoreshepáticos, lo que demuestra que una función elevada anormal de PCde relaciona con la proliferación de células tumorales.

Tratamiento por inhibición

Uno de los inhibidores probados hasta hoy es la avidina, unaglicoprotíena de la clara de huevo. Esta tiene una alta afinidad por labiotina, lo que lo vuelve un potente inhibidor de enzimas dependientede biotina

EC 4.1.1.32

Tipo Liasa

EstructuraMonómero

~630 residuos

Coenzimas/

Cofactores

GTP

Mg2+

Mn2+

Activadores Mn2+ (óptima a 0.7mM)

Inhibidores Mn2+ (a concentraciones mayores de 0.7mM)

Km(mM)

0.034-20.6 (GDP)

0.023-0.064(GTP)

6.8-20.7(Oxalacetato)

0.036-1.256 (Fosfoenolpiruvato)

ΔG°´(kJ/mol) 0.9

ΔG (kJ/mol) -25

IsoenzimasPEPCK1 o PEPCK-C: Citosólica

PEPCK2 o PEPCK-M: Mitocondrial

Cataliza la hidrólisis irreversible del fosfato C-1 presente en la fructosa 1,6-bifosfato.

Fructosa 1,6-bifosfato + H2O Fructosa 6-fosfato + Pi

EC 3.1.3.11

Tipo Hidrolasa

Estructura

Tetrámero

36.842 kD

338 aminoácidos

Coenzimas/Cofactores Mg2+

ActivadoresK+

Citrato

Inhibidores

Fructosa 2,6-bifosfato

AMP

Ca2+

Km(mM) 0.00077-0.0034

ΔG°´(kJ/mol) -16.3

Regulación PKF vs regulación FBPase

Cataliza la reacción final de la gluconeogénesis.

Glucosa 6-fosfato + H2O Glucosa + Pi

EC 3.1.3.9

Tipo Hidrolasa

Coenzimas/Cof

actoresMg2+

Activadores

Mg2+

Glucosa (en altas

concentraciones)

Inhibidores Insulina

Km(mM)1-4.3 (Glucosa 6-

fosfato)

ΔG°´(kJ/mol) -13.8

En un efector alostérico para las PFK y para FBPase-1.

La fructosa 2,6-bifosfato es producida a través dela fosforilación de la fructosa 6-fosfato, por laenzima fosfofructoquinasa-2 (PFK-2) y esdegradada por fructosa 2,6-bifosfatasa (FBPase-2)

Los puntos clave para la diferenciación

y control de ambas rutas son:

Hexoquinasa/Glucosa 6-fosfatasa

Fosfofructoquinasa/Fructosa 1,6-bifosfatasa

Piruvato quinasa/Piruvato carboxilasa y Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa

Consulta de características de enzimas en: BRENDA (www.brenda-enzymes.org) y UniProt(www.uniprot.org/)

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Universidad de Buenos Aires. Bioquímica (Regulación Metabólica) www.fmed.uba.ar/depto/bioqhum/Seminario%2019%20Integracion%20metabolica%20(2).pdf