BOLILLA 4: METABOLISMO DE HIDRATOS DE CARBONO.

Vía Glicolítica. Ubicación subcelular, enzimas y cofactores que participan. Regulación enzimática. Rendimiento energético en anaerobiosis. Distintos tipos de fermentaciones.

Gluconeogénesis. Metabolismo del Glucógeno. Regulación

hormonal. Respuesta enzimática a la hipoglucemia e hiperglucemia.

Metabolismo

- Digestión. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento, mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles.

- Absorción de nutrientes. Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.

- Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.

- Galactosa

CARBOHIDRATOS DE LA DIETA

Polisacáridos

Disacáridos

Monosacáridos

- Almidón : granos, harinas, tubérculos, legumbres

- Glucógeno : carnes

- Sacarosa: frutas, azúcar de mesa,remolacha

- Lactosa: Leche y derivados

- Glucosa:- Fructosa

frutas, miel, golosinas, etc.

SGLUT

Glucosa

GlucosaGalactosa

Galactosa

Fructosa

GLUT5

Fructosa

LUZ INTESTINAL

2 Na+3

Na+

2 K+

GLUT2

Na+K+ ATPasa

ATP

Transportefacilitado

Transportador Activo

SecundarioDpte. de Na+

Transportadores de Glucosa

Transportador de Fru en enterocitos.

GLUT5

Tej. Adiposo y músculo esquelético y cardiaco.

Es sensible a InsulinaGLUT4

Ppal. Transportador en cerebro y nervios periféricos.

GLUT3

En membrana basolateral del epitelio intestinal, túbulos renales,

hepatocitos y células β pancreáticas

GLUT2

En todos los tejidos del feto. En adultos: en GR, fibroblastos y

células endotelialesGLUT1

TERMINOLOGIA

GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa, fructosa, galactosa hasta piruvato

GLUCONEOGENESIS: Síntesis de glucosa a partir de otros precursores diferentes a hidratos de carbono

GLUCOGENOGENESIS: Conversión de glucosa en glucógeno

GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a glucosa

Importancia de la glucosa

CARACTERÍSTICAS DE LA VIA GLICOLÍTICA (GLICOLISIS)

Es una vía UNIVERSAL

CITOPLASMATICA

No requiere de oxígeno

Una HEXOSA se convierte en 2 TRIOSAS

Se sintetiza ATP por fosforilación a nivel

de sustrato

Se producen 2 moléculas de NADH

Se producen intermediarios para

biosíntesis de otros compuestos

FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO

- Los cambios producidos en el sustrato conducen a la redistribución de la energía contenida en la molécula y a crear enlaces con alta energía de hidrólisis en algunos compuestos intermedios.

- Estos compuestos reaccionan directa o indirectamente con ADP para formar ATP.

- Este tipo de transferencia de energía, sin participación de la cadena respiratoria se denomina:

- FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO

- A diferencia de la fosforilación oxidativa, ésta no requiere de oxígeno para la formación de ATP.

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH

H H O

OH

H

OHH

OH

CH2OPO32

H

OH

H

23

4

5

6

1 1

6

5

4

3 2

ATP ADP

Mg2+

glucose glucose-6-phosphate

Hexokinase

* La glucosa es fosforilada en el carbono 6

Fosforilación de la glucosa• Paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos

• Activa metabólicamente a la glucosa• Impide la salida de Glucosa de la célula

HEXOQUINASA

GLUCOSA GLUCOSA-6-P

Hexoquinasas

Isoenzimas I, II, III

Isoenzima IV oGlucoquinasa

- Enzimas constitutivas- Son inespecíficas.- Valores de Km pequeños - Son inhibidas por su producto

- Hígado y células beta del páncreas.- Muy especifica, solo D-Glucosa.-No es inhibida por el producto.-Km elevado.-Es inducible y regulada su actividad por proteínas

GLUCOSA-6-P

Destinos metabólicos de la glucosa-6-fosfato

Glucógeno-génesis

Glucógeno

Via de las Pentosas

Ribosa-5-P

Piruvato

Glucosa

Glucosa-6-fosfatasa

Via Glicolitica

FASE I. (Reacciones 1-5).

FASE PREPARATORIA

Fosforilación de glucosa

Se recogen esqueletos carbonados de otros

monosacáridos.

Fragmentación de glucosa para dar 2 triosas

Gasto de energía, se consumen 2 ATP.

Fases de la Vía Glicolítica

FASE II (Reacciones 6-10)

FASE DE BENEFICIO

Oxidación de los esqueletos carbonados de las 2 TRIOSAS

Producción de energía metabólica por fosforilación a nivel de sustrato (4 ATP)

Producción de equivalentes de reducción (2 NADH).

El producto final son 2 PIRUVATOS

6C: GLUCOSA

PIRUVATO

ADP

ADP

NAD+

Acetil-CoA

ó

Lactato

ADP

ADP

Hexoquinasa

Isomerasa

Fosfofructo quinasa

Aldolasa

Glicer.deshidrog

P-Glicerato quinasa

Mutasa

Enolasa

Piruvato quinasa

GLUCOSA

Gliceraldehído-3 fosfato

Fosfato de dihidroxicetona

FASE DE CONSUMO DE ENERGIA O FASE PREPARATORIA

Fructosa 1,6 bisfosfato

Hexoquinasa

Fosfofructoquinasa

1,3 bisfosfo glicerato

3 fosfo glicerato

Fosfoenol piruvato

PIRUVATO

FASE DE GENERACION DE ENERGIA

Fosfoglicerato quinasa

Piruvato quinasa

ECUACION GENERAL DE LA VIA GLICOLITICA

GLUCOSA + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+

2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

PUNTOS DE REGULACIÓN DE LA GLICÓLISIS

TRES REACCIONES QUÍMICAS IRREVERSIBLES

1° Punto de Control: Hexoquinasa

2° Punto de Control: Fosfofructoquinasa (+) ADP ó AMP (-) ATP, NADH, Citrato y AG de cadena larga Principal punto de control de la Vía Glicolítica

3° Punto de Control: Piruvato Quinasa.

BALANCE ENERGETICO

FASE PREPARATORIA: Se gastan 2 ATP

FASE DE BENEFICIO: Se producen 4 ATP

Rendimiento de la Vía Glicolítica

2 ATP

GLUCOSA

2 PIRUVATO

Vía Glicolítica

AerobiosisO2

Fermentación Alcohólica

Fermentación Láctica

Etanol2 Lactato

2 Acetil-CoA + 2 CO2

CO2+ H2O

C. KREBS

Células animales

DESTINO DEL PIRUVATO

AnaerobiosisO2

QUE OCURRE EN CONDICIONES ANAERÓBICAS??

LA CELULA DEBE REOXIDAR EL NADH PARA

QUE LA VIA GLICOLITICA PUEDA FUNCIONAR !!!

SEGÚN LA CELULA O MICROORGANISMO DE

QUE SE TRATE EXISTEN DIFERENTES VIAS DE

FERMENTACION.

Piruvato Acetaldehído Etanol

Alcoholdeshidrogenasa

Piruvato descarboxilasa

FERMENTACION ALCOHOLICA

FERMENTACION LACTICA

GLUCONEOGENESIS

• TIENE LUGAR PRINCIPALMENTE EN HIGADO

• SE SINTETIZA GLUCOSA A PARTIR DE PRECURSORES QUE NO SON

HIDRATOS DE CARBONO.

• PRECURSORES:• GLICEROL• a -CETOACIDOS• LACTATO • PIRUVATO

• ES UN PROCESO QUE CONSUME ENERGIA

REACCIONES DE LA VIA GLUCONEOGENICA

• TIENE TRES REACCIONES DIFERENTES A LA VIA GLICOLITICA

• LAS TRES REACCIONES IRREVERSIBLES SON REVERTIDAS POR TRES ENZIMAS DIFERENTES:

• PIRUVATO CARBOXILASA

• FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA

• FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA

PIRUVATO CARBOXILASA

FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA

PIRUVATO + CO2 + H2O OXALACETATO + H+

ADP+ Pi

biotina

OXALACETATO FOSFOENOLPIRUVATO + CO2

ATP

ENZIMA MITOCONDRIAL

(+) Acetil-CoA

ISOENZIMAS CITOSOLICA Y MITOCONDRIAL

BIOSINTESIS DE FOSFOENOLPIRUVATO

GTP GDP

FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO + H2O

FRUCTOSA-6-FOSFATO + Pi

FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA

GASTO DE ENERGIA EN LA GLUCONEOGENESIS

(2) OXALACETATO 2 ATP

(2) FOSFOENOLPIRUVATO2 GTP

(2) 1,3-BISFOSFOGLICERATO 2 ATP

TOTAL: 4 ATP y 2 GTP por molécula de glucosa.

GLUCOSA-6-FOSFATASA (Hígado y riñón)

GLUCOSA-6-FOSFATO + H2O GLUCOSA + Pi

REACCION IRREVERSIBLE

ESTA ENZIMA NO SE ENCUENTRA EN MUSCULO

GLUCOSA A PARTIR DE GLUCOSA-6-FOSFATO

alanina

Fructosa 1,6-bisfosfatasa

REGULACIÓN DE LA GLUCONEOGÉNESIS

Hormonal:

Alostérica

Glucagón

Activa la Gluconeogénesis

a nivel de la fructosa bisfosfatasa

Fructosa-1,6 bisfosfatasa

(+) Acetil-CoAPiruvato carboxilasa

(-) AMP y ADP

METABOLISMO DEL GLUCOGENO

BIOSINTESIS

DEGRADACION GLUCOGENO-LISIS

GLUCOGENO-GENESIS

La síntesis y degradación de glucógeno están cuidadosamente reguladas entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula

ESTRUCTURA DEL GLUCÓGENO

enlace 1,6

extremo no reductor

enzima ramificante

OH

OH

-Polisacárido de reserva de las células animales.-Hígado y músculo.-Polímero de a-glucosa (uniones 1-4) a con ramificaciones (a 1-6)

DEGRADACION DEL GLUCOGENO GLUCOGENOLISIS

• SE ACTIVA CUANDO LA CELULA NECESITA ENERGIA Y NO DISPONE DE GLUCOSA

• TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA DE LAS CELULAS

• ES UN PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y MUSCULO ESQUELETICO

REQUIERE DE DOS REACCIONES

Eliminación de GLUCOSA del extremo no reductor (uniones a-1,4)

Hidrólisis de los enlaces glucosídicos en los puntos de ramificación (uniones a-1,6)

ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE DEGRADACIÓN DEL GLUCOGENO

GLUCOGENO FOSFORILASA

AMILO-a (1,6) GLUCOSIDASA Enzima desramificante

FOSFOGLUCOMUTASA

GLUCOGENOn + Pi GLUCOGENO n-1 + GLUCOSA

REACCIONES DE LA GLUCOGENOLISIS GLUCOGENO FOSFORILASA

AMILO- a(1,6)-GLUCOSIDASA

GLUCOGENOn + Pi GLUCOGENOn-1 + GLUCOSA-1-Puniones a-1,4

uniones a-1,6

EN UN PUNTO DE RAMIFICACIÓN:

MECANISMO DE DEGRADACION DEL GLUCOGENO

EXTREMO NO REDUCTOR

Molécula de glucógeno

Glucógeno fosforilasa

Glu-1-P

uniones a-1,6

Glucógeno transferasa

Glucosidasa Glucosa

FORMACIÓN DE G-6-P

GLU-1-P FOSFOGLUCOMUTASA GLU-6-P

FORMACIÓN DE GLUCOSA LIBRE (hígado)

G-6-P GLUCOSA-6-FOSFATASA G LIBRE + Pi

REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS

a) REGULACION ALOSTERICA : AMP/ATP

b) REGULACION HORMONAL:

Intervienen 3 hormonas

1)INSULINA

2) GLUCAGON (Hepatocito)

3) ADRENALINA (Células musculares)

GLUCOGENO FOSFORILASA

Es una enzima que se regula covalentemente

Es activa cuando está fosforilada

Es inactiva cuando está desfosforilada

REGULACION COVALENTE DE LA GLUCÓGENO FOSFORILASA

FOSFORILASA (b) FOSFORILASA (a) (inactiva) (activa)

P P

P PADPATP

4 Pi

FOSFORILASAQUINASA

GLUCÓGENO G-1-P

Cuando BAJAN los niveles de glucosa sanguínea (GLUCEMIA)

Se libera glucagón del páncreas

Se activa la adenilato ciclasa y en consecuencia la glucogenolisis.

Sobre glucosa 1-fosfato actúa una fosfatasa y se libera glucosa libre en sangre.

CUANDO Y COMO SE REGULA EN HIGADO??

Cuando AUMENTAN los niveles de glucosa sanguínea

Se libera Insulina del páncreas

Se estimula la actividad fosfatasa

Se inhibe la glucógeno fosforilasa

COMO SE REGULA EN MUSCULO??

Cuando el músculo necesita una rápida provisión de energía (carrera, estados estrés emocional, agresión física)

Se libera ADRENALINA

Aumentan los niveles de AMPc

Se activa la enzima y se libera glucosa-1-fosfato

Proceso activo después de una ingesta rica en Hidratos de Carbono

Tiene lugar principalmente en los animales superiores.

PRECURSORES:

GLUCOSA

LACTATO

ALANINA

GLU Glu-6-P

Glu-1-PCitoplasma de la célula

BIOSINTESIS DE GLUCOGENO: GLUCOGENO-GENESIS

GLUCOGENOGENESIS

La biosíntesis de glucógeno está coordinada recíprocamente con la degradación.

Es una vía importante en hígado y músculo

La UDP-glucosa es el sustrato de la enzima glucógeno sintasa

Se inicia con glucosa-6-fosfato que se convierte en glucosa-1-fosfato por acción de una mutasa.

Enzimas que intervienen en el proceso de sintesis de glucógeno o glucógeno-genesis

Fosfoglucomutasa

UDP-glucosa pirofosforilasa

Glucogeno sintasa

Enzima ramificante

Fosfoglucomutasa:

GLU-6-P GLU-1-P

UDP-glucosa pirofosforilasaGLU-1-P + UTP UDP- GLU + PPi

Glucógeno sintasa ó sintetasaUDP- GLU + Glucógeno (n)

Glucógeno (n+ 1) + UDPUnión a-1,4

Enzima ramificante :

Amilo a(1,4 1,6) glucosil transferasa

Forma enlaces glicosídicos a(1,6) para las ramificaciones de la molécula de glucógeno

REGULACION DE LA GLUCÓGENOGENESIS

Hay una regulación recíproca entre la glucogenogénesis y la glucogenolisis

INACTIVA

ó Menos activa

ACTIVA

Glucogeno sintasa b

CH2O-

CH2O-

P

P

Glucogeno sintasa a

CH2OH

CH2OH

Hormonal(+) Insulina(-) Adrenalina ó Glucagón

REGULACIÓN HORMONAL DE LA GLUCÓGENO-GENESIS

Alostérica

(+) Glucosa-6-fosfato(-)Ca++

(-) Glucógeno

Glucógeno sintasa

GLUCOSA

GLUCOSA-6-P

GLUCOGENO n+1

GLUCOSA-1-P

UDPG

UTP

UDPG-pirofosforilasa

Glucógeno sintetasa Glucógeno

fosforilasa

Pi

GLUCOGENO (n+1)

Enzima ramificante

GLUCOGENO n-1

LA BIOSÍNTESIS Y DEGRADACIÓN ESTÁN COORDINADAMENTE REGULADAS

FosforilaciónINACTIVA

FosforilaciónACTIVA

UDP

Enzima desramificante