QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. BOLILLA 3 (Lic. en Biol. Molec.): METABOLISMO. Vías metabólicas. Catabolismo, anabolismo y vías anfibólicas. Recambio metabólico. Regulación del metabolismo. Carbohidratos: Digestión y absorción. Ingreso de glucosa a las células. Familia de transportadores METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS. GLICOLISIS. Vía de Embden-Meyerhof. Fases de la glucólisis. Enzimas y cofactores que participan. Regulación enzimática. Rendimiento energético. Distintos tipos de fermentaciones. Utilización de fructosa y galactosa. BOLILLA 4 (Ing. En Alim): METABOLISMO: Catabolismo y anabolismo. Vías metabólicas: secuencias lineales y ramificadas. Regulación de las vías metabólicas Catabolismo de los hidratos de carbono. Digestión y absorción. Sistemas de transporte. Importancia de los carbohidratos en la alimentación. GLICOLISIS. Vía de Embden-Meyerhof. Fases de la glucólisis. Regulación. Fermentación alcohólica, láctica y acética. Balance energético.

M E T A B O L I S M O Energía para la vida ¿Cómo? ¿Cómo? Heterótrofos Autótrofos Fotosintéticos ¿Cómo? ¿Cómo? M E T A B O L I S M O H2O H2O

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

Sentido biológico del metabolismo 1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes. 2- Degradar los compuestos ingresados, 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 CO2 H2O Iones de nitrógeno Elementos Minerales Heterótrofos Nutrientes Carbohidratos Lípidos Proteínas Vitaminas Minerales

Nutrición y Metabolismo en Animales Heterótrofos 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. 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.

Sistema Digestivo en humanos

Carbohidratos Lípidos Proteínas Vitaminas Nutrientes Minerales 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

Almidón y glucógeno a Cadena lineal Punto de Ramificación

Polisacáridos de reserva Almidón Glucógeno Ramificación: amilopectina, 4%; glucógeno, 10%

Digestión y absorción de carbohidratos Ptialina o α-amilasa salival pH ácido, inactiva la enzima α-amilasa pancreática α-dextrinasa α-glucosidasa sacarasa-isomaltasa lactasa

Digestión del Almidón y/o del Glucógeno Amilosa Amilasa salival n H2O n Maltosas Amilopectina o Glucógeno n Maltotriosas n Oligosacáridos (dextrina límite)

Digestión del Almidón (cont.) Oligosacáridos Amilasa pancreática Maltosas Maltotriosas α-dextrinasa α-glucosidasa

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

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.

Estructuras especializadas en absorción Humano

¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados? Luz intestinal Citosol del enterocito

¿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

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.

Sentido biológico del metabolismo 1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes. 2- Degradar compuestos ingresados o 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. DEGRADACION SINTESIS

G METABOLISMO Estructuras complejas Estructuras simples Catabolismo SINTESIS Estructuras complejas Estructuras simples G DEGRADACION Catabolismo Anabolismo

(Degradación oxidativa) Nutrientes Contenedores de Energía Carbohidratos Lípidos Proteínas VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa) Productos finales carentes de Energía CO2 H2O NH3 NADH NADPH FADH2 ATP Energía Química NAD+ NADP+ FAD ADP+HPO42- VIAS ANABOLICAS (Síntesis reductora) Macromoléculas Celulares Polisacáridos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos Moléculas Precursoras Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Bases nitrogenadas

Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas Vías B a C b D E c d A P Q p A B C D E a b c d S e f Ciclos D c d P A B C b a S Cascadas A B a M N Y X

Vías catabólicas convergentes Vías anabólicas divergentes

Equilibrio dinámico Catabolismo Anabolismo

Crecimiento Catabolismo Anabolismo

Envejecimiento Anabolismo Catabolismo

¿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

Esquema general del metabolismo de carbohidratos Otros tejidos como por ej. tej. nervioso Ciclo de Cori O2 O2

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

¿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.

¿Cómo funcionan lo transportadores GLUT4?

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 = 0.01-0.1 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

Bibliografia 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- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis. 4- MURRAY R y col., “Bioquimica de Harper”, Ed. El Manual Moderno, 14º ed. (1997). Bibliografía Complementaria 1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005). 2- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).