QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Cs. Biol. y Lic. en Biotecnol. 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. 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. Degradación del Glucógeno (Glucogenólisis). Vía de las pentosas. Localización. Importancia metabólica. BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas. Regulación. Costo energético. Ciclos fútiles. Ciclo del glioxilato. Localización. Importancia. 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.

Destinos metabólicos de la glucosa en una célula hepática Glucógeno-génesis Glucógeno Glucogenólisis Glucosa Glucosa-6-fosfatasa Vía de las Pentosas Ribosa-5-P GLUCOSA-6-P Piruvato Vía Glicolítica

- Si la glucosa proviene de la degradación de glucógeno en animales o de almidón en vegetales: GLUCOGENO Glucógeno fosforilasa Almidón fosforilasa Pi Glucosa-1-P ALMIDON Fosfoglucomutasa Glucosa-6-P

DEGRADACION DEL GLUCOGENO (GLUCOGENOLISIS) SE ACTIVA CUANDO LA CELULA NECESITA ENERGIA Y NO DISPONE DE GLUCOSA. TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA CELULAR. PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y MUSCULO ESQUELETICO .

GLUCOGENOLISIS NECESIDAD DE GLUCOSA: ENTRE COMIDAS ACTIVIDAD MUSCULAR VIGOROSA. HIGADO Y MÚSCULO: DEPOSITOS O RESERVA DE GLUCÓGENO

GLUCOGENOLISIS Requiere de dos reacciones: 1) Eliminación de GLUCOSA del extremo no reductor (uniones α-1,4) 2) Hidrólisis de los enlaces glucosídicos en los puntos de ramificación (uniones α-1,6) Y precisa de la acción combinada de tres enzimas diferentes: Glucógeno fosforilasa 2) Enzima desramificante o Amilo-α (1,6)-glucosidasa 3) Fosfoglucomutasa

Glucógeno fosforilasa (dímero)

Glucógeno fosforilasa Fosfogluco-mutasa Enzima desramificante (1,41,4) glucanotransfersa n Glu-6-P Enzima desramificante (16) glucosidasa Hexoquinasa Glu-6-P

REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS REGULACION ALOSTERICA: AMP (+), ATP(-), Glu-6-P (-) la Glucógeno fosforilasa. REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno fosforilasa. REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE Consiste en modificar la actividad de la glucógeno fosforilasa mediante fosforilación: la fosforilasa B (poco activa) no está fosforilada, mientras que la fosforilasa A (muy activa) se encuentra FOSFORILADA. Esta regulación está sometida a control hormonal. Fosforilasa fosfatasa (PPT) Fosforilasa quinasa Glucagón (higado) Adrenalina Ca2+, AMP (músculo) Insulina (+) Glucógeno Glucógeno

Debido al diferente papel del glucógeno muscular y el hepático, la regulación hormonal es diferente en estos órganos.

REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS MUSCULAR El glucógeno del músculo esquelético tiene como finalidad suministrar glucosa para que sea degradada oxidativamente (VG) y se pueda obtener ATP para la actividad muscular.  Cuando se precisa realizar trabajo muscular, el SNC estimula la médula adrenal (glándula adrenal), que secreta ADRENALINA

REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS HEPATICA El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, incluido el músculo esquelético, así el hígado mantiene la glucemia. Ante un descenso de la glucemia el páncreas libera GLUCAGÓN. Mientras que ante un aumento de la glucemia, el páncreas libera INSULINA.

Célula hepática o muscular Adrenalina (músculo) Glucagón (hígado) Célula hepática o muscular Glucógeno SNC MEDULA ADRENAL PANCREAS Carrera Estrés emocional Agresión física Escape de un predador Glucemia Entre comidas Dieta libre de carbohidratos

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

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

VIA DE LAS PENTOSAS Tiene lugar en el citosol celular, igual que la vía glicolítica. En células vegetales también se lleva a cabo en los cloroplastos. No es una vía de producción de ATP. Sintetiza NADPH para la síntesis de ácidos grasos, isoprenoides y esteroides (en tejidos animales y vegetales) y para producir ATP (sólo en las mitocondrias de los vegetales). Sintetiza ribosa-5-fosfato para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos. Produce intermediarios de la vía glicolítica: gliceraldehído-3- fosfato y fructosa-6-fosfato. Provee el intermediario eritrosa-4-fosfato para la síntesis de aminoácidos precursores de derivados fenólicos en vegetales. 31

FASES DE LA VIA DE LAS PENTOSAS La vía de la pentosas consta de dos fases: 1) oxidativa y 2) no oxidativa. La reacciones de la fase oxidativa son irreversibles. Las reacciones de la fase no oxidativa son reversibles. Según las necesidades de la célula, es mas activa una fase o la otra. 32

REACCIONES DE LA FASE OXIDATIVA Glucosa-6-fosfato 6-fosfogluconolactona Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa 6-fosfogluconato Lactonasa 6-fosfogluconato NADP+ NADPH + H+ CO2 6-fosfogluconato deshidrogenasa Ribulosa 5-fosfato 33

REACCIONES DE LA FASE NO OXIDATIVA Xilulosa-5-P Sedoheptulosa-7P Gliceraldehído 3-P Epimerasa Ribulosa-5-P Transcetolasa (TPP) Isomerasa Ribosa-5-P

REACCIONES DE LA FASE NO OXIDATIVA (CONT.) Transaldolasa Fructosa-6-P Eritrosa-4-P G-3-P Eritrosa-4-P Xilulosa-5-P + Gliceraldehído 3-P Fructosa-6-P Transcetolasa (TPP) Sedoheptulosa-7P

Regulación de la Vía de las Pentosas Fosfato Inhibida alostéricamente por el NADPH Enzima limitante de la velocidad o enzima reguladora de la Vía de las Pentosas Activada por NADP+ Inhibida por la luz en cloroplastos

Consideraciones finales sobre la Via de las Pentosas fosfato Puede considerarse otra forma de oxidar (aunque solo parcialmente) la glucosa-6-fosfato con producción de CO2, La ruta de las pentosas fosfato es generadora de intermediarios metabólicos para otras vias. El destino real de los azúcares fosfatos (Ribosa-5-P, Gli-3-P, Fru-6-P) depende de las necesidades metabólicas de las células en la que se está produciendo la vía. En mamíferos: Es muy activa en los tejidos donde se lleva a cabo la síntesis de ácidos grasos y esteroides (utiliza NADPH) glándula mamaria, tejido adiposo, corteza adrenal e hígado. También en mamíferos, el NADPH actúa en procesos de desintoxicación dependientes de citocromo P450 en hígado. En eritrocitos, NADPH, contribuye a mantener la concentración de Glutatión reducido y disminuir los niveles de metahemoglobina.

En plantas: El NADPH ingresa a las mitocondrias vegetales y lleva a la producción de ATP. Además NADPH es agente reductor en las síntesis de ácidos grasos e isoprenoides. La eritrosa-4-P, junto con el fosfoenolpiruvato (de la vía glicolítica), son precursores de la síntesis de los aminoácidos: fenilalanina, tirosina y triptofano, los que luego son precursores de derivados fenólicos como las fitoalexinas, lignina y flavonoides como las antocianinas.

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. (http://www.iubmb-nicholson.org). 3- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994). 4- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.