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METABOLISMODELAGLUCOSALa glucosa es un azcar vital en el metabolismo. El control de sutransporte depende de hormonas, como la insulina, adrenalina oglucagn, y su almacenamiento se realiza de forma compacta, en

forma de glucgeno. As, el glucgeno puede hidrolizarse en glucosas,y esta se puede oxidar a piruvato.

El azcar se almacena de varias formas, y estas se asimilan en la dieta.

Sin embargo, los glcidos nicamente pueden ser absorbidos por elintestino como monosacridos, y nunca en forma de dmeros... o

polmeros.

Como resultado de la digestin de los glcidos asimilables presentes en la dieta, se originan,fundamentalmente, glucosa, fructosa y galactosa.

En el intestino delgado

participan la -glucosidasa y

las -dextrinasas, quetransforman derivados de laglucosa en -D-glucopiranosa.

Sin embargo, tambin est

la sacarasa y lactasa (-galactosidasa), quehidrolizan sacarosa y

lactosa, con el fin de obtenerfinalmente glucosa.

La amilasa rompe el almidonen dextrinas (oligosacridosde 6 a 8 G), y en maltosa y

derivados ramificados.


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ABSORCIN DE LOS MONOSACRIDOS

Tiene lugar en tres pasos:

1.- Transporte desde el lumen intestinal al interior de la clula absortiva, a travs de la membrana luminal

en cepillo.

2.- Transporte desde el interior celular hasta el espacio intercelular, a travs de la membranacontraluminal (= vasolateral) de la clula epitelial absortiva.

3.- Transporte hacia el interior de las clulas endoteliales de los capilares, y de stas hacia la sangre.

El transporte puede darse mediante difusin facilitada o transporte activo:

- En la difusin facilitada, el soluto a transportar lo hace a favor de gradiente, la difusin estfacilitada por la existencia de protenas canal, que son las que facilitan el transporte de algunos

iones y molculas hidrfilas. Estas protenas integrales de membrana conforman estructuras enforma de poro inmersas en la bicapa, que dejan un canal interno hidroflico que permite el paso demolculas altamente lipfobas. La difusin facilitada de la glucosa a travs de la membrana celular

es catalizada por transportadores de glucosa GLUT o SLC2 (por sus siglas en ingls: Solute CarrierFamily 2) que pertenecen a la superfamilia de transportadores facilitadores y que incluyen

aniones inorgnicos y transportadores de cationes. El transporte de molculas por parte de estas

protenas transportadoras es un ejemplo de difusin facilitada y no requiere del ATP para elmecanismo de su transporte.

- En el transporte activo se efecta un transporte en contra de gradiente de concentracin y, paraello, las protenas transportadoras implicadas consumen energa metablica.

TRANSPORTADORESExisten dos sistemas de transporte de glucosa y otros monosacridos:

- Transportadores de sodio y glucosa (SGLT):o SGLT 1: Km = 0,3 mM para glucosa (en el intestino delgado)o SGTL 2: Km = 1,6 mM en el rino SGLT 3: Km = 6 mM

- Transportadores GLUT: existen 13 diferentes (GLUT 1 13). Sin embargo, los 5 ms importanteson:

o GLUT 1 y 3: se encuentran en casi todas las clula y transportan glucosa constantemente(Km GLUT 1 = 1,5 mM y GLUT 3 = 2 mM)

o GLUT 2: se encuentra en el hgado y en las clulas pancreticas . Tambin transportaglucosa y fructosa. Al poseer una Km muy elevada (16-18 mM) solo entra la glucosa

cuando su concentracin es elevada. As, el pncreas puede percibir el nivel de glucosa y

ajustar la rasa de secrecin de insulina. Cuando los niveles son bajos, se utiliza

preferiblemente en el cerebro y tejidos con sistemas con Km menor.o GLUT 4: posee una Km de 5-6 mM. Se trata del mediador de la entrada de glucosa en el

msculo y los adipocitos. La insulina induce un rpido aumento del nmero de

transportadores GLUT 4 en PM (membrana plasmtica), estimulando la entrada de glucosaen estos tejidos.

o GLUT 5: es un transportador de fructosa, con una Km 11 15 mM. Su afinidad por otrosmonosacridos es mnima. Se localiza en el yeyuno, tbulos renales, testculos y tejido

adiposo.

IMPORTANCIA DE LA GLUCOSA

La glucosa es el principal combustible para la mayora de los organismos. Es una molcula rica en energa,

cuya oxidacin completa a CO2y H2O produce 2840 KJ/mol. Es una molcula que, cuando hay demandaenergtica, se libera directamente. Su degradacin proporciona gran cantidad de metabolitos, que sirven

de partida para reacciones biosintticas (3-BPG, F-6-P). Es una molcula verstil que posee tres destinos:el almacenamiento (en forma de glucgeno), su oxidacin va gluclisis y su oxidacin va pentosas fosfato.


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GLUCLISISLa glucolisis es la principal ruta para la degradacin de la glucosa. Tambin se conoce como la ruta de

Embden-Meyerhof. Es una ruta vital, puesto que es casi universal, produce energa e intermediariosintermedios y se conoce su regulacin.

La gluclisis se trata de un proceso anaerobio en la que una molcula de glucosa se oxida para producir 2molculas de piruvato y una cantidad limitada de ATP. Se trata de una ruta de 10 reacciones.

Se trata de un proceso con dos fases:

- Preparatoria: 5 reacciones en las que se consumen 2 ATP- Beneficios: 5 reacciones en las que se forman 4 ATP y 2 NADH

FASES DE LA GLUCLISIS

R1.FOSFORILACIN DE LA GLUCOSA

La glucosa es activada mediante su fosforilacin a G6P (irreversible bajo condiciones intracelulares). Seutiliza ATP. La reaccin es catalizada por la enzima hexoquinasa, la cual necesita Mg+2. La hexoquinasa no

es una enzima especfica, por lo que puede fosforilar otros monosacridos, como fructosa. En el caso de loshepatocitos, la enzima es la glucokinasa, especfica para la glucosa.

R2.ISOMERIZACIN DE G6PCambio de glucosa-6-fosfato (piranosa) a fructosa-6-fosfato (furanosa) , es decir, la isomerizacin

reversible de una aldosa (glucosa) a una cetosa (fructosa), catalizada por la enzima fosfoglucosaisomerasa.

R3FOSFORILACIN DE F6PA F1,6BIP

Se trata de un punto principal de la regulacin de la glucolisis. Es una reaccin IRREVERSIBLE en la que lafructosa-6-fosfato es fosforilada a fructosa-1,6-bisfosfato por la fosfofructokinasa-1. En el proceso, el ATP

(sustrato) se trasforma en ADP. Hay dos sustratos: el ATP y la F6P.

R4ESCISIN DE F-1,6-BISP

Se produce la condensacin aldlica reversible por una aldolasa de la fructosa 1,6-bisfosfato endihidroxiacetona-fosfato y gliceraldehido-3-fosfato. La rotura se produce entre el C3 y el C4; por lo que el

C3 pasar a ser C1 en la dihidroxiacetona; y el C4 pasar a ser el C1 en el GAP.


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R5.INTERCONVERSIN DE TRIOSAS FOSFATO

Mientras que el gliceraldehdo-3-fosfato sigue la glicolisis, la dihidroxiacetona fosfato

es isomerizada por la triosa fosfato isomerasa en gliceraldehido-3-fosfato (pasandopor enediol). As, concluimos con la fase preparatoria de la glucolisis; formando dos

GAP.

R6.OXIDACIN DE GAPPARA DAR 1,3-BISFOSFOGLICERATO

El grupo aldehdo del GAP se oxida por la gliceraldehido-3-P-deshidrogenasa y se fija un grupo fosfato. ElH lo acepta el NAD+. En consecuencia, se produce un acil-fosfato, que es un compuesto de alta energa. El

C1 pasa de ser un aldehdo a un cido, de ah la oxidacin. En la segunda reaccin, el cido se deshidrata,

unindose el fosfato.

R7TRANSFERENCIA DEL FOSFATO DEL BPGALADP

La reaccin es catalizada por la fosfoglicerato quinasa. La energa liberada por la oxidacin de un aldehdo

(con el P) a un grupo carboxlico se conserva con la formacin acoplada de ATP. En consecuencia, el 1,3-

bisfosfoglicerato se transforma en 3-fosfoglicerato.

R8.CONVERSIN DE 3FOSFOGLICERATO A2-FOSFOGLICERATO

Se trata de una reaccin de isomerizacin reversible catalizada por la fosfoglicerato mutasa, en la que el P

del C3 pasa al C2.

R9.DESHIDRATACIN DE2-FOSFOGLICERATO PARA DAR FOSFOENOLPIRUVATO

Es una reaccin catalizada por la enolasa. Se trata de una reaccin de deshidratacin en la que el 2-fosfoglicerato para a 2-fosfoenolpiruvato, un compuesto de alta energa.

En otras fuentes el aguano a arece

El BPG se encuentra cargadoporque est a pH fisiolgico.

Si no se llamara cidofosfoglicrico.


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R10TRANSFERENCIA DE FOSFATO DEL PEPAADP

Es la reaccin en la que se produce el segundo ATP. Se trata de un fosforilacin irreversible catalizada por

la piruvato quinasa en la que la energa de la ruptura del enlace O-P produce la sntesis de ATP.

OXIDACIN DEL NADHEl NADH generado en el interior mitocondrial se encuentra en el compartimento adecuado para poder seroxidado y producir ATP en la fosforilacin oxidativa. Sin embargo, el NADH+producido en el citosol no

puede atravesar la membrana interna mitocondrial por lo que tiene que ser transportado.

La reaccin catalizada por la gliceraldehido-3-P-DH en el citosol forma NADH+, el cual debe ser oxidadopara producir ATP (en la cadena respiratoria). Sin embargo, el NADH + no puede atravesar la membrana

interna mitocondrial. El problema se puede solucionar de dos formas:

LANZADERA MALATO-ASPARTATO

Comienza con el oxalacetato citoslico. Esta es reducido a malato por accin de la malato deshidrogenasa

y es transportado a la matriz mitocondrial. All, el malato es deshidrogenado de nuevo a oxalacetato en el

ciclo de Krebs. De este modo, conseguimos el NADH que necesitbamos, el cual se oxida en la cadenarespiratoria. El oxalacetato puede ser devuelto al citosol, pero no puede pasar la membrana internamitocondrial, Para ello, es transformado a aspartato por la aspartato aminotransferasa (transaminacin);

atraviesa la mmi, se transamina a oxalacetato y se completa el ciclo. Esto sucede en el corazn, hgado y

rin. El glutamato y cetoglutarato se usaran,

posiblemente, porquepueden ceder y tomar

grupos, as como

poder pasar junto con

sus respectivasmolculas por los

transportadores.

Hay que tener en

cuente que elcetoglutarato es la 4

molcula de Krebs.


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L-GLICEROL-3-P

El glicerol-3-fosfato utiliza el NADH en presencia de

glicerol-3-fosfato-deshidrogenasa para reducir ladihidroxiacetona-P en glicerol-3-P. Este difunde al

espacio intermembranal de la mitocondria, donde es

oxidado por el isoenzima G-3-P-DH mitocondrial. Los

productos de la reaccin son dihidroxiacetona-P, la

cual vuelve al citosol, y FADH2(que siempre se hallaunido al centro activo dl enzima), que se oxida en lacadena respiratoria (1.5 ATP). En el proceso, el FADH2

reduce la Q (ubiquinona) y forma QH2, la cual cede suse- al complejo III. Es un proceso que funciona en elmsculo y el cerebro. En la lanzadera se obtiene

menos energa, porque la enzima que ayuda a reducir

la FAD no es la natural de la cadena de electrones,sino la flavoprotena deshidrogenasa (GAP DH, oambas)por lo que se generan 2 ATP en lugar de 2,5

por cada NADH citoplasmico reoxidizado.

FERMENTACIN LCTICASe trata del uso anaerbico del piruvato. El piruvato es transformado a L-lactato por la lactato

deshidrogenasa. En el proceso, el NADH se oxida a NAD+. Solo se produce 2 ATP, ya que el NADH que se

podra utilizar se transforma en NAD+ para que pueda ser reutilizado en el gluolisis, pero no en reaccionespara obtener energa. Es un proceso que se da en eritrocitos y msculo esqueltico tras un ejercicio

intenso en un breve periodo de tiempo.

CICLO DE CORI

El ciclo de Cori comprende una serie de rutas. La primera

parte se produce en el msculo, con la gluclisis y

fermentacin de glucosa a cido lctico. Posteriormente, una

vez ha cesado la actividad, ese lactato viaja al hgado para

que se produzca la gluconeognesis y se forme glucosa.Pese a generarse glucosa, el balance de energa es negativo,ya que se necesita ms ATP en la gluconeognesis que el quese forma en la glucolisis.

FERMENTACIN ALCOHLICA

La fermentacin alcohlica comprende una serie de

reacciones para metabolizar el piruvato en condicionesanaerobias. El producto resultante es etanol. Esta ruta es

utilizada para producir pan y bebidas alcohlicas (cerveza).

En la fermentacin alcohlica, el piruvato es descarboxilado

por la piruvato descarboxilasa, producindose acetaldehdo

y CO2. Este acetaldehdo ser reducido a etanol por la alcohol deshidrogenasa.


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En la descarboxilacin, la piruvato descarboxilasa suele necesitar tiamina difosfato y Mg, que acta como

coenzima, no necesita NAD+. La TDP ( o TPP) es un derivado de la tiamina, o vitamina B1, que se

encuentra en cereales y en el hgado. Su deficiencia produce beriberi. Por el hecho de tener el pirofosfato,la enzima se activa.

REGULACIN DE LAS RUTAS METABLICASA la hora de estudiar la regulacin metablica, hay que comprender que en funcin de sus necesidades,la clula sintetizar mayor o menor cantidad de un compuesto, lo que significa que una vadeterminada estar ms o menos activa. Asimismo, las vas de sntesis y degradacin no tienen por questar activas a la vez.

Una ruta metablica comprende varios pasos, y distinguimos dos puntos clave:

- Reacciones en equilibrio, cuya velocidad est controlada por la disponibilidad del sustrato.- Reacciones altamente exergnicas, que son irreversibles. La regulacin de las vas se realizar por

estos puntos.

REGULACIN DE LA GLUCOLISIS

La gluclisis posee tres reacciones irreversibles, que sern los tres puntos de regulacin. Estos puntos

recaen sobre tres quinasas: la hexoquinasa (R1), la fosfofructoquinasa (R3) y la piruvato quinasa (R10).

- En la hexoquinasa el producto es el propio inhibidor (G6P),cosa que en la glucoquinasa no. En el caso del msculo, la

G6P inhibe la hexoquinasa, debido a que las cantidades que

se producen son muy elevadas (Km = 0,1 mM). En cambio,

en el hgado la produccin de G6P no es tan elevada (Km =10 mM), y la glucoquinasa no es inhibida.

- La fosfofructoquinasa es el enzima con ms relevancia en laregulacin. Todos los monosacridos, excepto la fructosa

heptica, pasan por la fosfofructoquinasa. Lafosfofructokinasa es inhibida por el citrato (Si la concentracin de citrato es alta el Ciclo de Krebsva ms despacio de lo que el sustrato (acetil-CoA) llega para degradarse, y la concentracin de

glucosa ser ms alta. En el Ciclo de Krebs se produce mucho NADH y FADH2, para que funcionen


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se han de reoxidar en la cadena de transporte electrnico creando gradiente de protones, si el

gradiente no se gasta los coenzimas no se reoxidan y el Ciclo de Krebs se para.) y el ATP (si hay

ATP significa que no es necesario un aporte energtico, y la gluclisis se detiene); y activada porAMP y ADP (su presencia indica falta de ATP), y fructosa 2,6-bisfosfato. Para anular la inhibicin

del ATP, tanto AMP como F-2,6-bP deben estar presentes.

- La piruvato kinasa es activada por la F-1,6-bP; mientras que es inhibida por el ATP, la alanina(produce piruvato, lo que inhibe el enzima) y Acetil-CoA (es la molcula con la que se consigueenerga; si hay Acetil-CoA no es necesario mas piruvato). Asimismo, la piruvato kinasa tambin es

inhibida siendo fosforilada. Tambin se regula hormonalmente, de modo que el glucagn lainactiva (induce su fosforilacin) y la insulina la activa.


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DEGRADACIN DE DISACARIDOS Y MONOSACRIDOS DERIVADOSLa glucosa es la molcula que mayoritariamente se degrada a piruvato, por lo que los dems sacridos se

convertirn en glucosa de diferentes maneras.

La hidrlisis de disacridos produce monosacridos tal que:

Los monosacridos tambin se transforman:

- La galactosa se fosforila a galactosa-1-P y se isomeriza de galactosa-1-P a glucosa-1-P y despus aglucosa-6-P.

- La fructosa se transforma segn el tejido:o Se fosforila a F6P en musculo y rino Se fosforila a F1P y se hidroliza en hgado.


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GLUCONEOGNESIS

La gluconeognesis es la sntesis de novo de glucosa a partir de precursores no glucdicos , que seproduce en microorganismos, hongos, plantas y animales. En estos ltimos ocurre prcticamente en el

hgado, y en menor medida en la corteza renal. El rin toma mayor relevancia en estados de ayunoprolongado.

El higado sintetiza glucosa a partir de lactato, piruvato, aminocidos glucognicos, glicerol, etc. La glucosasintetizada va al sistema nervioso y msculo esqueltico, as como para la formacin de glucgeno,

glucoprotenas, disacridos, etc.

AMINOCIDOS GLUCOGNICOS Y CETOGNICOS

Los aminocidos pueden ser glucognicos, cetognicos o ambos. Losglucognicos son los que dan lugar a una produccin neta de piruvato o

intermediarios del ciclo TCA, tales como -cetoglutarato u oxalacetato, queson precursores de la glucosa via gluconeognesis. Todos lso aminocidos

excepto la lisina y la leucina son al menos en parte glucognicos. La lisina y

la leucina son los nicos aminocidos solamente cetognicos, dando lugar aacetil-CoA y acetoacetil-CoA, ninguno de los cuales puede producir glucosa.

SENTIDO DE LA GLUCONEOGNESIS

La gluconeognesis procede con las mismas reacciones que la gluclisis

excepto 3 reacciones, que son las irreversibles de la glicolisis. Por tanto, las

tres reacciones distintas que se producen en la gluconeognesis son laconversin de la G6P en glucosa (por la glucosa-6-fosfatasa), la conversin

de la F-1,6-bP en F-6-P por la fructosa-1,6-bisfosfatasa, y la conversin del

piruvato en fosfoenolpiruvato en dos reacciones: formacin de oxalacetato

y posterior formacin de fosfoenolpiruvato.

La biotina acta como coenzima y

proviene de las vitaminas H,B7 y B8.Sus anillos forman una silla y en elanillo de isoureido hay un grupo NH

que transporta el CO2. Su deficienciaprovoca dficit en sntesis de aas, cadade pelo y dermatitis.


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PIRUVATO CARBOXILASA

POR QU SE PASA POR LA MITOCONDRIA?

En el citoplasma, el NADH es escaso y se requiere en lareduccin de 1,3-bisfosfoglicerato a gliceraldehido-3-P.Para ello, el NADH es exportado de la mitocondria al

citoplasma. Para ello el piruvato es transformado a

oxalacetato y malato en la mitocondria, y este ltimo es

exportado al citosol para transfromarse de nuevo enoxalacetato y soltar NADH.

Si el sustrato es lactato (en el hgado), su conversin apiruvato ya genera NADH en el citosol. As, el piruvato

entra a la mitocondria y es carboxilado a OAA, para ser

descarboxilado a PEP por la carboxiquinasa mitocondrial.

Despus, este PEP para al citosol.


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DE F-1,6-BPA F-1-P

La reaccin es catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfatasa,

segn la reaccin:

DE G6PA GLUCOSA

La reaccin es catalizada por la glucosa-6-fosfatasa, que se encuentra en el RE de los hepatocitos y clulasrenales. La G6P debe ser transportada al RE. Se une a una prtoena estabilizadora (SP). Se produce G y Pi

que deben ser transportados al citosol. En el proceso INTERVIENEN 5 ENZIMAS:una para introducir la

G6P en el lumen del RE, otra para catalizar la hidrolisis, dos para sacar tanto la glucosa como el Pi al

citosol, y la ltima para introducir la glucosa en la sangre.

BALANCE ENERGTICO DE LA GLUCONEOGNESISLa conversin de piruvato a glucosa es un proceso caro e irreversible, por lo que para que se eviten

errores de descoordinacin slo se da en hgado y rin.

AMINOCIDOS Y CIDOS GRASOS GLUCONEOGNICOS

Son aquellos aminocidos que pueden convertirse a glucosa: A, C, G,S, T, W (como piruvato); R, Q, E, H, P (como -cetoglutarato); I, M, T,V (como succinil-CoA); F, Y (como fumarato); N, D (comooxalacetato).

Por el contrario, los AG no general glucosa en mamferos porque lareaccin de la piruvato-DH es irreversible (el acetil-CoA no puede

ser reconvertido en piruvato). Las plantas, levaduras y otrasespecies se aprovechan del ciclo del glioxilato para producir dichos

azucares.

Pese a no poder sintetizar Glucosa a partir de AG, lo podemos hacer

a partir del glicerol: el glicerol se transforma en glicerol fosfato, quepasa a DHAP y sigue la gluconeognesis


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INSULINA, GLUCAGNYADRENALINALa insulina es un anabolizante que se secreta en respuesta a una alta concentracin de glucosa en sangre,

el glucagn se sintetiza cuando la concentracin de glucosa es baja y, por ultimo, la adrenalina moviliza los

combustibles en respuesta a estrs o emergencia.

Esta regulacin de la gluclisis-gluconeogensis es vital ya que, si por ejemplo, la reaccin de F6P a F-1,6-bP ocurriera en ambas reacciones de manera simultnea, tendramos un ciclo futil con degradacin de

ATP sin que se realizara ningn trabajo neto, lo que implicaria la perdida innecesaria de energa de laclula.

Sin embargo, no es un ciclo intil (antes se pensaba que era un error delmetabolismo), puesto que muchos

organismos necesitan calor. Asimismo, esa capacidad de fosforilacin-desforforilacin instantnea

permite regular las rutas (a continuacin).


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Un metabolito A se convierte en B con una tasa de conversin de 100; mientras que la reconversin de B

en A ocurre con una tasa de 90. Por tanto, la tasa de conversin de A a B es 10. Si consideramos unamolcula con capacidad de unin a ambos enzimas, provocando una moificacin alostrica que aumento o

disminuya afinidad.En consecuencia, la molcula nueva provocar que la tasa de A a B aumente a 120; y la inversa disminuir

a 72. Ahora el flujo neto es 48. Esta es la razn porque los ciclos ftiles son importantes, ya que aumentan

la capacidad de regulacin en una ruta.

Las enzimas clave del ciclo F-6-P / F-1,6 bP con la fosfofructoquinasa I y la F-1,6-bisfosfatasa. En elhgado hay actividad fosfatasa 4 veces ms que quinasa, por lo que la direccin de la reaccin es hacia la

gluconeognesis. En el musculo, por el contrario, predomina la actividad quinasa, por lo que el flujo va

hacia glicolisis. La funcin de la F-1,6-bPasa es amplificar la respuesta glicoltica en respuesta a la demantade ATP (ciclo futil o de sustrato).


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RUTADELASPENTOSASFOSFATOLa glucosa-6-P tiene 3 destinos diferentes:

- Msculo y cerebro, donde sigue la gluclisis, dando piruvatoo En condiciones aerobias da CO2y agua (lo que ocurre siempre en el cerebro)o En condiciones anaerobias da lactato, que vuelve a glucosa por el ciclo de Cori (en msculo)

- En hgado, se da la gluconeognesis, en la que la G6P es desforsforilada a G libre y pasa al torrentecirculatorio con transportadores especficos.

- Ruta de las pentosas fosfato: genera dos metabolitos esenciales:o Ribosa-5-P: componente esencial de cidos nucleicos, ATPo NADPH: posee poder reductor, por lo que se considera como otra forma de energa (SON

CASI 3 ATP). Se requiere en:

Vas de sntesis de cidos grasos, colesterol, neurotransmisores y nucletidos. Detoxificacin de glutatin oxidado y las ci 450 monooxygenasas.

Los tejidos donde se dan estas rutas son: Glndula adrenal (esteroides), hgado (AG y colesterol),

testculos (esteroides), tejido adiposo (AG), ovario (esteroides), glandula mamaria (AG), eritrocito

(mantenimiento de glutatin).

La via de las pentosas fosfato comprende una serie de vas para generar NADPH, que posee poderreductor, y ribosa-5P, un metabolito que se utiliza en la sntesis de ATP, CoA, NAD+, FAD y cidosnucleicos.

//RECORDAR QUE: NADH procesos catablicos y NADPH procesos catablicos

La ruta de las pentosas fosfato est regulda por la G-6-P deshidrogenasa y por la disponibilidad de NADP+.

El NADPH + H+ generado se utiliza para la biosntesis de FA, colesterol y glucatin reducido (eneritrocitos). Esta ruta est activa en el hgado, tejido adiposo, glndula mamaria, corteza adrenal y

eritrocitos.

El NADPH se utiza en varias reacciones: sintesis de acidos grasos, colesterol, neurotansmisores y

nucleotidos; as como reduccin de glutation oxidado y en monooxigenasas del cit P 450.

FASES DE LA RUTA

La ruta posee dos fases:

- Fase oxidativa irreversible: comprende las reaccionescatalizadas por la G-6-P-DH, lactonasa y 6-fosfogluconato-DH.

Ribulosa-5-P se isomeriza a R-5-P a travs de un enodiol

intermediario

El NADPH es un inhibidor potente de la G-6-P-DH, yaque compite con el NADP+por el mismo sitio de unin alenzima. (MODULADOR ALOSTERICO)


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- Fase no oxidativa reversible:se realiza la interconversin de azcares fosforilados. La va catalizala interconversin de azcares de 3,4,5,6 y 7C en una serie de reacciones no oxidativas. Losazcares de 5C en exceso pueden convertirse en intermediarios de la glicolisis.

La conversin de ribulosa-5-P en G-6-P ocurre a traves de una serie de reacciones que implican a

dos enzimas nicos de esta ruta: transcetolasa y tranaldolasa.Las pentosas-P producidas en la fase oxidativa se reciclan a G6P. La ribulosa-5-P se isomeriza a

ribosa-5-P y xilulosa-5-P. A continuacin, en una serie de reordenamientos de los esqueletoscarbonados, 6 azcares-P de 5 C se convierten e 5 azcares-P de 6 C, completando el ciclo y

permitiendo la oxidacin continua de G6P con produccion de NADPH.


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La transcetolasa cataliza la

transferencia de un fracmento de 2C

desde un dador Cetosa a un aceptoraldosa (transfiere del C1 y C2 de la

xilulosa-5P a la ribosa-5P formando

sedoheptulosa y GA3P)

La transaldolasa cataliza latransferencia de un fragmento de 3C

desde la sedoheptulosa-7P al GA-3Pformando F6P y eritrosa-4P.

La transcetolasa vuelve a actuarformando F6P y GA-3P (trnafiere 2Cde un dador cetosa, la xilulosa 5-P, a

un aceptor aldosa, la eritrosa 4-P).

Dos molculas de GA-3P por

repeticiones de estas reacciones

pueden dar lugar a F-1,6BP. La

fructosa bisfosfataja junto con laisomerasa, teasforman la F-1,6-BP en

G6P

CONSIDERACIONES DE INTERS

El metabolismo de la G-6-P a traves de la va de las pentosas-P est coordinado con la glicolisis. El destinode G-6-P depende de [NADP+] y de las necesidades de NADPH, R-5-P y ATP que tenga de la clula.

MODALIDADES (EJEMPLOS)

- Se requiere mucha ms R-5-P que NADPH en clulas en divisin rpida para la sntesis de acidosnucleicos. En consecuencia, la fase oxidativa queda inactivada (ya que no es necesario el NADPH) y

la G6P pasa a gluclisis formando F6P y GAP, que pasan a formar ribosa-5-P mediante fase nooxidativa.

- Cuando se necesita tanto NADPH como ribulosa-5-P, la glucosa puede transformarse en ribulosa 5-5-fosfato, generando 2 NADPH y CO2. Esta ribulosa se transformara posteriormente en ribosa-5-P.

- Cuando se necesita ms NADPH que ribosa-5-P (sntesis de AG por el tejido adiposo), se activa lafase oxidativa, que genera el NADPH; y se sigue con una fase no oxidativa que produce fructosa-6-P

y gliceraldehido-3-P, que regeneran en G6P mediante reacciones de glucognesis.


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- Si se requiere NADPH y ATP se activa la fase oxidativa y en la fase no oxidativa se produce F6P yGAP, que dan lugar a piruvato y ATP. Este piruvato puede oxidarse y producir ms ATP.


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GLUCGENOEl glucgeno es una forma de almacenamiento de glucosa fcilmente movilizable. El exceso de glucosa de

la dieta se almacena como glucgeno. Se moviliza cuando surge una necesidad: actividad muscular, entrecomidas ste se halla en el citosol, en forma de grnulos de 10-40 nm. Estos grnulos contienenglucgeno sintasa y fosforilasa, as como enzimas reguladores.

Los principales lugares de almacenamiento de glucgeno son el hgado y el msculo estriado esqueltico.

Se encuentra hidratado en proporcin 3:1 (de qu???). En el hgado, su funcin es regular el nivel deglucosa en sangre, mientras que en el msculo es suministrar glucosa para la actividad muscular.

Sin embargo, existen defectos enzimticos congnitos que alteran el metabolismo del glucgeno y quegeneran enfermedades de almacenamiento del glucgeno:

- Enfermedad de Von Gierke: El hgado carece ge G-6-fosfatasa, por lo que se acumulan cantidadesanormales de glucgeno en el hgado. En consecuencia, el exceso de glucosa-6-P produce un

incremento de glicolisis en el hgado, aumentando los niveles de piruvato y lactato en sangre.

- Enfermedad de Pompe: carencia de -1,4-glicosidasa, que genera lisosomas llenos de glucgeno.- Enfermedad de Cori: la carencia de -1,6-glicosidasa provoca que solo puedan utilizarse las ramas

externas del glucgeno.

- Enfermedad de McArdle: ausencia de actividad glucgeno fosforilasa en el msculo. Enconsecuencia el cuerpo es incapaz movilizar el glucgeno muscular, hay menor tasa de gliclisis yaumenta la incapacidad de realizar ejercicio.

El glucgeno es un polmero muy grande y ramificado de molculas de glucosa, unidas por dos tipos deenlace: -1 4 y -1 6. Los enlaces -1 6 se producen aproximadamente cada 10 residuos, son losresponsables de las ramificaciones.

Pese a que el glucgeno almacena menos energa que los cidos grasos (son ms compactos y menos

hidratados), la glucosa es fcilmente movilizable, lo que permite mantener los niveles de glucosa en

sangre y trabajar con ella rpidamente, lo que permite ser utilizada como fuente de energa en condiciones

anaerobias, a diferencia de los cidos grasos.


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DEGRADACIN DEL GLUCGENO

Glucogenlisis: origina G-1-P, que puede ser convertida a G-6-P,

pudiendo seguir diferentes caminos:

- Mediante gluclisis puede formarse piruvato, que setransformar a lactato o a CO2+ H2O.- La G-6-fosfatasa crea glucosa, que se dirige a la sangre y seutilizar en otros tejidos.

- Puede seguir la ruta de las pentosas, y transformarse enribosa y NADPH.

Para degradar el glucgeno existen dos enzimas: la glucgenofosforilasa y la enzima desramificante. Esta ltima posee una

actividad transferasa (traslada bloques de 3 glucosas de una ramaexterna a otra) y -1,6-glucosidasa (libera la glucosa unida en 1 6, que ser fosforilada por la hexoquinasa).

La degradacin puede realizarse mediante hidrlisis y

fosforlisis:

- En la hidrlisis la se realiza la digestin de polisacridos ydisacridos, mediante la inclusin de una molcula de

agua en el enlace O-glucosdico. Esta degradacin requiereun posterior gasto de ATP para que la glucosa puedametabolizarse.

- En la fosforlisis se realiza la movilizacin del glucgeno mediante la formacin directa deglucosa-1-P. Al mostrar varias cargas negativas (del P) la glucosa no puede atravesar la membrana.

En la fosforlisis se realiza la adicin de ortofosfato en los extremos no reductores por laglucgeno fosforilasa, la cual posee un piridoxal fosfato (PLP) como grupo prosttico. In vitro, esta

reaccin es reversible; aunque no in vivo, ya que la [Pi]/[G-1-P]=100 lo que favorece la fosforlisis.


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REGULACIN DE LA GLUCOGENLISIS

La glucgeno fosforilasa es el enzima regulador. Su actividad se regula mediante dos mecanismos:

-

Modificacin covalente reversible, por fosforilacin-defosforilacin, como respuesta a la accinhormonal.

- Regulacin alostrica por metabolitos: AMP y ATP en musculo; y glucosa en hgado.El enzima puede hallarse fosforilada en la forma a (activa) o desfosforilada en la forma b (inactiva). Parapasar de la forma b a la forma a hay que fosforilar un residuo de serina de cada subunidad. Estas formas

existen en equilibrio entre un estado activo (R) o relajado, y un estado tenso (T),menos activo.

FOSFORILASA MUSCULAR

La forma b se activa en presencia de altas [AMP] yse desactiva por ATP (compite con AMP) o con G6P

(por unin al centro de AMP).

La forma a, por el contrario, est totalmente activaindependientemente de AMP, ATP o G6P.

En el msculo en reposo, la mayor parte est en

forma b; y cuando se realiza ejercicio, la elevada[AMP] conduce su activacin. Asimismo, durante el

ejercicio se libera adrenalina, que conduce la formaa.

FOSFORILASA HEPTICA

La fosforilasa heptica se encarga de repartir glucosa al restodel organismo. La forma b no es sensible al AMP, pero se activa

por fosforilacin por accin del glucagn. Se desactiva porunin a la glucosa y por desfosforilacin.


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Sin embargo, para que la glucogeno fosforilasa trabaje, es necesaria una cascada de reacciones:


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SINTESIS DE GLUCGENOEl exceso de glucosa es convertido en molculas polimricas para almacenarla y transportarla. En

vertebrados, la principal forma de almacenamiento de glucosa es el glucgeno, mientras que en p`lantas es

el almidon. En animales ocurre de manera prominente en el hgado y musculo esqueltico.En el hgado los proceso de sntesis y degradacin de glucgeno tienen la funcin de mantener los niveles

de glucosa sanguneos tal y como se requieren para satisfacer las necesidades globales del organismo. Encambio en el msculo el glucgeno juega un papel de almacn de glucosa para sus propias necesidades.

BIOSNTESIS DE UPD-GLUCOSA

Para la biosntesis de polmeros de glucosa, se utilizan monmeros de

azcar modificados con un nucletido: UDP glucosa. La UDP-glucosa essintetizada a partir de G1P y UTP mediante una reaccin catalizada por la

UDP-glucosa pirofosforilasa. La reaccin es dirigida hacia la formacin de

UDP-glucosa por la degradacin rpida e irreversible del pirofosfato

mediante pirofosfatasainorgnica.

Estas unidades de UDP-glucosa son

tramsferidas a los extremos no reductores del glucgeno

por la glucgeno sintasa, que resuta ser el enzima

regulador en la sntesis del glucgeno. El UDP esregenerado a UTP por la nuclesido difosfoquinasa a

partir de ATP.

La glucgeno sintasa requiere un cebador de glucgenoya formado (de unos 8 residuos) para catalizar lareaccin. Este cebador es sintetizado por la glucogenina.

Para ello, en primer lugar se realiza la transferencia de


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una glucosa desde UDP-G al OH de la Tyr 194 de glucogenina. A continuacin se ataca el C-1 de otraUDPG por el OH de la glucosa terminal. A partir de entonces (8 G) la glucgeno sintasa se encargar de laelongacin.

ENZIMA RAMIFICANTE

La glucgeno sintasa solo cataliza enlaces 1 4 glucosdicos. Por tanto, es necesario otro enzima paraformar enlaces 1 6 para crear las ramificaciones del glucgeno.

La ramificacin tiene lugar despus de que un cierto nmero de unidades glicosilo se hayan unidomediante enlaces 1 4 por la glucgeno sintasa. Las ramas se forman por ruptura de un enlace 1 4 yformacin de un enlace 1 6.

El enzima ramificante transfiere bloques de 7 residuos de

glucosa hacia un lugar ms interior. Este bloque debeincluir el extremo no reductor y proceder de una cadenade al menos 11 residuos. El nuevo punto de ramificacin

que se genera debe distar de otro preexistente al menos

en cuatro residuos.

La ramificacin del glucgenpo es importante, ya que se

incrementa su solubilidad y se genera un gran nmero deresiduos terminales no reductores, lugares de accin deglucgeno fosforilasa y sintasa, lo que incrementa la

velocidad de sntesis y degradacin del glucgeno.

REGULACIN DE LA SNTESIS DE GLUCGENO

La regulacin de sntesis y degradacin del glucgeno escompleja:

- Regulacin alostrica: control de las actividadesenzimticas para ajustar el metabolismo del glucgeno

a las necesidades de la clula

- Regulacin hormonal: ajustar el metabolismo delglucgeno a las necesidades del organismo entero.REGULACIN ALOSTRICA

Se produce la activacin de la Glucgeno sintasa b (inactiva por

la G6P

REGULACIN COVALENTE DE LA GLUCGENO SINTASA

- La glucgeno sintasa se inactiva por fosforilacin enhasta 11 residuos. La kinasa ms importante es la

glucgeno sintasa quinasa 3 (GSK3), que fosforila en 3

sitios. Para que esta se d, se requiere la fosforilacin

por la GSK2. La GSK3 es inactivas por insulina, ya queactiva la PKB, que fosforila la GSK3, inhibindola.

- La glucgeno sintasa se activa por la desfosforilacin por PPP1. La PP1 es activada por insulina einhibida por adrenalina/glucagn.


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SNTESIS DE ALMIDNLa ADP-G se forma por condensacin de G1P con ATP. Entonces la almidon sintasa transfiere glucosa auna cadena de almidon en crecimeinto. El enzima regulafor es la ADP-G pirofosforilasa, la cual se activa

por 3-fosfoglivcerato, el ual se acumula durante la fotosntesis.

FIJACIN DEL CARBONO

La sntesis de carbohidratos en animales parte de compuestos de 3C, como pirvico, lctico o glicerol. Enlas plantas, se realiza a partir de CO2y H2O con el ATP y el NADPH generados en la fase lumnica de la

fotosntesis. El CO2se fija en fosfoglicerato, que se forma en el estroma de los cloroplastos.

La asimilacin del CO2 implica, a parte de la propia reaccin de fijacin de CO2, un ciclo de reaccionesdescubierto por Melvin Calvin.

CICLO DE CALVINEl ciclo de Calvin posee tres etapas: la primera etapa, en la que se produce la fijacin del CO 2; la segunda,

en la que se da la reduccin y produccin de triosa fosfato (G3P); y la tercera etapa, en la que se da laregeneracin de la ribulosa-1,5-bisfosfato (aceptor de CO2). El rendimiento neto ser una molcula de

gliceraldehdo-3-fosfato por cada 3 molculas de CO2asimiladas.

La ribulosa-1,5-bisfosfao carboxilasa (RubisCO) cataliza la unin covalente del CO 2 a la ribulosa-1,5-

bisfosfato y la ruptura del intermediario de 6 carbonos. La RubisCO es uno de los enzimas msimportantes, y constituye el 50% de las protenas del estroma. Presenta un Mg+2 en el centro activo del

enzima.


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El ciclo de Calvin consta de tres fases:

- Fase de fijacin: La ribulosa-5 fosfato se une a 3 CO 2 mediante la ribulosa-1,5-bisfosfatocarboxilasa-oxigenasa para dar 3-fosfoglicerato.

- Fase de Reduccin: El 3-fosfoglicerato se transforma en 1,3-bisfosfoglicerato por la fosfogliceratoquinasa, con el consumo de 6 ATP (que se transforman en 6 ADP). Despus, el 1,3-BPG se

transforma en G3P por la gliceraldehido-3-P deshidrogenasa. En el proceso se forman 6 Pi y 6NADPH se oxidan a NADP+. La reaccin hasta ese punto es la siguiente:

- Fase de regeneracin del aceptor: comprende una serie de reacciones en las que 5 de los 6gliceraldehidos-3-P (DE DONDE VIENEN 6 GAP)??????? se transforman en las 3 Ribulosas-5-P iniciales del ciclo.

La reaccin general del ciclo de Calvin es la siguiente:

6RuBP + 6CO2+ 12NADPH + 18 ATP + 12H++ 6H2O 6RuBP+ C6H12O6+ 12NADP++ 18ADP + 18 Pi

DESTINO DE LAS TRIOSAS FOSFATO

Las triosas fosfato sintetizadas mediante el ciclo de Calvin pueden transformarse en glucosa dentro delcloroplasto, y despus en almidn. Asimismo, la fructosa puede exportarse al citosol y tranformarse en

sacarosa.

La DHAP sale al citosol va un antiporter que la intercambia por Pi. Esto es importante porque as se puede

sintetizar sacarosa en el citosol y adems se restablecen los niveles de Pi en el interior del cloroplasto(estroma), lo cual es relevante porque en el ciclo de Calvin se producen 9 ADP pero solo se liberan 8 Pi, de

manera que es necesario otro Pi para sintetizar 9 ATP en total.


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REGULACIN DEL CICLO DE CALVINPese a que el ciclo de Calvin se denomina como fase oscura, no tiene lugar enla oscuridad. Para que el ciclo suceda, la RubisCO y la F-1,6-bisfosfatasa sonactivadas por la luz. Esto (la luz) provoca que el pH del tilacoide disminuya

debido al bombeo de H+ al interior. En consecuencia, el pH del estroma (dondeestn las enzimas de Calvin) aumenta, y se genera el ambiente alcalino

necesario para que el in Mg+2de las enzimas sea efectivo.

El ATP y NADPH generados son vitales para la reduccin de CO2. Las

reacciones fotosintticas que los producen van acompaadas de movimientode protones desde el estroma interior de los tilacoides creando condiciones

alcalinas en el estroma. Esto hace que salgan iones Mg 2+de los tilacoides al

estroma, lo que favorece la activacin de la RubisCO y la F-1,6-BP.

En segundo lugar, la RubisCO puede estar activa o inactiva. Se encuentra

inactiva cuando est unida a la Ru-1,5-BP, ya que obstruye el acceso a Lys 201. La rubisco activasa,

consecuentemente, expulsa la Ru-1,5-BP con gasto de ATP. As, la RubisCO con Lys 201 libre puede unirCO2, al cual se le une el in Mg +2, quedando activa.

Otro mecanismo regulador es el inhibidor 2-carboxyarabinitol-1-fosfato,

sintetizado por la rubisco carbamilada. Esta molcula es degradadacuando vuelve la luz o cuando es expelida por la RubisCO activasa.

La tiorredoxina tambin desempea un papel importante en laregulacin del ciclo de Calvin. La forma reducida de la tiorredoxina activa

a muchos enzimas biosinteticos al reducir los puentes S-S. Esto hace quela tiorredoxina se oxide y que el enzima correspondiente se reduzca,

quedando activo. Posteriormente, la tiorredoxina oxidada (-S-S-) esreducida por la ferredoxina reductasa. La tiorredoxina activa de da a la

Ribulosa-5-P-quinasa, F-1,6-bisfosfatasa, sedoheptulosa-1,7-bisfosfatasay gliceraldehido-3-P DH.


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FOTORRESPIRACINEn la oscuridad, las plantas tambin realizan respiracin mitocondrial (oxidacin de los sustratos a CO 2yconversin de O2a agua). Existe otro proceso que consiste en el consumo de O2 y produccin de CO2y que

es activado por la luz; la fotorrespiracin. La fotorrespiracin aumenta a alta temperatura, ya que el O2se

hace ms soluble que el CO2.

La causa de la fotorrespiracin es que la RubisCO es una enzima inespecfica, y cataliza tanto la unin del

O2como del CO2. En consecuencia, ambas molculas competirn por el centro activo. La fotorrespiracines una reaccin lateral de la fotosntesis que resulta muy costosa, debido a que se forma un 2 -fosfoglicolato, un producto sin utilizad metablica. Para que sea til, hay que recuperar los 2 C del

fosfoglicolato, lo que ocasiona una gran prdida de energa para la planta.

LARUTA DEL GLICOLATO

Para corregir el error de la RubisCO y la formacin de GAP apartir del 2-fosfoglicolato, exista la ruta del glicolato. En ella,dos molculas de 2-fosfoglicolato se transforman en una de

serina (3C) y se libera un CO2. Estas reacciones se producenen el cloroplasto, peroxisoma y mitocondria.

En el cloroplasto, una fosfatasa convierte el 2- fosfoglicolato

en glicolato, que se exporta al peroxisoma y se convierte englioxilato, el cual se transamina a Gly. El perxido dehidrgeno producido en el peroxisoma se metaboliza por la

catalasa y se produce agua y oxgeno.

La Gly pasa del peroxisoma a la mitocondria. Se condensan y

descarboxilan dos Gly para producir serina, la cual vuelve alperoxisoma y se convierte en glicerato. Este ltimo pasa al

cloroplasto y se convierte en 3-PG; y de ah a ribulosa-1,5-BPpor la tercera fase del ciclo de calvin, completndose el ciclo.

LAS PLANTAS C4En climas tropicales, donde la temperatura es elevada y laactividad de la luz es intensa, las plantas tropicales, as como

el maz y la caa de azcar se ven muy afectadas por la

fotorrespiracin.

Para aliviar el problema, estas plantas (denominadas C4)en las clulas del mesfilo forman productos con 4C, como el

oxalacetato o el malato.

En las clulas del mesfilo, el CO2 se junta con

fosfoenolpiruvato para producir oxalacetato (por la PEP

carboxilasa), el cual se transforma en malato. Este pasa atravs de los plasmodesmos a la clula perivascular, donde la

malato DH la descarboxila a piruvato. Este CO2entrar al ciclo


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de Calvin. El pirvico pasa al mesofilo y se convierte en PEP, repitindose el ciclo.

El CO2de la descarboxilacin del malato queda disponible para ser aceptado por 3- fosfoglicerato para

regenerar ribulosa 1,5-bisfosfato y producir GAP (triosas

fosfato) como en plantas C3.

PLANTAS CAM

Las Crasulceas (cactus, pia) tienen un metabolismo

cido, que les permite crecer en ecosistemas ridos. Se

llamn plantas CAM (crasulcea acid metabolism).

En muchas plantas que crecen en climas calurosos y

secos los estomas de las hojas permanecen cerrados

durante el da para impedir la prdida de agua.

Como consecuencia no pueden absorber CO2durante lashoras de insolacin que es cuando se precisa para lasntesis de glucosa. El CO2 entra en las hojas cuando se

abren los estomas a la noche.

As, el CO2 se fija mediante va C4 y se almacena en

vacuolas. Durante el da se descaboxila el malato y el CO2 queda disponible para entrar en el ciclo deCalvin.

A diferencia de las C4 en las plantas CAM, el almacenamiento y la utilizacin de CO 2estn separadas en eltiempo. Por el contrario, la fijacin del CO2en las plantas C4 est separada en el espacio.

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