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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.
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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.
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- 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.
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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+
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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
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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
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Importancia de la glucosa
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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GLUCOSA
Gliceraldehído-3 fosfato
Fosfato de dihidroxicetona
FASE DE CONSUMO DE ENERGIA O FASE PREPARATORIA
Fructosa 1,6 bisfosfato
Hexoquinasa
Fosfofructoquinasa
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1,3 bisfosfo glicerato
3 fosfo glicerato
Fosfoenol piruvato
PIRUVATO
FASE DE GENERACION DE ENERGIA
Fosfoglicerato quinasa
Piruvato quinasa
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ECUACION GENERAL DE LA VIA GLICOLITICA
GLUCOSA + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
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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.
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BALANCE ENERGETICO
FASE PREPARATORIA: Se gastan 2 ATP
FASE DE BENEFICIO: Se producen 4 ATP
Rendimiento de la Vía Glicolítica
2 ATP
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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
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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.
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Piruvato Acetaldehído Etanol
Alcoholdeshidrogenasa
Piruvato descarboxilasa
FERMENTACION ALCOHOLICA
FERMENTACION LACTICA
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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
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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
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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
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FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO + H2O
FRUCTOSA-6-FOSFATO + Pi
FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA
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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.
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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
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alanina
Fructosa 1,6-bisfosfatasa
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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
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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
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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)
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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
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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)
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ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE DEGRADACIÓN DEL GLUCOGENO
GLUCOGENO FOSFORILASA
AMILO-a (1,6) GLUCOSIDASA Enzima desramificante
FOSFOGLUCOMUTASA
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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:
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MECANISMO DE DEGRADACION DEL GLUCOGENO
EXTREMO NO REDUCTOR
Molécula de glucógeno
Glucógeno fosforilasa
Glu-1-P
uniones a-1,6
Glucógeno transferasa
Glucosidasa Glucosa
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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
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REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS
a) REGULACION ALOSTERICA : AMP/ATP
b) REGULACION HORMONAL:
Intervienen 3 hormonas
1)INSULINA
2) GLUCAGON (Hepatocito)
3) ADRENALINA (Células musculares)
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GLUCOGENO FOSFORILASA
Es una enzima que se regula covalentemente
Es activa cuando está fosforilada
Es inactiva cuando está desfosforilada
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REGULACION COVALENTE DE LA GLUCÓGENO FOSFORILASA
FOSFORILASA (b) FOSFORILASA (a) (inactiva) (activa)
P P
P PADPATP
4 Pi
FOSFORILASAQUINASA
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GLUCÓGENO G-1-P
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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??
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Cuando AUMENTAN los niveles de glucosa sanguínea
Se libera Insulina del páncreas
Se estimula la actividad fosfatasa
Se inhibe la glucógeno fosforilasa
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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
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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
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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.
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Enzimas que intervienen en el proceso de sintesis de glucógeno o glucógeno-genesis
Fosfoglucomutasa
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucogeno sintasa
Enzima ramificante
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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
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Enzima ramificante :
Amilo a(1,4 1,6) glucosil transferasa
Forma enlaces glicosídicos a(1,6) para las ramificaciones de la molécula de glucógeno
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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
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Hormonal(+) Insulina(-) Adrenalina ó Glucagón
REGULACIÓN HORMONAL DE LA GLUCÓGENO-GENESIS
Alostérica
(+) Glucosa-6-fosfato(-)Ca++
(-) Glucógeno
Glucógeno sintasa
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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