LIC. NUTRICIÓN QUÍMICA BIOLÓGICA 2015

PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA-2015 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 Carbohidratos (CH) Repasemos…. Nutrición y Metabolismo de los Carbohidratos (CH) Digestión de Carbohidratos Conversión de los CH en sustancias absorbibles en el tracto intestinal: desdoblamiento mecánico y químico de los CH 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.

DIGESTIÓN y ABSORCIÓN GLICÓLISIS

METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS TERMINOLOGÍA GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa, fructosa, galactosa hasta piruvato. VÍA GLICOLÍTICA 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

(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 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

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 gliceraldehido-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs. 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 ATPs y 2 NADH. Citosol celular

6C: 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 C

Esquema de reacciones que ocurren en la Vía Glicolítica. (GuíaTP Qca. Biológica, 2015)

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

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

¿Cómo se clasifican las enzimas? -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

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

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+

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.

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 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

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

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

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

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

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

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

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 ~

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

PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA-2015 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

6 C GLUCOSA Repasemos… 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

Puntos de Regulación de la Glicólisis TRES REACCIONES QUÍMICAS IRREVERSIBLES 1° Punto de Control HEXOQUINASA 2° Punto de Control FOSFOFRUCTOQUINASA Principal punto de control de la Vía Glicolítica 3° Punto de Control PIRUVATO QUINASA (-)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

ECUACION GENERAL DE LA VIA GLICOLITICA GLUCOSA + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O EN ANAEROBIOSIS – EN EL CITOSOL

Degradación de otros azúcares a través de la vía glicolítica Degradación de otros azúcares a través de la vía glicolítica. Fructosa, Galactosa y Manosa (Hígado) (Músculo) (Hígado)

EN ANAEROBIOSIS – EN EL CITOSOL Rendimiento de la Vía Glicolítica BALANCE ENERGETICO EN ANAEROBIOSIS – EN EL CITOSOL Rendimiento de la Vía Glicolítica 1Glucosa 2Piruvato + 2 NADH + H+ ANAEROBIOSIS 2 ATP CITOSOL

BALANCE ENERGETICO EN ANAEROBIOSIS – EN EL CITOSOL FASE PREPARATORIA: Se gastan 2 ATP FASE DE BENEFICIO: Se producen 4 ATP Rendimiento neto de la Vía Glicolítica 2 ATP

¿CÓMO SE LOGRA ESTO EN CONDICIONES ANAERÓBICAS? LA REACCION DE LA GLICERALDEHIDO 3P-DESHIDROGENASA (Reacción 6 Vía Glicolítica) PRODUCE NAD+ NADH EN EL CITOSOL EL NADH QUE SE FORMA EN CITOSOL SE DEBE REOXIDAR PARA QUE LA VIA GLICOLITICA PUEDA SEGUIR FUNCIONANDO !!! ¿CÓMO SE LOGRA ESTO EN CONDICIONES ANAERÓBICAS? ESTO DEPENDE DEL TIPO DE CELULA O MICROORGANISMO DE QUE SE TRATE

Fermentación Láctica Fermentación Alcohólica Reoxidación del NADH + H+ en citosol Destino del PIRUVATO según la situación celular GLUCOSA 2 PIRUVATO Vía Glicolítica (citosol) ANAEROBIOSIS O2 Gasto de ATP: - Hexoquinasa………...............… -1ATP Fosfofructoquinasa…………..… -1ATP Producción de ATP: Fosfoglicerato quinasa …. + 1ATP (x2) Piruvato quinasa ………... + 1ATP (x2) 2 Lactato 2 Etanol Fermentación Láctica (músculo en contracción, eritrocitos, lactobacilos) Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras) Balance o rendimiento en ATP…. +2 ATP

Lactato deshidrogenasa O NADH + H+ NAD + OH CH3 __C __COO- CH3 __CH_COO- FERMENTACIÓN LÁCTICA Piruvato (en citosol) Lactato en músculo en contracción, en los eritrocitos Lactato deshidrogenasa

La mayor parte del Lactato, producto final de la glucolisis anaeróbica, es exportado de las células musculares por la sangre hasta el hígado, donde vuelve a convertirse en glucosa. Ciclo de Cori Los cazadores saben del sabor agrio de la carne de un animal que ha corrido hasta agotarse antes de morir. Esto es debido a la acumulación de ácido láctico en los músculos. O2

Vía Glicolítia y Fermentación láctica

Fermentación Láctica Fermentación Alcohólica Reoxidación del NADH + H+ en citosol Destino del PIRUVATO en anaerobiosis GLUCOSA 2 PIRUVATO Vía Glicolítica (citosol) ANAEROBIOSIS O2 2 Lactato 2 Etanol Fermentación Láctica (músculo en contracción, eritrocitos, lactobacilos) Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras)

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA Piruvato Acetaldehído en levaduras (S. cereviceae) (citosol) Etanol Alcohol deshidrogenasa descarboxilasa

Fermentación Láctica Fermentación Alcohólica Reoxidación del NADH + H+ en citosol Destino del PIRUVATO en anaerobiosis GLUCOSA 2 PIRUVATO Vía Glicolítica (citosol) ANAEROBIOSIS O2 Gasto de ATP: - Hexoquinasa………...............… -1ATP Fosfofructoquinasa…………..… -1ATP Producción de ATP: Fosfoglicerato quinasa …. + 1ATP (x2) Piruvato quinasa ………... + 1ATP (x2) 2 Lactato 2 Etanol Fermentación Láctica (músculo en contracción, eritrocitos, lactobacilos) Fermentación Alcohólica (microorganismos: levaduras) Balance o rendimiento en ATP…. +2 ATP Vía Glicolítica más Fermentaciones

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.