Química Biológica IA, LCyTA, LBM. BOLILLA 3 (Lic. en Biol. Molec.): 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. y Lic. en CyT de los Alim.): ALIMENTOS. Definición. Sustancias nutritivas. Principales constituyentes de los alimentos. Macronutrientes: carbohidratos y fibra dietaria. Importancia de los carbohidratos en la alimentación. Digestión y absorción. Sistemas de transporte. Catabolismo de los hidratos de carbono. GLICOLISIS. Vía de Embden-Meyerhof. Fases de la glucólisis. Regulación. Fermentación alcohólica, láctica y acética. Balance energético.

Química Biológica IA, LCyTA, LBM. ALIMENTOS

“El producto de los alimentos somos nosotros mismos” Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Ing. en Alim.y Lic. en CyT de los alim. Alimentos Alimentos NUTRICION Alimentos Alimentos “El producto de los alimentos somos nosotros mismos”

Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Ing. en Alim.y Lic. en CyT de los alim. ALIMENTO Se denomina así a toda sustancia o mezcla de sustancias, naturales o elaboradas que, ingeridas por el hombre, aportan a su organismo materiales y energía. Se incluyen en esta definición las sustancias o mezclas de sustancias que se ingieren por hábito o costumbre, tengan valor nutritivo o no, normalmente ingeridas con fines: a) nutricionales: crecimiento y desarrollo de sus procesos biológicos. b) psicológicos: satisfacción y obtención de sensaciones gratificantes. “La vida es sostenida por los alimentos, y las sustancias contenidas en los alimentos de las cuales depende la vida, son los nutrientes”. Nutriente Se define como nutriente a toda aquella sustancia que bioquímicamente es esencial e indispensable para el mantenimiento de los organismos vivos. Los nutrientes proporcionan la energía y los precursores de sustancias que son esenciales para el crecimiento y la supervivencia de los organismos vivos. 4

≠ NUTRICION ALIMENTOS NUTRICION NUTRIENTES NUTRICION ALIMENTACION Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Ing. en Alim.y Lic. en CyT de los alim. NUTRICION Es el proceso biológico por el que los organismos incorporan, asimilan y utilizan los nutrientes contenidos en los alimentos para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento de las funciones vitales. ALIMENTOS Ingesta o incorporación Absorción Metabolización/Utilización Excreción NUTRICION NUTRIENTES * La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los alimentos y comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los alimentos, es decir, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o nutrientes, su metabolismo o transformaciones químicas en las células y excreción o eliminación del organismo. * La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico (medio ambiente) y determinan al menos en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida. Todos los seres vivos necesitan de los alimentos, y los nutrientes contenidos en los mismos, para poder garantizar sus funciones vitales. El metabolismo es una de las funciones biológicas más importantes, fuera de la cual no se puede hablar de existencia de vida. La alimentación, la nutrición y el metabolismo representan los pilares de una vida sana. NUTRICION ≠ ALIMENTACION

ALIMENTOS NUTRIENTES Carbohidratos Lípidos MACRONUTRIENTES Proteínas Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Ing. en Alim.y Lic. en CyT de los alim. ALIMENTOS NUTRIENTES MACRONUTRIENTES micronutrientes Vitaminas Minerales Carbohidratos Lípidos Proteínas Agua - Macronutrientes: son requeridos en grandes cantidades para el organismo y suministran la mayor parte de la energía metabólica, son sustancias precursoras de otras con actividad y función biológica, o proporcionan el medio para que esas funciones se lleven a cabo. Ellos son: glúcidos o carbohidratos, lípidos, proteínas y el agua. - Micronutrientes: son requeridos en cantidades más pequeñas, tales como las vitaminas y minerales, que si bien no son aportadores de energía, sí son indispensables para la actividad metabólica y función de un gran número de compuestos biológicos. En este trabajo práctico se desarrollará el estudio de los macro y micronutrientes principales, identificando sus estructuras y describiendo sus funciones más relevantes en el metabolismo. 6

MACRONUTRIENTES CARBOHIDRATOS, GLUCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Ing. en Alim.y Lic. en CyT de los alim. MACRONUTRIENTES CARBOHIDRATOS, GLUCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO Los glúcidos o carbohidratos (también llamados hidratos de carbono) son la principal fuente de energía de los seres vivos. Se obtienen principalmente a través del consumo de cereales, azúcares, papa, batata, legumbres, verduras, frutas y frutos secos. Los animales y el hombre obtienen la mayoría de los carbohidratos de los vegetales, que los sintetizan. Glucógeno o Almidón El primer carbohidrato con el que los mamíferos tienen contacto, es la lactosa, compuesto principal de la leche. 7

Algunos carbohidratos: monosacáridos Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Algunos carbohidratos: monosacáridos Glucosa Fructosa galactosa

Otros carbohidratos: disacáridos Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Otros carbohidratos: disacáridos Maltosa Lactosa Sacarosa

Y otros carbohidratos: polisacáridos Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Y otros carbohidratos: polisacáridos Almidon y Glucógeno Pectinas y Celulosa

Los carbohidratos cumplen con dos funciones importantes: Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Ing. en Alim.y Lic. en CyT de los alim. Los carbohidratos cumplen con dos funciones importantes: Estructural: como la celulosa, que en las plantas constituye los tallos, hojas y frutos. Junto con las pectinas, la celulosa forma parte de la fibra alimentaria. - Reserva energética: los animales vertebrados sintetizan y utilizan el glucógeno, principalmente en músculo e hígado, mientras que las plantas sintetizan y utilizan el almidón.

Almidón y glucógeno a Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Cadena lineal Punto de Ramificación

Polisacáridos de reserva Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Almidón Glucógeno Polisacáridos de reserva Ramificación: amilopectina, 4%; glucógeno, 10%

Nutrición y Metabolismo en Animales Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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.

Digestión y absorción de carbohidratos Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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 Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Digestión del Almidón y/o del Glucógeno Amilosa Amilasa salival n H2O n Maltosas Amilopectina o Glucógeno n Maltotriosas n Oligosacáridos

Digestión del Almidón (cont.) Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Digestión del Almidón (cont.) Oligosacáridos Amilasa pancreática Maltosas Maltotriosas α-dextrinasa α-glucosidasa

Disacaridasas + + Maltosa Glucosa Sacarosa Glucosa Fructosa Lactosa Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Maltosa Maltasa 2 Glucosa H2O Sacarosa Sacarasa Glucosa + Fructosa H2O Disacaridasas Lactosa Lactasa Glucosa + Galactosa H2O

Nutrición y Metabolismo en Animales Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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 Química Biológica IA, LCyTA, LBM. Estructuras especializadas en absorción Humano

Citosol del enterocito Química Biológica IA, LCyTA, LBM. ¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados? Luz intestinal Citosol del enterocito

Química Biológica IA, LCyTA, LBM. ¿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 Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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.

Química Biológica IA, LCyTA, LBM. ¿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 Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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. Química Biológica IA, LCyTA, LBM. ¿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? Química Biológica IA, LCyTA, LBM. ¿Cómo funcionan lo transportadores GLUT4?

Fosforilación de la glucosa Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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 Química Biológica IA, LCyTA, LBM. 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).