LIC. NUTRICIÓN QUÍMICA BIOLÓGICA 2016

PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN UNSL-LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA-2016 PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN   Tema 3 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS Digestión y absorción de hidratos de carbono. Ingreso de la glucosa a la célula. Transportadores de Glucosa. Vía Glicolítica y su regulación. Metabolismo de fructosa, galactosa. Fermentación láctica y alcohólica. Sistemas de Lanzaderas: del glicerofosfato y del aspartato-malato

Nutrición y Metabolismo de los Hidratos de Carbono (HC) Repasemos…. Nutrición y Metabolismo de los Hidratos de Carbono (HC) Digestión de Carbohidratos Conversión de los HC en sustancias absorbibles en el tracto intestinal: desdoblamiento mecánico y químico de los HC en moléculas absorbibles (monosacáridos) Absorción de Monosacáridos Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación Metabolización Aprovechamiento de los glúcidos para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.

METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS TERMINOLOGÍA GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa (fructosa, galactosa) hasta piruvato. VÍA GLICOLÍTICA GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a glucosa GLUCOGENOGENESIS: Síntesis de glucógeno a partir de glucosa GLUCONEOGENESIS: Síntesis de glucosa a partir de otros precursores diferentes a hidratos de carbono

(Ruta de Embden – Meyerhof) VIA GLICOLÍTICA (Ruta de Embden – Meyerhof)

VIA GLICOLÍTICA (GLICOLISIS) Características generales Es una vía UNIVERSAL CITOPLASMATICA No requiere de oxígeno Una HEXOSA (6C) se convierte en 2 TRIOSAS (2x3C) Se sintetiza ATP por fosforilación a nivel de sustrato Se producen NADH (2 moléculas) Se producen intermediarios para biosíntesis de otros compuestos

Procesos que ocurren durante la Glicólisis FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO Los cambios producidos en el sustrato conducen a la redistribución de la energía contenida en la molécula y a crear enlaces con alta energía de hidrólisis en algunos compuestos intermedios. Estos compuestos reaccionan directa o indirectamente con ADP para formar ATP. Este tipo de transferencia de energía, sin participación de la cadena respiratoria se denomina: Fosforilación a nivel de sustrato - A diferencia de la fosforilación oxidativa, ésta no requiere de oxígeno para la formación de ATP.

Importancia de la Glucosa

Vía Glicolítica FASE I. (Reacciones 1-5). Fase preparatoria en que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de triosas-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATP Universal. Todos los intermediarios fosforilados. No requiere O2 FASE II (Reacciones 6-10). Las dos moléculas anteriormente formadas se convierten a dos moléculas de piruvato, con la producción de 4 ATP y 2 NADH Citosol celular

GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa Enolasa ADP Piruvato quinasa PIRUVATO 2 X 3C

Fases de la Vía Glicolítica FASE I. (Reacciones 1-5). FASE PREPARATORIA Fosforilación de glucosa Se recogen esqueletos carbonados de otros monosacáridos. Fragmentación de glucosa para dar 2 triosas Gasto de energía, se consumen 2 ATP.

FASE II (Reacciones 6-10) FASE DE BENEFICIO Oxidación de los esqueletos carbonados de las 2 TRIOSAS Producción de equivalentes de reducción: 2 NADH Producción de energía metabólica por fosforilación a nivel de sustrato : 4 ATP El producto final son 2 PIRUVATOS

Esquema de reacciones que ocurren en la Vía Glicolítica. FASE PREPARATORIA FASE De BENEFICIO (GuíaTP Qca. Biológica, 2016)

VÍA GLICOLÍTICA FASE PREPARATORIA

Alcohol deshidrogenasa ¿Qué enzimas participan en Vía Glicolítica? -Según la reacción que catalizan- Recordemos de la 1ra clase…. 1-OXIDORREDUCTASAS Alcohol deshidrogenasa (EC 1.1.1.1) Clase - subclase - subsubclase - nº de orden Lactato 1 1 1 27 deshidrogenasa 2-TRANSFERASAS Hexoquinasa (EC 2.7.1.2)

Fosforilación de la glucosa Paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos Impide la salida de Glucosa de la célula * La glucosa es fosforilada en el carbono 6 HEXOQUINASA GLUCOSA GLUCOSA-6-P

VÍA GLICOLÍTICA FASE PREPARATORIA

Reacción 2. Isomerización Conversión de G-6-P (isómero aldosa) a fructosa-6-fosfato (F-6-P, isómero cetosa) Enzima: Fosfogluco-isomerasa Mg2+ o Mn2+

VÍA GLICOLÍTICA FASE PREPARATORIA

Reacción 3. Consumo del segundo ATP Enzima: fosfofructoquinasa Fosforilación de F-6-P para formar Fructosa-1,6-bisfosfato (FBP) Reacción irreversible La Fosfofructoquinasa es una enzima alostérica y esta reacción es el principal sitio de control de la velocidad de la vía glicolítica.

VÍA GLICOLÍTICA FASE PREPARATORIA

Dos moléculas de 3 carbonos Reacción 4. Formación de triosas fosfato -Enzima: aldolasa -Rotura de F-1,6-BP en dos triosas: el gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) Dos moléculas de 3 carbonos (DHAP) (GAP) 6 5 4 3 2 1 C H O P - + fructosa 1,6 bisfosfato Aldolasa dihidroxiacetona gliceraldehído fosfato fosfato 1 2 3 4 5 6

VÍA GLICOLÍTICA FASE PREPARATORIA

Dos moléculas de 3 carbonos Reacción 5. Isomerización Sólo uno de los productos, el GAP, continúa la vía glucolítica. La interconversión entre éste y la DHAP es catalizada por la Triosa fosfato isomerasa Dos moléculas de 3 carbonos 6 5 4 3 2 1 C H O P - + fructosa 1,6 bisfosfato Aldolasa dihidroxiacetona gliceraldehído fosfato fosfato Triosafosfato - isomerasa

FASE II (Reacciones 6-10) FASE DE BENEFICIO Oxidación de los esqueletos carbonados de las 2 TRIOSAS Producción de equivalentes de reducción: 2 NADH Producción de energía metabólica por fosforilación a nivel de sustrato : 4 ATP El producto final son 2 PIRUVATOS

VÍA GLICOLÍTICA FASE de BENEFICIO

2 Reacción 6. Formación del primer intermediario de "alta energía”. Enzima: gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa Oxidación y fosforilación del Gli-3-P, por el NAD+ y fosfato inorgánico (Pi), para producir el 1,3-bisfosfoglicerato (BFG). 2 + 2 fosfato inorgánico

VÍA GLICOLÍTICA FASE de BENEFICIO

2 2 Reacción 7. Primera producción de ATP Enzima: fosfoglicerato quinasa (PGK) Se forma el primer ATP por fosforilación a nivel de sustrato, rindiendo además 3-fosfoglicerato 2 2 2 2 1ra Fosforilación a nivel del sustrato

VÍA GLICOLÍTICA FASE de BENEFICIO

2 2 Reacción 8. Transferencia intramolecular de fosfato Enzima: fosfogliceromutasa conversión de 3PG a 2-fosfoglicerato 2 2 Mg2+

VÍA GLICOLÍTICA FASE de BENEFICIO

2 2 Reacción 9. Formación del segundo intermediario de "alta energía”. Enzima: enolasa Deshidratación del 2-PG a fosfoenolpiruvato (PEP), complejo activo con catión magnesio. Mg2+ 2 2 ~

VÍA GLICOLÍTICA FASE de BENEFICIO

2 2 2 Reacción 10. Producción del segundo ATP Enzima: piruvato quinasa Acoplamiento de la energía libre de hidrólisis del PEP a la síntesis de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) para formar piruvato. 2 2 2 ~ 2 2 Mg2+ o Mn2+ 2da Fosforilación a nivel del sustrato

6 C GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa GASTOS Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa PRODUCTOS Enolasa ADP Piruvato quinasa PIRUVATO 2 X 3C

Puntos de Regulación de la Glicólisis TRES REACCIONES QUÍMICAS IRREVERSIBLES 1° Punto de Control HEXOQUINASA 2° Punto de Control FOSFOFRUCTOQUINASA Enzima alostérica Principal punto de control de la Vía Glicolítica 3° Punto de Control Control alostérico y por modif. covalente PIRUVATO QUINASA Puntos de Regulación de la Glicólisis (-)ATP , (-) Glucosa 6 P (+)Glucosa (-) ATP, NADH, Citrato y AcGra de cadena larga (+) ADP ó AMP, Fruc-2,6 bis-P (-) ATP, Acetil CoA, desfosforilación (+) AMP, Fruc-1,6-bis-P, fosforilación

Hexoquinasas - Enzimas constitutivas Son inespecíficas (fosforilan Glucosa) - Enzimas constitutivas Son inespecíficas Km Glu pequeños, 0.01-0.1 mM (alta afinidad) Son inhibidas por su producto Tejidos extrahepáticos Isoenzimas I, II, III o Hexoquinasas Es inducible Muy específica, solo D-Glucosa - Km Glu >10 mM (baja afinidad) No es inhibida por el producto Hígado y células beta del páncreas Isoenzima IV o Glucoquinasa

Importancia fisiológica Hexoquinasas ¿cuándo actúan? Importancia fisiológica [Glu] normal en sangre (“glucemia”) 5,0 mM Km Glu pequeños: continuo uso de Glucosa por las células provisión de Energía permanente no modifican su actividad por cambios en la glucemia Isoenzimas I, II, III Km Glu >10 mM: modifica su actividad con cambios en la glucemia: [Glu] normal: baja actividad [Glu] elevada (después de una comida): aumenta la actividad Es inducible por insulina Isoenzima IV o Glucoquinasa

Bibliografía 1- BLANCO A. y BLANCO G., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 9a edic., Bs. As. (2011). 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). 4- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis.