Generalidades Carbohidratos

MTA NC. Lupitha Flores R.

Hidratos de carbono

Biomoléculas formadas por–(CnH2nOn)-

Compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza.

Ejemplos: el azúcar, el almidón, la dextrina, la celulosa y el glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales.

Funciones biológicas

Constituyen la principal fuente de energía celular. También forman parte de moléculas más

complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleicos.

Funciones estructurales.Permite el reconocimiento célula - célula

CLASIFICACIÓN

  Moléculas Nombre Unión Presente en:

Monosacáridos 1 Glucosa - Animales y plantas

Fructosa - Frutas

Galactosa - Leche

Disacáridos   

2 Sacarosa Glucosa + fructosa Azúcar de caña

Lactosa Glucosa + galactosa Leche

Maltosa Glucosa + glucosa Azúcar de malta

Polisacáridos  

>10 Celulosa n-glucosas Madera, algodón

Almidón n-glucosas Cereales, papa

Glucógeno n-glucosas Musculo, hígado

         

Monosacáridos:

Moléculas simples constituidas por átomos de C H OConstituidos por un azúcar simpleFormados por una sola molécula que tiene 5 ó 6 CSon hidrosolubles y de sabor dulce. Ejemplos: glucosa, galactosa, fructosa, ribosa y

desoxirribosa.

Funciones biológicas monosacáridos

Principal fuente de energía celularTambién forman parte de moléculas más

complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleicos.

Funciones estructurales.

Oligosacáridos/Disacáridos: 

Resultantes de la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos.

Combinación de dos moléculas de monosacáridos con separación de una molécula de agua

Hidrosolubles y de sabor dulce

Los más importantes: Sacarosa (glucosa+fructosa ) Lactosa (glucosa+galactosa) Maltosa (glucosa+glucosa)

Funciones biológicas disacáridos

Son  formas de transporte en los vegetales y en algunos animales.

Forman parte de moléculas más complejas, como las glucoproteínas y glucolípidos.

Intervienen en la estructura de la membrana plasmática, participando en el reconocimiento celular.

Polisacáridos

Muchas unidades de monosacáridos (más de 10). Lineales o ramificadas.

Gran número de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos

Homopolímeros o heteropolímerosSon insolubles en agua y no tienen sabor.

Ejemplos: almidón, el glucógeno y la celulosa.

Glucógeno

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El glucógeno constituye una importante reserva de energía para los animales y se almacena principalmente en el hígado y en los músculos

Metabolismo de carbohidratos

Glucógeno

Glucosa

Lactato

Glucogenólisis

Glucolisis

Glucogenogénesis

Gluconeogénesis**

*Hígado y riñón

** almacén

*

Glucosa

Es la forma principal en la que los glúcidos que provienen del tracto gastrointestinal son presentados al resto de las células corporales.

Metabolismo deficiente:

Obesidad y diabetes

GLUCÓLISIS

Secuencia de 10 reacciones que rompen 1molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato con la generación de 2 moléculas de ATP y NADH

Localización: Todas las célulasZona: Citosol

RESPIRACIÓN AEROBIA Y ANAEROBIA

La glucólisis puede producir ATP en condiciones aerobias y anaerobias.

Aerobias: Piruvato mitocondria ATC y la fosforilación oxidativa a CO2 y H2O = grandes cantidades de energía

AnaerobiaPiruvato reducido por NADHLactato en citosol. = pequeña cantidad de energía

Funciones e importancia de la Glucólisis

Vía de producción de E de “urgencia” limitante O2

Glóbulos rojos no mitocondria Músculo esquelético activo. (demanda > E)Encéfalo (120g/día)

Fases

2 Fases

1. Acumulo E

Fosforilación y división de la glucosa en 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Se utilizan 2 ATP

Fases

2.- Generación de E

2 gliceraldehidos-3-fosfato2 piruvato=generación de 4 ATP

Glucosa+2NAD+2ADP+2Pi2NADH+2Piruvatos+2ATP+2H2O+2H

Glucólisis Anaerobia

Glucosa+2Pi+2ADP2 lactato +2ATP+2H2O

Generan 2 ATP por 1 glucosa No hay NADH porque es utilizado por el lactato

hidrogenasa para reducir el piruvato a lactato

Glucólisis Aerobia

Glucosa+2Pi+2NAD+2ADP2Piruvatos+2 ATP+2NADH+2H+H2O

2 NADH por 1 GlucosaCada NADH se va cadena transportadora de

electrones para producir 2.5 ATP

Ganancia NETA ATP = 7

Destinos del Piruvato

1.- Anaerobias: Piruvato reducido a lactato por medio lactato deshidrogenasa con la oxidación simultanea de NADH a NAD+

Citosol Reversible

Anaerobias: Levadura (fermentación alcohólica) Piruvato se descarboxila a CO2 y acetaldehído, que entonces es reducido por NADH para producir NAD+ y etanol.

Glucólisis Aerobia

Descarboxilación oxidativa del Piruvato y formación de Acetil-CoA

Matriz mitocondrial

Regulación Alostérica 3 reacciones irreversibles (1, 3 y 10)

Hexocinasa: los niveles ↑ de G6P la inhiben

[ ] ↑AMP activa PFK-1 y piruvato cinasa

[ ] ↑ATP inhibe PFK-1 y piruvato cinasa

Enzima Activador Inhibidor

Hexocinasa Glucosa 6 Fosfato, ATP

PFK-1 Fructosa-2,6 difosfato, AMPInsulina aumenta su síntesis

Citrato, ATPGlucagón diminuye sus intesis

Piruvato Cinasa Fructosa-1,6 difosfato, AMP

Aceitl CoA, ATPGlucagon inactiva

Estadios de la glucólisis

FASE I: Acopio de Energía

Paso Enzima Tipo de reacción

1 Hexocinasa Fosforilación Paso regulatorio irreversible

2 Fosfoglucosa isomerasa IsomerizaciónAldosaCetosa

3 Fosfofructocinasa-1 (PFK-1) Fosforilación Paso irreversible limitante de la velocidad de la glucolisis

4 Aldolasa Escisión FBP-(6C)DHAP (3C)+GAP (3C)

5 Triosa Fosfato isomerasa Isomerización = 2 Moleculas de Gliceraldehido 3 fosfato

Estadios de la glucólisis

Fase II: Generación de Energía (x2)

6 Glcieraldehido-3-fosfato deshidrogenasa

Fosforilación oxidativa se generan 2 NADH por molécula de glucosa oxidada

7 Fosfoglicerato cinasa

Fosforilación a nivel sustrato

8 Fosfoglicerato mutasa

Transferencia del grupo fosfato de C3 a C2

9 Enolasa Deshidratación

10 Piruvato cinasa Fosforilación a nivel sustrato Paso regulatorio irreversible

Todas las cinasas requieren Mg como cofactor

GLUCONEOGÉNESIS

METABOLISMO DEL GLUCÓGENO

Glucógeno

Exceso glucosa se almacena glucógeno

Glucosa se mueve de forma rápida dependiendo la necesidad

Entre comidasEjercicio

Glucógeno es un excelente material de deposito a corto plazo, pudiendo proporcionar E de manera inmediata

Depósitos de glucógeno

Principalmente en:

No puede abandonar el musculo y por tanto no puede contribuir a la concentración de glucosa en sangre.

Funciones del glucógeno hepático y muscular

Glucógeno hepático Glucógeno muscular

Función principal

Mantenimiento de glucosa en sangreTras las comidas

Primeras fases de ayuno

Combustible de reserva para la

contracción muscular

Ostras funciones

Utilizado como combustible por cualquier tejido, el hígado contiene glucosa-6-

fosfatasa, que elimina el grupo fosfato de la glucosa-6-fosfato permitiendo que la glucosa

abandone el hígado

Ninguna. No enzima

Tamaño depósitos

10% peso hígado 1-2% peso músculo

Control hormonal

Glucagón y adrenalina estimulan la su degradación

Insulina estimula sintesis

Adrenalina estimula degradación

Insulina síntesis

Estructura del glucógeno

Polímero de moléculas de glucosa muy ramificado

Enlaces α1,4 cadenas rectasα 1,6 puntos ramificación

SÍNTESIS DE GLUCÓGENOGlucogenogénesis

Sintesis de glucógeno: glucogenogénesis

Citoplasma

El proceso requiere 4 enzimas

1. Fosfoglucomutasa

2. Uridina difosfato (UDP)-glucosa pirofosforilasa

3. Glucógeno sintasa

4. La enzima ramificadora, amilo (1-41,6)

El proceso requiere

El donante de glucosa UDP-glucosa Un cebador para iniciar la sintesis de glucógeno si no

hay una molécula de glucógeno preexistente (Glucogenina)

ATP

4 Estadíos

Fase 1: formación de glucosa 1 fosfato:

La glucosa 6 fosfato se convierte en glucosa 1 fosfato por la fosfoglucomutasa

Fase 2. Formación de glucosa activada (UDP-glucosa)Se forma glucosa activada UDP glucosaEnzima uridil tranferasa Une la glucosa 1 fosfato y un UTP.

Fase 3. Elongación: Enzima glucógeno sintasa Transfiere la glucosa-UDP a

una cadena de glucógeno que contenga como mínimo 4 glucosas.

Si esta cadena no está presente la pega al cebador glucogenina.

Fase 4. Formación de ramas:

La enzima ramificadora forma los enlaces que hacen las ramificaciones (enlaces 1-6)

DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO

Glucogenólisis

Degradación del glucógeno: Glucogenólisis

Degradación del glucógeno90% = Glucosa-1-Fosfato10% = Glucosa libre

Citosol 2 Fases

Fase 1. Acortamiento de la cadena

Glucógeno fosforilasa ((PLP) piridoxal fosfato como cofactor)

Rompe unión α 1,4 Liberar glucosa 1 fosfato. Rompe hasta que encuentra 4 residuos de

glucosa

Fosforólisis de los enlaces a-1,4 del glucógeno

Dextrina límite

Libera residuos unidos linealmente en una cadena hasta llegar al 4° residuo

Polisacárido con 4 unidades en cada rama

Fase 2. Eliminación de las ramificaciones

Enzima desramificadoraTransfiere 3 residuos glucosa terminal desde una rama

exterior a otra, exponiendo el punto de ramificación α 1,6

Enzima amilo α1,6 glucosidasa Hidroliza la unión α1,6 para liberar glucosa

2) Eliminación de ramificaciones: enzima

2) Eliminación de ramificaciones: enzima Amilo 1,6 glucosidasa

Glucosa 1-P Glucosa-6-P

Fosfoglucomutasa

Glucólisis

Regulación del metabolismo del glucógeno

Se almacena en momentos de plenitud.

Se utiliza en tiempos de necesidad p.e. ayuno, lucha, huida.

Regulación de glucógeno

Enzima Activador Inhibidor Glucógeno sintasa (glucogenogénesis)

Insulina Glucosa (hígado)

Glucagón Adrenalina Fosforilación

Glucógeno fosforilasa (glucogenólisis)

GlucagónAdrenalina Fosforilación Iones Ca+ (músculo)AMP músculo)

Insulina Glucosa (hígado)

Fuente: Horton D y Dominiczak M. Lo esencial en metabolismo y nutrición. 4° ed. Elsevier, 2013

Regulación hormonal: Insulina

Secretada por las células b del páncreas en respuesta a elevaciones en la glucosa sanguínea

Regulación hormonal: Glucagón

Secretada por las células a del páncreas (islotes de Langerhans) en respuesta a disminuciones en la glucosa

Regulación hormonal: Epinefrina/Adrenalina

Liberada por las glándulas adrenales

En respuesta a señales neurales que disparan conductas de lucha o huida.

Estimula la ruptura del Glucógeno a G-6-P

Inhibe la síntesis de glucógeno

CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS

Formación de Acetil-CoA a partir de Piruvato

Descarboxilación oxidativa del Piruvato y formación de Acetil-CoA

Matriz mitocondrial

Complejo de la piruvato deshidrogenasa

Enzimas Nombre enzima Coenzimas

E1 Piruvato descarboxilasa

TTPPirofosfato de tiamina

E2 Dihidrolipoil transacetilasa

Ácido lipoicoCoA

E3 Dihidrolipoil deshidrogenasa

FADNAD+

Papel central que desempeña el acetil CoA en el metabolismo

Ciclo krebs

Constituye una vía eficiente de aprovechamiento de E proveniente de los nutrimentos de la dieta.

Ciclo anfibólico (anabólico y catabólico).

Serie de 8 reacciones que oxidan 1 molécula acetil CoA, dando 2 moléculas de CO2, generando E en forma ATP o equivalentes reductores (NADH o FADH2)

Localización: Todas las células mitocondria

La producción de ATP por cada molécula de acetil CoA oxidada (cada vuelta)

1 ATP directamente por fosforilación oxidativa

9 ATP indirectamente mediante la fosforilación oxidativa de 3 NADH (3x2.5ATP=7.5) y un FADH2 (1x1.5ATP) por la cadena transportadora de electrones. = 9 ATP

= 10 ATP

1.-Formación de citrato

Condensación de acetilCoA con oxaloacetato para dar citrato

2.-Formación del Isocitrato

3.-Formación del a-cetoglutarato + NADH

Isocitrato se oxida para formar NADH y CO2

4.-Oxidación del a-cetoglutarato a Succinil-CoA + NADH

*Nucleotido difosfocinasa transfiere su E al ADP para formar ATP

*

5.-Transformación del Succinil-CoA en Succinato

6.-oxidacion de succinato para la Síntesis del Fumarato y obtención del FADH2

7.-Hidratacion de fumarato para la Formación de Malato

8.-Oxidacion de malato para la Reconstrucción del oxalacetato.

Ciclo del acido cítrico anfibólico

Vías anfibólicas =procesos anabólicos o catabólicos

CatabólicosGrupos acetilo se oxidan para dar CO2

AnabólicoOxaloacetato se utiliza en gluconeogenesis y en

síntesis aa lisina treonina isoleucina y metionina α cetoglutarato glutamina, glutamato prolina y arginina Sintesis de porfirinas como el hem Sintesis de acidos grasos y colesterol

Regulación a nivel del ciclo: regulación alostérico de las

actividades enzimáticas

3 enzimas clave catalizan reacciones irreversibles

CITRATO SINTASA ISOCITRATO DESHIDROGENASA α CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA

Todas se activan con Ca2+

Contracción muscular ↑ Ca2+ = ↑ ACT y ATP↑ ATP y NADH= ↑ estado energético = < necesidad de

E= inhibe ACT

http://www.youtube.com/watch?v=56tu7sKFh0w&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=xQccszInm6U

http://www.youtube.com/watch?v=OVP54YmShzE&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=KTUkaNnotao&feature=related