Un ciclo inútil , también conocido como ciclo de sustrato , ocurre cuando dos vías metabólicas corren simultáneamente en direcciones opuestas y no tienen otro efecto general que el de disipar energía en forma de calor . [1] La razón por la que este ciclo se llamó ciclo "inútil" fue porque parecía que este ciclo operaba sin utilidad neta para el organismo. Como tal, se pensaba que era una peculiaridad del metabolismo y, por lo tanto, se le denominaba ciclo inútil. Después de más investigaciones se vio que los ciclos inútiles son muy importantes para regular las concentraciones de metabolitos. [2] Por ejemplo, si la glucólisis y la gluconeogénesis estuvieran activas al mismo tiempo, la glucosa se convertiría en piruvato mediante la glucólisis y luego se convertiría nuevamente en glucosa mediante la gluconeogénesis, con un consumo total de ATP . [3] Los ciclos inútiles pueden tener un papel en la regulación metabólica, donde un ciclo inútil sería un sistema que oscila entre dos estados y muy sensible a pequeños cambios en la actividad de cualquiera de las enzimas involucradas. [4] El ciclo genera calor y puede usarse para mantener la homeostasis térmica , por ejemplo en el tejido adiposo marrón de mamíferos jóvenes , o para generar calor rápidamente, por ejemplo en los músculos de vuelo de los insectos y en animales en hibernación durante el despertar periódico del letargo. . Se ha informado que el ciclo del sustrato del metabolismo de la glucosa no es un ciclo inútil sino un proceso regulador. Por ejemplo, cuando de repente se necesita energía, el ATP se reemplaza por AMP, una adenina mucho más reactiva.
La realización simultánea de glucólisis y gluconeogénesis es un ejemplo de ciclo inútil, representado por la siguiente ecuación:
Por ejemplo, durante la glucólisis, la fructosa-6-fosfato se convierte en fructosa-1,6-bifosfato en una reacción catalizada por la enzima fosfofructoquinasa 1 (PFK-1).
Pero durante la gluconeogénesis (es decir, la síntesis de glucosa a partir de piruvato y otros compuestos) tiene lugar la reacción inversa, catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBPasa-1).
Dando una reacción general de:
Es decir, hidrólisis de ATP sin que se realice ningún trabajo metabólico útil. Es evidente que si se permitiera que estas dos reacciones procedieran simultáneamente a un ritmo elevado en la misma celda, una gran cantidad de energía química se disiparía en forma de calor. Por lo tanto, este proceso antieconómico se ha denominado ciclo inútil. [5]
No existen muchos medicamentos que puedan tratar o revertir eficazmente la obesidad. La obesidad puede aumentar el riesgo de enfermedades relacionadas principalmente con problemas de salud como diabetes, hipertensión, enfermedades cardiovasculares e incluso ciertos tipos de cáncer. Un estudio que gira en torno al tratamiento y la prevención de la obesidad utilizando ratones transgénicos para experimentar informa comentarios positivos que proponen que miR-378 puede ser un agente prometedor para prevenir y tratar la obesidad en humanos. Los hallazgos del estudio demuestran que la activación del ciclo inútil piruvato-PEP en el músculo esquelético a través de miR-378 es la causa principal de la lipólisis elevada en los tejidos adiposos de ratones transgénicos miR-378, y ayuda a orquestar la interacción entre el músculo y la grasa para controlar la energía. homeostasis en ratones. [6]
Nuestra comprensión general del ciclo inútil es un ciclo de sustrato, que ocurre cuando dos vías metabólicas superpuestas corren en direcciones opuestas, que cuando se dejan sin regulación continuarán sin control sin ninguna producción real hasta que se agote toda la energía de las células. Sin embargo, la idea detrás del estudio indica que el ciclo inútil de piruvato-fosfoenolpiruvato activado por miR-378 desempeña un beneficio regulatorio. [6] MiR-378 no solo da como resultado una menor masa grasa corporal debido a una mayor lipólisis, sino que también se especula que los ciclos inútiles regulan el metabolismo para mantener la homeostasis energética. miR-378 tiene una función única en la regulación de la comunicación metabólica entre el músculo y los tejidos adiposos para controlar la homeostasis energética a niveles de todo el cuerpo. [6]
Para comprender cómo la presencia de un ciclo inútil ayuda a mantener niveles bajos de ATP y generar calor en algunas especies, analizamos las vías metabólicas que se ocupan de la regulación recíproca de la glucólisis y la gluconeogénesis .
La vejiga natatoria de muchos peces; como el pez cebra por ejemplo- es un órgano lleno internamente de gas que ayuda a contribuir a su flotabilidad . Estas células de glándulas gaseosas se encuentran donde se encuentran los capilares y los nervios. Los análisis de enzimas metabólicas demostraron que una enzima de gluconeogénesis, fructosa-1,6-bisfosfatasa (Fbp1) y una enzima glicolítica, gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (Gapdh) se expresan altamente en las células de las glándulas gaseosas. [7] El estudio significó que la caracterización de la vejiga natatoria del pez cebra no debería contener ninguna expresión del gen de la fructosa-1,6-bisfosfatasa. Se sabe que el tejido de la vejiga natatoria tiene una actividad glucógena muy alta y carece de gluconeogénesis, aunque se encontró que se expresaba una cantidad predominante de Fbp. Este hallazgo sugiere que en la célula de la glándula gaseosa, Fbp forma un ciclo metabólico inútil dependiente de ATP. La generación de calor es de vital importancia para que las células de las glándulas gaseosas sinteticen ácido láctico porque el proceso se inhibe fuertemente si se acumula ATP.
Otro ejemplo sugiere que la generación de calor en la vejiga natatoria del fugu se transportará fuera del lugar de generación; sin embargo, aún puede recuperarse constantemente a través de la rete mirabile para mantener la temperatura de la glándula gaseosa más alta que la de otras áreas del cuerpo.
La reacción neta general del ciclo inútil implica el consumo de ATP y la generación de calor de la siguiente manera:
Otro ejemplo de ciclo inútil que beneficia la generación de calor se encuentra en los abejorros . Los abejorros utilizan el ciclo inútil que involucra Fbp y Pfk para producir calor en los músculos de vuelo y calentar considerablemente sus cuerpos a bajas temperaturas ambientales. [7]
{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace ) Mantenimiento de CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )