QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Cs. Biol. y Lic. en Biotecnol.

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1 QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Cs. Biol. y Lic. en Biotecnol.
BOLILLA 3: Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes. 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. 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. Efecto Pasteur. 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.

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

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

4 Heterótrofos Nutrientes Carbohidratos Lípidos Proteínas Vitaminas
Minerales Carbohidratos 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. - Galactosa

5 Almidón Amilosa Amilopectina

6 α-1,6 Amilopectina α-1,6 α-1,6 α-1,4 α-1,4

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

8 Digestión del Almidón y/o del Glucógeno
Amilosa Amilasa salival n H2O n Maltosas Amilopectina o Glucógeno n Maltotriosas n Oligosacáridos

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

10 Disacaridasas + + Maltosa Glucosa Sacarosa Glucosa Fructosa Lactosa
Maltasa 2 Glucosa H2O Sacarosa Sacarasa Glucosa + Fructosa H2O Lactosa Lactasa Glucosa + Galactosa H2O

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

12 Celulosa Celulasa n H2O n Celobiosa

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

14 Estructuras especializadas en absorción
Lombriz Tiburón Humano

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

16 ¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?
SGLUT Glucosa Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed, Fructosa GLUT5 Galactosa Galactosa

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

18 Sentido biológico del metabolismo
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.

19 ¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?
SGLUT Glucosa Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed, Fructosa GLUT5 Galactosa Galactosa

20 Esquema general del metabolismo de carbohidratos
Otros tejidos como por ej. tej. nervioso, células sanguíneas, tej. adiposo, etc.

21 Transportadores de Glucosa (uniporters)
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. 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

22 ¿Cómo funcionan lo transportadores GLUT4?

23 ¿En qué difieren los distintos 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.

24 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. * La glucosa es fosforilada en el carbono 6 En distintas proporciones según el tejido. Son inespecificas. Km Glu = mM Isoenzimas I, II, III Hexoquinasas En hígado y células beta del páncreas. Es muy especifica, solo D-Glucosa. Km Glu = >10 mM. Isoenzima IV o Glucoquinasa

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

26 Nutrición y Metabolismo en Vegetales
Almidón

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

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

29 Germinación en cereales
Cubierta seminal Capa de aleurona Activación del embrión. Liberación de giberelinas 1 4 2 Inducción de genes por las giberelinas en la capa de aleurona. Endospermo 3 3 Producción y liberación de enzimas hidrolíticos. Enzimas Acción de las enzimas sobre los materiales de reserva del endospermo. 4 5 Nutrientes 2 5 Liberación de nutrientes (monosacáridos) 6 Absorción de nutrientes por el embrión. Giberelinas Cotiledón 6 Coleoptilo Ápice caulinar Embrión 1 Eje hipocótilo/ radícula Ápice radical

30 Síntesis de sustancias
Utilización del Almidón en los Vegetales CO2 + H2O ATP ALMIDON Extraida de Glucosa Sacarosa (escutelo) Raíz Tallo Sacarosa Glucosa + Fructosa CO2 + H2O ATP Síntesis de sustancias

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

32 Hidrólisis del Almidón en vegetales
Amilosa n α-Maltosas α-Amilasa β-amilasa n H2O Amilopectina y n β-maltosas Dextrinas límite

33 Fosforólisis del Almidón
Amilosa Almidón fosforilasa n H2PO4- n Glu-1-P Amilopectina

34 Maltosa Glucosa Glucosa Dextrinas límite Maltasa + H2O
+ restos de amilosa H2O Enzima desramificante Dextrinas límite

35 Síntesis de sustancias
Utilización del Almidón en los Vegetales CO2 + H2O ATP ALMIDON Extraida de Glucosa Sacarosa (escutelo) Raíz Tallo Sacarosa Glucosa + Fructosa CO2 + H2O ATP Síntesis de sustancias

36 Vacuolas y pared celular
Sacarosa Invertasa Glucosa + Fructosa H2O Invertasa alcalina Invertasa ácida pH 7,5 pH 5 Citosol Vacuolas y pared celular

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

38 Vía Glicolítica Citosol celular
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. Universal. Todos los intermediarios fosforilados. No requiere O2 Citosol celular

39 Bibliografía Bibliografía Complementaria
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.