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7.19: Regulación de la respiración celular - Control de Vías Catabólicas

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    Objetivos de aprendizaje
    • Explicar cómo se controlan las vías catabólicas

    Control de Vías Catabólicas

    Las enzimas, proteínas, portadores de electrones y bombas que desempeñan un papel en la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones tienden a catalizar reacciones no reversibles. Es decir, si la reacción inicial tiene lugar, la vía se compromete a proceder con las reacciones restantes. El hecho de que se libere una actividad enzimática particular depende de las necesidades energéticas de la célula (como se refleja en los niveles de ATP, ADP y AMP).

    Glicólisis

    El control de la glucólisis comienza con la primera enzima de la vía, la hexoquinasa. Esta enzima cataliza la fosforilación de la glucosa, lo que ayuda a preparar el compuesto para la escisión en un paso posterior. La presencia del fosfato cargado negativamente en la molécula también impide que el azúcar salga de la célula. Cuando se inhibe la hexoquinasa, la glucosa se difunde fuera de la célula y no se convierte en un sustrato para las vías respiratorias en ese tejido. El producto de la reacción de la hexoquinasa es glucosa-6-fosfato, que se acumula cuando se inhibe una enzima posterior, la fosfofructoquinasa.

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    Figura\(\PageIndex{1}\): Glicólisis: La vía de la glucólisis se regula principalmente en las tres etapas enzimáticas clave (1, 2 y 7) como se indica. Tenga en cuenta que los dos primeros pasos que están regulados ocurren temprano en la ruta e implican la hidrólisis de ATP.

    La fosfofructoquinasa es la principal enzima controlada en la glucólisis. Los altos niveles de ATP, citrato o un pH más bajo y más ácido disminuyen la actividad de la enzima. Un aumento en la concentración de citrato puede ocurrir debido a un bloqueo en el ciclo del ácido cítrico. La fermentación, con su producción de ácidos orgánicos como el ácido láctico, frecuentemente explica el aumento de la acidez en una célula; sin embargo, los productos de fermentación no suelen acumularse en las células.

    El último paso en la glucólisis es catalizado por la piruvato quinasa. El piruvato producido puede proceder a catabolizarse o convertirse en el aminoácido alanina. Si no se necesita más energía y la alanina está en el suministro adecuado, se inhibe la enzima. La actividad de la enzima aumenta cuando aumentan los niveles de fructosa-1,6-bisfosfato. (Recordemos que la fructosa-1,6-bisfosfato es un intermedio en la primera mitad de la glucólisis.) La regulación de la piruvato quinasa implica fosforilación, resultando en una enzima menos activa. La desfosforilación por una fosfatasa la reactiva. La piruvato quinasa también está regulada por ATP (un efecto alostérico negativo).

    Si se necesita más energía, más piruvato se convertirá en acetil CoA a través de la acción de la piruvato deshidrogenasa. Si se acumulan grupos acetilo o NADH, hay menos necesidad de la reacción y la velocidad disminuye. La piruvato deshidrogenasa también está regulada por la fosforilación: una quinasa la fosforila para formar una enzima inactiva y una fosfatasa la reactiva. La quinasa y la fosfatasa también están reguladas.

    Ciclo de ácido cítrico

    El ciclo del ácido cítrico se controla a través de las enzimas que catalizan las reacciones que producen las dos primeras moléculas de NADH. Estas enzimas son isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa. Cuando se dispone de niveles adecuados de ATP y NADH, las tasas de estas reacciones disminuyen. Cuando se necesita más ATP, como se refleja en el aumento de los niveles de ADP, la tasa aumenta. La α-cetoglutarato deshidrogenasa también se verá afectada por los niveles de succinilCoA, un intermedio posterior en el ciclo, provocando una disminución en la actividad. Una disminución en la velocidad de operación de la vía en este punto no es necesariamente negativa ya que el aumento de los niveles del α-cetoglutarato no utilizado por el ciclo del ácido cítrico puede ser utilizado por la célula para la síntesis de aminoácidos (glutamato).

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    Figura\(\PageIndex{1}\): Ciclo del ácido cítrico: Enzimas, isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa, catalizan las reacciones que producen las dos primeras moléculas de NADH en el ciclo del ácido cítrico. Las velocidades de reacción disminuyen cuando se alcanzan niveles suficientes de ATP y NADH.

    Cadena de transporte de electrones

    Las enzimas específicas de la cadena de transporte de electrones no se ven afectadas por la inhibición de retroalimentación, pero la velocidad de transporte de electrones a través de la ruta se ve afectada por los niveles de ADP y ATP. El mayor consumo de ATP por una célula se indica por una acumulación de ADP. A medida que disminuye el uso de ATP, la concentración de ADP disminuye: el ATP comienza a acumularse en la célula. Este cambio en la concentración relativa de ADP a ATP desencadena que la célula ralentice la cadena de transporte de electrones.

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    Figura\(\PageIndex{1}\): Transporte de cadena de electrones: Los niveles de ADP y ATP afectan la velocidad de transporte de electrones a través de este tipo de transporte en cadena.

    Puntos Clave

    • La glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones son vías catabólicas que producen reacciones no reversibles.
    • El control de la glucólisis comienza con la hexoquinasa, que cataliza la fosforilación de la glucosa; su producto es glucosa-6-fosfato, que se acumula cuando se inhibe la fosfofructoquinasa.
    • El ciclo del ácido cítrico se controla a través de las enzimas que descomponen las reacciones que producen las dos primeras moléculas de NADH.
    • La velocidad de transporte de electrones a través de la cadena de transporte de electrones se ve afectada por los niveles de ADP y ATP, mientras que las enzimas específicas de la cadena de transporte de electrones no se ven afectadas por la inhibición de retroalimentación.

    Términos Clave

    • fosfofructoquinasa: cualquiera de un grupo de enzimas cinasas que convierten fosfatos de fructosa en bifosfato
    • glucólisis: la vía metabólica celular de la glucosa de azúcar simple para producir ácido pirúvico y ATP como fuente de energía
    • quinasa: cualquiera de un grupo de enzimas que transfiere grupos fosfato de moléculas donantes de alta energía, como ATP, a moléculas diana específicas (sustratos); el proceso se conoce como fosforilación

    Contribuciones y Atribuciones

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