METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA 2015 SIGUE…. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN   TEMA 5 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS GLUCONEOGÉNESIS, reacciones, costo energético, importancia metabólica. METABOLISMO DEL GLUCÓGENO. Glucogenolisis y Glucogenogénesis. Regulación. Control hormonal en distintos estados nutricionales.

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

Destinos metabólicos de la Glucosa-6-P Glicólisis -Vía Glicolitica Glucógeno Glucosa GLUCOSA-6-P Ribosa-5-P Gluconeogénesis Glicólisis -Vía Glicolitica Piruvato

GLUCONEOGENESIS La GLUCONEOGÉNESIS es el proceso de biosíntesis de Glucosa a partir de compuestos no glucídicos PERMITE SINTETIZAR GLUCOSA A PARTIR DE PRECURSORES QUE NO SON HIDRATOS DE CARBONO. PRECURSORES: PIRUVATO LACTATO (del metabolismo anaerobio) GLICEROL (proviene de la degradación de ácidos grasos) AMINOÁCIDOS (Alanina) (derivados del recambio de proteínas) a –CETOACIDOS (productos de la degradación de aminoácidos) TIENE LUGAR PRINCIPALMENTE EN HIGADO y RIÑÓN ES UN PROCESO QUE CONSUME ENERGIA

Repasemos…. REACCIONES IRREVERSIBLES de la Vía Glicolítica GLUCONEOGÉNESIS

¿Cuándo y dónde es activa la Gluconeogénesis? Cuando la dieta carente en carbohidratos En situaciones fisiológicas como el ayuno prolongado En ciertos estados patológicos (diabetes no tratada, en que la glucosa no puede ingresar a la célula para ser utilizada como fuente de energía) En algunos tejidos donde la glucosa es indispensable (Sistema Nervioso) En ciertas células que carecen de mitocondrias (glóbulos rojos) El hígado es el órgano principal donde tiene lugar esta vía (encargado de la homeostasis de glucosa)

REACCIONES DE LA GLUCONEOGÉNESIS NO ES EL CAMINO INVERSO A LA VÍA GLICOLÍTICA, IMPLICA OTRAS REACCIONES ¡ PROBLEMA ! ¿CÓMO SE REVIERTEN LAS REACCIONES IRREVERSIBLES DE LA VÍA GLICOLÍTICA ? A TRAVÉS DE LAS REACCIONES DE DESVÍO CATALIZADAS POR: PIRUVATO CARBOXILASA (mitocondrial) FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA (isoenzimas, citosólica y mitocondrial) FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA (citosólica) GLU-6-FOSFATASA (citosólica, solo en hígado)

DESDE PIRUVATO A FOSFOENOLPIRUVATO 1)- PIRUVATO CARBOXILASA ENZIMA MITOCONDRIAL biotina PIRUVATO + CO2 + H2O OXALACETATO + H+ ATP ADP+ Pi (+) Acetil-CoA 2)- FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA OXALACETATO FOSFOENOLPIRUVATO + CO2 ISOENZIMAS CITOSOLICA Y MITOCONDRIAL GTP GDP

DESDE FRU-1,6-BISFOSFATASA A FRU-6P FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO + H2O FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA (citosólica) FRUCTOSA-6-FOSFATO + Pi

DESDE GLUCOSA-6-FOSFATO A GLUCOSA GLUCOSA-6-FOSFATO + H2O GLUCOSA-6-FOSFATASA (Hígado ) (citosólica) GLUCOSA + Pi

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

REGULACIÓN DE LA GLUCONEOGÉNESIS Hormonal: Alostérica (+) Glucagón Hormona hiperglucemiante Activa la Gluconeogénesis Fructosa-1,6 bisfosfatasa Fructosa-1,6 bisfosfatasa (-) AMP y ADP

LACTATO Sitio celular en que ocurre la GLUCONEOGÉNESIS

Sitio celular en que ocurre la GLUCONEOGÉNESIS

METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA 2015 SIGUE…. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN   TEMA 5 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS GLUCONEOGÉNESIS, reacciones, costo energético, importancia metabólica. METABOLISMO DEL GLUCÓGENO. Glucogenolisis y Glucogenogénesis. Regulación. Control hormonal en distintos estados nutricionales.

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 GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a glucosa GLUCOGENOGENESIS: Conversión de glucosa en glucógeno

Destinos metabólicos de la Glucosa Glicólisis -Via Glicolitica Glucógeno Glucógeno- génesis Glucógeno- lisis Glucosa Glucosa-6-fosfatasa (solo en hígado) Via de las Pentosas Ribosa-5-P GLUCOSA-6-P Gluconeo- genesis Glicólisis -Via Glicolitica Piruvato

METABOLISMO DEL GLUCOGENO GLUCOGENOLISIS DEGRADACION GLUCOGENOGENESIS BIOSINTESIS La síntesis y degradación de glucógeno está cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula

¿Es ventajoso tener una estructura ramificada? Estructura del Glucógeno Gránulos de Glucógeno (hepatocito) GLUCÓGENO Está presente en citosol formando gránulos (100-400 A°) Es un polímero de la glucosa de alto peso molecular, soluble en agua Es muy ramificado: cada 8-12 unidades de Glucosa presenta una unión a 1-6 o punto de ramificación Micrografía electrónica mitocondria ¿Es ventajoso tener una estructura ramificada? Presenta gran número de glucosa terminales ó extremos (no reductores) Los extremos son de fácil acceso a enzimas de la degradación Esto posibilita una degradación rápida También aumenta la velocidad de síntesis Ramificación de la molécula de Glucógeno: 10%

Estructura del Glucógeno unión (a 1-6) unión (a 1-4) Cadena lineal Punto de Ramificación Extremos No Reductores

Tamaño de los depósitos FUNCIONES DEL GLUCÓGENO Función general Almacena el exceso de Glucosa de la dieta Cubre las necesidades de Glucosa a corto plazo (hipoglucemia, hipoxia) GLUCÓGENO HEPÁTICO GLUCÓGENO MUSCULAR Función principal -Mantiene la concentración de Glucosa en sangre (tras las comidas y en las primeras fases del ayuno) -Combustible de reserva para la contracción muscular intensa Otras funciones -Almacena Glu en períodos de excesos (después de las comidas) -Hígado: Posee la enzima que desfoforila Glu-6P -Libera Glu a la sangre (intervalos entre comidas) -Asegura la provisión de Glu en todos los tejidos -Músculo: Carece de la fosfatasa que desfoforila Glu-6P -No puede liberar Glu a la sangre -Se degrada para obtener energía en el músculo Tamaño de los depósitos -10% peso húmedo del hígado -duran sólo 12-24 hs durante el ayuno!! -1-2% peso húmedo del músculo

BIOSÍNTESIS DEL GLUCOGENO GLUCOGENOGENESIS ¿Dónde ocurre? Principalmente en las células animales En el citosol Es una vía importante en hígado y músculo ¿Cuándo ocurre? Proceso activo después de una ingesta rica en Hidratos de Carbono

GLUCOGENOGENESIS ¿Qué requiere? Cuatro Enzimas UTP como nucleótido activador de Glucosa Molécula de Glucógeno preexistente ó Un “cebador” (proteína) para iniciar la síntesis si no hay una molécula de Glucógeno preexistente ATP como dador de energía La biosíntesis de glucógeno está coordinada recíprocamente con la degradación

¿Qué enzimas intervienen? GLUCOGENOGENESIS ¿Qué enzimas intervienen? 1) Fosfoglucomutasa 2) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) 3) Glucógeno sintasa 4) Enzima ramificante 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.

GLUCOGENOGENESIS ¿Qué etapas presenta? 1) Fosforilación de Glucosa en el C-6 por acción de hexoquinasas 2) Formación de Glucosa-1P, a partir de Glucosa-6P por acción de fosfoglucomutasa 3) “Activación” de Glucosa-1P, a UDP-Glucosa por acción de UDP-glucosa pirofosforilasa 4) Elongación de la cadena de Glucógeno: adición de Glucosa en una molécula de Glucógeno preexistente o a la proteína Glucogenina por acción de glucógeno sintasa 5) Formación de ramificaciones por acción de enzima ramificante

GLUCOGENOGENESIS Etapa 1) Fosforilación de Glucosa en el C-6 por acción de hexoquinasas Repasar Vía Glicolítica…… Etapa 2) Formación de Glucosa-1P Fosfoglucomutasa (Mg2+, Glu 1,6 bisP) Glucosa-6-P Glucosa-1-P Etapa 3) “Activación” de Glucosa-1P UDP-glucosa pirofosforilasa Glucosa-1-P + UTP UDP-Glucosa + PPi 2 Pi pirofosfatasa

Etapa 3) FORMACION DE UDP-Glucosa LUIS LELOIR (1906-1987), Premio Nobel en Química Año 1970, discípulo de Houssay Identificó el papel de la UDP-Glu Glucosa-1-fosfato Glucosa-6-fosfato Glucosa Hexoquinasa Fosfoglucomutasa UDP-Glucosa UDP-Glu fosforilasa UTP UDP

Etapa 3) FORMACION DE UDP-Glucosa

Etapa 4) Elongación de la cadena de Glucógeno Glucógeno sintasa GLUCOGENOGENESIS Etapa 4) Elongación de la cadena de Glucógeno Glucógeno sintasa UDP-Glucosa + Glucógeno (n) (preexistente ó “Glucogenina”) Glucógeno (n+ 1) + UDP Unión a-1,4

Etapa 4) REACCION DE LA GLUCOGENO SINTASA Uridina n UDP-glucosa Glucógeno (extremo no reductor) Uridina Glucógeno sintasa UDP Nuevo extremo no reductor Glucógeno (n+1)

GLUCOGENOGENESIS Etapa 5) Formación de ramificaciones Enzima ramificante : Amilo a(1,4 1,6) glucosil transferasa Forma enlaces glicosídico a(1,6) para las ramificaciones de la molécula de glucógeno

Etapa 5) Ramificación: una enzima ramificante (amilo (1,4 →1,6)- glucosil transferasa) traslada una cadena terminal de unos seis o siete residuos de glucosa, a un grupo hidroxilo situado en el C6 de un residuo de glucosa en el interior del polímero formándose enlaces (1->6) en los puntos de ramificación. Enzima ramificante Extremos no reductores Punto de ramificación (α-1,6) 33

GLUCOGENOGENESIS Gasto Energético Glucosa-6-P 1 ATP Activación de glucosa 1 UTP (UDP + ATP = UTP + ADP) Hidrólisis PP a 2 Pi (se rompe una unión de alta energía) Por cada unidad de GLU que se utiliza en la síntesis de glucógeno, se gastan: 2 ATP y 3 uniones ricas en energía.

Regulación de la GLUCOGENOGENESIS REGULACION ALOSTERICA: sobre Glucógeno sintasa Glu-6-P (+) Ca++ (-) Glucogeno (-) REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno sintasa. REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN COVALENTE Cuando la Glucógeno sintasa (GS) está fosforilada es poco activa (GSb), mientras que cuando se encuentra desfosforilada es muy activa (GSa). Esta regulación está sometida a control hormonal. P (+) Fosfatasa INSULINA Sintasa B (poco activa) P Sintasa A (muy activa) (+) Quinasa ADRENALINA GLUCAGÓN ATP ADP

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

Resumiendo… Síntesis de Glucógeno GLUCOSA-6P Fosfo-glucomutasa

DEGRADACION DEL GLUCOGENO GLUCOGENOLISIS ¿Cuándo se activa? SE ACTIVA CUANDO LA CELULA NECESITA ENERGIA Y NO DISPONE DE GLUCOSA (entre comidas, actividad muscular intensa) ¿Dónde ocurre? TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA DE LAS CELULAS ES UN PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y MUSCULO ESQUELETICO

GLUCOGENOLISIS ¿Qué etapas presenta? 1- Liberación de unidades de glucosa-1-fosfato : acción de glucógeno fosforilasa 2- Transferencia de unidades del trisacárido terminal al extremo de la rama vecina: acción de Transferasa 3- Hidrólisis de las uniones alfa 1,6 glicosídicas: acción de alfa- 1,6 glicosidasa. Se produce glucosa libre 4- Formación de glucosa-6-fosfato a partir de la glucosa-1-fosfato: por fosfoglucomutasa 5- Liberación glucosa a partir de la glucosa-6-fosfato: En hígado por acción de glucosa-6-fosfatasa

GLUCOGENOLISIS 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 (Enz Desramificante) FOSFOGLUCOMUTASA

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

Degradación del GLUCÓGENO fosforilasa

Glucógeno fosforilasa Fosfogluco- mutasa (1,41,4) glucanotransfersa Enzima desramificante n Glu-6-P (16) glucosidasa Enzima desramificante Glu-6-P Hexoquinasa

Resumiendo… Síntesis y Degradación del Glucógeno (Hígado) SÍNTESIS Fosfo-glucomutasa DEGRADACIÓN

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

Recordemos…. INSULINA es una hormona HIPOGLUCEMIANTE disminuye la [Glucosa] en sangre GLUCAGÓN y ADRENALINA son hormonas HIPERGLUCEMIANTES aumentan la [Glucosa] en sangre

Regulación de Glucógeno fosforilasa Es una enzima que se regula covalentemente Es activa cuando está fosforilada Es inactiva cuando está desfosforilada

REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE Modificación de la actividad de la glucógeno fosforilasa mediante fosforilación: la fosforilasa B (poco activa) no está fosforilada, mientras que la fosforilasa A (muy activa) se encuentra FOSFORILADA. Esta regulación está sometida a control hormonal. Fosforilasa fosfatasa (PPT) Fosforilasa quinasa Glucagón (higado) Adrenalina Ca2+, AMP (músculo) Insulina (+)

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

GLUCOGENOLISIS ¿Cuándo y cómo se regula en HIGADO? Cuando BAJAN los niveles de glucosa sanguínea Se libera glucagón del páncreas Se activa la adenilato ciclasa y en consecuencia la glucógenolisis. Sobre glucosa 1-fosfato actúa una fosfatasa y se libera glucosa libre en sangre.

¿Qué sucede cuando AUMENTAN los niveles de glucosa sanguínea? Se libera Insulina del páncreas Se estimula la actividad fosfatasa Se inhibe la glucógeno fosforilasa

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) Glucógeno sintasa UDP Glucógeno fosforilasa Enzima ramificante Pi GLUCOGENO n+1

¿Qué pasa cuando AUMENTAN los niveles de glucosa sanguínea? Se libera INSULINA del páncreas. Se estimula la actividad fosfatasa. Se inhibe la glucógeno fosforilasa. Se activa la glucógeno sintasa. Hígado: Cuando bajan los niveles de glucosa sanguínea Se libera GLUCAGÓN del páncreas. Se activa la adenilato ciclasa y en consecuencia se estimula la actividad de quinasas. Se activa la glucógeno fosforilasa. Se inhibe la glucógeno Sintasa. Sobre Glu-6-fosfato actúa una fosfatasa y se libera glucosa libre en sangre. ¿Cómo se regula en músculo? Cuando el músculo necesita una rápida provisión de energía (carrera, estados estrés emocional, agresión física). Aumentan los niveles de AMP y se libera Ca++ durante la contracción muscular, activa la fosforilasa (activación alostérica). Se libera ADRENALINA (activación hormonal) Se activa la enzima glucógeno fosforilasa y se libera glucosa-1-fosfato.

Indique en qué momento estarían actuando PROBLEMA Pág.114 - Guía TP De acuerdo al siguiente gráfico analice cómo ocurren los cambios en el depósito de glucógeno y los niveles de glucosa durante el día. Indique en qué momento estarían actuando las hormonas insulina y glucagón

METABOLISMO DEL GLUCOGENO HEPATICO Y CONTROL DE LA GLUCEMIA Cuando se ingieren carbohidratos con la dieta y los niveles de glucemia aumentan: La actividad de la glucógeno fosforilasa-A hepática disminuye rápidamente y, después de un tiempo (o tiempo de latencia) aumenta rápidamente la actividad glucógeno sintasa.

- + HIPOGLUCEMIA GLUCAGÓN Problema !! GLUCÓGENOGENESIS GLUCÓGENOLISIS

- + HIPERGLUCEMIA INSULINA Problema !! GLUCÓGENOGENESIS GLUCÓGENOLISIS

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.