Tema 9. Metabolisme dels Hidrats de Carboni PDF

Tema 9. Metabolisme dels Hidrats de Carboni Digestió Glúcids. Paper central de la glucosa-6-P; destins possibles. Glucòlisi. Gluconeogènesi. Destins del piruvat. Ruta de les pentoses fosfat. Metabolisme del Glicogen.  Rutes metabòliques de la Glucosa La glucosa segue...

Tema 9. Metabolisme dels Hidrats de Carboni Digestió Glúcids. Paper central de la glucosa-6-P; destins possibles. Glucòlisi. Gluconeogènesi. Destins del piruvat. Ruta de les pentoses fosfat. Metabolisme del Glicogen.  Rutes metabòliques de la Glucosa La glucosa segueix tres rutes metabòliques dins la cèl·lula: 1. Glicogenogènesi/ Glicogenòlisi: Formació de polímers de Reserva 2. Oxidació a través de la Via de les Pentoses Fosfats. Permet obtenir poder reductor en forma de NADPH i diferents monosacàrids. 3. Glicòlisi/Gliconeogènesi. Oxidació de la Glucosa per l’obtenció d’energia. Formació de Piruvat. Lactat si no hi ha oxigen o entrada en el CK en forma d’AcetilCoA.  Digestió dels Glúcids Els Glúcids segons la seva digestió poden ser: Digeribles: midó i glicogen. No Digeribles (fibra alimentaria): cel·lulosa, inulina (Polisacàrid de Fructoses. Arrels i vegetals Carxofa) i l’agar de les algues. Cel·lulosa Inulina Agar  Digestió dels Glúcids Digeribles: midó, Glicogen, Lactosa i sacarosa α-Amilasa: α-amilasa trenca enllaços α 1-4 de cada dos o tres enllaços. Es formen disacàrids (Maltosa) i trisacàrids (Maltotriosa) i dextrines. Isomaltasa: degrada els enllaços α 1-6 (ramificacions) de les Dextrines. Maltasa: degrada la Maltosa i Maltotriosa en Glucosa Sacarasa: trenca enllaços de la sacarosa α1-2 formant glucosa i fructosa Lactasa: trenca enllaços ß 1-4 de la Lactosa formant glucosa i galactosa  Transportadores de Glucosa SGLT1 és el Transportador principal de Glucosa i Galactosa de l’intestí prim. És un transportador tipus Simport. GLUT5 permet l’entrada per difusió facilitada la Fructosa. GLUT2 permet el pas per difusió facilitada de Glucosa, Fructosa i Galactosa de la cèl·lula endotelial al corrent sanguini.  Intolerància a la Lactosa Intolerància a la Lactosa: Manca de síntesi de Lactasa més enllà de la lactància. Mutacions en la zona promotora del gen que codifica per la Lactasa van permetre la digestió de llet en l’edat adulta. Al menys es van seleccionar 4 mutacions diferents en quatre regions diferents del món.  Deficiències en Sacarasa i Isomaltasa Sacarasa i Isomaltasa es troben controlades pel mateix promotor i formen un complex enzimàtic. Intolerància al midó degut a que la Isomaltasa no degrada les Dextrines Dificultat per digerir les fruites riques en sacarosa. Degradació de les vellositats intestinals  La Glicòlisi Totes les cèl·lules utilitzen la glucosa com a font d’energia però eritròcits i neurones utilitzen només Glucosa Catabolisme dels glúcids. Glicòlisi. Glykys dolç i lisi trencar La glicòlisis o via de Embden-Meyerhoff (1930) 1 Glucosa (6C) es transforma amb 2 Piruvats (3C) Es produeix al Citoplasma Anaeròbia. No requereix Oxigen Es dóna amb 10 reaccions en 2 fases: 1. Fase de consum energètic, o Fase de hexoses o Fase preparativa: No oxidativa, Requereix 2ATP. Es prepara la glucosa per a la degradació. 2. Fase de Benefici energètic o Fase de trioses o Fase oxidativa: Oxidativa, es generen dos NADH + H+ i s’obtenen 4 ATP Balanç NET Total de la reacció: 2 ATP + 2 NADH + H+ + 2 PIRUVATS  Glicòlisi (a) Glucose HO CH2 6 Preparatory phase 5 O H H H Phosphorylation of glucose first ATP 4 1 and its conversion to priming 1 OH H HO OH glyceraldehyde 3-phosphate reaction 2 ADP 3 H OH Glucose 6-phosphate P O CH2 O H H H OH H 1 Hexokinase 2 HO OH 2 Phosphohexose H OH isomerase Fructose 6-phosphate P O CH2 O CH2 OH second priming 3 ATP H H HO OH 3 Phospho- fructokinase-1 -2ATP reaction OH H ADP 4 Aldolase Fructose 1,6-bisphosphate P O CH2 O CH2 O P 5 Triose cleavage H HO H OH phosphate of 6-carbon sugar isomerase OH H phosphate to 4 two 3-carbon sugar phosphates O Glyceraldehyde 3-phosphate P O CH2 CH C  OH H Dihydroxyacetone phosphate P O CH2 C CH2 OH O 5 (b) Payoff phase O Oxidative conversion of Glyceraldehyde 3-phosphate (2) P O CH2 CH C glyceraldehyde 3-phosphate to H pyruvate and the coupled 2Pi OH formation of ATP and NADH oxidation and 2NAD phosphorylation 6 2 NADH  H +4 ATP O 1,3-Bisphosphoglycerate (2) P O CH2 CH C 6 Glyceraldehyde first ATP- 2ADP OH O P 3-phosphate +2 NADH+H+ forming reaction dehydrogenase (substrate-level 7 2 ATP phosphorylation) 7 Phospho- O 3-Phosphoglycerate (2) P O CH2 CH C glycerate O kinase OH 8 8 Phospho- BALANÇ O glycerate 2-Phosphoglycerate (2) CH2 CH C mutase OH O O +2 ATP 9 Enolase 9 2H2O P O 10 Pyruvate +2 NADH+H+ Phosphoenolpyruvate (2) CH2 C C kinase O second ATP- 2ADP O forming reaction (substrate-level 10 P 2 ATP phosphorylation) O Pyruvate (2) CH3 C C O O  Fase Preparatòria (a) 6 Preparatory phase 2. Conversió G6P a F6P Glucose HO CH2 5 O H H H Phosphorylation of glucose first ATP 4 1 and its conversion to priming 1 OH H HO OH glyceraldehyde 3-phosphate reaction ADP 3 2 6 H OH CH2OPO32 Glucose 6-phosphate P O CH2 6 H O H CH2OPO32 H 1 Hexokinase 5 O 1 2 HO OH H OH H H O CH2OH H OH 2 Phosphohexose H Mg2 isomerase 4 1 5 2 Fructose 6-phosphate P O CH2 O CH2 OH OH H phosphohexose H HO second ATP H H HO OH 3 Phospho- HO OH isomerase H OH 3 fructokinase-1 3 priming 3 2 4 reaction OH H ADP 4 Aldolase H OH OH H Fructose 1,6-bisphosphate P O CH2 O CH2 O P cleavage H HO 5 Triose Glucose 6-phosphate Fructose 6-phosphate H OH phosphate of 6-carbon sugar isomerase OH H phosphate to 4 two 3-carbon sugar phosphates O Fosfohexosaisomerasa. Glyceraldehyde 3-phosphate P O CH2 CH C  OH H Dihydroxyacetone phosphate P O CH2 C CH2 OH 5 O 3. Fosforilació F6P a F1-6biP 1. Fosforilació de la Glucosa 6 6 CH2OPO32 CH2OPO32 1 6 1 ATP ADP CH2 OPO32 CH2 O OPO32 O CH2 OH O CH2 O OH 5 Mg2 2 5 2 O ATP ADP 5 O H HO H HO phosphofructokinase-1 H H H H H H H OH H OH Mg 2 (PFK-1) 4 1 4 3 4 3 OH H hexokinase OH H OH H OH H HO OH HO OH 2 3 Fructose 6-phosphate Fructose 1,6-bisphosphate H OH H OH 6 α-D-Glucosa Glucose α-D-Glucosa-6P Glucose 6-phosphate Hexoquinasa Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) Reacció Irreversible Irreversible Punt de control: G6P i alts nivells d’ATP inhibeix 2n punt de control (activat per nivells la HK alts d’AMP i inhibit per alts nivells ATP)  Fase Preparatòria reaction 5. Interconversió de DHAP en G3P OH H ADP 4 Aldolase Fructose 1,6-bisphosphate P O CH2 O CH2 O P 5 Triose cleavage H HO H OH phosphate of 6-carbon sugar isomerase Fructose 1,6-bisphosphate OH H phosphate to 4 1 two 3-carbon CH2 O P sugar phosphates 2 O C O Glyceraldehyde 3-phosphate P O CH2 CH C 3  OH H HO C H Dihydroxyacetone phosphate 4 P O CH2 C CH2 OH H C OH O 5 5 H C OH 6 Derived CH2 O P Derived from from 4. Excisió de la Fructosa 1-6biP a dos trioses P glucose aldolase glucose carbon carbon 1 CH2 O P H C O 4 2 C O H C OH 5 6 1 O H CH2OPO32 CH2OPO32 3 CH2 OH CH2 O P 6 2 O (1) CH2OPO3 (4) C Dihydroxyacetone Glyceraldehyde phosphate 3-phosphate 5 2 (2) C O  (5) CHOH H HO aldolase triose phosphate isomerase H OH (3) CH2 OH (6) CH2OPO3 2 4 3 Dihydroxyacetone Glyceraldehyde OH H phosphate 3-phosphate Fructose 1,6-bisphosphate Fructosa-1,6-BP es trenca en Dihidroxiacetona i Gliceraldehid 3-P  Fase de Guany Energètic 6. Oxidació i fosforilació del Gliceraldehid 3-P O O H O O P O NAD  NADH  H  C C O O HCOH  HO P O HCOH glyceraldehyde 2 2 CH2 OPO3 O 3-phosphate CH2 OPO3 dehydrogenase Glyceraldehyde Inorganic 1,3-Bisphosphoglycerate 3-phosphate phosphate DG  6.3 kJ/mol fosfogliceraldehid deshidrogenasa Fase de Guany Energètic 7. Primera fosforilació a nivell de substrat O P O O P O P C O   O HCOH 2 Rib Adenine CH2 OPO3 1,3-Bisphosphoglycerate ADP fosfoglicerat Quinasa Mg2  phosphoglycerate kinase O  O P O O O  C P  HCOH P 2 CH2 OPO3 O Rib Adenine 3-Phosphoglycerate ATP  Fase de Guany Energètic 8. Conversió del 3P-glicerat a 2P-glicerat O O O O C Mg2  C HC OH phosphoglycerate HC O O PO32 mutase CH2 O O PO32 CH2 OH 3-Phosphoglycerate 2-Phosphoglycerate fosfoglicerat mutasa  Fase de Guany Energètic 9. Deshidratació del 2P-glicerat en fosfoenolpiruvat PEP   O O O O H 2O C C H C OPO32 C OPO32 enolase HO CH2 CH2 2-Phosphoglycerate Phosphoenolpyruvate enolasa  Fase de guany energètic 10. Segona fosforilació a nivell de substrat O O C O P C O P O  P CH2 O O Rib Adenine Phosphoenolpyruvate ADP Mg2, K pyruvate kinase O O O C  O P O C O  P Piruvat Quinasa CH3 Irreversible 3r punt de control P Pyruvate Activat per la fructosa-1,6, bifosfat i AMP O Rib Adenine ATP  Balanç Energètic Glicòlisi REGULACIÓ de la Glicòlisi Regulació de la via: 3 punts de Control reaccions Irreversibles: 1. Hexoquinasa: inhibida por G6P i ATP 2. Fosfofructoquinasa-1: Activada: AMP, ADP i F2-6biP Inhibida: ATP, Citrat i H+ (làctic) 3. Piruvat quinasa: Activada: AMP i Fructosa 1,6-BiP Inhibida: ATP, Ala i AcetilCoA Inhibida Covalentment pel Glucagó  Incorporació de MONOSACÀRIDS a la Glicòlisi Fructosa entra com a Fructosa-6P o es trenca en Gliceraldehid 3-P Glicogen com a Glucosa 1-P La Manosa com a Fructosa 6-P La Galactosa es transforma en Glucosa-1P  Galactosemia Galactosèmia: Manca de qualsevol dels tres enzims necessaris per convertir la Galactosa de la llet en Glucosa 1-P. La Galactosa s’acumula i danya els ulls, fetge i cervell  Destí del Piruvat Destins del Piruvat: Només Llevats Només en Hipòxia  Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Fermentació Làctica Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Fermentació Làctica (anaeròbia): Si no hi ha Oxigen suficient Ê (demanda Ê Ê Êd’energia Ê elevada) Ê el Ê Ê Piruvat es transforma en lactat. Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Lactat Deshidrogenasa. Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Acceptor final e- i H+ és un compost orgànic el lactat Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Citoplasma cel·lular Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Menys energètiques que l’oxidació però més ràpida Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Es dóna a les Cèl·lules musculars i als eritròcits Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Regeneren el NAD necessari per realitzar la Glicòlisi Ê Ê + Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê Ê  Fermentació Alcohòlica Fermentació (anaeròbia) Alcohòlica Producció alcohol etílic i CO2 en dos passos. Només en llevats En humans la Reacció es dóna al fetge però és a la inversa (producció acetaldehid)  Piruvat amb presència d’Oxigen Balanç de la Glicòlisi à 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2 PIRUVATS + 2H2O Piruvat entra a la mitocondria (aeròbia) Piruvatà Acetil-CoA à CdK à cadena transport electrònic à Síntesi ATP 1 g de Glucosa genera 4 kcal  GLUCONEOGÈNESI GLUCONEOGÈNESI Blood glucose Glycoproteins Other monosaccharides Sucrose Glycogen Disaccharides Starch Síntesi de novo de GLUCOSA Generació de Glucosa quan la concentració de Glucose 6-phosphate Glucosa en sang no és suficient. Animals Energy Plants Hepatòcits i ronyó Cal ENERGIA per generar Glucosa Phosphoenol- pyruvate Via Inversa a la Glicòlisi (excepte els 3 passos Citric Irreversibles) acid cycle Tenen lloc al Citoplasma excepte el primer pas Pyruvate Glucogenic Glycerol 3-Phospho- amino glycerate que es dóna a la Mitocondria acids Lactate Triacyl- CO2 glycerols fixation  GLUCONEOGÈNESI GLUCONEOGÈNESI Glycolysis Gluconeogenes ATP Glucose Pi Punt 1: A partir de Piruvat es realitza la Síntesi de fosfoenolpiruvat hexokinase 3 glucose 6-phosphatase a la Mitocondria. ADP Glucose 6-phosphate H 2O Dos enzims catalitzen el procés la Piruvat Carboxilasa i la PEP Carboxiquinasa ATP Fructose 6-phosphate Pi phospho- fructokinase-1 2 fructose 1,6-bisphosphatase PEP ADP Fructose 1,6-bisphosphate H 2O Dihydroxyacetone Dihydroxyacetone 2 phosphate phosphate (2) Glyceraldehyde 3-phosphate ADH + H+ (2) Pi (2) Pi AD+ (2) NAD (2) NAD (2) NADH  (2) H (2) NADH  H (2) 1,3-Bisphosphoglycerate PEP D+ mitochondrial PEP carboxykinase CO2 PEP Carboxiquinasa (2) ADP (2) ATP (2) ADP (2) ATP carboxyk ADH + H+ (2) 3-Phosphoglycerate Oxaloacetate O Piruvat Carboxilasa pyruvate pyr carboxylase carbox CO2 (2) 2-Phosphoglycerate Pyruvate ochondrion Mitochondrion (2) GDP (2) Phosphoenolpyruvate (2) ADP PEP carboxykinase Cytosol (2) GTP 1 pyruvate kinase Pyruvate (2) Oxaloacetate (2) ATP NADH + H+ (2) ADP lactate la dehydrogenase dehydroge (2) Pyruvate pyruvate carboxylase NAD+ Lactate (2) ATP  GLUCONEOGÈNESI Glycolysis Gluconeogenes Punt 2. Conversió de la F1-6biP en F6P ATP Glucose Pi hexokinase 3 glucose 6-phosphatase ADP Glucose 6-phosphate H2O ATP Fructose 6-phosphate Pi phospho- fructokinase-1 2 fructose 1,6-bisphosphatase ADP Fructose 1,6-bisphosphate H 2O Dihydroxyacetone Dihydroxyacetone phosphate phosphate (2) Glyceraldehyde 3-phosphate Fructosa 1,6-Bifosfatasa (2) Pi (2) NAD (2) Pi (2) NAD (2) NADH  (2) H (2) NADH  H (2) 1,3-Bisphosphoglycerate (2) ADP (2) ADP Punt 3. Conversió de la G6P a Glucosa (2) ATP (2) ATP (2) 3-Phosphoglycerate (2) 2-Phosphoglycerate (2) GDP (2) Phosphoenolpyruvate (2) ADP PEP carboxykinase 1 pyruvate kinase (2) GTP (2) Oxaloacetate (2) ATP (2) ADP (2) Pyruvate pyruvate carboxylase Glucosa 6-fosfatasa nomès al fetge (2) ATP  SUBSTRATS per a la GLUCONEOGÈNESI Els substrats que usa el cos per generar glucosa són: Àcid làctic, glicerol dels TGC, AA Alanina 1. Lactat és utilitzat pel fetge mitjançant el Cicle de Cori. El cicle de Cori transforma el lactat generat per la musculatura al fetge en glucosa que pot ser reutilitzat per la musculatura 2. Glicerol del Triglicèrids es transforma en Gliceraldehid 3-P i entra a la Glicòlisi. 3. Aminoàcids. Quan manca glucosa el múscul degrada les seves proteïnes que via el Cicle Glucosa-Alanina transporta al fetge per eliminar el grup amino i generar glucosa.  REGULACIÓ GLUCONEOGÈNESI La Glicòlisi i la Gluconeogènesi es regulen de manera recíproca en els tres punts de control Punt 1: Piruvat Carboxilasa i PEP carboxiquinasa: Activa: AcetilCoA Inhibeix: ADP Punt 2: Fructosa 1,6-Bifosfatasa Activa: Citrat Inhibeix: AMP i Fructosa 2,6-Bifosfat Punt 3: Glucosa 6-fosfatasa Activa: G6P  Via de les Pentoses Fosfat Via de les pentoses permet la generació de Nucleòtids i Coenzims i NO genera ATP A partir de la Glucosa6P es generen les pentoses per a sintetitzar: Nucleòtids, CoA, NADH2, FADH2 Via Citoplasmàtica  Via de les Pentoses Fosfat Via de les Pentoses fosfat. Nonoxidative Oxidative phase phase 1. Fase Oxidativa. Dos oxidacions que donen Ribulosa 5P i poder reductor en forma de Glucose 6-phosphate NADPH que s'utilitzarà per a la Biosíntesi i NADP 2 GSH neutralització de Radicals lliures. glutathione reductase NADPH GSSG 2. Fase no oxidativa: Reorganització molecular transketolase, Fatty acids, transferència de C mitjançant las transaldolase 6-Phosphogluconate sterols, etc. transcetolases i transaldolases per NADP reductive regenerar la G6P biosynthesis CO2 NADPH 3. Totes dos fases acaben amb la formació de Ribulose 5-phosphate Precursors Ribosa 5-P que s’emprarà per sintetitzar Nucleòtids i Coenzims. Ribose 5-phosphate Nucleotides, coenzymes, DNA, RNA  Regulació de la ruta de les pentoses fosfat Regulació a través de la G6P Deshidrogenasa. Inhibida per la NADPH. Mutacions al gen que codifica per la G6PDH provoca dèficit de NADPH. Aquest però només es manifesta combinat amb certes substàncies molt oxidants com la Divicina (faves). Això incrementa els Radicals lliures produint Anèmies Hemolítiques degut a la pèrdua de NADPH necessari per reduir els Radicals Lliures que es generen en els eritròcits pel transport d’oxigen. Dèficit de G6PDH protegeix contra la Malària ja que el paràsit (Plasmòdium) necessita molt NADPH. Menjar faves protegeix contra la Malària.  Metabolisme del Glicogen Metabolisme del Glicogen Glicogen és un Polisacàrid de Reserva de Glucosa a curt termini. Es troba al: Fetge: regula els nivells en sang estables eritròcits i cèl·lules cerebrals només consumeixen Glucosa Múscul: consum propi per a exercici. 1. GLICOGENOGÈNESI Síntesi de Glicogen Fetge te Glucoquinasa més eficient que la Hexoquinasa. Per tant el fetge té MOLTA QUANTITAT EMMAGATZEMADA Altres cèl·lules Hexoquinasa. Múscul. 2. GLICOGENOLISI Degradació del Glicogen Fetge, alliberar Glu després d’hores de la ingesta per mantenir els nivells de Glu en sang Múscul, durant activitat intensa  GLUCOGENOGÈNESI El Glicogen es forma a partir de G6P. Síntesi de Glicogen 1. G6P passa a G1P 2. G1P s’uneix a el nucleòtid UTP 3. Glucosa-UDP s’uneix a la cadena alliberant UDP. Cebador Glucogenina (proteïna) o Glicogen amb 8 residus de Glu com a mínim. Enzims responsables Glicogen sintasa enllaços α1-4 Glicogen ramificant enllaços α1-6  Glicogenòlisi Glicogenòlisi: S’alliberen G1P aquest passa de nou a G6P, per tant es requereix un ATP menys per realitzar la Glicòlisi. Per tant la Glicòlisi a partir de Glicogen dóna 3 ATP enlloc de 2. Enzims: 1. Glicogen fosforilasa allibera G1P 2. Enzim Desramificant  Glicogenòlisi Glicogenòlisi Enzim Desramificant: Té activitat transferasa que uneix cadenes de 3 Glu. Activitat glucosidasa que trenca enllaços α1-6  Regulació del Metabolisme del Glicogen El metabolisme del Glicogen es troba regulat hormonal ment Insulina i Glucagó/ Catecolamines regulen l’activitat de la Glicogen sintasa i Glicogen fosforilasa mitjançant la modificació covalent, la Fosforilació.