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QUIMICA BIOLOGICA
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Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas
BOLILLA 3: -. Metabolismo. Principales nutrientes de autótrofos y
heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. Metabolismo de Carbohidratos en
los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción.
Sistema digestivo en individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes:
celulasa. Estructuras especializadas. Distribución de glucosa en una
célula animal y una célula vegetal. Degradación de glucosa: glicólisis.
Localización celular. Etapas. Producción de energía. Regulación. Balance
energético en condiciones de anaerobiosis. Destino del piruvato.
Fermentaciones. Efecto Pasteur. Degradación de otras hexosas.
BOLILLA 4: Destino del piruvato en condiciones aeróbicas. Complejo de la
piruvato deshidrogenasa Ciclo de Krebs. Localización celular. Balance
energético del ciclo. Regulación. Reacciones anapleróticas según el tipo
de célula o tejido. Naturaleza anfibólica del ciclo. Sistemas de lanzaderas:
lanzadera del glicerofosfato y lanzadera del malato-aspartato. Balance
energético de la degradación de glucosa en condiciones de aerobiosis.
Ciclo del glioxilato. Localización. Importancia. Vía de las pentosas.
Localización. Importancia metabólica.
BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas.
Regulación. Costo energético. Ciclos fútiles. Biosíntesis del glucógeno.
Regulación coordinada entre la degradación y la síntesis del glucógeno.
Costo energético. Biosíntesis de almidón. Síntesis fotosintética de glúcidos.
Reacciones de fijación y reducción fotosintética del carbono, ciclo de Calvin.
Regulación. Fotorrespiración y ruta C4. Biosíntesis de almidón, sacarosa y
celulosa en vegetales.
Energía para la vida
¿Cómo?
Heterótrofos
Autótrofos
Fotosintéticos
¿Cómo?
HH22O
O
M E T A B O L I S M O
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.
Heterótrofos
Autótrofos
2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, 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
- CO2
- H2O
- Iones de nitrógeno
- Elementos Minerales
Nutrientes
- Carbohidratos
- Lípidos
- Proteínas
- Vitaminas
- Minerales
Nutrición y Metabolismo en Vegetales
Almidón
Reservas de almidón en vegetales
Extraída de: www. botanica.cnba.uba.ar
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
Extraida de: elprofedebiolo.blogspot.com/.../organelas.html
Utilización del Almidón en los Vegetales
Hojas, tallos y raices
CRECIMIENTO
ALMIDON
Endospermo
GERMINACION
Germinación en cereales
Cubierta seminal
Capa de aleurona
Activación del embrión.
1 Liberación de giberelinas
4
3
Endospermo
3 Producción y liberación de enzimas hidrolíticos.
Enzimas
Acción de las enzimas sobre los materiales de
5
2
de genes por las giberelinas en la capa
2 Inducción
de aleurona.
Nutrientes
4 reserva del endospermo.
5 Liberación de nutrientes (monosacáridos)
6 Absorción de nutrientes por el embrión.
Giberelinas
6
Cotiledón
Coleoptilo
1
Ápice caulinar
Eje hipocótilo/
radícula
Ápice radical
Embrión
Almidón
Amilosa
Amilopectina
α-1,6
Amilopectina
α-1,6
α-1,6
α-1,4
α-1,4
Utilización del Almidón en los Vegetales
CO2 + H2O
ALMIDON
Glucosa
Sacarosa
(escutelo)
Raíz
Tallo
Sacarosa
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
Glucosa + Fructosa
CO2 + H2O
Síntesis de
sustancias
β-amilasa
Extremo
no reductor
Enzimas desramificantes
4
H
HO
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
1
G
HO
G
Almidón fosforilasa
G
α-amilasa
G
Principales enzimas que
catalizan la degradación de
almidón a glucosa:
-α-amilasa
-β-amilasa
-Almidón fosforilasa
-Enzimas desramificantes
H
G
G
G
β-amilasa
G
G G
G
G
G
G
G
G
4
G
H
HO
G
G
1
Extremo
no reductor
Almidón fosforilasa
Enzimas desramificantes
Hidrólisis del Almidón en vegetales
Amilosa
CH2OH
CH2OH
O
H
HO
H
OH
O
H
H
H
H
OH
O
CH2OH
CH2OH
H
H
O
H
H
OH
O
H
O
H
H
H
OH
O
H
H
OH
HOCH2
H
H
OH
OH
H
H
OH
OH
H
H
OH
n
HOCH2
O
H
H
O
H
O
H
OH
H
OH
OH
α-Amilasa
β-amilasa
Amilopectina
O
.......
O
H
OH
H
H
OH
O
.....
O
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
OH
H
OH
n α-Maltosas
H
H
OH
H
H
OH
n H2O
O
CH2OH
CH2OH
H
H
CH2OH
CH2OH
H
H
CH2OH
CH2
H
O
H
O
y n β-maltosas
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
Dextrinas límite
H
......
O
Fosforólisis del Almidón
Amilosa
CH2OH
CH2OH
O
H
HO
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
CH2OH
CH2OH
H
OH
H
H
OH
H
O
H
O
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
H
OH
H
H
OH
OH
n
Almidón
fosforilasa
Amilopectina
CH2OH
CH2OH
O
H
.......
O
H
OH
H
H
OH
O
O
.....
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
H
H
OH
H
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
n H2PO4-
O
CH2OH
CH2OH
H
O
H
H
CH2OH
CH2
H
O
H
O
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
......
O
n Glu-1-P
HOCH2
CH2OH
HOCH2
O
H
H
OH
H
H C OH
O
H
H
OH
O
H
H C OH
H
Maltasa O
HO C H
H
H C OH
OH
OH
H
OH
H
H
CH2OH
O
O
H
H
H
OH
HO
H
O
H
OH
H
H
OH
H C OH
H
Enzima desramificante
H C OH
O
HO C H
H C OH
OH
CH2OH
H
O
H
HO
H2HOC
CH2OH
CH2
H
OH
H C
OH
CH2OH
OH
H
H
OH
OH
CH2OH
H
H
OH
+
H
H
Glucosa
CH2OH
H
H
O
H
O
OHHO C
H H
OH
OH
H C OH
H C
H2O
OH
Maltosa
O
H
CH2OH
H C
O OH
H
H C OH
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
Dextrinas límite
CH2OH
H
......
O
O
H
O
OH
H
H
OH
H
H
OH
+ restos de amilosa
OH
Glucosa
Utilización del Almidón en los Vegetales
CO2 + H2O
ALMIDON
Glucosa
Sacarosa
(escutelo)
Raíz
Tallo
Sacarosa
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
Glucosa + Fructosa
CO2 + H2O
Síntesis de
sustancias
CH2OH
O
H
HO
H
OH
CH2OH
H
CH2OH
H
H
OH
OH
O
H
H
H C OH
CH2OH
OH
H C OH
Invertasa
O
O
H
HO C H
H
O
H C OH
Sacarosa
C
HH2O
CH2OH
OH
OH
H
CH2OH
CH O
CH2OH O
H
H
OH
+
H
Glucosa
HO
H
OH
OH
OH
HO C H
CH2OH
H
Fructosa
-D-Fructofuranosa
H C OH
H C OH
Invertasa alcalina
Invertasa ácida
pH 7,5
pH 5
CH2OH
Citosol
CH2OH O
H
D-Fructosa
HO
H
CH2OH
OH
Vacuolas y pared celular
OH
H
-D-Fructofuranosa
Heterótrofos
Nutrición y Metabolismo en Animales Heterótrofos
Nutrientes
- Carbohidratos
- Lípidos
- Proteínas
- Vitaminas
- Minerales
- 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.
Heterótrofos
Nutrientes
Polisacáridos
Carbohidratos
de la dieta
Disacáridos
- Almidón
- Glucógeno
- Carbohidratos
Carbohidratos
- Lípidos
- Proteínas
- Vitaminas
- Minerales
granos, harinas, tubérculos, legumbres
carnes
- Sacarosa
frutas, azúcar de mesa, remolacha
- Lactosa
Leche y derivados
- Glucosa
Monosacáridos - Fructosa
- Galactosa
frutas, miel, golosinas, etc.
Sistema Digestivo en distintos individuos heterótrofos
Esófago Buche Intestino
Faringe
Ano
Boca
Esófago
Buche
Intestino
Recto
Ano
Mandíbula
Esófago Estómago Intestino
Recto
Boca
Ano
Digestión y absorción de carbohidratos
Ptialina o Amilasa salival
pH ácido, inactiva la enzima
- Amilasa pancreática
- Isomaltasa
- maltasa-glucoamilasa
- sacarasa
- lactasa
Digestión del Almidón y/o del Glucógeno
Amilosa
CH2OH
CH2OH
O
H
HO
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
CH2OH
CH2OH
H
H
OH
H
H
OH
O
H
O
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
n
Amilasa
salival
Amilopectina o Glucógeno
HOCH2
HOCH2
O
H
H
OH
H
H
O
H
O
H
OH
H
OH
OH
H
CH2OH
CH2OH
O
H
.......
O
H
OH
H
H
OH
O
H
.....
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
n H2O
H
O
H
O
H
OH
n Maltosas
n Oligosacáridos
CH2OH
CH2
H
OH
n Maltotriosas
O
CH2OH
CH2OH
O
O
H
H
H
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
......
O
Digestión del Almidón (cont.)
O
H
HO
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
H
H
OH
H
H
OH
O
H
O
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
n
Amilasa
pancreática
Oligosacáridos
HOCH2
HOCH2
O
H
H
OH
H
H
O
H
O
H
OH
H
OH
OH
CH2OH
CH2OH
O
H
.......
O
H
H
OH
O
O
.....
O
H
OH
H
H
OH
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
OH
Maltotriosas
CH2OH
O
H
O
H
O
CH2
H
OH
Maltosas
H
CH2OH
CH2OH
H
H
H
H
OH
H
O
H
H
OH
H
H
OH
O
H
H
O
H
OH
H
H
OH
H
......
O
Disacaridasas
HOCH2
CH2OH
HOCH2
O
H
H
OH
H
H
H
OH
O
H
H C OH
O
H
Maltasa
HO C H
H
H C OH
OH
OH
H
OH
H
OH
Maltosa
CH2OH
H
OH
CH2OH
H
H
OH
OH
O
H
H
O
H
H2O
O
H
O
2
OH
H C
CH2OH
H
H
OH
H
H
OH
OH
Glucosa
CH2OH
H
O
H
HO
H C OH
CH2OH
OH
Sacarosa
H C OH
H C OH
Sacarasa
O
O
H
HO C H
H C OH
C
HH2O
CH2OH
OH
OH
H
CH2OH
CH O
CH2OH O
H
H
OH
+
HO
H
H
OH
OH
OH
Glucosa
Fructosa
H C OH
O
OH
H
OH
OH
H
OH
H
H
H
H
OH
O
H
CH
CH22OH
OH
OH
H
HO C H
O
CH2OH
Lactosa
H C OH
Lactasa
O
H
H C OH
H2HOC
CH2OH
CH2OH
H C OH O
O
H
H CH
H
H 2OH
H
H
OH
H
OH
OH OH
OH
OH
OH
D-Fructosa
H
H
H
-D-Fructofuranosa
HO C H
H C OH
H
CH2OH
CH2OH
OH
H
Glucosa
D-Manosa
(-D-Manopiranosa)
O
H
OH
+
H
CH2OH
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
HO
H
OH
CH2OH
OH
H
Galactosa
D-Galactosa
(-D-Galactopiranosa)
-D-Fructofuranosa
Proceso digestivo en los rumiantes herbívoros
Microorganismos
Retículum fermentadores
de celulosa
Esófago
Idem retículum. El
Rumen bolo alimenticio es
regurgitado a la
El alimento
boca.
fermentado y los
Omasum microorganismos
son concentrados
por reabsorción de
agua.
Abomasum
HCl y proteasas
CH2OH
OH
O
H
HO
H
H
OH
H
H
O
OH
H
O
OH
OH
H
H
H
O
H
OH
H
H
O
CH2OH
H
O
H
H
OH
H
H
H
CH2OH
H
H
OH
O
CH2OH
OH
n
Celulosa
Celulasa
n H2O
CH2OH
OH
OH
H
H
O
H
HO
H
H
OH
H
H
H
OH
O
OH
H
O
CH2OH
n Celobiosa
H
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
Lombriz
Tiburón
Humano
¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los
tejidos donde serán metabolizados?
¿Cómo llegan las unidades de monosacáridos a los
tejidos donde serán metabolizados?
GLUT5
Fructosa
Glucosa
Galactosa
Fructosa
Glucosa
Galactosa
SGLUT
Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed,
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 ingeridos con los alimentos, 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.
DEGRADACION
SINTESIS
Metabolismo
DG
Estructuras simples
SINTESIS
Catabolismo
DEGRADACION
Estructuras complejas
Anabolismo
Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
VIAS CATABOLICAS
(Degradación oxidativa)
Productos
finales
carentes
de Energía
CO2
H2O
Proteínas
NH3
NAD+
NADP+
FAD
ADP+HPO42-
NADH
NADPH
FADH2
ATP
Moléculas
Precursoras
Macromoléculas
Celulares
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ácidos Nucleicos
Energía
Química
VIAS ANABOLICAS
(Síntesis reductora)
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Bases nitrogenadas
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
a
b
A
B
c
d
C
D
Vías
E
p
P
a
b
A
B
c
Q
d
C
D
f
E
e
S
P
Ciclos
d
S
A
a
B
D
c
a
C
b
A
B
M
Cascadas
N
X
Y
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?
GLUT5
Fructosa
Glucosa
Galactosa
Fructosa
Glucosa
Galactosa
SGLUT
Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed,
Transportadores de Glucosa (uniporters)
3- La Glu es liberada al
interior celular y la proteína
transportadora retorna a su
conformación original.
2- La proteína
transportadora
cambia su
conformación.
1- La Glu se une a
un sitio del
transportador
abierto.
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?
Esquema general del metabolismo de carbohidratos
Otros tejidos como
por ej. tej. nervioso
Ciclo de
Cori
O2
O2
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
* La glucosa es
requerimiento celular.
fosforilada en el
6 CH2OH
5
H
4
OH
O
H
OH
H
2
3
H
OH
6 CH OPO 2
2
3
5
O
ATP ADP
H
H
4
1
OH
Mg
2+
OH
Hexokinase
glucose
Isoenzima IV
o Glucoquinasa
3
H
H
2
H
1
OH
OH
glucose-6-phosphate
Isoenzimas I, II, III
Hexoquinasas
H
OH
carbono 6
-En distintas proporciones según el tejido.
- Son inespecificas.
- Km Glu = 0.01-0.1 mM
- En hígado y células beta del páncreas.
- Es muy especifica, solo D-Glucosa.
- Km Glu = >10 mM.
Destinos metabólicos de la glucosa
en una célula hepática
Glucógeno
Glucógeno-génesis
Glucosa-6-fosfatasa
Via de las Pentosas
GLUCOSA-6-P
Glucosa
Ribosa-5-P
Via Glicolitica
Piruvato
Destinos metabólicos de la glucosa
en una célula vegetal
Almidón
Sacarosa
Via de las Pentosas
GLUCOSA-6-P
Ribosa-5-P
Via Glicolitica
Piruvato
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.
•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
-Universal.
-Todos los
intermediarios
fosforilados.
- No requiere O2
Bibliografía
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- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed.,
Barcelona (2010).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).
2- DONALD NICHOLSON, International Union of Biochemistry & Molecular Biology
(IUBMB), IUBMB-Nicholson Metabolic Maps, Minimaps & Animaps. Department of
Biochemistry and Microbiology, The University, Leeds, England.
(http://www.iubmb-nicholson.org).
3- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).
4- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med.
Panamericana,(2006), Madrid, España.