Metabolismo de la Glucosa: La Ruta de las Pentosas Fosfato y la Producción de NADPH

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Ruta de las Pentosas Fosfato

La ruta predominante del catabolismo de la glucosa es la glucólisis.

La Ruta de las Pentosas Fosfato (también conocida como vía del fosfogluconato) es una vía alternativa del catabolismo de la glucosa. En esta ruta, la glucosa se oxida y se obtiene energía, pero NO en forma de ATP, ni hay consumo neto de energía. Esta ruta se realiza en el citoplasma y es la fuente principal de NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido) citoplasmático en células eucariotas.

Características de la Ruta

  • Tiene lugar en el citoplasma.
  • Consiste en reacciones de oxidación irreversibles e interconversiones reversibles.
  • Es más compleja que la glucólisis.
  • No se produce en el músculo esquelético.

Finalidades de la Ruta

  1. Obtener el poder reductor en el citoplasma, en forma de NADPH + H+, indispensable para reacciones anabólicas. Además, el NADPH es un antioxidante muy potente en algunas células (Ejemplo: los eritrocitos).
  2. Proporcionar pentosas (Ribosa) a las células, necesarias para la síntesis de nucleótidos (base de los ácidos nucleicos) y gran cantidad de cofactores enzimáticos (coenzimas).

Fases de la Ruta

  • Fase Oxidativa: Donde se produce NADPH + H+.
  • Fase No Oxidativa: Donde se producen diversos monosacáridos, siendo uno de los más importantes las pentosas (Ribosa).

Fase Oxidativa

El objetivo principal de esta fase es la generación de NADPH.

Primer Paso

Se oxida la Glucosa-6-fosfato a Ribulosa-5-fosfato y CO2, con reducción del NADP+ a NADPH. Por cada mol de Glucosa-6-fosfato se produce:

  • Dos moles de NADPH + H+.
  • Uno de CO2.
  • Uno de Ribulosa-5-fosfato.
Reacciones de la Fase Oxidativa

Consta de tres reacciones:

  1. Una molécula de glucosa-6-fosfato sufre una oxidación (Redox) mediante la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, originando 6-fosfogluconolactona.
  2. La 6-fosfogluconolactona sufre una reacción de hidrólisis mediante la enzima lactonasa, dando como resultado 6-fosfogluconato.
  3. El 6-fosfogluconato sufre una descarboxilación oxidativa por la enzima 6-fosfogluconato deshidrogenasa, originando RIBULOSA-5-FOSFATO.

Estas reacciones son IRREVERSIBLES.

En esta fase se genera el poder reductor, formándose DOS moléculas de NADPH + H+: una en el primer paso y la otra en el último, catalizado por la enzima 6-fosfogluconato deshidrogenasa.

Destino de la Ribulosa 5-fosfato

La Ribulosa 5-fosfato (producida en la fase oxidativa) puede ser convertida en:

  1. Ribosa 5-fosfato, necesaria para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.
  2. Intermediarios de la glucólisis, como la fructosa-6-fosfato y el gliceraldehído 3-fosfato.

Es importante destacar que la vía de las pentosas-fosfato NO es un ciclo aislado y repetitivo, sino que está integrado a la glucólisis.

Fase No Oxidativa

El objetivo principal de esta fase es la interconversión de azúcares para producir Ribosa-5-fosfato o intermediarios de la glucólisis.

Segundo Paso

Parte de la Ribulosa-5-fosfato se convierte en otros azúcares de cinco carbonos, incluyendo la Ribosa-5-fosfato.

Consiste en una serie de reorganizaciones moleculares entre distintos monosacáridos, caracterizada por la transferencia de fragmentos de dos o tres átomos de carbono de un monosacárido a otro.

En esta fase participan enzimas como Isomerasas, Epimerasas y otras enzimas encargadas de transferir los segmentos de carbono, como las Transcetolasas y las Transaldolasas. El monosacárido que siempre cede el fragmento es una cetosa y el aceptor es una aldosa.

Enzimas Clave de la Fase No Oxidativa
  • Transaldolasas: Son enzimas que, en una reacción reversible, transfieren segmentos de tres carbonos de una cetosa a una aldosa.
  • Transcetolasas: Son enzimas que, en una reacción reversible, transfieren segmentos de dos carbonos de una cetosa a una aldosa.

Tercer Paso: Conversión de Pentosas

Se convierten 3 moléculas de Pentosas (5C) en: 2 Hexosas y 1 Triosa.

  • Las enzimas Transaldolasas y Transcetolasas establecen comunicación entre la Ruta Pentosas-fosfato y la glucólisis.
  • La Transcetolasa transfiere segmentos de dos carbonos, dando origen a dos intermediarios de la glucólisis: la Fructosa 6-fosfato (6C) y el Gliceraldehído 3-fosfato (3C).
Ejemplos de Interconversión
  1. La Xilulosa-5-fosfato (5C) reacciona con Ribosa-5-fosfato (5C). La enzima transcetolasa transfiere un segmento de 2 carbonos, generando gliceraldehído-3-fosfato (3C) y sedoheptulosa-7-fosfato (7C). La enzima necesita pirofosfato de tiamina como coenzima.
  2. Al conectar la ruta pentosa-fosfato con la glucólisis, la Sedoheptulosa 7-fosfato (7C) y el Gliceraldehído 3-fosfato (3C) se convierten en: Eritrosa 4-fosfato (4C) y Fructosa 6-fosfato (6C), mediante la acción de la Transaldolasa (que transfiere una unidad de 3 C).
  3. En el proceso final de la secuencia de reacciones, la transcetolasa actúa sobre otra molécula de Xilulosa-5-fosfato, transfiriendo un fragmento de 2 C a la Eritrosa-4-fosfato y formándose: Gliceraldehído-3-fosfato (3C) y Fructosa-6-fosfato (6C).

Diferencia Funcional entre NAD+/NADH y NADP+/NADPH

La diferencia entre NAD+ y NADP+ radica en su función metabólica:

  • Las enzimas asociadas al par NAD+/NADH cumplen la función principal de oxidar sustratos (catabolismo).
  • Las enzimas que actúan en una dirección reductora (anabolismo) utilizan el par NADP+/NADPH.

El NADPH se utiliza, por ejemplo, en la biosíntesis (reductora) de ácidos grasos.

Los tejidos ricos en ácidos grasos (adiposo, glándulas mamarias, glándulas suprarrenales y el hígado) contienen un alto contenido de enzimas de la ruta pentosa-fosfato.

Ajuste de la Ruta de las Pentosas Fosfato a los Requerimientos Celulares

  1. Si la necesidad principal de la célula es la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos, el principal producto será la ribosa-5-fosfato, sin que se produzca la fase no oxidativa.
  2. Si la necesidad principal de la célula es producir NADPH (para síntesis de ácidos grasos, esteroides), la fase no oxidativa puede “reconvertirse” con facilidad en glucosa-6-fosfato, para comenzar la fase oxidativa y generar más NADPH.
  3. En células con necesidades moderadas de NADPH y Ribosa-5-fosfato, pueden catabolizar el Gliceraldehído-3-fosfato y Fructosa-6-fosfato a través de la glucólisis y posteriormente el ciclo de Krebs, permitiendo que NO se acumule NADPH ni pentosas fosfato.

Ruta de las Pentosas Fosfato y los Eritrocitos (Glóbulos Rojos)

La vía predominante del metabolismo de los carbohidratos en el glóbulo rojo es la glucólisis. Sin embargo, la Vía de las Pentosas Fosfato es crucial porque suministra a los glóbulos rojos NADPH para mantener el glutatión reducido.

Reducción del Peróxido de Hidrógeno (H2O2)

La enzima glutatión reductasa es dependiente del NADPH y cataliza la reducción del glutatión oxidado a glutatión reducido. Luego, este glutatión reducido es utilizado por la enzima glutatión peroxidasa para la reducción del peróxido de hidrógeno (H2O2), el cual es un elemento tóxico para las células.

Fallos en la enzima Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD)

La incapacidad de mantener el glutatión reducido en los glóbulos rojos por falta de producción de NADPH, debido a un fallo de la enzima Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, provoca:

  • Acumulación de los peróxidos (H2O2).
  • Debilitamiento de la membrana plasmática.
  • Oxidación de la hemoglobina a metahemoglobina.
  • Disminución de la vida del eritrocito, ocasionando ANEMIA HEMOLÍTICA.

La vía de las Pentosas Fosfato en los eritrocitos es la única vía para que estas células produzcan NADPH. Cualquier defecto en la producción de NADPH podría, por lo tanto, tener efectos profundos en la supervivencia del eritrocito.

Resumen de la Ruta

La ruta de las pentosas-fosfato se divide en 2 fases, con 4 pasos claves:

  1. Fase Oxidativa:
    • Paso 1: Se oxida la Glucosa-6-fosfato a Ribulosa-5-fosfato y CO2, con reducción del NADP+ a NADPH.
  2. Fase No Oxidativa:
    • Paso 2: Parte de la Ribulosa-5-fosfato se convierte en otros azúcares de 5 C, incluyendo la Ribosa-5-fosfato.
    • Paso 3: Se convierten 3 moléculas de carbohidratos de 5 C en 2 carbohidratos de 6 C y 1 carbohidrato de 3 C (intermediarios de la glucólisis).
    • Paso 4: Algunos de estos carbohidratos se convierten en Glucosa-6-fosfato y el ciclo puede repetirse para generar más NADPH.