Glucogénesis, glucogenólisis y gluconeogénesis

La sustancia central del metabolismo es la glucosa. Todos los organismos autótrofos, no importa si son bacterias, algas o plantas, sintetizan glucosa a partir del CO₂, la cual posteriormente entra a diferentes rutas metabólicas que la transforman en ácidos grasos o aminoácidos o bases nitrogenadas o la destruyen y emplean como fuente de energía. Así pues, cualquier biomolécula que haya producido un organismo autótrofo es, en última instancia, un derivado de la glucosa.

En consecuencia, los organismos heterótrofos, cuya fuente de sustancias orgánicas son las plantas, también dependen de la glucosa, a pesar que puedan necesitar de otros tipos de compuestos.

La mayor parte de la glucosa que ingieren los animales va a emplearse como fuente de energía. Prácticamente, cuanta molécula de este azúcar entra al organismo es destruida por completo y su energía se transfiere al ADP para formar el ATP.

El aporte de este combustible llega a las células a través de la sangre y las células de inmediato le extraen la energía. Solamente dos órganos almacenan glucosa convirtiéndola en el polisacárido ramificado característico de los animales, el hígado y el músculo captan los azúcares provenientes de la digestión y los convierten en glucógeno.

En los periodos de ayuno, los hepatocitos desdoblan el glucógeno hasta glucosa y la devuelven a la sangre de acuerdo a las necesidades celulares. El otro órgano que almacena glucógeno, pero en este caso para su uso exclusivo, es el músculo que lo emplea como fuente de energía durante el ejercicio.

La síntesis de glucógeno (glucogénesis) comienza con la fosforilación, después sigue la unión de las glucosas fosfatadas y otra enzima crea las ramificaciones. Todo tipo de síntesis absorbe energía. Así, los fosforilos que se ceden a la glucosa le proporcionan la energía necesaria para poder unirse unas a otras y formar el polímero. Lo más común es que los fosforilos los ceda el ATP, pero este caso ejemplifica la fosforilación de la glucosa a partir de un pirofosfato obtenido de un nucleósido trifosfatado diferente al ATP.

La degradación del glucógeno hasta glucosa (glucogenólisis) sigue una vía metabólica especial, en la que la separación de las uniones entre las glucosas se hace introduciendo un fosfato en puntos determinados, otra enzima elimina las ramificaciones y por fin una enzima más modifica las glucosas fosfatadas de modo que sean las adecuadas para usarse directamente en la glucólisis (el proceso de obtención de energía a partir del azúcar). El hígado cuenta con la enzima que elimina el fosfato a la glucosa y con ello se la manda a sangre para nutrir a las demás células del organismo. El músculo aprovecha directamente la glucosa fosfatada en la obtención de energía necesaria para su contracción.

La necesidad constante de glucosa en el organismo, tanto como fuente de energía como precursora de diferentes carbohidratos y otras biomoléculas, implica que en periodos de ayuno el organismo sintetice glucosa a partir de otras moléculas orgánicas; pues la capacidad de almacenar glucógeno por el hígado, apenas si basta para cubrir las necesidades del cerebro durante 12 horas y este voraz órgano difícilmente emplea otra fuente de energía que no sea la glucosa. Es en el propio hígado, y en menor medida en el riñón, donde se lleva a cabo la gluconeogénesis, esto es la síntesis de glucosa a partir de otras biomoléculas.

Lípidos, aminoácidos

La interconversión de sustancias, ya sea la transformación de azúcar en grasa u otras biomoléculas así como la síntesis de glucosa a partir de diferentes precursores (gluconeogénesis) confluye en el eje metabólico que constituyen la glucólisis y el ciclo de Krebs.

Ambas vías metabólicas comparten la oxidación de las biomoléculas, la liberación de energía y en consecuencia su degradación. La glucólisis es exclusiva de los carbohidratos; en ella la glucosa acaba convertida en dos moléculas de ácido pirúvico. Al Ciclo de Krebs se incorpora cualquier biomolécula que si no es desviada, acabará totalmente oxidada y convertida en dióxido de carbono. Todas las sustancias llegan al ciclo de Krebs en forma de un residuo de dos carbonos que la Coenzima A transporta y cede al inicio del ciclo. Por tanto, al ciclo de Krebs llegan sustancias que han sufrido ya transformaciones, en otras vías metabólicas.

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Tanto la glucólisis como el ciclo de Krebs tienen puntos donde los productos intermedios pueden desviarse hacia otras rutas que llevan a la síntesis de otros compuestos.

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Glucólisis y ciclo de Krebs son vías metabólicas en las que las biomoléculas, tanto pueden seguir el camino que las lleve a la liberación de energía, como a la construcción de nuevas moléculas. Cada sustancia tiene puntos específicos donde pueden desviarse hacia otro camino.