BOLILLA 4: Metabolismo de hidratos de carbono. Vía Glicolítica. Ubicación subcelular, enzimas y cofactores que participan. Regulación enzimática. Rendimiento energético en anaerobiosis. Distintos tipos de fermentaciones. Gluconeogénesis. Metabolismo del Glucógeno. Regulación hormonal. Respuesta enzimática a la hipoglucemia e hiperglucemia.

Metabolismo 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.

CARBOHIDRATOS DE LA DIETA - Almidón : granos, harinas, tubérculos, legumbres Polisacáridos - Glucógeno : carnes frutas, azúcar de mesa, remolacha - Sacarosa: Disacáridos - Lactosa: Leche y derivados - Glucosa: frutas, miel, golosinas, etc. Monosacáridos - Fructosa - Galactosa

GLUT5 Fructosa Fructosa 2 K+ ATP 3 Na+ 2 Na+ Glucosa Na+K+ ATPasa LUZ INTESTINAL GLUT5 Fructosa Fructosa Transporte facilitado 2 K+ ATP 3 Na+ 2 Na+ Glucosa Na+K+ ATPasa Galactosa Glucosa Galactosa GLUT2 SGLUT Transportador Activo Secundario Dpte. de Na+

Transportadores de Glucosa 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.

TERMINOLOGIA GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa, fructosa, galactosa hasta piruvato GLUCONEOGENESIS: Síntesis de glucosa a partir de otros precursores diferentes a hidratos de carbono GLUCOGENOGENESIS: Conversión de glucosa en glucógeno GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a glucosa

Importancia de la glucosa

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

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: A diferencia de la fosforilación oxidativa, ésta no requiere de oxígeno para la formación de ATP.

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

Hexoquinasas - Enzimas constitutivas Son inespecíficas. Valores de Km pequeños - Son inhibidas por su producto Isoenzimas I, II, III Hígado y células beta del páncreas. Muy especifica, solo D-Glucosa. No es inhibida por el producto. Km elevado. Es inducible y regulada su actividad por proteínas Isoenzima IV o Glucoquinasa

Destinos metabólicos de la glucosa-6-fosfato Glucógeno Glucógeno-génesis Glucosa-6-fosfatasa Via de las Pentosas Glucosa GLUCOSA-6-P Ribosa-5-P Via Glicolitica Piruvato

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 energía metabólica por fosforilación a nivel de sustrato (4 ATP) Producción de equivalentes de reducción (2 NADH). El producto final son 2 PIRUVATOS

6C: GLUCOSA Hexoquinasa Isomerasa Aldolasa Glicer.deshidrog ADP Isomerasa Fosfofructo quinasa ADP Aldolasa NAD+ Glicer.deshidrog ADP P-Glicerato quinasa Mutasa Enolasa Acetil-CoA ó Lactato ADP Piruvato quinasa PIRUVATO

FASE DE CONSUMO DE ENERGIA O FASE PREPARATORIA GLUCOSA Hexoquinasa Fosfofructoquinasa Fructosa 1,6 bisfosfato Gliceraldehído-3 fosfato Fosfato de dihidroxicetona

FASE DE GENERACION DE ENERGIA 1,3 bisfosfo glicerato Fosfoglicerato quinasa 3 fosfo glicerato Fosfoenol piruvato Piruvato quinasa PIRUVATO

ECUACION GENERAL DE LA VIA GLICOLITICA GLUCOSA + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

Puntos de Regulación de la Glicólisis TRES REACCIONES QUÍMICAS IRREVERSIBLES 1° Punto de Control: Hexoquinasa 2° Punto de Control: Fosfofructoquinasa (+) ADP ó AMP (-) ATP, NADH, Citrato y AG de cadena larga Principal punto de control de la Vía Glicolítica 3° Punto de Control: Piruvato Quinasa.

BALANCE ENERGETICO 2 ATP FASE PREPARATORIA: Se gastan 2 ATP FASE DE BENEFICIO: Se producen 4 ATP Rendimiento de la Vía Glicolítica 2 ATP

DESTINO DEL PIRUVATO O2 Anaerobiosis O2 2 Acetil-CoA + 2 CO2 2 Lactato GLUCOSA Vía Glicolítica 2 PIRUVATO O2 Aerobiosis Anaerobiosis O2 2 Acetil-CoA + 2 CO2 2 Lactato C. KREBS Etanol Fermentación Láctica Fermentación Alcohólica CO2+ H2O Células animales

QUE OCURRE EN CONDICIONES ANAERÓBICAS?? LA CELULA DEBE REOXIDAR EL NADH PARA QUE LA VIA GLICOLITICA PUEDA FUNCIONAR !!! SEGÚN LA CELULA O MICROORGANISMO DE QUE SE TRATE EXISTEN DIFERENTES VIAS DE FERMENTACION.

FERMENTACION ALCOHOLICA Piruvato Acetaldehído Etanol Alcohol deshidrogenasa descarboxilasa FERMENTACION LACTICA

GLUCONEOGENESIS TIENE LUGAR PRINCIPALMENTE EN HIGADO SE SINTETIZA GLUCOSA A PARTIR DE PRECURSORES QUE NO SON HIDRATOS DE CARBONO. PRECURSORES: GLICEROL a -CETOACIDOS LACTATO PIRUVATO ES UN PROCESO QUE CONSUME ENERGIA

REACCIONES DE LA VIA GLUCONEOGENICA TIENE TRES REACCIONES DIFERENTES A LA VIA GLICOLITICA LAS TRES REACCIONES IRREVERSIBLES SON REVERTIDAS POR TRES ENZIMAS DIFERENTES: PIRUVATO CARBOXILASA FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA

BIOSINTESIS DE FOSFOENOLPIRUVATO PIRUVATO CARBOXILASA ENZIMA MITOCONDRIAL biotina PIRUVATO + CO2 + H2O OXALACETATO + H+ ATP ADP+ Pi (+) Acetil-CoA FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA OXALACETATO FOSFOENOLPIRUVATO + CO2 GTP GDP ISOENZIMAS CITOSOLICA Y MITOCONDRIAL

FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO + H2O FRUCTOSA-6-FOSFATO + Pi

GASTO DE ENERGIA EN LA GLUCONEOGENESIS (2) OXALACETATO 2 ATP (2) FOSFOENOLPIRUVATO 2 GTP (2) 1,3-BISFOSFOGLICERATO 2 ATP TOTAL: 4 ATP y 2 GTP por molécula de glucosa.

GLUCOSA A PARTIR DE GLUCOSA-6-FOSFATO GLUCOSA-6-FOSFATASA (Hígado y riñón) GLUCOSA-6-FOSFATO + H2O GLUCOSA + Pi REACCION IRREVERSIBLE ESTA ENZIMA NO SE ENCUENTRA EN MUSCULO

Fructosa 1,6-bisfosfatasa alanina

REGULACIÓN DE LA GLUCONEOGÉNESIS Hormonal: Alostérica Activa la Gluconeogénesis a nivel de la fructosa bisfosfatasa Glucagón (+) Acetil-CoA Piruvato carboxilasa Fructosa-1,6 bisfosfatasa (-) AMP y ADP

METABOLISMO DEL GLUCOGENO GLUCOGENO-GENESIS BIOSINTESIS GLUCOGENO-LISIS DEGRADACION La síntesis y degradación de glucógeno están cuidadosamente reguladas entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula

Estructura del glucógeno OH enzima ramificante enlace 1,6 extremo no reductor OH -Polisacárido de reserva de las células animales. -Hígado y músculo. -Polímero de a-glucosa (uniones a 1-4) con ramificaciones (a 1-6)

DEGRADACION DEL GLUCOGENO GLUCOGENOLISIS SE ACTIVA CUANDO LA CELULA NECESITA ENERGIA Y NO DISPONE DE GLUCOSA TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA DE LAS CELULAS ES UN PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y MUSCULO ESQUELETICO

REQUIERE DE DOS REACCIONES Eliminación de GLUCOSA del extremo no reductor (uniones a-1,4) Hidrólisis de los enlaces glucosídicos en los puntos de ramificación (uniones a-1,6)

Enzimas que intervienen en el proceso de degradación del GLUCOGENO GLUCOGENO FOSFORILASA AMILO-a (1,6) GLUCOSIDASA Enzima desramificante FOSFOGLUCOMUTASA

REACCIONES DE LA GLUCOGENOLISIS GLUCOGENO FOSFORILASA AMILO- a(1,6)-GLUCOSIDASA GLUCOGENOn + Pi GLUCOGENOn-1 + GLUCOSA-1-P uniones a-1,4 EN UN PUNTO DE RAMIFICACIÓN: GLUCOGENOn + Pi GLUCOGENO n-1 + GLUCOSA uniones a-1,6

MECANISMO DE DEGRADACION DEL GLUCOGENO EXTREMO NO REDUCTOR Glucógeno transferasa uniones a-1,6 Molécula de glucógeno Glucosidasa Glucógeno fosforilasa Glucosa Glu-1-P

FORMACIÓN DE G-6-P GLU-1-P  FOSFOGLUCOMUTASA GLU-6-P FORMACIÓN DE GLUCOSA LIBRE (hígado) G-6-P  GLUCOSA-6-FOSFATASA G LIBRE + Pi

REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS REGULACION ALOSTERICA : AMP/ATP b) REGULACION HORMONAL: Intervienen 3 hormonas 1)INSULINA 2) GLUCAGON (Hepatocito) 3) ADRENALINA (Células musculares)

GLUCOGENO FOSFORILASA Es una enzima que se regula covalentemente Es activa cuando está fosforilada Es inactiva cuando está desfosforilada

Regulacion covalente de la glucógeno fosforilasa FOSFORILASA (b) FOSFORILASA (a) (inactiva) (activa) 4 Pi P P ATP ADP P P FOSFORILASA QUINASA

GLUCÓGENO  G-1-P

Cuando y como se regula en HIGADO?? Cuando BAJAN los niveles de glucosa sanguínea (GLUCEMIA) Se libera glucagón del páncreas Se activa la adenilato ciclasa y en consecuencia la glucogenolisis. Sobre glucosa 1-fosfato actúa una fosfatasa y se libera glucosa libre en sangre.

Cuando AUMENTAN los niveles de glucosa sanguínea Se libera Insulina del páncreas Se estimula la actividad fosfatasa Se inhibe la glucógeno fosforilasa

COMO SE REGULA EN MUSCULO?? Cuando el músculo necesita una rápida provisión de energía (carrera, estados estrés emocional, agresión física) Se libera ADRENALINA Aumentan los niveles de AMPc Se activa la enzima y se libera glucosa-1-fosfato

BIOSINTESIS DE GLUCOGENO: GLUCOGENO-GENESIS Tiene lugar principalmente en los animales superiores. Proceso activo después de una ingesta rica en Hidratos de Carbono PRECURSORES: GLUCOSA LACTATO ALANINA GLU Glu-6-P Glu-1-P Citoplasma de la célula

GLUCOGENOGENESIS La biosíntesis de glucógeno está coordinada recíprocamente con la degradación. Es una vía importante en hígado y músculo La UDP-glucosa es el sustrato de la enzima glucógeno sintasa Se inicia con glucosa-6-fosfato que se convierte en glucosa-1-fosfato por acción de una mutasa.

Enzimas que intervienen en el proceso de sintesis de glucógeno o glucógeno-genesis Fosfoglucomutasa UDP-glucosa pirofosforilasa Glucogeno sintasa Enzima ramificante

UDP-glucosa pirofosforilasa GLU-1-P + UTP UDP- GLU + PPi Fosfoglucomutasa: GLU-6-P GLU-1-P UDP-glucosa pirofosforilasa GLU-1-P + UTP UDP- GLU + PPi Glucógeno sintasa ó sintetasa UDP- GLU + Glucógeno (n) Glucógeno (n+ 1) + UDP Unión a-1,4

Enzima ramificante : Amilo a(1,4 1,6) glucosil transferasa Forma enlaces glicosídicos a(1,6) para las ramificaciones de la molécula de glucógeno

Regulacion de la Glucógenogenesis Hay una regulación recíproca entre la glucogenogénesis y la glucogenolisis Glucogeno sintasa b CH2O- P INACTIVA ó Menos activa Glucogeno sintasa a CH2OH ACTIVA

Regulación Hormonal de la GLUCÓGENO-GENESIS Glucógeno sintasa (+) Insulina (-) Adrenalina ó Glucagón Hormonal (+) Glucosa-6-fosfato (-)Ca++ (-) Glucógeno Alostérica

La biosíntesis y degradación están coordinadamente reguladas GLUCOSA Fosforilación ACTIVA Fosforilación INACTIVA GLUCOSA-6-P GLUCOGENO n-1 UTP GLUCOSA-1-P UDPG UDPG-pirofosforilasa Enzima desramificante GLUCOGENO (n+1) Glucógeno sintetasa UDP Glucógeno fosforilasa Enzima ramificante Pi GLUCOGENO n+1