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BOLILLA 3: -. Metabolismo. Principales nutrientes de autótrofos y heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. Metabolismo de Carbohidratos en los distintos.

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1 BOLILLA 3: -. Metabolismo. Principales nutrientes de autótrofos y heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes: celulasa. Estructuras especializadas. Distribución de glucosa en una célula animal y una célula vegetal. Degradación de glucosa: glicólisis. Localización celular. Etapas. Producción de energía. Regulación. Balance energético en condiciones de anaerobiosis. Destino del piruvato. Fermentaciones. Efecto Pasteur. Degradación de otras hexosas. BOLILLA 4: Destino del piruvato en condiciones aeróbicas. Complejo de la piruvato deshidrogenasa Ciclo de Krebs. Localización celular. Balance energético del ciclo. Regulación. Reacciones anapleróticas según el tipo de célula o tejido. Naturaleza anfibólica del ciclo. Sistemas de lanzaderas: lanzadera del glicerofosfato y lanzadera del malato-aspartato. Balance energético de la degradación de glucosa en condiciones de aerobiosis. Ciclo del glioxilato. Localización. Importancia. Vía de las pentosas. Localización. Importancia metabólica. BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas. Regulación. Costo energético. Ciclos fútiles. Biosíntesis del glucógeno. Regulación coordinada entre la degradación y la síntesis del glucógeno. Costo energético. Biosíntesis de almidón. Síntesis fotosintética de glúcidos. Reacciones de fijación y reducción fotosintética del carbono, ciclo de Calvin. Regulación. Fotorrespiración y ruta C4. Biosíntesis de almidón, sacarosa y celulosa en vegetales. QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas

2 Autótrofos Fotosintéticos Heterótrofos ¿Cómo? M E T A B O L I S M O H2OH2O Energía para la vida H2OH2O

3 METABOLISMO INTERMEDIO Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

4 Sentido biológico del metabolismo 1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes. 2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento. Nutrientes Autótrofos - CO 2 - H 2 O - Iones de nitrógeno - Elementos Minerales Heterótrofos Nutrientes - Carbohidratos - Lípidos - Proteínas - Vitaminas - Minerales

5 Nutrición y Metabolismo en Vegetales Almidón

6 Reservas de almidón en vegetales Extraida de Extraida de: elprofedebiolo.blogspot.com/.../organelas.htmlelprofedebiolo.blogspot.com/.../organelas.html Extraída de: www. botanica.cnba.uba.ar

7 CRECIMIENTO ALMIDON Hojas, tallos y raices Endospermo GERMINACION Utilización del Almidón en los Vegetales

8 Capa de aleurona Cubierta seminal Endospermo Cotiledón Ápice caulinar Coleoptilo Eje hipocótilo/ radícula Ápice radical Embrión 1 Giberelinas 2 Enzimas Nutrientes Activación del embrión. Liberación de giberelinas Inducción de genes por las giberelinas en la capa de aleurona. 2 3 Producción y liberación de enzimas hidrolíticos. 4 Acción de las enzimas sobre los materiales de reserva del endospermo. Liberación de nutrientes (monosacáridos) Absorción de nutrientes por el embrión. Germinación en cereales

9 Almidón Amilosa Amilopectina

10 α-1,6 α-1,4

11 Glucosa Utilización del Almidón en los Vegetales CO 2 + H 2 O ATP Sacarosa(escutelo)ALMIDON Extraida de RaízTallo Sacarosa Glucosa + Fructosa CO 2 + H 2 O ATP Síntesis de sustancias

12 α-amilasa Enzimas desramificantes Almidón fosforilasa G G G G H HO G G G G 4 H G G G G G G G G G G G G H G G G G β-amilasa 4 1 G G G G G G G G G G H HO 1 β-amilasa Almidón fosforilasa Extremo no reductor Extremo no reductor Principales enzimas que catalizan la degradación de almidón a glucosa: -α-amilasa -β-amilasa -Almidón fosforilasa -Enzimas desramificantes

13 Amilosa Amilopectina n α-Maltosas Dextrinas límite Hidrólisis del Almidón en vegetales α-Amilasa β-amilasa n H 2 O y n β-maltosas

14 Amilosa Amilopectina Fosforólisis del Almidón Almidón fosforilasa n H 2 PO 4 - n Glu-1-P

15 Maltosa Maltasa H2OH2O Dextrinas límite H H H2OH2O Enzima desramificante Glucosa + restos de amilosa Glucosa +

16 Glucosa Utilización del Almidón en los Vegetales CO 2 + H 2 O ATP Sacarosa(escutelo)ALMIDON Extraida de RaízTallo Sacarosa Glucosa + Fructosa CO 2 + H 2 O ATP Síntesis de sustancias

17 Sacarosa Invertasa Glucosa + Fructosa H2OH2O Invertasa alcalina Invertasa ácida pH 7,5 pH 5 Citosol Vacuolas y pared celular

18 Nutrición y Metabolismo en Animales Heterótrofos - Digestión. - Digestión. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento mecánico (ej. masticación) y químico (ej. enzimático) de los alimentos, en moléculas absorbibles. - Absorción de nutrientes. - Absorción de nutrientes. Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación. - Metabolización. - Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares. Heterótrofos Nutrientes - Carbohidratos - Lípidos - Proteínas - Vitaminas - Minerales

19 Heterótrofos Nutrientes - Carbohidratos - Lípidos - Proteínas - Vitaminas - Minerales Carbohidratos - 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.

20 Boca Faringe Buche Esófago Intestino Ano Mandíbula Esófago Buche Intestino Ano Recto Boca Esófago Intestino Estómago Ano Recto Sistema Digestivo en distintos individuos heterótrofos

21 Ptialina o Amilasa salival - Amilasa pancreática - Isomaltasa - maltasa-glucoamilasa - sacarasa - lactasa pH ácido, inactiva la enzima Digestión y absorción de carbohidratos

22 Amilosa Amilopectina o Glucógeno n Maltosas n Maltotriosas n Oligosacáridos Digestión del Almidón y/o del Glucógeno Amilasa salival n H 2 O

23 Amilasa pancreática Maltosas Maltotriosas Oligosacáridos Digestión del Almidón (cont.)

24 Disacaridasas Maltosa Maltasa 2 Glucosa H2OH2O Sacarosa Sacarasa Glucosa + Fructosa H2OH2O Lactosa Lactasa Glucosa + Galactosa H2OH2O

25 Esófago Rumen Retículum Omasum Abomasum Microorganismos fermentadores de celulosa El alimento fermentado y los microorganismos son concentrados por reabsorción de agua. HCl y proteasas Idem retículum. El bolo alimenticio es regurgitado a la boca. Proceso digestivo en los rumiantes herbívoros

26 Celulasa Celulosa n Celobiosa n H 2 O

27 Nutrición y Metabolismo en Animales - Digestión. - 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. - Absorción de nutrientes. Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación. - Metabolización. - Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.

28 Estructuras especializadas en absorción Lombriz Tiburón Humano

29 ¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?

30 SGLUT Glucosa Glucosa Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed, Galactosa Galactosa FructosaGLUT5Fructosa

31 Nutrición y Metabolismo en Animales - Digestión. - 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. - Absorción de nutrientes. Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación. - Metabolización. - Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.

32 Sentido biológico del metabolismo DEGRADACIONSINTESIS 1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes. 2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.

33 CatabolismoAnabolismo Metabolismo Estructuras complejas Estructuras simples G DEGRADACION SINTESIS

34 Nutrientes Contenedores de Energía Carbohidratos Lípidos Proteínas VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa) Productos finales carentes de Energía CO 2 H 2 O NH 3 NAD + NADP + FAD ADP+HPO 4 2- NADH NADPH FADH 2 ATP Energía Química Moléculas Precursoras Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Bases nitrogenadas VIAS ANABOLICAS (Síntesis reductora) Macromoléculas Celulares Polisacáridos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos

35 Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas A B a C b DE cd PQ p ABCDE abcd A B C b a S D c d P AB a MN YX S ef VíasCiclos Cascadas

36 Vías anabólicas divergentes Vías catabólicas convergentes

37 Equilibrio dinámico AnabolismoCatabolismo

38 Anabolismo Catabolismo Crecimiento

39 Envejecimiento Anabolismo Catabolismo

40 ¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados? SGLUT Glucosa Glucosa Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed, Galactosa Galactosa FructosaGLUT5Fructosa

41 Transportadores de Glucosa (uniporters) Transportador Localización GLUT1 En todos los tejidos del feto. En adultos: en GR, fibroblastos y células endoteliales GLUT2 En membrana basolateral del epitelio intestinal, túbulos renales, hepatocitos y células β pancreáticas GLUT3 PPal. Transportador en cerebro y nervios periféricos. GLUT4 Tej. Adiposo y músculo esquelético y cardiaco. Es sensible a Insulina GLUT5 Transportador de Fru en enterocitos. GLUT7 Membranas del RE 1- La Glu se une a un sitio del transportador abierto. 2- La proteína transportadora cambia su conformación. 3- La Glu es liberada al interior celular y la proteína transportadora retorna a su conformación original.

42 ¿En qué difieren estos transportadores? - En la afinidad por la GLU. GLUT4> GLUT3> GLUT1> GLUT2 - La alta afinidad por Glu de GLUT4 y GLUT3 asegura la provisión de Glu a corazón y tej. nervioso. - Cuando los niveles de Glu en sangre aumentan (periodo postprandial) se activa la incorporación de Glu al hígado, por un lado, y a las células beta del páncreas, a través de los GLUT2 y se estimula la liberación de Insulina. - Esta, a su vez, promueve la movilización de los GLUT4 desde las vesículas intracelulares del tej. adiposo y músculo esquelético hacia la membrana plasmática para incorporar Glu a estos tejidos.

43 ¿Cómo funcionan lo transportadores GLUT4?

44 Ciclo de Cori Esquema general del metabolismo de carbohidratos Otros tejidos como por ej. tej. nervioso O2O2 O2O2

45 * La glucosa es fosforilada en el carbono 6 Fosforilación de la glucosa La fosforilación es el paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos, en animales y vegetales. Impide la difusión de la Glu hacia el exterior celular y asegura su utilización en alguna de las vías metabólicas celulares según el requerimiento celular. Hexoquinasas Isoenzimas I, II, III Isoenzima IV o Glucoquinasa -En distintas proporciones según el tejido. - Son inespecificas. - Km Glu = mM - En hígado y células beta del páncreas. - Es muy especifica, solo D-Glucosa. - Km Glu = >10 mM.

46 GLUCOSA-6-P Destinos metabólicos de la glucosa en una célula hepática Glucógeno-génesis Glucógeno Via de las Pentosas Ribosa-5-P Piruvato Via Glicolitica Glucosa Glucosa-6-fosfatasa

47 GLUCOSA-6-P Destinos metabólicos de la glucosa en una célula vegetal Almidón Sacarosa Via de las Pentosas Ribosa-5-P Piruvato Via Glicolitica

48 FASE I. (Reacciones 1-5). Fase preparatoria en que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs. FASE II (Reacciones 6-10). Las dos moléculas anteriormente formadas se convierten a dos moléculas de piruvato, con la producción de 4 ATPs y 2 NADH. Vía Glicolítica Citosol celular -Universal. -Todos los intermediarios fosforilados. - No requiere O 2

49 Bibliografía 1- BLANCO A., Química Biológica, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- LIM M.Y., Lo esencial en Metabolismo y Nutrición, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010). Bibliografía Complementaria 1- CAMPBELL Y FARREL, Bioquimica, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005). 2- DONALD NICHOLSON, International Union of Biochemistry & Molecular Biology (IUBMB), IUBMB-Nicholson Metabolic Maps, Minimaps & Animaps. Department of Biochemistry and Microbiology, The University, Leeds, England. ( 3- SALISBURY Y ROSS, Fisiología vegetal, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994). 4- HILL, WYSE Y ANDERSON, Fisiología animal, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.


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