REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS

Las velocidades de las enzimas que catalizan reacciones en el equilibrio o próximas a él (DG^0'~0), se regulan por las concentraciones relativas de los sustratos y los productos.

En las reacciones que transcurren fuera del equilibrio (DG^0' -) los cambios en la concentración de los sustratos no ejercen efecto alguno sobre la velocidad de la reación

- En el equilibrio: J = 0   (v_f = v_r )
- Fuera del equilibrio: v_f >> v_r por lo que J = v_f

Podemos entonces sacar ciertas conclusiones importantes:

1) El flujo de una vía metabólica en estado estacionario es constante y está determinado por la velocidad de la(s) reacción(es) que transcurren fuera del equilibrio, también llamadas reacciones limitantes de la velocidad de la ruta metabólica.

2) Será necesario incrementar (o disminuir) enormemente la velocidad de cualquier enzima de una reacción fuera del equilibrio para poder modificar el flujo de la reacción. Esto se logra mediante interaciones alostéricas.

4) Para comprender cuáles son los puntos de regulación, debemos repasar la energética de toda la vía glucolítica.

Existen pues tres puntos de regulación: hexoquinasa, fosfofructoquinasa-1 (el punto más importante) y piruvato quinasa.

El mecanismo consiste en las interacciones alostéricas de ciertos compuestos, que actúan como moduladores (externos o internos) sobre las quinasas.

Regulación de la fosfofructoquinasa-1

  Esquema

Es el punto más importante de la regulación del flujo glicolítico:

1.- No hay monosacárido (salvo la fructosa hepática) que entre en la glucólisis y que no pase por la fosfofructoquinasa.
2.- Por la hexoquinasa no pasan las glucosas provenientes de la glucogenolisis.
3.- La piruvato quinasa es la última reacción de la glucólisis y no puede ser, por tanto, el pricipal punto regulador de la vía.

Fosfofructoquinasa-1:

- Tetrámero de 360 kDa
      - Cada subunidad tiene dos sitios de unión para el ATP

Estados conformacionales:
T R

Efectores alostéricos:
Inh.: ATP, Fosfocreatina
Act.: AMP, Pi, F6P, F2,6bP, F1,6bP.

1)Inhibición por ATP

El ATP se une a:
1) Centro activo (sustrato, que se une igual a las formas T y R) y
2) Sitio alostérico (ATP como inhibidor, que se une preferentemente a la forma T), ejerciendo como efector negativo.

La base estructural del comportamiento alostérico con ATP es conocida: interviene la Arg162 de cada subunidad y el segmento en el que está (a-hélice en la forma R) .

El ADP se une a su sitio alostérico de la enzima y con ello previene la unión del ATP al suyo, evitando que se pase al estado T. con ello, la presencia de ADP previene la inhibición ejercida por el ATP.

2) El AMP reduce la inhibición inducida por el ATP

El ATP y el AMP se pueden originar por la ación de dos enzimas:

Creatina quinasa:
Fosfocreatina + ADP ------> ATP + Creatina

Adenilato quinasa:
2ADP  ------------------> ATP  +  AMP

La adenilato quinasa amplifica la señal metabólica de pequeños descensos en [ATP] en las células musculares:

En el músculo:

[ATP] = 50 [AMP]
[ATP] = 10 [ADP]

Un descenso del 10%[ATP] (1 a 0.9 mM) prococará:

- 100% incremento [ADP] (0.1 a 0.2 mM)
- 400% incremento [AMP] (0.02 a 0.1 mM)

3) Papel de la fructosa-2,6-bis-fosfato

fosfofructoquinasa-2

fructosa-6-P   +  ATP  --------------------------------->  ADP  +  fructosa-2,6-bis-P

Es el activador alostérico más potente (0.1 mM) de la PFK-1, siempre que exista AMP. Es decir, para anular la inhibición del ATP, AMP y f2,6bP deben estar presentes.

La fructosa-2,6-bis-P impide queel flujo glicolítico se detenga cuando haya ciertos niveles de ATP en la célula.

4) Papel regulador del "ciclo de fructosa-6-P"

Los mecanismos alostéricos sobre la PFK, por sí solos, no pueden explicar cómo se logran los incrementos del 100% en el flujo glucolítico que a veces se producen en la célula.

La reacción catalizada por la PFK transcurre fuera del equilibrio, por lo que cambios en v_f   no afectarán el flujo a través de esa reación.

El recurso para incrememtar el flujo J  es originar un "ciclo de sustrato" con la F6P, utilizando la enzima fructosa-1-6-bis-fosfatasa.

fructosa-1-6-bis-fosfatasa

fructosa-1,6-bis-fosfato   +  H₂O ---------------------------------------->   fructosa-6-P  +  P_i

            DG =  - 2.0 kcal/mol

Con esa enzima el sustrato está contínuamente regenerándose (entrando en un cíclo fútil, también denominado "ciclo de sustrato"), y ralentizando el flujo de la reacción.

La acción conjunta de los activadores alostéricos y del ciclo de la F6P explican el elevado aumento del flujo glucolítico ante pequeñas variaciones de aquéllos.

Regulación de la hexoquinasa

  Esquema

Inhibida por Glc-6-P

Activada por P_i

Regulación de la piruvatoquinasa

  Esquema

Inhibida por Fosfocreatina y ATP

Activada por ADP y fructosa-2,6-bis-P