Carbohidratos - Bioquímica Básica PDF

Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza CARBOHIDRATOS Facultad de Medicina, UAS.  CARBOHIDRATOS Los carbohidratos no sólo son una fuente importante de producción rápida de energía en las células, también son las estructuras fundamentales de las células y componentes d...

Bioquímica Básica Med. Prof. Tít. Josué Camberos Barraza CARBOHIDRATOS Facultad de Medicina, UAS.  CARBOHIDRATOS Los carbohidratos no sólo son una fuente importante de producción rápida de energía en las células, también son las estructuras fundamentales de las células y componentes de numerosas rutas metabólicas. Son las biomoléculas con más abundancia en la naturaleza, más de la mitad de todo el carbono “orgánico” se encuentra en los carbohidratos.  CARBOHIDRATOS Es la fuente de carbono para la síntesis de la mayoría de otros compuestos. La glucosa es el precursor para la síntesis de una gran variedad de otros azucares que se requieren para la producción de compuestos especializados, tales como lactosa, antígenos de superficies, nucleótidos o glucosaminoglucanos. Es el precursor fundamental de los compuestos no carbohidratados lípidos, aminoácidos y ácidos nucleicos.  CARBOHIDRATOS Muchos tejidos (cerebro, eritrocitos, medula renal, músculos esqueléticos durante el ejercicio) dependen de la glucolisis para su total o parcial necesidad energética. Como consecuencia, estos tejidos requieren de un ininterrumpido acceso a la glucosa para alcanzar rápidamente su tasa de uso de ATP. En el adulto se requiere un mínimo de 190 g de glucosa por día, aproximadamente 150 g para cerebro y 40 g para los otros tejidos. Disminuciones por debajo de 60 limitan el metabolismo de glucosa en el cerebro y provocar síntomas hipoglucémicos.  CARBOHIDRATOS Definición química: Como derivados aldehídos o cetónicos de alcoholes polihidroxílicos que tienen muchos radicales hidroxilo OH-. Son sustancias que al hidrolizarse, pueden dar aldehídos (H-C=O) Se denominan glúcidos Están formados por C, H y O. Fórmula (C-H2O)n CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS FUNCIONES DE LOS CARBOHIDRATOS: a) Energéticas: glucosa b) Reserva: almidón, glucógeno. c) Estructural: celulosa, quitina, acido hialurónico, condroitin sulfato, etc. Adenosine triphosphate (ATP) as the central link between energy-producing and energy-utilizing systems of the body. ADP, adenosine diphosphate; Pi, inorganic phosphate.  CARBOHIDRATOS CLASIFICACION DE LOS CARBOHIDRATOS: Dos clasificaciones, basadas en: numero de carbohidratos y su grupo funcional. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL GRUPO FUNCIONAL: Si el grupo carbonilo se encuentra al final de la cadena, el monosacárido es un aldehído, y se denomina aldosa. Si se encuentra en un carbono secundario es una cetona, y se llama cetosa. Ejemplos: ALDOSAS, glucosa, eritrosa, galactosa, ribosa. CETOSAS, ribulosa, eritrulosa, fructosa, seudoheptulosa, etc.  CARBOHIDRATOS CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL NÚMERO DE CARBOHIDRATOS O AZÚCARES: CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS Monosacáridos (3, 4, 5, 6) Glucosa, fructosa, galactosa Disacáridos Sacarosa, lactosa, maltosa Polioles Isomaltosa, sorbitol, maltitol Oligosacáridos Maltodextrina, fructo-oligosacáridos Almidón: Amilosa, amilopectina, Polisacáridos glucogeno. Sin almidón: Celulosa, pectinas, Polisacáridos hidrocoloides  OS AT I DR OH RB CA General metabolic routes for dietary components in the body. The types of Pathways are named in blue.  CARBOHIDRATOS Los carbohidratos son la primer fuente de calorías dietéticas para la mayor parte de la población mundial. Los principales carbohidratos de la dieta son almidón, lactosa y sacarosa. Lactosa: glucosa y galactosa Sacarosa: glucosa y fructuosa Maltosa: Glucosa y glucosa CARBOHIDRATOS Digestion of carbohydrates.  CARBOHIDRATOS La digestión del almidón comienza en la boca. Por enzimas glucosidasas. La glándula salival libera alfa amilasa, que convierte el almidón en polisacáridos más pequeños llamados alfa dextrinas. La amilasa salival se inactiva por la acidez del estómago. El páncreas exocrino secreta la alfa amilasa pancreática que continua digiriendo a las alfa dextrinas a las que transforma en disacáridos maltosa y trisacáridos maltotriosa y oligosacáridos llamados dextrinas límite.  CARBOHIDRATOS Las dextrinas límite contienen por lo general cuatro a nueve residuos de glucosilo y una ramificación de isomaltosa (dos residuos unidos a través del enlace alfa 1- 6). La digestión de los disacáridos lactosa y sacarosa, maltosa, maltotriosa y dextrina limite ocurre a través de las disacaridosas que están unidas en la superficie de la membrana del borde en cepillo.  CARBOHIDRATOS La alfa amilasa salival es una endoglucosidasa que rompe las uniones alfa 1-4 formando así a las alfa dextrinas. El complejo sacarosa-isomaltasa con dos sitios uno el sitio sacarosa-maltasa responsable de hidrolizar la sacarosa. La actividad isomaltasa-maltasa hidroliza las uniones alfa 1-6.  CARBOHIDRATOS Absorption of Carbohydrates Essentially all the carbohydrates in the food are absorbed in the form of monosaccharides; only a small fraction are absorbed as disaccharides and almost none as larger carbohydrate compounds. By far the most abundant of the absorbed monosaccharides is glucose, usually accounting for more than 80 per cent of carbohydrate calories absorbed. The remaining 20 per cent of absorbed monosaccharides are composed almost entirely of galactose and fructose, the galactose derived from milk and the fructose as one of the monosaccharides digested from cane sugar.  CARBOHIDRATOS Glucose is Transported by a Sodium Co-Transport Mechanism. In the absence of sodium transport through the intestinal membrane, virtually no glucose can be absorbed. The reason is that glucose absorption occurs in a cotransport mode with active transport of sodium. There are two stages in the transport of sodium through the intestinal membrane. First is active transport of sodium ions through the basolateral membranes of the intestinal epithelial cells into the blood, thereby depleting sodium inside the epithelial cells. Second, decrease of sodium inside the cells causes sodium from the intestinal lumen to move through the brush border of the epithelial cells to the cell interiors by a process of facilitated diffusion.  CARBOHIDRATOS La absorción de la glucosa a nivel intestinal se da a través de dos proteínas una que depende del Na+ y otras que son transportadoras facilitadoras. Las primeras proteínas se localizan en el parte luminal. Las segundas se localizan en el lado seroso de las células y se mueven de un lado de mayor concentración a menor sin gasto de energía los cuales son los GLUT 1 al GLUT 5.  CARBOHIDRATOS Vía de la conversión de A) galactosa en glucosa en el hígado y B) glucosa en lactosa en la glándula mamaria en lactación. Todos los derechos reservados. McGraw-Hill Education LLC CARBOHIDRATOS VIAS METABOLICAS DE LOS CARBOHIDRATOS EN LOS MAMIFEROS CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS  GLUCOLISIS  GLUCONEOGENESIS  GLUCOGENOGENESIS  GLUCOGENOLISIS  VIA DE LAS PENTOSAS  VIA DE LOS POLIOLES  CICLO DE CORI  CICLO DE LA ALANINA  CARBOHIDRATOS Principales Rutas del Metabolismo de los Hidratos de Carbono CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS Proceso de activación de la GLUCOSA  HEXOCINASA GLUCOCINASA Presencia En todos los tejidos Sólo en hígado Valor de Km 10-3 mmol/L 20 mmol/L Afinidad al sustrato Alta Baja Actúa sobre la glucosa, manosa y Especificidad fructosa Sólo glucosa Inducción No inducida Inducida por insulina y glucosa Actúa solamente cuando el nivel de Incluso sobre el nivel de azúcar en la glucosa es más de 100 ml/dl; Función nivel sangre es bajo, la glucosa es entonces se toma la glucosa por las utilizada por las células del cuerpo. células del hígado para la síntesis de glucógeno.  CARBOHIDRATOS Interconversions of the three major monosaccharides—glucose, fructose, and galactose—in liver cells. HEXOCINASAS especificas: fructocinasa, manocinasa o galactocinasa. Enzima MUTASA, cambio de posición 6 a 1, excepto la galactosa Enzima clave FOSFOHEXOSAISOMERASA Enzima URIDIL-TRANSFERASA, EPIMERASA Regulación hormonal CARBOHIDRATOS  LAS PRINCIPALES ACCIONES DE LAS HORMONAS GLUCOREGULADORAS Y ALGUNOS RESULTADOS IMPORTANTES DE ESTAS ACCIONES. HORMONA ACCIONES GENERALES RESULTADOS ESPERADOS ↑ Captación de Glucosa de la ↓ Glucosa en Sangre Sangre ↑ Glucógeno en Músculos e ↑ Síntesis de Glucógeno Hígado ↑ Captación de Aminoácidos de la Insulina ↓ Aminoácidos en Sangre Sangre ↑ Proteínas en los Tejidos ↑ Síntesis de Proteínas ↓ Ácidos Grasos en Sangre ↓ Catabolismo de Grasas ↑ Reservas de Grasa en Tejidos CAR ↑ Síntesis de Grasas ↑ Catabolismo de Glucógeno BOH en Hígado ↑ Glucosa en Sangre IDR Glucagón ↑ Producción de Glucógeno en ↑ Glucosa en Sangre ATO Hígado a partir de ↑ Ácidos Grasos en Sangre Aminoácidos y Acido Láctico S ↑ Catabolismo de Grasas ↑ Catabolismo de Glucógeno ↓ Glucógeno en Hígado en Hígado ↑ Glucosa en Sangre Epinefrina (EPI) ↑ Catabolismo de Glucógeno ↓ Glucógeno en Músculo en Músculos ↑ Ácidos Grasos en Sangre ↑ Catabolismo de las Grasas ↑ Producción de Glucógeno en Hígado a partir de ↑ Glucosa en Sangre Cortisol Aminoácidos y Ácido Láctico ↑ Ácidos Grasos en Sangre ↑ Catabolismo de Grasas ↑ Aminoácidos en Sangre ↑ Catabolismo de Proteínas ↓ Captación de Glucosa de Metabolismo Celular  CARBOHIDRATOS GLUCOGENESIS:  Es la síntesis de glucógeno  Se lleva principalmente en el hígado y músculo  Función: fuente accesible, y de rápida disposición para obtener glucosa  Enzima clave de la reacción: GLUCOGENO SINTASA  Modulares enzimáticos: a) Positivos: UDP-G (uridindifosfatoglucosa) y G-6-P, estimula la forma activa de GS forma “a”. b) Negativo: AMPc (adenosinmonofosfato cíclico), altas concentraciones de ATP, ADP y Pi estimula la inactivación de la enzima, forma “b”, echa mano de la proteína cinasa A.  CARBOHIDRATOS Dos tipos de enlaces en la estructura del Glucógeno  COMPARACIÓN DE LAS FUNCIONES DEL GLUCÓGENO BOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS 1. La glucogénesis se lleva acabo después de consumir alimento 2. Se eleva la cantidad de glucosa 3. Principalmente a nivel de hígado, además de músculo 4. La síntesis es a partir de la G-6-P SINTESIS DE GLUCOSA-1-FOSFATO Fosfoglucomutasa, con un grupo fosfato unido a un residuo de Ser reactivo. GLUCOSA utasa glu com GLUCOSA 6 fo Fos GLUCOSA 1 FOSFATO P FOSFATO GLUCOSA 1,6 DI- FOSFATO Ser P  CARBOHIDRATOS GLUCOSA 1 PPi + H2O FOSFATO Pirofosfatasa UDP-glucosa + PPi G1P uridilil UDP-glucosa transferasa 2Pi pirofosforilasa UTP SINTESIS DE UDP-GLUCOSA Formación de enlaces glucosídicos Es más reactivo la unión con un nucleótido que sola Por tener dos enlaces de fosfatos Se mantiene de forma mas segura en el sitio activos de las enzimas que catalizan la reacción de transferencia (de la porción glucosilo activada de la molécula UDP-glucosa a una molécula de glucógeno)  CARBOHIDRATOS SINTESIS DE GLUCÓGENO A PARTIR DE UDP-GLUCOSA Dos enzimas: a) Glucógeno sintasa: cataliza la transferencia del grupo glucosilo del UDP-glucosa de los extremos no reductores del mismo b) Amilo alfa (1-4, 1-6) glucosil transferasa (enzima ramificante), llamada amilo alfa (1-6) transglucosidasa. Tetrasacárido (4 residuos glucosilados, Glucogenina enlaces alfa (1-4) Tyr  CARBOHIDRATOS Hexocinasa o glucokinasa Cebador necesario para la síntesis de glucógeno, GLUCOGENINA Adición de Tyr unidades glucosilos Moléculas “núcleo” del Tetrasacárido (4 residuos glucosilados, glucógeno, que están en enlaces alfa (1-4) la célula Autoglucosilación 8 UDP- CA glucosa “Núcleo” RB OH ID RA Km TO S CAR BO HI DR ATO S CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Glucogenólisis  Es la degradación del glucógeno para producir glucosa libre  Proceso inverso de la glucogénesis  Enzima clave: Glucógeno fosforilasa.  Existe dos tipos de fosforilasa; una en el hígado corresponde a un tetrámero (formada por cuatro partes), otra en el músculo formada por un dímero (formada por dos partes)  Tenemos la forma activa “a” y la forma inactiva “b”  El mecanismo de acción de la fosforilasa es introduciendo un HPO4-, formando glucosa- 1-fosfato.  Básicamente las uniones 1-6 se convierten a uniones 1-4 por la transferasa y luego por la acción amilo 1-6 glucosidasa, termina en glucosa libre.  Presenta moduladores: a) Positivo: AMPc, por acción de la adrenalina en músculo y el glucagón en hígado. b) Negativo: Cantidad de glucógeno (glucosa) acumulado, ATP y G-6-P. CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CAR BOH IDR ATO S CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS STRUCTURE AND FUNCTION OF GLYCOGEN SYNTHESIS OF GLYCOGEN (GLYCOGENESIS) SYNTHESIS OF GLYCOGEN (GLYCOGENESIS) DEGRADATION OF GLYCOGEN (GLYCOGENOLYSIS) DEGRADATION OF GLYCOGEN (GLYCOGENOLYSIS) REGULATION OF GLYCOGENESIS AND GLYCOGENOLYSIS REGULATION OF GLYCOGENESIS AND GLYCOGENOLYSIS REGULATION OF GLYCOGENESIS AND GLYCOGENOLYSIS REGULATION OF GLYCOGENESIS AND GLYCOGENOLYSIS CHAPTER SUMMAR Y  CARBOHIDRATOS GLUCOLISIS Es la degradación de la glucosa para producir energía en forma de ATP, esta puede ser por dos vías dependiendo sí hay o no presencia de oxígeno. GLUCOLISIS ANAEROBICA Llamada también Vía de Meyerhoff-Embeden. Citosol, hígado*. Es una serie de reacciones que terminan con la formación de dos moléculas de piruvato. Enzima clave: FOSFOFRUCTUOQUINASA o también llamada FOSFOFRUCTOCINASA. Fructosa-6-fosfato FOSFO FRUCT O CI N A SA Fructosa-1-6-difosfato  CARBOHIDRATOS La Ruta de la glucolisis anaeróbica se desarrolla en dos pasos: a) Catabólico: Se gastan dos moléculas de ATP, uno para transformar la glucosa a glucosa-6-fosfato y otra para transformar la fructosa-6- fosfato a fructosa-1,6-difosfato. b) Oxidativo: oxidación y reducción del NAD. La e n e r g í a que se produce equivale a 4 ATP, pero se gastan 2 ATP; por lo tanto el balance total queda en 2 MOLECULAS DE ATP DE GANANCIA. CARBOHIDRATOS Sequence of chemical reactions responsible for glycolysis. CA RB OH ID RA TO S   Hexocinasa o glucokinasa  PFK-1  Piruvato cinasa Moduladores alostéricos positivos: F2,6BP, AMPc, ADP Moduladores alostéricos negativos: CARBOHIDRATOS Citrato, ATP CARBOHIDRATOS ARBOHIDRATOS REGULACION ALOSTÉRICA DE LA GLUCOLISIS ENZIMA ACTIVADOR INHIBIDOR HEXOCINASA G-6-P, ATP PFK-1 F 2,6 BP, AMP Citrato y ATP Cinasa de Piruvato F 1,6 BP, AMP Acetil CoA, ATP CARBOHIDRATOS  S TO RA ID OH RB CA CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Relaciones intertisulares en la síntesis hepática de Glucosa Ciclo glucosa - alanina: (1) En músculo: Transaminación de piruvato para producir alanina, que viaja al hígado por el torrente sanguíneo (2) En hígado: Transaminación de alanina a piruvato que pasa a glucoconeogénesis (3) La Glucosa producida se libera al torrente sanguíneo. Este proceso ayuda a mantener el balance de nitrógeno (se transporta NH4+ al hígado)  CARBOHIDRATOS The lactic acid (Cori) cycle and glucose-alanine cycle.  CARBOHIDRATOS Las moléculas energéticas son compuestos carbonados susceptibles de ser oxidados mediante perdida de electrones para la respiración celular. La función del ciclo del acido cítrico es la producción de electrones de alta energía a partir de combustibles carbonados.  CARBOHIDRATOS C I C L O D E K RE BS O TC A El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una serie de reacciones químicas de gran importancia, que forman parte de la respiración celular en todas las células aerobias, es decir que utilizan oxígeno. En organismos aeróbicos el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de hidratos de carbono, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2 y agua, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y ATP). El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas tales como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.  CARBOHIDRATOS FUNCIONES DEL CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS 1. Es el camino oxidativo común final que oxida la Acetil CoA a CO2. 2. Es la fuente de coenzimas reducidas que proporcionan el sustrato para la cadena respiratoria. 3. Actúa como acoplamiento entre los caminos catabólicos y anabólicos (anfibólico) 4. Proporciona los precursores para la síntesis de aminoácidos y nucleótidos. 5. Los componentes del ciclo tiene un efecto que controla directa o indirectamente las enzimas claves de otros caminos. CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS DOS ETAPAS DEL CICLO: o En condiciones aeróbicas, el piruvato sufre una descarboxilación oxidativa con la formación de AcCoA. El grupo acetilo del AcCoA es transferido al oxalacetato para dar citrato o En reacciones subsecuentes, dos de los átomos de Carbono del citrato se oxidan a CO2 y el oxalacetato es regenerado. La reacción neta de ciclo del ácido cítrico también produce tres moléculas de NADH, una de FADH2 y una molécula del compuesto trifosfato de guanosina (GTP) altamente energético (en algunos organismos es directamente ATP) por cada molécula de AcCoA oxidada.  Ciclo de Krebs Ocurre en la matriz mitocondrial. Resultado: CO2 y electrones ricos en energía, que pasan vía NADH y FADH2 a la cadena respiratoria. El CO2 se elimina como producto de deshecho, mientras que los electrones de alta energía se desplazan por la cadena respiratoria y finalmente se combinan con O2 y forman H2O.  CARBOHIDRATOS El Complejo de la Piruvato Deshidrogenasa (PDH) La mayor parte del ATP utilizado por muchas células para mantener la homeostasis se produce por oxidación del piruvato en el ciclo del ácido tricarboxílico (ATC o ciclo de Krebs). Durante este proceso de oxidación, se generan nicotinamida adenina di nucleótido reducida (NADH) y flavina adenina di nucleótido reducida (FADH2). NADH y FADH2 se utilizan principalmente para dirigir los procesos de fosforilación oxidativa, que son los responsables de convertir el potencial reducidoPRODUCCION del NADH y FADH2 al fosfato de alta energía ATP. ATP DE ENERGIA NADPH+ 3/2.5 FADPH2 2/1.5  CARBOHIDRATOS Cuando el piruvato es transportado a la mitocondria, este encuentra dos enzimas metabólicas principales:  La piruvato carboxilasa (una Modulador alostérico: Por una enzima de la gluconeogénesis) y alta carga de energía en la  La piruvato deshidrogenada célula; la Acetil-CoA (PDH). (acilada), estimula la piruvato carboxilasa; caso contrario se estimula el CPDH. El complejo también requiere de 5 coenzimas diferentes: CARBOHIDRATOS  DosCoA, enzimas adicionales al complejo:  NAD+, 1. PDH cinasa El complejo de la  FAD+, 2. PDH fosforilasa PDH se compone de Queácido  a lipoamida través de(àc.lalipoico), desfoforilaciòn y y varias copias de 3 fosforilaciòn regulan la actividad del  e n z i m a s s e p a ra d a s : pirofosfato de tiamina (PPT). complejo.  La piruvato Tres de las coenzimas del complejo están deshidrogenasa- unidas fuertemente a las enzimas del descarboxilasa complejo (PPT, ácido lipoico, y FAD+) y dos se utilizan como transportadores de  Dihidrolipoil los productos de la actividad del complejo transacetilasa Sìntesis: de la PDH (CoA y NAD+). A. Tiamina,  Dihidrolipoil B. Àcido pantotènico C. deshidrogenasa Riboflavina D. Nicotinamida  CARBOHIDRATOS El resultado neto de las reacciones del complejo PDH es: Piruvato + CoA + NAD+ ——> CO2 + Acetil-CoA + NADH + H+ CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Reactivos/ Productos/ Molécula Enzima Tipo de reacción Coenzimas Coenzima I. Citrato 1. Aconitasa Deshidratación H2O II. cis-Aconitato 2. Aconitasa Hidratación H2O 3. Isocitrato III. Isocitrato deshidrogenasa Oxidación NAD+ NADH + H+ 4. Isocitrato IV. Oxalosuccinato deshidrogenasa Descarboxilación V. α-cetoglutarato 5. α-cetoglutarato Descarboxilación NAD+ + NADH + H+ deshidrogenasa oxidativa CoA-SH + CO2 6. Succinil-CoA Hidrólisis, fosforilaciòn GDP GTP + VI. Succinil-CoA sintetasa* en el sustrato (GTP) + Pi CoA-SH 7. Succinato VII. Succinato deshidrogenasa* Oxidación y reducciòn FAD FADH2 8. Fumarato VIII. Fumarato Hidratasa Adición (H2O) H2O 9. Malato IX. L-Malato deshidrogenasa Oxidación NAD+ NADH + H+ X. Oxaloacetato** 10. Citrato sintasa Condensación CA RB OH ID RA TO S CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS La succinato deshidrogenasa está directamente unida a la cadena a la cadena de transporte electrónico, cadena que constituye el nexo de unión entre el ciclo del ácido cítrico y la formación de ATP. Difiere de las otras enzimas del ciclo de Krebs ya que está es parte integrante de la membrana mitocondrial interna.  CARBOHIDRATOS El GTP que se genera en la reacción succinato tiocinasa (succinil-CoA sintetasa) es equivalente a una mol de ATP debido a la presencia de la nucleótido fosfocinasa (nucleósido difosfato cinasa). Las tres moléculas de NADH y 1 molécula de FADH2 que se generan durante cada vuelta del ciclo alimentan la vía de la fosforilación oxidativa. Cada molecula de NADH da lugar a 2.5 moles de ATP y cada mole de FADH2 da lugar a 1.5 moles de ATP. Por tanto, por cada mol de piruvato que entra en el ciclo del ATC, se pueden generar 10 moles de ATP (dos moléculas de Ac CoA). 2 NADH en la descarboxilaciòn del Piruvato. Por dos piruvatos. Glucolisis 1 NADH. Por cada molécula de GLUCOSA: 3 4 A T P. La estequiometria promedio del ciclo del ATC es: Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O — — > 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + HSCoA  CARBOHIDRATOS GANANCIA DE ATP 34  CARBOHIDRATOS El ciclo del ácido cítrico está controlado en varios puntos En las células de animales, la velocidad del TCA se ajusta con precisión para satisfacer las necesidades celulares de ATP. Los puntos primarios de control son los enzimas alostéricos I S O C I T R A T O D E S HID ROG E NA SA (ID H ) y la a lfa - C ETOG LUT A RATO D E S H I D R O G E N A S A ( α - K G D H ) , los dos primeros enzimas del ciclo que generan electrones de alta energía. ISOCITRATO Alfa-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA DESHIDROGENASA Modulador alostérico postivos: ADP, NAD+. De forma negativa: Succinil-CoA, Modulador alostérico negativo: NADH y ATP, NADH ATP …  REGULACIÒN ADP NADH+ ALOSTERICA AcCoA Piruvato ATP Citrato NADH+ CARBO HIDRA TOS ATP Ca++ ADP NADH+ Ca++ NAD+ ATP NADH+ Succinil CoA  CARBOHIDRATOS La regulación del ciclo ATC tiene dos funciones: 1. Garantiza que el NADH es generado lo suficientemente rápido para conservar la homeostasia del ATP 2. Regula la concentración de los intermediarios del ciclo del ATC. EJEMPLOS: 1) Citrato al citosol y segmentación de la Ac CoA proporciona unidades acetilo, para la formación de ácidos grasos. 2) Del malato, son precursores de la gluconeogénesis citosólica. 3) Cuerpos carbonados para la síntesis de aminoácidos. 4) Succinil CoA para la formación de grupo HEMO 5) El α-KG para formar Glu, y el neurotrasnsmisor GABA, etc. CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS FOS FO RI L A C I Ó N OX I DAT IVA La fosforilación oxidativa es el proceso en el cual se forma ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o FADH2 hasta el O2 por medio de una serie de transportadores electrónicos. Este proceso, que tiene lugar en la mitocondria, es el principal fuente de ATP en organismos aeróbicos. Por ejemplo, la fosforilación oxidativa genera 34 de las 38 moléculas de ATP que se forman cuando la glucosa se oxida completamente a CO2 y H2O. CTE  CARBOHIDRATOS Panorama de la fosforilación oxidativa La cadena transportadora de electrones genera un gradiente de protones que se utiliza para sintetizar ATP. CTE  CARBOHIDRATOS FOSFORILACION OXIDATIVA  Es la síntesis de ATP asociada al transporte de electrones en la membrana mitocondrial interna  Los componentes de la cadena se ordenan de mas electronegativo a mas electropositivo  Los electrones proceden del ciclo de Krebs y la glucolisis  El NADH de la glucolisis entra en la mitocondria por la lanzaderas de glicerol fosfato* y el malato aspartato*  NADH-Q reductasa ubiquinona (cit Q ) citocromo reductasa citocromoC citocromo oxidasa O2  Los electrones de NADH pasan a la NADH-Q reductasa generan 3 ATP’s.  Los electrones del FADH2 entran por la ubiquinona y generan 2 ATP’s. CARBOHIDRATOS Músculo CARBOHIDRATOS Hígado y corazón. CA RB OH ID RA TO S  CARBOHIDRATOS Oxidasa de citocromo IV Citocromo b1 III Deshidrogenasa del NADH I Complejo deshidrogenasa de succinato II Quimioosmòtica CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Los inhibidores de la Cadena de Transporte de Electrones (CTE) son substancias que se enlazan a alguno de los componentes de la cadena de transporte de electrones bloqueando su capacidad para cambiar de una forma reversible desde la forma oxidada a la forma reducida y viceversa. Los mas importan tes inhibidores conocidos de la cadena de transporte de electrones son:  Amital,  Rotenona,  Antimycin A, Bloquean el completo  Monoxido de CarbonoUno (CO),  Cianuros. Bloquea el Complejo dos Bloquea el Complejo cuatro  CARBOHIDRATOS El envenamiento por Cianuro la inhibicion de la cadena respiratoria si desempeña un rol primario. La intoxicacion por Amital, un barbitúrico, y la Rotenona, un producto cianuro es frecuente en pacientes que inhalan humo de fuegos El monóxido de carbono (CO) es responsable a nivel mundial vegetal obtenido de las plantas que se usa como industriales o residenciales. Tambien se ve este tipo de por mas del 50 % de las muertes por envenenamiento. Es insecticida y pesticida, bloquean la cadena de intoxicacion en personas relacionadas profesionalmente con el incoloro e inodoro; puede formarse en grandes cantidades transporte electrónico entre la NADH deshidrogenasa cianuro o sus derivados en ciertas industrias. El (Complejo I) y la CoQ. como resultado de la combustión incompleta de envenenamiento intencional con cianuro puede verse en combustibles: los tubos de escape de maquinarias , hornos, personas con acceso a estos compuestos. El cianuro afecta a estufas, son fuentes importantes. El cigarro aumenta los practicamente todas las metaloenzimas, pero sus principales niveles de CARBOXIHEMOGLOBINA del fumador. EFECTOS TOXICOS derivan de su union al Fe+++ en los grupos Hem de la citocromo oxidasa, inhibiendo el funcionamiento de la Cadena de Transporte de Electrones. CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS DESACOPLANTES UCP  CARBOHIDRATOS Agentes desacopladores o desacoplantes: Venenos que hacen permeable la membrana mitocondrial interna a los protones. Estos agentes eliminan la relación obligada entre la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa que se observa en mitocondria intacta. Permitiendo el paso de protones a través de la membrana, se disipa el gradiente de protones, no hay bombeo de protones a través de la ATP-sintasa con producción de ATP. Los agentes desacoplantes son todos sintéticos. Estos venenos, como el 2,4 dinitrofenol (DNP), el carbonilcianuro-p- trifluorometoxi-hidrazona (FCCP) y el carbonilcianuro-m- clorofenilhidrazona (CCCP) desacoplan la fosforilación oxidativa de la cadena respiratoria H. Tiroideas  CARBOHIDRATOS En bioquímica existe una diferencia fundamental entre el NADPH y el NADH: el NADH se oxida en la CTE para general ATP en tanto que el NADPH sirve como reductor en los procesos biosíntesis.  CARBOHIDRATOS Vía de la pentosa fosfato (PPP) Es principalmente una vía anabólica que utiliza 6 carbonos de glucosa para generar azucares de 5 carbonos y equivalentes reducidos El 30% de la oxidación de la glucosa en el hígado se produce a través de la PPP. Esta vía satisface las necesidades que tienen todos los Las reacciones de la PPP operan exclusivamente en el organismos de disponer una fuente de NADPH para usarlo citoplasma. en la biosíntesis reductora.  CARBOHIDRATOS 3. Aunque no es una función significativa de la PPP, esta puede operar para metabolizar azucares de pentosa de la dieta que se derivan de la digestión de los ácidos nucleicos así como también para arreglar los esqueletos de carbonos de carbohidratos de la dieta en intermediarios glucolíticos/gluconeogénicos 2. Proveer a la célula con ribosa-5-fosfato (R5F) para la síntesis de Nucleótidos y ácidos nucleicos. 1. Generar equivalentes reducidos, en la forma de NADPH, para reacciones de biosíntesis de reducción en las células. Las funciones más importantes de esta vía metabólica son: CA RB OHI DR ATO S  CARBOHIDRATOS Las reacciones de la PPP operan exclusivamente en el citoplasma. La vía de la pentosa fosfato tiene tanto un Las REACCIONES NO brazo oxidativo como un no-oxidativo. OXIDATIVAS de la PPP están Los PASOS DE OXIDACIÓN, que utilizan principalmente diseñadas para a la glucosa-6-fosfato (G6P) como generar R5P. sustrato, ocurren al inicio de la vía y son Igual de importantes son reacciones de las reacciones que generan NADPH. la PPP para convertir azucares de 5 Las reacciones catalizadas por la glucosa-6- carbonos de la dieta en azucares fosfato deshidrogenasa y por la 6- tanto de 6 (fructosa-6-fosfato) y de 3 fosfogluconato deshidrogenasa generan un (gliceraldehido-3-fosfato) carbonos mol de NADPH cada una por cada mol de que pueden ser utilizados en las vías G6P que entra en la PPP. de la glucólisis.  CARBOHIDRATOS Las principales enzimas involucradas en los pasos no oxidativos de la PPP son la transaldolasa y la transcetolasa: La transcetolasa transfiere grupos de 2 Transaldolasa transfiere 3 grupos de carbón carbonos desde los sustratos de la PPP, y así también está implicada en un así se re-arregla los átomos de carbono cambio de los esqueletos de carbón de que entran en esta vía. los substratos de la PPP. Como otras enzimas que transfieren grupos La reacción de la transaldolasa implica la de 2 carbonos, la transcetolasa requiere formación de bases Schiff entre el pirofosfato de tiamina (PPT) como co- substrato y un residuo de la lisina en la factor en la reacción de transferencia. enzima. CAR BOH IDR ATO S CAR BOH IDR ATO S CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Los Eritrocitos y la vía de la Pentosa Fosfato Las vías predominantes del metabolismo de los La glicólisis proporciona el ATP para las bombas de carbohidratos en el glóbulo rojo (RBC) son la glicólisis, iones de la membrana y el NADH para la reoxidación de la PPP y el metabolismo de 2.3 bifosfoglicerato (2,3- la metahemoglobina BPG) El PPP suministra a los RBC NADPH para mantener el estado reducido del glutatión. Acumulación Índices crecientes creciente de los de oxidación de peróxidos, Hb a metaHb. predominantement e H2O2 La PPP en los eritrocitos es esencialmente la única vía para que estas células produzcan Debilita- NADPH Hemólisis miento de la concomitante pared celular  CARBOHIDRATOS GLUTATION Glutatión: tripéptido utilizado como cofactor en numerosas reacciones DETOXIFICADORAS. Presenta además distintas funciones biológicas como protector de membrana y regulador de cisteína. C A R B O H I D Las cadenas laterales sulfidrilo de La reducción de GSSG a dos R El GSH es un los residuos de la cisteína de dos moles de GSH es la función moléculas del glutatión forman A tripéptido integrado un enlace disulfuro (GSSG) de la reductasa del por el γ-glutamato, la glutatión, una enzima que T durante el curso de ser oxidados cisteína y la glicina. en reacciones con varios óxidos y requiera la oxidación O peróxidos en las células. conjunta de NADPH S  CARBOHIDRATOS HMP G6PDH Shunt CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS ntioxidant activities of glutathione. GSH is the coenzyme for glutathione peroxidase which detoxifies hydrogen peroxide and organic (lipid) hydroperoxides. Hydrogen peroxide and lipid peroxides are formed spontaneously in the red cell, catalyzed by side reactions of heme iron during oxygen transport on hemoglobin (Chapter 37). GSH also reduces disulfide bonds in proteins, formed during oxidative stress. CARBOHIDRATOS Glutathione. Structure of reduced glutathione (GSH) and oxidized glutathione (GSSG).  The pentose phosphate pathway, a shunt from glycolysis, accounts for about 10% of glucose metabolism in the red cell. In the red cell, this pathway has a special role in protection against CARBOHIDRATOS oxidative stress, while in nucleated cells it also serves as a source of NADPH for biosynthetic reactions and pentoses for nucleic acid synthesis In the red cell, 10-20% of the glycolytic intermediate, 1,3-bisphosphoglycerate, is diverted to the synthesis of 2,3-bisphosphoglycerate (2,3-BPG), an allosteric regulator of the O2 affinity of Hb.  CARBOHIDRATOS METABOLISMO DE LA GLUCOSA OBJETIVOS  Describir las reacciones para la síntesis de novo de glucosa: gluconeogénesis.  Localizar los mecanismos de control de la gluconeogénesis: hormonal y metabólica.  Describir en que células se lleva a cabo principalmente.  Fundamentar las interrelaciones de los órganos en la gluconeogénesis.  GLUCONEOGENESIS CA RB O HI D RA TO S  CARBOHIDRATOS METABOLISMO DE LA GLUCOSA Proceso de síntesis de glucosa o glucógeno a partir de precursores no carbohidratos. Principales sustratos:  Aminoácidos  Lactato  Piruvato  Glicerol EL hígado y el riñón son los principales tejidos gluconeogénicos. Así con el intestino delgado también puede ser una fuente de glucosa en el estado de ayuno. De forma indirecta; muscular, tejido adiposo Es un proceso que consume energía, 6 mol de ATP, formación de GLUCOSA.  CARBOHIDRATOS FUNCIONES  Especial, energético EN CEREBRO Y ERITROCITO.  Mantenimiento del ciclo de Krebs (intermediarios)  Elimina el lactato producido por los músculos y eritrocito  Glicerol producido por ácidos grasos. CARBOHIDRATOS CARB OHID RATO S CA RB OH ID RA TO S CARBOHIDRATOS The malate shuttle. The provision of acetyl-CoA and reducing equivalents for fatty acid biosynthesis and the malate shuttle. Fru-6-P, fructose-6- phosphate; Glc-6-P, glucose-6- phosphate; NADH, reduced nicotinamide dinucleotide. (See also 'Electron shuttles' box on p. 100.) CA RB OH ID RA TO S CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS REGULACION DE LA GLUCONEOGENESIS  Estimulada por la concentraciones de productos fuentes.  Inanición, ayunos prolongados y alimentación abundante en grasas.  4 -3 enzimas: PIRUVATO CARBOXILASA CARBOXICINASA DE PEP FRUCTOSA 1-6 FOSFATASA, y G6Pasa  Enzimas regulación alostérica, positiva y negativa.  Hormonas: Insulina Glucagón Adrenalina Cortisol, y Tiroideas. REGULACION CA RB OH ID RA TO S CAR BO HI DR ATO S HORMONAS  CARBOHIDRATOS Regulación de la Gluconeogénesis/Glicolisis Las cantidades de los enzimas clave de glicolisis y gluconeogénesis también están reguladas: control de su expresión génica; (hormonal) INSULINA: aumenta después de la ingesta de alimentos Estimula expresión de : FOSFOFRUCTOQUINASA PIRUVATO QUINASA ENZIMA BIFUNCIONAL PFK-2/ FBPasa-2 GLUCAGON: aumenta en ayuno Inhibe expresión de : FOSFOFRUCTOQUINASA PIRUVATO QUINASA ENZIMA BIFUNCIONAL PFK-2/ FBPasa-2 Estimula expresión de FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA FRUCTOSA-1,6-BIFOSFATASA Este control sobre la expresión génica es mucho mas lento (horas/días) que el control alostérico (segundos/minutos).  REGULACION POR LA F2-6 BIFOSFATO Activa la glucólisis CARBOHIDRATOS Inhibe la gluconeogénesis  Mecanismo de modificación covalente 1. Glucagón y adrenalina a través de AMPc activan las formas fosforiladas de la enzima y activan la gluconeogénesis. (Inhiben la glucólisis) 2. Insulina activa la glucólisis, inhibe la gluconeogénesis. F-2,6-BP es un metabolito que regula conjuntamente las dos vías. CARBOHIDRATOS CAR BOH IDR ATO S CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Las GLUCOGENOSIS son un grupo de enfermedades hereditarias una característica bioquímica común: una alteración del depósito de glucógeno en los tejidos afectados en los que puede estar aumentado o tener una estructura anómala. Se producen cuando existe deficiencia genética de la actividad de alguna de las enzimas que lo degradan o lo sintetizan. De aquí, que los dos tejidos más afectados sean aquéllos en los que el metabolismo del glucógeno es más importante: el hígado y el músculo. En la mayoría de las Así, si el HÍGADO es el afectado, se produce hepatomegalia, alteración en la regulación la glucemia en GLUCOGENOSIS las el período postabsortivo e hipocrecimiento. manifestaciones clínicas se consideran, esencialmente, expresión de la dificultad que existe Cuando es el MÚSCULO, puede aparecer debilidad en estos tejidos para movilizar sus muscular, fatigabilidad precoz al ejercicio e incluso, en depósitos de glucógeno. algunos tipos, dolor muscular y contracturas cuando el ejercicio es rápido e intenso. CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS CARBOHIDRATOS  CARBOHIDRATOS Clasificación de las glucogenosis Tipo Déficit enzimático Tejido afecto Ia Glucosa-6-fosfatasa Hígado, riñón Ib Glucosa-6-fosfatasa traslocasa Hígado, leucocitos II Glucosidasa ácida Generalizado III Enzima desramificante Hígado, músculo IV Enzima ramificante Hígado VI Fosforilasa Hígado IX Fosforilasa-b-quinasa Hígado  CARBOHIDRATOS La GLUCOSA-6-FOSFATO Su deficiencia se manifiesta más en los DESHIDROGENASA es una enzima glóbulos rojos posiblemente por tener éstos muy antigua en la evolución, ya que se una larga vida sin núcleo y porque encuentra en todos los organismos contienen proteasas que degradan la vivientes, desde levaduras y protozoos a enzima mutante más que las de otros plantas y animales. tejidos. El monómero de la G6PD consta de 515 Contiene un sitio de unión a aminoácidos con un peso molecular de nicotinamida-adenina- 59256 daltons. dinucleotidofosfato (NADP), y así la La G6PD del hígado y de los leucocitos, agregación de los monómeros inactivos a presentan diferencias debidas a la forma de dímeros catabólicamente modificaciones postraduccionales en el activos requiere de la presencia de extremo N-terminal. NADP. La G6PD cataliza el paso de entrada de glucosa 6-fosfato (G6P) en la vía de las pentosa fosfato, específicamente en la de la hexosa CA monofosfato, reacción que produce oxidación de la glucosa-6- RB fosfato a 6-fosfogluconolactona, reduciendo NADP a NADPH. OH ID RA TO S En el glóbulo rojo, este paso anaeróbico en el metabolismo de la glucosa es la única fuente de NADP reducido (NADPH), el cual es requerido para la acción normal de la metahemoglobina reductasa y el mantenimiento de un nivel adecuado de GLUTATION REDUCIDO.  CARBOHIDRATOS Varias deficiencias en el nivel de actividad (no función) de la glucosa-6- fosfato deshidrogenasa se han observado que están asociadas a la resistencia al parásito del paludismo, Plasmodium falciparum, entre individuos del mediterráneo y de ascendencia africana. La BASE PARA ESTA RESISTENCIA es el debilitamiento de la membrana de la celular roja (el eritrocito es la célula huésped para el parásito) de tal forma que no puede sostener el ciclo vital del parásito el tiempo suficiente para el crecimiento productivo de este.