Sitios de control de la glucólisis en el músculo

Autor: Raul Herrero

Sitio 1 Hexoquinasa

En el primer blog publicado llamado “El por qué de la glucólisis” se expusieron conceptos muy importantes de la glucólisis pero aún tratando de ser técnicamente muy estricto en la forma de explicación, es difícil comprender todo acerca de este proceso con la debida claridad. En este segundo blog aportaremos más conceptos para poder comprender en su totalidad como se controla dicho proceso.

Es por esto que vamos a tratar de explicar ahora los pasos que controlan la glucólisis. Para esto analizaremos el primer paso que es la entrada de la glucosa a la célula muscular y su posterior fosforilación por acción de la enzima llamada hexoquinasa. Este proceso no es determinante de la glucólisis en su totalidad pero es el primero que tiene cierto nivel de control ya que resulta ser irreversible, y con pérdida de energía neta ya que se usa una molécula de ATP por cada molécula de glucosa.

Los humanos tenemos dos vías por las que captamos glucosa de la sangre:

1-Cuando comemos, la llegada de la glucosa a la sangre desencadena una respuesta de las células β del páncreas que segregan insulina (I) en el torrente sanguíneo esta insulina interacciona con un receptor específico de insulina (IR) en la membrana del miocito (célula muscular) y desencadena una cascada de señales que generan una translocación del transportador de glucosa llamado Glut 4 lo que ocasiona un incremento de este en la membrana del miocito. Este capta la molécula de glucosa y la traslada al interior de la célula donde será fosforilada por la hexoquinasa.

2-Cuando hacemos ejercicio, la glucosa puede ser captada por una vía independiente de la insulina. Las acciones hormonales del ejercicio generan una cascada de señales al interior de la célula que permiten el aumento de transportadores Glut 4 en la membrana celular, estos llevan la glucosa al interior del miocito y aquí la hexoquinasa la fosforila. Ver figura 1.

Figura 1

Hexoquinasa: Esta enzima no es específica ya que puede fosforilar otras hexosas (carbohidratos de 6 átomos de carbono) como fructosa o manosa pero tiene una elevada afinidad por la glucosa. También es importante hacer notar que esta enzima se satura a una concentración de 0.1 mMol de glucosa en sangre y como la glucosa en sangre varía entre 4 a 5 mMoles esta enzima cuando trabaja lo hace siempre a su máxima velocidad.

Fosforila la glucosa en el carbono N° 6 generando glucosa 6 fosfato (G-6P) y para hacer esto usa ATP como donador de fosfato y el ATP se encuentra unido al magnesio (Mg²⁺) por lo que realmente usa es ATP-Mg²⁺. Podemos decir entonces que es una enzima que tiene dos sustratos (glucosa y ATP-Mg). Una vez que la glucosa ha sido fosforilada queda atrapada en el miocito y no podrá salir nunca más de este. Esta es la forma que tiene la célula muscular de captar y atrapar glucosa. Esto “no” ocurre en el hígado donde si existe una enzima que puede desfosforilar la glucosa (fosforilasa) y devolverla en caso de necesidad al torrente sanguíneo para mantener la glucemia normal.

La reacción de la hexoquinasa es absolutamente irreversible y además consume energía en forma de ATP así que podemos decir que el primer paso de la glucólisis genera una pérdida de energía neta. También podemos decir que al agregarle Fosfato a la glucosa esta queda activada para posteriores reacciones.

La hexoquinasa es inhibida por su producto final que es la G-6P, es decir cuando hay un exceso de G-6P la hexoquinasa no fosforila glucosa y por lo tanto esta no entra a la célula.

Es importante hacer notar que las enzimas de la glucólisis actúan como complejos multienzimáticos (no están dispersas por el citoplasma) y dado la morfología del miocito,

las mitocondrias que son periféricas (subsarcolemicas) se encuentran muy cerca de la membrana sarcoplasmática donde también se encuentra el Glut4 y la hexoquinasa, es por esto que la hexoquinasa puede acceder fácilmente al ATP producido por la mitocondria y fosforilar la glucosa que ingresa atreves del Glut4. Es decir La hexoquinasa tiene fácil acceso a sus dos sustratos, la glucosa y el ATP.

Cuando hacemos un ejercicio de alta intensidad donde normalmente aumenta la adrenalina se desencadena una cascada de señales que activan la degradación del glucógeno por acción de dos enzimas la glucógeno fosforilasa y la amilo 1-6 glucosidasa estas terminan formando G-6P que se acumula en el músculo y esto inhibe la hexoquinasa. Esto genera que en los primeros instantes de un ejercicio de alta intensidad suba la glucemia ya que el hígado vuelca glucosa al torrente sanguíneo en respuesta al ejercicio intenso, pero esta no puede entrar al músculo por la inhibición causada por la rápida degradación del glucógeno y la acumulación de G-6P que inhibe la hexoquinasa. Todo esto es reversible. A medida que transcurre el tiempo y la intensidad va bajando la G-6P se va usando como sustrato de la glucólisis lo que estabiliza la relación entre producción y uso de la G-6P, entonces la hexoquinasa se desinhibe y funciona normalmente. Cabe aclarar que la G-6P se usa también para otras vías metabólicas diferentes a la glucólisis y que este sitio de control no es determinante en la vía metabólica. Ver figura 2.

En el próximo blog veremos el control del sitio determinante de la glucólisis que es la reacción de la fosfofructokinasa (PFK).