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¿Por qué las células no almacenan glucosa?

¿Por qué las células no almacenan glucosa?


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Entiendo que la glucosa es soluble y, por lo tanto, las células no la almacenan. Sin embargo, mi profesor dijo que también tengo que decir que "tendría un efecto osmótico en la célula". No entiendo lo que eso significa.


El problema aquí se puede explicar por las propiedades coligativas:

En resumen, las propiedades coligativas son propiedades que dependen de la concentración de las moléculas, pero no de la escribe de esas moléculas. Y la presión osmótica es una propiedad coligativa.

Dicho esto, tenga en cuenta que 10 moléculas de un polisacárido enorme en un volumen dado o 10 moléculas de un monosacárido pequeño en el mismo volumen dado tendrán la mismo presión osmótica.

Entonces, imaginemos que la célula necesita una determinada cantidad de glucosa. Digamos 1000 moléculas, solo por un ejemplo simplificado. La presión osmótica se puede calcular (asumiendo que el factor de Van't Hoff es 1):

π = MRT

Donde M es la concentración molar, R es la constante del gas ideal y T es la temperatura absoluta.

Por lo tanto, la presión osmótica creada por esas 1000 moléculas se puede calcular teniendo en cuenta su concentración molar.

Sin embargo, si simplemente polimerizamos esas 1000 moléculas de glucosa en un polisacárido enorme (ya sea almidón, glucógeno o celulosa, no importa) ...

1000 moléculas de glucosa → 1 molécula de almidón

… La concentración molar será 1000 veces menor y la presión osmótica caerá 1000 veces.

Como los números reales son mucho más altos que este ejemplo simplificado, podemos entender claramente que las células evitan almacenar glucosa para evitar una presión osmótica mortal, en la que la célula explota debido a la cantidad de agua que ingresa (especialmente las células animales, que no tienen paredes que podrían evitar que la membrana se rompa).


La mayoría ha entendido mal algo ... Las células almacenan glucosa, sin embargo, lo hacen combinando moléculas de glucosa en moléculas de almacenamiento más largas, como almidón o glucógeno. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Glycogen


Ellas hacen. Algunas células pueden almacenar glucosa.

En los seres humanos, las células del hígado y las células musculares almacenan glucosa en forma de glucógeno, que es un polímero de la glucosa (= una cadena de glucosa).

Las células musculares pueden utilizarlo durante su contracción. El hígado lo usa para ponerlo en la sangre y mantener estable el azúcar en sangre.

Sin embargo, no es la forma preferida de almacenamiento de energía: la energía se almacena en triglicéridos (= grasas).

Una teoría que explica esto es que:

El glucógeno es hidrófilo: está muy hidratado, por lo que se necesita mucho espacio. Los triglicéridos son lipófilos: se necesita menos espacio para la energía equivalente. Por lo tanto, el almacenamiento de glucógeno es limitado. En las células musculares, el almacenamiento de glucógeno se utiliza después de unos 40 minutos (a menos que esté entrenado para la resistencia) y en el hígado, el glucógeno dura unas 24 horas.


Tal vez hizo la pregunta ¿Por qué las células no almacenan glucosa? Respuesta: Las células almacenan glucosa en forma de glucógeno. La glucosa es soluble o disuelta y tiene un mayor efecto osmótico, por lo que las células pueden hincharse, lo que significa que puede agrandarse debido al almacenamiento directo de glucosa. Espero que te resulte muy claro y te resulte útil


Es posible que tenga dificultades con la pregunta: "¿Por qué las células no almacenan glucosa?"

Las células ya tienen glucosa en forma de glucógeno; convierten la glucosa en glucógeno. Esto se debe a que la glucosa es soluble y puede disolverse, como resultado, la célula se volverá turgente. ¡La celda finalmente explotará en el punto extremo!

Espero que hayas dado en el blanco.


Metabolismo de moléculas distintas a la glucosa.

Ha aprendido sobre el catabolismo de la glucosa, que proporciona energía a las células vivas. Pero los seres vivos consumen algo más que glucosa como alimento. ¿Cómo un sándwich de pavo, que contiene varios carbohidratos, lípidos y proteínas, proporciona energía a sus células?

Básicamente, todas estas moléculas de los alimentos se convierten en moléculas que pueden ingresar a la vía de respiración celular en algún lugar. Algunas moléculas entran en la glucólisis, mientras que otras entran en el ciclo del ácido cítrico. Esto significa que todas las vías catabólicas de los carbohidratos, proteínas y lípidos eventualmente se conectan a la glucólisis y a las vías del ciclo del ácido cítrico. Las vías metabólicas deben considerarse porosas, es decir, las sustancias entran por otras vías y otras sustancias salen por otras vías. Estas vías no son sistemas cerrados. Muchos de los productos en una vía particular son reactivos en otras vías.


Biología celular molecular. 4ª edición.

La producción de energía, su almacenamiento y su uso son tan fundamentales para la economía de la célula como para la gestión de los recursos mundiales. Las células requieren energía para hacer todo su trabajo, incluida la síntesis de azúcares a partir del dióxido de carbono y el agua en la fotosíntesis, la contracción de los músculos y la replicación del ADN. La energía puede definirse como la capacidad para realizar un trabajo, un concepto que es fácil de comprender cuando se aplica a motores de automóviles y plantas de energía eléctrica. Sin embargo, cuando consideramos la energía asociada con enlaces químicos y reacciones químicas dentro de las células, el concepto de trabajo se vuelve menos intuitivo.


¿Cómo funciona la diabetes?

Lo más probable es que conozcas a alguien con diabetes mellitus, posiblemente incluso alguien que tenga que inyectarse insulina todos los días para controlar la enfermedad. La diabetes es un problema de salud creciente en los Estados Unidos y se ha multiplicado por seis desde 1950, y ahora afecta a aproximadamente 20,8 millones de estadounidenses. Aproximadamente un tercio de esos 20,8 millones no saben que tienen la enfermedad. Los costos de atención médica relacionados con la diabetes suman casi $ 100 mil millones por año y están aumentando. La diabetes contribuye a más de 200.000 muertes cada año.

Para comprender la diabetes, primero debe saber cómo usa su cuerpo una hormona llamada insulina para manejar la glucosa, un azúcar simple que es su principal fuente de energía. En la diabetes, algo va mal en su cuerpo, por lo que no produce insulina o no es sensible a ella. Por lo tanto, su cuerpo produce altos niveles de glucosa en sangre, que actúan sobre muchos órganos para producir los síntomas de la enfermedad.

En este artículo, examinaremos esta grave enfermedad. Veremos cómo su cuerpo maneja la glucosa. Descubriremos qué es la insulina y qué hace, cómo la falta de insulina o la insensibilidad a la insulina afectan las funciones de su cuerpo para producir los síntomas de la diabetes, cómo se trata actualmente la enfermedad y qué tratamientos futuros les deparan a los diabéticos.

Glucosa e insulina en sangre

Dado que la diabetes es una enfermedad que afecta la capacidad de su cuerpo para utilizar la glucosa, comencemos por analizar qué es la glucosa y cómo la controla su cuerpo. Glucosa es un azúcar simple que proporciona energía a todas las células de su cuerpo. Las células toman glucosa de la sangre y la descomponen para obtener energía (algunas células, como las células del cerebro y los glóbulos rojos, dependen únicamente de la glucosa como combustible). La glucosa en la sangre proviene de los alimentos que ingiere.

Cuando ingiere alimentos, la glucosa se absorbe en los intestinos y se distribuye por el torrente sanguíneo a todas las células de su cuerpo. Su cuerpo intenta mantener un suministro constante de glucosa para sus células manteniendo una concentración constante de glucosa en su sangre; de ​​lo contrario, sus células tendrían glucosa más que suficiente justo después de una comida y pasarían hambre entre las comidas y durante la noche. Entonces, cuando tiene un exceso de glucosa, su cuerpo almacena el exceso en el hígado y los músculos al producir glucógeno, largas cadenas de glucosa. Cuando hay escasez de glucosa, su cuerpo moviliza la glucosa del glucógeno almacenado y / o lo estimula a comer. La clave es mantener un nivel constante de glucosa en sangre.

Para mantener un nivel constante de glucosa en sangre, su cuerpo depende de dos hormonas producidas en el páncreas que tienen acciones opuestas: insulina y glucagón.

Insulina es hecho y secretado por el células beta de El islotes pancreáticos, pequeñas islas de células endocrinas en el páncreas. La insulina es una hormona proteica que contiene 51 aminoácidos. Casi todas las células del cuerpo necesitan insulina, pero sus principales objetivos son las células del hígado, las células grasas y las células musculares. Para estas células, la insulina hace lo siguiente:

  • Estimula las células del hígado y los músculos para almacenar glucosa en glucógeno.
  • Estimula las células grasas para que formen grasas a partir de ácidos grasos y glicerol.
  • Estimula las células del hígado y los músculos para producir proteínas a partir de aminoácidos.
  • Inhibe que las células del hígado y del riñón produzcan glucosa a partir de compuestos intermedios de las vías metabólicas (gluconeogénesis)

Como tal, la insulina almacena nutrientes inmediatamente después de una comida al reducir las concentraciones de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos en el torrente sanguíneo.

Consulte la página siguiente para obtener más información sobre el glucagón.

Niveles de glucagón y azúcar en sangre

Entonces, ¿qué pasa cuando no comes? En tiempos de ayuno, su páncreas libera glucagón para que su cuerpo pueda producir glucosa. Glucagón es otra hormona proteica que es producida y secretada por el células alfa de los islotes pancreáticos. El glucagón actúa sobre las mismas células que la insulina, pero tiene los efectos opuestos:

  • Estimula el hígado y los músculos para descomponer el glucógeno almacenado (glucogenólisis) y libera la glucosa
  • Estimula la gluconeogénesis en el hígado y los riñones.

A diferencia de la insulina, el glucagón moviliza la glucosa de las reservas dentro de su cuerpo y aumenta las concentraciones de glucosa en el torrente sanguíneo; de lo contrario, su glucosa en sangre descendería a niveles peligrosamente bajos.

Entonces, ¿cómo sabe su cuerpo cuándo secretar glucagón o insulina? Normalmente, los niveles de insulina y glucagón se equilibran en el torrente sanguíneo. Por ejemplo, justo después de comer, su cuerpo está listo para recibir la glucosa, los ácidos grasos y los aminoácidos absorbidos de los alimentos. La presencia de estas sustancias en el intestino estimula a las células beta pancreáticas para que liberen insulina a la sangre e inhiben que las células alfa pancreáticas secreten glucagón. Los niveles de insulina en la sangre comienzan a aumentar y actúan sobre las células (particularmente el hígado, la grasa y los músculos) para absorber las moléculas entrantes de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos. Esta acción de la insulina evita que la concentración de glucosa en sangre (así como las concentraciones de ácidos grasos y aminoácidos) aumente sustancialmente en el torrente sanguíneo. De esta manera, su cuerpo mantiene una concentración constante de glucosa en sangre en particular.

Por el contrario, cuando está entre comidas o durmiendo, su cuerpo esencialmente se muere de hambre. Sus células necesitan suministros de glucosa de la sangre para poder seguir funcionando. Durante estos momentos, ligeras caídas en los niveles de azúcar en sangre estimulan la secreción de glucagón de las células alfa pancreáticas e inhiben la secreción de insulina de las células beta. Los niveles de glucagón en sangre aumentan. El glucagón actúa sobre el tejido del hígado, los músculos y los riñones para movilizar la glucosa del glucógeno o para producir glucosa que se libera en la sangre. Esta acción evita que la concentración de glucosa en sangre caiga drásticamente.

Como puede ver, la interacción entre las secreciones de insulina y glucagón a lo largo del día ayuda a mantener constante la concentración de glucosa en sangre, manteniéndose en aproximadamente 90 mg por 100 ml de sangre (5 milimolar).

En concentraciones muy altas, generalmente por encima de los niveles máximos que se encuentran en el cuerpo, el glucagón puede actuar sobre las células grasas para descomponer las grasas en ácidos grasos y glicerol, liberando los ácidos grasos en el torrente sanguíneo. Sin embargo, este es un efecto farmacológico, no fisiológico.

Ahora que sabe cómo su cuerpo maneja la glucosa con insulina y glucagón, está listo para comprender la diabetes. La diabetes se clasifica en tres tipos: tipo 1, tipo 2 y diabetes gestacional.

Tipo 1 (también llamado diabetes juvenil o diabetes insulinodependiente) es causada por la falta de insulina. Este tipo se encuentra entre el cinco y el 10 por ciento de los diabéticos y generalmente se presenta en niños o adolescentes. Los diabéticos tipo 1 tienen una prueba de tolerancia a la glucosa anormal y poca o ninguna insulina en la sangre. En los diabéticos tipo 1, las células beta de los islotes pancreáticos son destruidas, posiblemente por el propio sistema inmunológico de la persona, factores genéticos o ambientales.

Tipo 2 (también llamado diabetes de inicio en la edad adulta o diabetes no insulinodependiente) ocurre cuando el cuerpo no responde o no puede usar su propia insulina (resistencia a la insulina). El tipo 2 ocurre en el 90 al 95 por ciento de los diabéticos y generalmente ocurre en adultos mayores de 40 años, con mayor frecuencia entre las edades de 50 y 60. Los diabéticos tipo 2 tienen una prueba de tolerancia a la glucosa anormal y niveles de insulina más altos de lo normal en su sangre. En los diabéticos tipo 2, la resistencia a la insulina está relacionada con la obesidad, pero no sabemos exactamente cómo ocurre esto. Algunos estudios sugieren que se reduce el número de receptores de insulina en las células del hígado, la grasa y los músculos, mientras que otros sugieren que las vías intracelulares activadas por la insulina en estas células están alteradas.

Diabetes gestacional puede ocurrir en algunas mujeres embarazadas y es similar a la diabetes tipo 2. Los diabéticos gestacionales tienen una prueba de tolerancia a la glucosa anormal y niveles de insulina ligeramente más altos. Durante el embarazo, varias hormonas bloquean parcialmente las acciones de la insulina, lo que hace que la mujer sea menos sensible a su propia insulina. Desarrolla una diabetes que se puede controlar con dietas especiales y / o inyecciones suplementarias de insulina. Por lo general, desaparece después del nacimiento del bebé.

Independientemente del tipo de diabetes, los diabéticos presentan varios (pero no necesariamente todos) de los siguientes síntomas:

  • Sed excesiva (polidipsia)
  • Micción frecuente (poliuria)
  • Hambre extrema o alimentación constante (polifagia)
  • Pérdida de peso inexplicable
  • Presencia de glucosa en la orina. (glucosuria)
  • Cansancio o fatiga
  • Cambios en la visión
  • Entumecimiento u hormigueo en las extremidades (manos, pies)
  • Heridas o llagas de curación lenta
  • Frecuencia de infección anormalmente alta

Estos síntomas se pueden entender cuando vemos cómo la deficiencia de insulina o la resistencia a la insulina afectan la fisiología del cuerpo.

El nombre & quot; diabetes mellitus & quot significa & quot;orina dulce. & quot; Procede de la antigüedad, cuando los médicos probaban la orina de un paciente como parte del diagnóstico.

Una prueba de tolerancia a la glucosa es una prueba de diagnóstico para la diabetes. Después de ayunar durante la noche, se le da una solución de azúcar concentrada (50 a 100 gramos de glucosa) para beber y se toman muestras de sangre periódicamente durante las próximas horas para evaluar sus niveles de glucosa. Normalmente, la glucosa en sangre no aumenta mucho y vuelve a la normalidad en dos o tres horas. En un diabético, la glucosa en sangre suele ser más alta después del ayuno, aumenta más después de la solución de glucosa y tarda de cuatro a seis horas en bajar.


Glucosa y ATP

Moléculas portadoras de energía

Sabes que el pescado que almorzaste contenía moléculas de proteína. Pero, ¿sabes que los átomos de esa proteína podrían haber formado fácilmente el color en el ojo de una libélula y rsquos, el corazón de una pulga de agua y la cola en forma de látigo de un ojo? Euglena antes de que lleguen a tu plato como músculo de pescado elegante? Los alimentos consisten en moléculas orgánicas (que contienen carbono) que almacenan energía en los enlaces químicos entre sus átomos. Los organismos usan los átomos de las moléculas de los alimentos para construir moléculas orgánicas más grandes, incluidas las proteínas, el ADN y las grasas (lípidos), y usan la energía de los alimentos para impulsar los procesos de la vida. Al romper los enlaces en las moléculas de los alimentos, las células liberan energía para construir nuevos compuestos. Aunque parte de la energía se disipa en forma de calor en cada transferencia de energía, gran parte se almacena en las moléculas recién creadas. Los enlaces químicos en las moléculas orgánicas son un depósito de la energía que se utiliza para fabricarlas. Impulsadas por la energía de las moléculas de los alimentos, las células pueden combinar y recombinar los elementos de la vida para formar miles de moléculas diferentes. Tanto la energía (a pesar de alguna pérdida) como los materiales (a pesar de estar reorganizados) pasan del productor al consumidor y tal vez de las colas de algas, los corazones de pulgas de agua, los colores de los ojos de las libélulas, el músculo de pescado, ¡a ti!

El proceso de fotosíntesis, que generalmente inicia el flujo de energía a través de la vida, utiliza muchos tipos diferentes de moléculas portadoras de energía para transformar la energía de la luz solar en energía química y construir alimentos. Algunas moléculas portadoras retienen la energía brevemente y la desplazan rápidamente como una papa caliente a otras moléculas. Esta estrategia permite que se libere energía en cantidades pequeñas y controladas. Un ejemplo comienza en clorofila, el pigmento verde presente en la mayoría de las plantas, que ayuda a convertir la energía solar en energía química. Cuando una molécula de clorofila absorbe energía luminosa, los electrones se excitan y "saltan" a un nivel de energía más alto. Los electrones excitados luego rebotan en una serie de moléculas portadoras, perdiendo un poco de energía en cada paso. La mayor parte de la energía "perdida" impulsa alguna pequeña tarea celular, como mover iones a través de una membrana o formar otra molécula. Otro portador de energía a corto plazo importante para la fotosíntesis, NADPH, retiene la energía química un poco más, pero pronto la gasta para ayudar a generar azúcar.

Dos de las moléculas portadoras de energía más importantes son glucosa y trifosfato de adenosina, comúnmente conocido como ATP. Estos son combustibles casi universales en todo el mundo viviente y ambos son actores clave en la fotosíntesis, como se muestra a continuación.

Glucosa

Una molécula de glucosa, que tiene la fórmula química C6H12O6, lleva un paquete de energía química del tamaño adecuado para su transporte y absorción por las células. En su cuerpo, la glucosa es la forma de energía "liberable", que se transporta en la sangre a través de los capilares hasta cada una de sus 100 billones de células. La glucosa también es el carbohidrato producido por la fotosíntesis y, como tal, es el alimento casi universal para la vida.

La glucosa es el producto rico en energía de la fotosíntesis, un alimento universal de por vida. También es la forma principal en la que su torrente sanguíneo entrega energía a cada célula de su cuerpo.

Las moléculas de ATP almacenan cantidades más pequeñas de energía, pero cada una libera la cantidad justa para trabajar realmente dentro de una célula. Las proteínas de las células musculares, por ejemplo, se atraen entre sí con la energía liberada cuando los enlaces en el ATP se abren (discutido a continuación). El proceso de fotosíntesis también produce y usa ATP, ¡para obtener energía para construir glucosa! El ATP, entonces, es la forma de energía utilizable para sus células. El ATP se conoce comúnmente como la moneda de cotización de la energía de la celda.

¿Por qué necesitamos tanto glucosa como ATP?

¿Por qué don & rsquot las plantas solo producen ATP y terminan con él? Si la energía fuera dinero, el ATP sería una cuarta parte. Dinero suficiente para operar un parquímetro o una lavadora. La glucosa sería un billete de diez dólares y mucho más fácil de llevar en la billetera, pero demasiado grande para hacer el trabajo real de pagar el estacionamiento o el lavado. Así como encontramos útiles varias denominaciones de dinero, los organismos necesitan varias "denominaciones" de energía: una cantidad menor para el trabajo dentro de las células y una cantidad mayor para el almacenamiento, transporte y entrega estables a las células. (En realidad, una molécula de glucosa costaría alrededor de $ 9.50, ya que en las condiciones adecuadas, se producen hasta 38 ATP por cada molécula de glucosa).

Echemos un vistazo más de cerca a una molécula de ATP. Aunque transporta menos energía que la glucosa, su estructura es más compleja. La "A" en ATP se refiere a la mayoría de la molécula, adenosina, una combinación de una base nitrogenada y un azúcar de cinco carbonos. El & quot; TP & quot; indica los tres fosfatos, unidos por enlaces que contienen la energía realmente utilizada por las células. Por lo general, solo el enlace más externo se rompe para liberar o gastar energía para el trabajo celular.

Una molécula de ATP, que se muestra en Figura a continuación, es como una batería recargable: su energía puede ser utilizada por la celda cuando se descompone en ADP (difosfato de adenosina) y fosfato, y luego la `` batería gastada '' ADP se puede recargar usando nueva energía para unir un nuevo fosfato y reconstruir ATP. Los materiales son reciclables, ¡pero recuerda que la energía no lo es!

¿Cuánta energía cuesta hacer funcionar tu cuerpo y tus rsquos? Una sola célula usa alrededor de 10 millones de moléculas de ATP por segundo y recicla todas sus moléculas de ATP aproximadamente cada 20-30 segundos.

Una flecha muestra el enlace entre dos grupos fosfato en una molécula de ATP. Cuando este enlace se rompe, su energía química puede realizar un trabajo celular. La molécula de ADP resultante se recicla cuando la nueva energía une otro fosfato, reconstruyendo el ATP.


¿Cómo captan la glucosa los glóbulos rojos?

La glucosa viaja desde la luz intestinal hacia las células epiteliales intestinales a través del transporte activo y luego ingresa a los glóbulos rojos a través de una difusión facilitada. GLUT-1 es uno de los principales transportadores de glucosa para los glóbulos rojos. Los transportadores de glucosa de glóbulos rojos GLUT-1 están regulados por niveles intracelulares de ATP y AMP. Eso significa que los glóbulos rojos absorberán glucosa solo dependiendo de la cantidad de ATP o AMP que tengan dentro de sus células. Cuando la proporción de AMP: ATP es alta, eso significa que nuestros niveles de glucosa en sangre son bajos. Necesitamos más glucosa, por lo que el transportador de glucosa GLUT 1 se abre y absorbe más glucosa en los glóbulos rojos.

Cuando la relación AMP: ATP es alta, eso significa que los glóbulos rojos necesitan más glucosa para generar más energía y ATP.

  • AMP alto: ATP
  • La glucosa intracelular es BAJA (¡necesitamos más glucosa adentro, lo antes posible!) = BAJA tasa de glucólisis
  • Transportador de glucosa GLUT1 OPENs

Cuando la relación ATP: AMP es alta, eso significa que los glóbulos rojos tienen mucha glucosa en su interior y tienen suficiente energía generada a partir de la glucólisis.

  • ATP alto: AMP
  • La glucosa intracelular es ALTA (yo, tenemos suficiente glucosa, ¡NO MÁS!) = ALTA tasa de glucólisis
  • Transportador de glucosa GLUT1 CIERRE

Diagrama de glucosa transportada a los glóbulos rojos por el transportador de glucosa GLUT-1 Fuente: Common Wikimedia

Para aprende más sobre otros tipos de transportadores de glucosa como GLUT y SGLT, sus principales expresiones tisulares y bioquímica, lea nuestra lección aquí.


Biología de la metabolización de la glucosa en células cancerosas.

El cáncer es una enfermedad a nivel celular que implica trastornos hereditarios en el mecanismo de control celular. Las células cancerosas también necesitan adaptar su metabolismo para sobrevivir y multiplicarse en las condiciones metabólicamente comprometidas proporcionadas por el microambiente del tumor. Las células tumorales alteran su metabolismo para mantener la proliferación y supervivencia celular no reguladas, pero esta transformación las deja dependientes del suministro constante de nutrientes y energía. Alteran su metabolismo para apoyar su rápida proliferación y expansión por todo el cuerpo. Después del descubrimiento de basado en el metabolismo alterado de las células cancerosas en 1930, muchos estudios han arrojado luz sobre varios aspectos del metabolismo del cáncer con el objetivo común de encontrar nuevas formas de eliminar eficazmente las células tumorales dirigiéndose a su metabolismo energético. La investigación ha dirigido la mayor parte de sus recursos a dilucidar las causas, la prevención y la posible cura del cáncer, pero el proceso ha sido esquivo y ha cobrado vidas humanas más que nunca. Esta enfermedad es una manifestación de alteraciones etiológicas y patológicas de los mecanismos que controlan la división, diferenciación y metabolismo celular. El 50% de todos los tumores humanos llevan alteraciones genéticas que conducen a la inactivación de algunas proteínas supresoras de tumores. Se ha demostrado que las células cancerosas experimentan cambios característicos en sus programas metabólicos, incluido un aumento de la absorción de glucosa, tasas mejoradas de glutaminólisis y síntesis de ácidos grasos, lo que sugiere que los cambios metabólicos apoyan el crecimiento y la supervivencia de las células tumorales. En esta revisión, resumimos los principales conceptos de metabolización de la glucosa y exploramos la base molecular de la glucólisis aeróbica de las células cancerosas.


6.4: Gluconeogénesis

  • Contribución de Gerald Bergtrom
  • Profesor emérito (biociencias) en la Universidad de Wisconsin-Milwaukee

En un animal bien alimentado, la mayoría de las células pueden almacenar una pequeña cantidad de glucosa como glucógeno. Todas las células descomponen el glucógeno según sea necesario para recuperar la energía de los nutrientes como G-6-P. Hidrólisis de glucógeno, o glucogenólisis, produce G-1-P que se convierte en G-6-P, como vimos en la parte superior de Escenario 1 de glucólisis. Pero el glucógeno en la mayoría de las células se consume rápidamente entre comidas. Por lo tanto, la mayoría de las células dependen de una fuente externa de glucosa diferente a la dieta. Esas fuentes son el hígado y, en menor medida, las células renales, que pueden almacenar grandes cantidades de glucógeno después de las comidas. En los comederos continuos (por ejemplo, vacas y otros rumiantes), la glucogenólisis está en curso. En alimentadores intermitentes (como nosotros), la glucogenólisis hepática puede suministrar glucosa a la sangre durante 6-8 horas entre comidas, para distribuirla según sea necesario a todas las células del cuerpo. Por lo tanto, puede esperar agotar las reservas de glucógeno del hígado y los riñones después de una buena noche de sueño, un período de ejercicio intenso o cualquier período prolongado de ingesta baja de carbohidratos (ayuno o inanición). En estas circunstancias, los animales utilizan gluconeogénesis (literalmente, nueva síntesis de glucosa) en las células del hígado y el riñón para proporcionar glucosa sistémica para nutrir a otras células. Como siempre en las personas por lo demás sanas, las hormonas insulina y glucagón regulan la sangre. homeostasis de la glucosa, protegiendo contra hipoglucemia (nivel bajo de azúcar en sangre) y hiperglucemia (nivel alto de azúcar en sangre) respectivamente. La vía gluconeogénica produce glucosa a partir de sustratos precursores de carbohidratos y no carbohidratos. Estos precursores incluyen piruvato, lactato, glicerol y aminoácidos gluconeogénicos. Estos últimos son aminoácidos que se pueden convertir en alanina. Observe las reacciones juntas de la glucólisis y la gluconeogénesis en la página siguiente. Busca los dos derivación reacciones, catalizadas por dos carboxilasas y dos fosfatasas (marrón en la ilustración) y las reacciones glucolíticas que funcionan a la inversa durante la gluconeogénesis.

Si la glucólisis es una vía exergónica, entonces la gluconeogénesis debe ser endergónica. De hecho, mientras que la glucólisis a través de dos piruvatos genera una red de dos ATP, la gluconeogénesis de dos piruvatos a glucosa cuesta 4 ATP y dos GTP. Asimismo, la gluconeogénesis solo es posible si las enzimas de derivación están presentes. Estos son necesarios para sortear las tres reacciones biológicamente irreversibles de la glucólisis. Excepto por el reacciones de bypass, la gluconeogénesis es esencialmente una reversión de la glucólisis.

Como se indica en las vías anteriores, la glucólisis y la gluconeogénesis parecerían ser cíclicas. De hecho, este ciclo aparente fue reconocido por Carl y Gerti Cori, quienes compartieron el Premio Nobel de Medicina o Fisiología de 1947 con Bernardo Houssay por descubrir cómo se descompone el glucógeno en piruvato en las células musculares (de hecho, la mayoría), que luego pueden usarse para resintetizar la glucosa en las células del hígado. El nombre de Coris, el ciclo de Cori, que se muestra a continuación, reconoce la interdependencia del hígado y los músculos en la descomposición y resíntesis de la glucosa.

¡A pesar de este requerimiento de energía libre, la gluconeogénesis es energéticamente favorable en las células del hígado y del riñón! Esto se debe a que las células son sistemas abiertos. La acumulación de piruvato en las células hepáticas y una rápida liberación de nueva glucosa en la sangre impulsa las reacciones energéticamente favorables de la gluconeogénesis. Por lo tanto, en condiciones gluconeogénicas, la síntesis de glucosa se produce con un DG y rsquo negativo, una disminución de la energía libre real. ¡Por supuesto, la glucólisis y la gluconeogénesis no son simultáneas! Qué vías operan en qué células están estrictamente controladas.

La glucólisis es la norma en todos los tipos de células, incluso en el hígado y el riñón. Sin embargo, el cese de la glucólisis a favor de la gluconeogénesis en estas últimas células está bajo control hormonal, como se ilustra a continuación.

La clave para activar la gluconeogénesis hepática es el papel de las hormonas glucocorticoides. ¿Qué causa la secreción de glucocorticoides? Una noche larga y rsquos dormir, ayunar y más extremadamente, el hambre son formas de estrés. Las respuestas al estrés comienzan en el eje hipotalámico-pituitario. Diferentes factores estresantes causan hipotálamo para segregar un neurohormona que a su vez, estimula la liberación de ACTH (hormona adrenocorticotrópica) desde el glándula pituitaria. Luego, la ACTH estimula la liberación de cortisona y otros glucocorticoides de la corteza (capa externa) de las glándulas suprarrenales. Como sugiere el nombre glucocorticoide, estas hormonas participan en la regulación del metabolismo de la glucosa. Esto es lo que sucede en momentos de niveles bajos de azúcar en sangre (por ejemplo, cuando la ingesta de carbohidratos es baja):

1. Los glucocorticoides estimulan la síntesis de enzimas de derivación gluconeogénicas en las células hepáticas.

2. Los glucocorticoides estimulan proteasa síntesis en el músculo esquelético, provocando la hidrólisis de los enlaces peptídicos entre los aminoácidos. Los aminoácidos gluconeogénicos circulan hacia el hígado, donde se convierten en piruvato, un precursor importante de la gluconeogénesis. Algunos aminoácidos son cetogénicos y se convierten en Acetil-S-CoA, un precursor de cuerpos cetónicos.

(1). Los glucocorticoides estimulan el aumento de los niveles de enzimas que incluyen lipasas que catalizan la hidrólisis de los enlaces éster en los triglicéridos (grasa) en las células adiposas y otras. Esto genera ácidos grasos y glicerol.

(2). El glicerol circula a las células del hígado que lo absorben y lo convierten en G-3-P, lo que aumenta la gluconeogénesis. Los ácidos grasos circulan hacia las células del hígado donde se oxidan a acetil-S-CoA que luego se convierte en cuerpos cetónicos. y liberado a la cisculación.

(3). La mayoría de las células usan ácidos grasos como un nutriente energético alternativo cuando la glucosa es limitante. , y mientras que las células del corazón y el cerebro dependen de la glucosa para obtener energía, las células del cerebro pueden utilizar los cuerpos cetónicos como un curso de energía alternativo.

funciones esenciales de los glucocorticoides

    ¡Es una lástima que los seres humanos no podamos utilizar los ácidos grasos como sustratos gluconeogénicos! Las plantas y algunos animales inferiores tienen ciclo del glioxalato vía que puede convertir los productos de la oxidación de ácidos grasos (acetato) directamente en carbohidratos que pueden entrar en la vía gluconeogénica. Al carecer de esta vía, nosotros (y los animales superiores en general) no podemos convertir las grasas en carbohidratos, a pesar del hecho de que podemos convertir fácilmente las últimas en las primeras.

El lado oscuro de los malos hábitos alimenticios es el hambre prolongada que puede abrumar la respuesta gluconeogénica. Esto se ve en los informes de las regiones del tercer mundo que sufren hambre debido a la sequía u otro desastre natural o la guerra. Los brazos y piernas delgados de los niños hambrientos son el resultado del desgaste muscular a medida que el cuerpo intenta proporcionar la glucosa necesaria para la supervivencia. Cuando la respuesta gluconeogénica es inadecuada para la tarea, el cuerpo puede recurrir al metabolismo cetogénico de las grasas. Piense en esto como un último recurso, lo que lleva a la producción de cuerpos cetónicos y el "aliento de acetona" en personas hambrientas.


Segunda mitad de la glucólisis (pasos de liberación de energía)

Hasta ahora, la glucólisis le ha costado a la célula dos moléculas de ATP y ha producido dos pequeñas moléculas de azúcar de tres carbonos. Ambas moléculas pasarán por la segunda mitad de la vía, y se extraerá energía suficiente para devolver las dos moléculas de ATP utilizadas como inversión inicial y producir una ganancia para la célula de dos moléculas de ATP adicionales y dos de energía aún mayor. Moléculas de NADH.

Paso 6. El sexto paso en la glucólisis (Figura) oxida el azúcar (gliceraldehído-3-fosfato), extrayendo electrones de alta energía, que son recogidos por el portador de electrones NAD +, produciendo NADH. Luego, el azúcar se fosforila mediante la adición de un segundo grupo fosfato, produciendo 1,3-bisfosfoglicerato. Tenga en cuenta que el segundo grupo fosfato no requiere otra molécula de ATP.

La segunda mitad de la glucólisis implica la fosforilación sin inversión de ATP (paso 6) y produce dos moléculas de NADH y cuatro de ATP por glucosa.

Aquí nuevamente hay un factor limitante potencial para esta vía. La continuación de la reacción depende de la disponibilidad de la forma oxidada del portador de electrones, NAD +. Por lo tanto, el NADH debe oxidarse continuamente de nuevo a NAD + para que este paso continúe. If NAD + is not available, the second half of glycolysis slows down or stops. If oxygen is available in the system, the NADH will be oxidized readily, though indirectly, and the high-energy electrons from the hydrogen released in this process will be used to produce ATP. In an environment without oxygen, an alternate pathway (fermentation) can provide the oxidation of NADH to NAD + .

Step 7. In the seventh step, catalyzed by phosphoglycerate kinase (an enzyme named for the reverse reaction), 1,3-bisphosphoglycerate donates a high-energy phosphate to ADP, forming one molecule of ATP. (This is an example of substrate-level phosphorylation.) A carbonyl group on the 1,3-bisphosphoglycerate is oxidized to a carboxyl group, and 3-phosphoglycerate is formed.

Step 8. In the eighth step, the remaining phosphate group in 3-phosphoglycerate moves from the third carbon to the second carbon, producing 2-phosphoglycerate (an isomer of 3-phosphoglycerate). The enzyme catalyzing this step is a mutase (isomerase).

Step 9. Enolase catalyzes the ninth step. This enzyme causes 2-phosphoglycerate to lose water from its structure this is a dehydration reaction, resulting in the formation of a double bond that increases the potential energy in the remaining phosphate bond and produces phosphoenolpyruvate (PEP).

Step 10. The last step in glycolysis is catalyzed by the enzyme pyruvate kinase (the enzyme in this case is named for the reverse reaction of pyruvate’s conversion into PEP) and results in the production of a second ATP molecule by substrate-level phosphorylation and the compound pyruvic acid (or its salt form, pyruvate). Many enzymes in enzymatic pathways are named for the reverse reactions, since the enzyme can catalyze both forward and reverse reactions (these may have been described initially by the reverse reaction that takes place in vitro, under non-physiological conditions).

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Gain a better understanding of the breakdown of glucose by glycolysis by visiting this site to see the process in action.


Blood Glucose Levels and Diabetes

Your blood sugar level normally rises after you eat. Then it dips a few hours later as insulin moves glucose into your cells. Between meals, your blood sugar should be less than 100 milligrams per deciliter (mg/dl). This is called your fasting blood sugar level.

  • In type 1 diabetes, your body doesn't have enough insulin. The immune system attacks and destroys cells of the pancreas, where insulin is made.
  • In type 2 diabetes, the cells don't respond to insulin like they should. So the pancreas needs to make more and more insulin to move glucose into the cells. Eventually, the pancreas is damaged and can't make enough insulin to meet the body's needs.

Without enough insulin, glucose can't move into the cells. The blood glucose level stays high. A level over 200 mg/dl 2 hours after a meal or over 125 mg/dl fasting is high blood glucose, called hyperglycemia.

Too much glucose in your bloodstream for a long period of time can damage the vessels that carry oxygen-rich blood to your organs. High blood sugar can increase your risk for:

People with diabetes need to test their blood sugar often. Exercise, diet, and medicine can help keep blood glucose in a healthy range and prevent these complications.

Fuentes

American Diabetes Association: "The Liver's Role: How It Processes Fats and Carbs."

American Foundation for the Blind: "What is the Difference Between Hyperglycemia and Hypoglycemia?"

Group Health: "How Our Bodies Turn Food Into Energy."

Insel, P. Nutrición, 2004.

Joslin Diabetes Center: "Goals for Blood Glucose Control" and "High Blood Glucose: What it Means and How to Treat it."

National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases: "Insulin Resistance and Prediabetes" and "Your Guide to Diabetes: Type 1 and Type 2."