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Metabolismo de los hidratos de carbono

Presentación Química | Octubre 2013 | Diseñado por Gise y Anita | ©Todo el material publicado en esta presentación es para el simple uso de documentar e ilustrar nuestros intereses. Todos los derechos reservados y respetados a sus respectivos dueños.
by

Gise & Anita

on 21 October 2013

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Transcript of Metabolismo de los hidratos de carbono

Metabolismo de los
hidratos de carbono

INTRODUCCIÓN
GLUCÓGENO-GÉNESIS
por Gisela Hutter y Ana Secchi
Procesos metabólicos
Q U Í M I C A B I O L Ó G I C A
CICLO DE CORI
es la circulación cíclica de la glucosa y el ácido láctico entre el músculo y el hígado.
proceso de digestión degrada a los HC hasta ser monosacáridos
Estos compuestos se absorben en la mucosa intestinal y se metabolizan en la células
Luego son transportados al hígado
Glucosa: combustible de las células
El hígado: órgano de gran importancia en los procesos metabólicos
M E T A B O L I S M O
RUTA DEL
PARA OBTENCIÓN DE ENERGÍA
GLUCÓGENO
HEPÁTICO
GLUCOSA
SANGUÍNEA
GLUCÓGENO
MUSCULAR
LACTATO
(hígado)
LACTATO
(sangre)
LACTATO
(músculo)
FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA
D-glucosa
+ ATP
glucosa-6-fosfato
hexoquinasa /
glucoquinasa
HEXOQUINASA
ADP + P
G-6-F
PASO INICIAL
DE TODAS
LAS VÍAS DE
METABOLISMO
R E A C C I Ó N
DE FOSFORILACIÓN
VÍAS METABÓLICAS
DE LA GLUCOSA
GLUCÓGENO-GÉNESIS
GLUCOGENÓLISIS
GLUCÓLISIS
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO
CICLO DE KREBS
VÍA DE LAS PENTOSAS
GLUCO-NEOGÉNESIS
proceso clave
Transferencia de un grupo
fosfato a una D-hexosa,
gastando ATP
E N Z I M A
reacción catalizada por
Consta de 4 isozimas
I
II
III
IV
GLUCOQUINASA
SE ENCUENTRA
EXCLUSIVAMENTE
EN EL HÍGADO
SE ENCUENTRAN
EN DISTINTOS TEJIDOS
Son inespecíficas ya
que pueden fosforilar en
el C6 de otras hexosas
[
UTILIZA SÓLO
D-glucosa
COMO SUSTRATO
ES ESPECÍFICA:
GLUCOGENÓLISIS
GLUCÓLISIS
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO
- ANEROBISIS: piruvato o lactato se oxidan a dióxido de carbono } lactato del músculo en intesa actividad--> COMBUSTIBLE
CICLO DE KREBS
Isozimas I a III
: aseguran el uso contínuo de glucosa por las células y provición permanente de energía
Glucoquinasa
: únicamente permite la captación de la glucosa por el hepatocito cuando los niveles de glucemia aumentan bastante (después de comer)
ambas isozimas requieren de presencia de ATP, que es el que dá el fosfato y la energía que posibilita la reacción
Catalizadoras para la síntesis del éster glucosa-6-fosfato
POR QUÉ SON TAN IMPORTANTES
glucosa-6-fosfato
la reacción de la fosforilación es irreversible
las membranas celulares son impermeables a la G-6-P, por lo tanto no se puede difundir hacia el exterior
la glucosa fosforilada queda atrapada en la célula y se vé obligada a seguir las distintas rutas metabólicas
La conversión de C6H12O6 en G-6-P es rápida y mantiene baja la [c] de glucosa en la célula y favorece para el ingreso de más C6H12O6
Formación de glucosa-6-fosfato (G-6-P)
ATP
I N T R O
FORMACIÓN DE GLUCÓGENO A PARTIR DE GLUCOSA
RUTA ANABÓLICA
HÍGADO: contiene 5% de su peso en glucógeno (se reduce después de ayuno prolongado)
MÚSCULO ESQUELÉTICO: 1% del peso del tejido en glucógeno
Glucogeno-génesis: se trata de un proceso anabólico que requiere de energía
ETAPAS DE LA SÍNTESIS DE GLUCÓGENO
1. Fosforilación de la glucosa
conversión de D-glucosa en glucosa-6-fosfato
reacción catalizada por hexoquinasas/glucoquinasa
2. Formación de glucosa-1-fosfato
"Fosfo-gluco mutasa" cataliza la transferencia intramolecular del grupo fosfato desde el C6 al C1
G-6-P éster "glucosa-1-fosfato"
la enzima requiere de Mg++ y glucosa-1,6-bifosfato
la reacción es reversible (la enzima cataliza en ambos sentidos:
3. "Activación" de la glucosa
glucosa-1-fosfato + uridín trifosfato forma uridín difosfato glucosa y pirofosfato
Enzima catalizadora: "uridín difosfato glucosa pirofosforilasa"
No es reversible
NUCLEOTIDO DE ALTA ENERGÍA
glucosa-1-fosfato + UTP UDPG + PP
UDP-Glucosa-Pirofosforilasa
INORGÁNICO!
glucoquinasa
Formación de UDPG otorga a la glucosa la reactividad necesaria para la síntesis de glucógeno
Se dice que se activa por la unión al UDP (UDP-glucosa)
4. Adición de glucosas a la estructura polimérica
la glucosa "activada" (UDPG) es transferida a uno de los restos de glucogeno pre-existentes
Enlace O-glucosídico entre C1 y C4
reacción catalizada por la "glucógeno sintetasa"
UDPG + (GLUCOSA)n (GLUCOSA)n+1 + UDP
Glucógeno sintetasa
La reacción es irreversible
la enzima sólo puede formar uniones 1-4 (alargamiento lineal de ramas pre-existentes por adición sucesiva de glucosas)
CÍRCULOS NEGROS: restos de glucosa del polímero preexistente
CÍRCULOS BLANCOS: restos de glucosa adicionados por acción de la enzima
GLUCÓGENO
5. Formación de ramificaciones
Por acción de la glucógeno sintetasa, una cadena se alarga hasta 8 o más residuos de glucosa
Luego interviene la enzima "oligo -(1,4) (1,6) glucano-transferasa" ó "enzima ramificante"
transfiere un fragmento de 6 a 8 unidades del extremo no reductor, mediante un un enlace glucosídico 1-6, sobre otra cadena vecina
Se lo puede denominar como el proceso inverso de la glucogeno-génesis, aunque no es así de simple:
YA QUE EXISTEN VARIAS ETAPAS IRREVERSIBLES, LA DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO SE DA, EN ESOS PASOS, A TRAVÉS DE OTRO TIPO DE REACCIONES Y OBVIAMENTE ENZIMAS DISTINTAS.
I N T R O
E T A P A S
ETAPAS DE LA GLUCOGENÓLISIS
1. Fosfolósis del glucógeno
se inicia por acción de la enzima "fosforilasa"
Ésta cataliza la ruptura de las uniones glucosídicas alpha (1,4) por inserción del fosfato en el C1 de los restos glucosa
No hay gasto de ATP
Actúa a partir del extremo no reductor y va liberando G-1-P hasta que la rama queda reducida a 4 unidades monosacáridas
Luego interviene la enzima "oligo-(1,4) (1,4)-glucanotransferasa" que desprende el trisacárido terminal y lo transfiere al extremo no reductor (unido por enlace 1-4)
Así, la ramificación queda reducida a una sola glucosa con unión alpha 1-6 (paso 2)
PASO 1
PASO 2
PASO 3
2. HIDRÓLISIS DE UNIONES GLUCOSÍDICAS 1-6
La ruptura de este enlace se realiza por hidrólisis
Es catalizada por la enzima "amilo-1,6-glucosidasa" ó "enzima desramificante"
Ésta deja glucosa en libertad
3. FORMACIÓN DE GLUCOSA-6-FOSFATO
La glucosa-1-fosfato es convertida en glucosa-6-fosfato por la enzima "fosfo-gluco mutasa"
Por acción de todas estas enzimas, el glucógeno se va transformando en glucosa-1-fosfato (por actuación de la enzima mediante hidrólisis)
4. FORMACIÓN DE GLUCOSA LIBRE
Última etapa: hidrólisis de la glucosa-6-fosfato a glucosa y fosfato inorgánico
Esta reacción es catalizada por la enzima "glucosa-6-fosfatasa"
GLUCOSA-6-FOSFATO GLUCOSA + P i
GLUCOSA-6-FOSFATASA
+ AGUA
Esta enzima se encuentra en el hígado, riñon e intestino
No se encuentra en el músculo
PRIMERA FASE
1.FORMACIÓN DE FRUCTOSA-6-FOSFATO
proceso de degradación del glucógeno
(pasos)
fosfo-gluco-isomerasa
Mg++ ó Mn++
2. FOSFORILACIÓN DE FRUCTOSA-6-FOSFATO
La fructosa-1,6-bisfosfato es una molécula de fructosa fosforilada en los carbonos 1 y 6
Reacción catalizada por la enzima "fosfo-fructo quinasa"
La reacción es irreversible
3. FORMACIÓN DE TRIOSAS-FOSFATO
La fructosa-1,6-bisfosfato es separada en dos triosas fosfato:
D-Gliceraldehído-3-fosfato
y
dihidroxiacetona-fosfato
dsdfs
La reacción es catalizada en ambos sentidos por una liasa llamada "aldolasa"
4. INTERCONVERCIÓN DE LAS TRIOSAS-FOSFATO
SEGUNDA FASE
De las dos triosas-fosfato de la reacción previa, sólo la D-Gliceraldehído-3-fosfato puede continuar directamente la vía metabólica
La Dihidroxiacetona fosfato tiene que ser convertida en la primera mencionada.
Enzima catalizadora que posibilita esto: "triosa-fosfato- isomerasa"
E N R E S U M E N
Cada 1 mólecula de glucosa --> 2 moléculas de gliceraldehído
5. Oxidación y fosforilación del gliceraldehído-3-fosfato
- oxidación por dehidrogenación del gliceraldehído

- ENERGIA --> utilizada para introducir ortofosfato (Pi) del medio y formasr 1-3-bisfosfo.gliceratp (compuesto rico en energia)

-catalizador: gliceraldehído-3-fsfato dehidrogenasa + coezima NAD
Gliceraldehído-3-fosfato:
1. Se une a un grupo sulfhidrilo en el CENTRO ACTIVO dela enzima
2. Es oxidado a ácido glicérico-3-fosfato
3. Introducción de un fosfato --> liberación de 1,3-bisfosfo-glicerato
ELEVADA ENERGIA DE HIDRÓLISI
6. Primero fosforilación a nivel sustrato
- formación de ATP en una reacción entre 1,3.bisfosfo-glicerato y ADP

-Catalizador: enzima fosfoclicertao quinasa

-potencial de transferencia de fosforilo que posee el fosfato de acilo permite la formación de ATP a partir de ADP.

- 1° reacción de la glucólisis, en la cual se produce CONSERVACIÓN DE ENERGÍA

7. Formación de 2-fosfo glicerato
-transferencia intremolecular del radical fosfato

-reacción catalizada en ambos sentidos por fosfo-glicero mutasa + presencia de Mg (2+)
8. Formación de fosfo-enol piruvato
- deshidratación y redistribución intramolecular en el 2 fosfo-glicerato --> generación de COMPUESTO RICO EN ENERGIA } fosfo-enol piruvato

-la pérdida de una molécula de agua produce la redistribución de la energía del 2-fosfo-glicerato --> enlace del fosfato en fosfo-enol piruvato adquiere elevada energia libre

-catalizador: enolasa + presencia de cationes Mg (2+) o Mn (2+)

9. Segunda fosforilación a nivel del sustrato
- gran potencia de tansferencia suficiente para cederel fosfato a ADP y formar ATP
- Catalizador: piruvato quinasa, requiere Mg 2+) o Mn (2+)

- Catión K+ --> activador de la enzima

- Generación deotra molécula ATP a través de la glucólisis
Resultante de reacción se transforma de forma espontánea en piruvato
10. Formación de lactato

- Anaerobiosis --> reduiccón del piruvato a lactato (+ NADH no puede oxidarse a NAD)

- Catalizador: lactato dehidrogenasa (NAD como coenzima)

-Proceso reversible

- Mecanismo que asegura la reoxidación del NADH y permite el funcionamiento sostenido de la glucólisis
BALANCE ENERGÉTICO
GASTO DE ATP (Por mol de glucosa)
Glucosa --> Glucosa-6- fosfato
Fructuosa-6-P --> Fructuosa-1,6-bisP
-
1 Mol ATP
-
1 Mol ATP
PRODUCCIÓN DE ATP (Por Mol de Glucosa)
1,2-bisfosfoglicerato --> 3-fosfoglicerato
Fosfo-enol piruvato --> Piruvato
+
2 Mol ATP
+
2 Mol ATP

BALANCE TOTAL
+
2 Mol de ATP
- Mol de ATP --> 7,3 kcal - Glucosa 686 kcal/mol

- Dos moléculas del lactato poseen más del 93% de la energía original de la glucosa } se aprovecha mediante oxidación en dióxido de carbono y agua

- contracción musculas y otros procesos sin consumir significativamente el potencial energético del sustrato

-lactato de los músculos pasa a sangre y se convierte en glucosa en el hígado o se oxidda en otros tejidos


- sentido unidireccional de la glucólisis marcado por las tres reacciones exergónicas del proceso. --> proceso total con disminución de energía libre: metabólica irreversible (-32,4 kcal/mol)
GLUCONEOGÉNESIS
Formación de glucosa a partir de precursores
que NO son carbohidratos
¿Se podría decir que se trata del
proceso inverso de la glucólisis?
¡No! La mayoría de las reacciones son irreversibles y las enzimas reguladoras son diferentes.
REQUIEREN ABASTECIMIENTO DE GLUCOSA
CONCEPTO
permite a los organismos a obtener glucosa luego de ayunos prolongados.
Hay disminuición de glucógeno hepático
por lo tanto, la gluconeogénesis debe actuar con el fin de proporcionar glucosa a tejidos
E L P R O C E S O
¿DÓNDE?
90% en el HÍGADO
1.1. Carboxilación del piruvato a oxalacetato
ó "Vitamina H", que actúa
como co-enzima
Lugar de la reacción: mitocondria
1.2. De Oxalacetato a Fosfoenolpiruvato
BIOTINA
ENZIMA: PIRUVATO CARBOXILASA
REACCIONA CON
EL DIÓXIDO DE CARBONO
Para luego formar "Fosfoenolpiruvato"
Guanosín trifosfato
Guanosín difosfato
ENZIMA CATALIZADORA
DESCARBOXILACIÓN
DEL OXALOACETATO
CITOPLÁSMICO
Lugar de la reacción: citoplasma
GLUCOLISIS --> OBTENCIÓN DE ENERGÍA SIN RECURIR A LA OXIDACIÓN
C3H4O3
3 Carbonos!
C4H4O5
4 carbonos!
ALANINA
LACTATO



GLICEROL
PIRUVATO
. . .
GLUCOSA
. . .
paso intermedio
3 carbonos
2. Fosfoenolpiruvato a Fructosa 1,6 bisfosfato
Activada por molécula de acetil-CoA
PEP
Fructosa 1,6 bisfosfato
SENTIDO INVERSO DE LA GLUCÓLISIS
REACCIONES
REVERSIBLES
3. Fructosa 1,6 bisfosfato a Fructosa-6-Fosfato
P (inorg.)
Fructosa-1,6-bisfosfatasa
4. Etapas finales con objetivo: GLUCOSA.
Fructosa-6-Fosfato Glucosa-6-Fosfato
Glucosa-6-Fosfato Glucosa
P (inorg.)
glucosa-6-fosfatasa
Sin embargo, hay un tramo que sí coincide con la glucólisis.
Enzimas que catalizan
para ambos lados
Proceso de descarboxilación
- Degradación en mitocondrias
- Pase de membrana --> perdida del grupo oxidrilo: desprendimiento de CO + resto de dos carbones
2
CO-ENZIMA
- sistema multienzimático (3 enzimas + 5 coenzimas)
CO-ENZIMA
6
8
Oxidación reversible
Aceptor y transportador de H+

CO-ENZIMA
-Aceptora y transportadora de restos acilo
Restos acilo
Unión de gran energía de hidrólisis
1.
2.
3.
Oxidación irreversible
ACETATO ACTIVO
-Cede H+ a cadena respiratoria, para que se una con oxígeno y forme agua
Cada 2 H que se transfieren a la cadena respiratoria desde NAD --> 3 moléculas de ATP a partir de ADP

1 mol de piruvato --> 3 moles de ATP
Ciclo del ácido cítrico
El resto acetilo puede ser oxidado en las células hasta dióxido de carbono y agua
Dentro de las MITOCONDRIAS
"ALIMENTADORA DEL CICLO"
Reacciones del ciclo de Krebs
1. Formación de ácido cítrico
+ H+
- estado "activado" del resto acetilo permite formación de una unión C-C entre metilo del acetato y el carbonilo del oxalo-acetato.

-debido a la hidrólisis exergónica del enlace tioéster del acetil-CoA --> REACCIÓN DESPLAZADA AHCIA LA DERECHA } IRREVERSIBLE
2. Formación de isocitrato
Deshidratación
Recupera agua
PROCESO DE ISOMERACIÓN
Enzima: Aconitasa
3. Oxidación del isocitrato
Dehidrogenación
+ Mg (2+) o Mn (2+)
Principal sitio de regulación del funcionamiento del ciclo
Tricarboxilos
--> afinidad al sustrato aumenta en presencia de ADP
4. Descarboxilación del oxalo-succinato
Liberación de la primer molécula de dióxido de carbono
Intermediario de 5 C
5. Descarboxilación oxidativa del alpha-cetoclutarato
α
Descarboxilación oxidativa
- Catalizador: sistema multienzimático
-
- resto carboxílico de 4 C unido a CoA por enlace tioéster (sulfuro + grupo acilo) de alta energía
Reacción exergónica e irreversible
6. Formación de succinato
reacción requiere de presenciadel nucleótido guanosina difosfato
fosfato inorgánico
La energía contenida en la unión tioéster se utiliza para la fosforilación del GDP y obtener un compuiesto rico en energía (GTP)
- Unión fosfato de alta energía a nivel SUSTRATO
GTP + ADP GDP + ATP
7. Dehidrogenación del succinato
Aceptor de H+
GRAN ESPECIFICIDAD
únicamente isómero trans
Unida a la membrana interna de la mitocondria
8. Hidratación del fumarato
9. Oxidación del malato
- reacción endergónica
- en condiciones fisiológicas puede ser reversible
Se cierra el ciclo (compuesto inicial y final)
Durante el ciclo --> liberación de dos moléculas de dióxido de carbono y 8 átomos de H+
3 pares cedidos en NAD y un par a FAD } unidos a oxígeno, forman agua en la cadena respiratoria
Átomos de C del dióxido de carbono --> pertenecientes al oxalo-acetato
C cedidos mantienen el balance
VIA METABÓLICA NETAMENTE AERÓBICA ( NAD Y FAD reoxidadass --> reciben de la cadena respiratoria)
}
IMPORTANCIA DEL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LA CANDENA RESPIRATORIA
Mecanismo anfibólico
Vía catabólica + rédito de energía
Vía anabólcia
OXIDACIÓN DEL ACETATO: Alto rendimiento en cuanto a energía "capturada" en forma de potencial de transferencia de fosforilo
Producción de 12 moles de ATP--> por glucosa dos acetatos entonces: 24 moles de ATP
Respiración aeróbica:
1. Glucólisis
2. Ciclo de Krebs
3. Vía respiratoria
4. Fosforilación oxidativa

Fin
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