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QUIMICA BIOLOGICA
Carreras: LBM, IA y LCTA.
BOLILLA 3 (Lic. en Biol. Molec.): METABOLISMO. Vías metabólicas.
Catabolismo, anabolismo y vías anfibólicas. Recambio metabólico.
Regulación del metabolismo. 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 3 (Ing. en Alim. y Lic. en CyT de los Alim.): Alimentos.
Definición. Sustancias nutritivas. Principales constituyentes de los
alimentos. Macronutrientes. Fibras y Carbohidratos. Metabolismo de
los hidratos de carbono. Digestión y absorción. Sistemas de
transporte. Importancia de los carbohidratos en la alimentación.
Glucólisis. Vía de Embden-Meyerhof. Fases de la glucólisis.
Regulación. Fermentación alcohólica, láctica y acética. Importancia
en la industria alimentaria. Balance energético.
Química Biológica
IA, LCyTA, LBM.
Importancia biológica del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar compuestos ingresados o 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
CATABOLISMO
METABOLISMO DE
CARBOHIDRATOS
ANABOLISMO
• Transporte electrónico y
fosforilación oxidativa.
• Vía Glicolítica.
• Fermentación
• Transformación del piruvato en
Acetil-CoA
• Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos o Ciclo de Krebs
• Degradación de glucógeno o de
Almidón.
• Gluconeogénesis.
• Síntesis de glucógeno en
animales (o de almidón en
plantas).
• Síntesis de sacarosa en
plantas.
Destinos metabólicos de la Glu-6-P
Glucógeno
Glucógeno-génesis
(principalmente en hígado y músculo)
Glucosa-6-fosfatasa
(sólo en hígado)
Glucosa
GLUCOSA-6-P
Via de las Pentosas
Ribosa-5-P
Via Glicolitica
Piruvato
Vía Glicolítica
•FASE I. Fase preparatoria en
la que la glucosa es
fosforilada, isomerizada y
fragmentada, dando lugar a
dos moléculas de
gliceraldehído-3-fosfato. Este
proceso consume 2 ATPs.
•FASE II. Las dos moléculas
anteriormente formadas se
convierten en dos moléculas de
piruvato, con la producción de 4
ATPs y 2 NADH.
- Vía Universal.
Ejemplo de
unidad del mundo
biológico.
- Todos los
intermediarios se
encuentran
fosforilados.
- El NAD+ es el
agente oxidante.
- No requiere O2
(anaerobiosis).
- Es el mecanismo
proveedor de E
mas antiguo
desde el punto de
vista evolutivo.
VIA GLICOLITICA- FASE I
Hexoquinasa
Fosfoglucoisomerasa
Fosfofructoquinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
•Las reacciones las dos fases de la glucólisis pueden
desglosarse en sus 10 reacciones:
Reacción 1. Fosforilación de la glucosa a partir del consumo del
primer ATP.
6 CH2OH
5
H
4
OH
O
H
OH
H
2
3
H
OH
glucosa
6 CH OPO 2
2
3
ATP ADP
H
H
4
1
OH
5
Mg
2+
OH
O
H
OH
3
H
2
Hexoquinasa H
OH
glucosa-6-fosfato
H
1
OH
VIA GLICOLITICA- FASE I
Hexoquinasa
Fosfoglucoisomerasa
Fosfofructoquinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
Reacción 2. Isomerización. Conversión de G-6-P (isómero aldosa) a
fructosa-6-fosfato (F-6-P, isómero cetosa) catalizada por la
Fosfoglucoisomerasa. Primero debe abrirse el anillo para que ocurra
la isomerización, con posterior ciclación de la fructosa.
6 CH OPO 2
2
3
5
O
H
4
OH
H
OH
3
H
H
2
OH
H
1
OH
6 CH OPO 2
2
3
1CH2OH
O
5
H
H
4
Mg2+ o Mn2+ OH
HO
2
3 OH
H
Fosfoglucoisomerasa
glucosa-6-fosfato
fructosa-6-fosfato
VIA GLICOLITICA- FASE I
Hexoquinasa
Fosfoglucoisomerasa
Fosfofructoquinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
Reacción 3. Consumo del segundo ATP. La fosfofructoquinasa
fosforila la F-6-P para formar fructosa-1,6-bifosfato (FBP).
Fosfofructoquinasa
6 CH OPO 2
2
3
O
5
H
H
4
OH
6 CH OPO 2
2
3
1CH2OH
O
ATP ADP
HO
2
3 OH
H
fructosa-6-fosfato
5
Mg2+
1CH2OPO32
H
H
4
OH
HO
2
3 OH
H
fructosa-1,6-bisfosfato
La Fosfofructoquinasa es una enzima alostérica y esta reacción
es el principal sitio de control de la velocidad de la vía glicolítica.
VIA GLICOLITICA- FASE I
Hexoquinasa
Fosfoglucoisomerasa
Fosfofructoquinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
Reaccion 4. Formación de triosas fosfato. La aldolasa cataliza la
rotura de la F-1,6-BP en dos triosas, el gliceraldehído-3-fosfato
(GAP) y la dihidroxiacetona fosfato (DHAP).
Dos moléculas de 3 carbonos
2
1CH2 OPO3 
2C
HO 3C
H 4C
O
H
H
Aldolasa 1
OH
H 5C O H
2
6CH2 OPO3
fructosa-1,6bisfosfato
CH 2 OPO32
2C O
3 CH 2 OH
+
O
4C
H 5C
OH
2
6 CH 2O PO 3
dihidroxiacetona gliceraldehído-3fosfato
fosfato
VIA GLICOLITICA- FASE I
Hexoquinasa
Fosfoglucoisomerasa
Fosfofructoquinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
Reacción 5. Isomerización. Sólo uno de los productos de la
rotura aldólica, 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
2
1CH2 OPO3 
2C
HO 3C
H 4C
O
H
H
Aldolasa
OH
H 5C O H
2
6CH2 OPO3
fructosa-1,6bisfosfato
CH 2 OPO32
C
O
CH 2 OH
+
O
C
H
C
OH
CH 2O PO 32
dihidroxiacetona gliceraldehído-3fosfato
fosfato
Triosafosfato-isomerasa
Gliceraldehído-3-P
deshidrogenasa
Fosfoglicerato
quinasa
Fosfoglicero
mutasa
Enolasa
Piruvato
quinasa
Reacción 6. Formación del primer intermediario de "alta energía”.
La gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación y
fosforilación del Gli-3-P, por el NAD+ y fosfato inorgánico (Pi), para
producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG).
Gliceraldehído-3-fosfato
deshidrogenasa
H
O
1C
2
H
2
C
OH
OPO32
+ H+ O
2 NAD+2NADH
1C
+ +2 Pi
H C OH
3 CH2OPO3
2
gliceraldehído3-fosfato
fosfato inorgánico
2
2
2
3CH2OPO3
1,3-bisfosfoglicerato
Gliceraldehído-3-P
deshidrogenasa
Fosfoglicerato
quinasa
Fosfoglicero
mutasa
Enolasa
Piruvato
quinasa
Reacción 7. Primera producción de ATP. Se forma el primer ATP por
fosforilación a nivel de sustrato, rindiendo además 3-fosfoglicerato
en una reacción catalizada por la fosfoglicerato quinasa (PGK).
Fosfoglicerato quinasa
1C
2
O
OPO322 ADP2ATP O
O
H 2C OH
2
3 CH2OPO3
1,3-bisfosfoglicerato
C
1
Mg
2+
2H
C
2
OH
3 CH2OPO3
2
3-fosfoglicerato
Gliceraldehído-3-P
deshidrogenasa
Fosfoglicerato
quinasa
Fosfoglicero
mutasa
Enolasa
Piruvato
quinasa
Reacción 8. La fosfogliceromutasa cataliza la transferencia
intramolecular de fosfato y la conversión de 3PG a 2-fosfoglicerato.
Fosfogliceromutasa
O
O
C
C
1
2H
C
2
O
O
1
OH
3 CH2OPO3
Mg2+
2
3-fosfoglicerato
2H
C
2
OPO32
3 CH2OH
2-fosfoglicerato
Gliceraldehído-3-P
deshidrogenasa
Fosfoglicerato
quinasa
Fosfoglicero
mutasa
Enolasa
Piruvato
quinasa
Reacción 9. Formación del segundo intermediario de "alta
energía”. La enolasa cataliza la deshidratación del 2-PG a
fosfoenolpiruvato (PEP), formando un complejo activo por la
presencia del catión magnesio.
Enolasa
O
O
C
C
1
2
H
C
2
O
O
OPO32
3 CH2OH
2-fosfoglicerato
Mg2+ 1
2 2C ~ OPO32
3 CH2
fosfoenolpiruvato
+ H2O
Gliceraldehído-3-P
deshidrogenasa
Fosfoglicerato
quinasa
Fosfoglicero
mutasa
Enolasa
Piruvato
quinasa
Reacción 10. Producción del segundo ATP. La piruvato quinasa
cataliza el acoplamiento de la energía libre de la hidrólisis del PEP
a la síntesis de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) para formar
piruvato.
Piruvato quinasa
O
O
C
1
2 ADP 2ATP
2+
fosfoenolpiruvato
C
2
o Mn
C
2+
2
O
O
C
1
2 2C ~OPO32Mg
3 CH2
O
O
1
OH
3 CH2
enolpiruvato
22C
O
3 CH3
piruvato
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf
Regulación de la vía glicolítica
- La velocidad de la glucólisis depende de
la disponibilidad de sustrato y el estado
de oxidorreducción de la célula. Se
requieren GLU, ADP, Pi, y NAD+.
- En particular, existen tres puntos de
control en la via glicolitica:
Pi (+)
ADP
HK: Hexoquinasa
PFK: Fosfofructoquinasa
PK: Piruvato quinasa
ADP
- En todos estos puntos la insulina
activa, mientras que el glucagón inhibe,
la actividad enzimática, en forma
indirecta, controlando la fosforilacióndesfosforilación de dichas enzimas
reguladoras.
Acetil-CoA
¿Cómo la Fructosa-2,6-difosfato regula la glucólisis
en hígado?
Aumenta afinidad
por F-6-P y
disminuye la
inhibición por ATP
Algo más sobre la Piruvato quinasa…
Degradación de
otros azúcares a
través de la vía
glicolítica.
Fructosa.
Degradación de otros azúcares a través de la vía glicolítica
Galactosa.
OH
H2C
Degradación de otros
azúcares a través de la vía
glicolítica. Fructosa,
Galactosa y Manosa
O H
HO
H
OH
H
H
OH
H
OH
D-Galactosa
ATP
Galactoquinasa
ADP
Galactosa-1-P
Glucógeno
Fosforilasa a
Pi
UDP-Glu
Gal-1-P
uridiltranferasa
+
Glucosa-1-P
4-Epimerasa
OH
H2C
Fosfogluco
mutasa
O H
H
H
HO
Glucosa-6-fosfato
Hexoquinasa
H
OH
OH
OH
H
H
D-Manosa
Fosfogluco
Isomerasa
OH
O H2C
H HO
OH
OH H
D-Fructosa
ATP
ADP
Fructosa-6-fosfato
Hexoquinasa
ATP
ADP
Fructoquinasa
ADP
Fosfofructoquinasa
Fructosa
1,6 difosfato
Fructosa-1-fosfato
Aldolasa
Fructosa 1-fosfato
aldolasa
+
Hexoquinasa
Fosfomanosa
isomerasa
ATP ADP
ATP
Glceraldehído
H
OH
OH
HO
OH
D-Glucosa
CH2
H2C
H
ADP
OH
HO
UDP-Glucosa
ATP
H
OH
H
UDP-Galactosa
Fosfato de
dihidroxiacetona
Triosaquinasa
ATP ADP
Gliceraldehído-3-fosfato
Triosafosfato
isomerasa
Manosa-6-fosfato
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
bacterias
lácticas)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
A. Fermentación láctica
•En el músculo, especialmente durante el ejercicio intenso, cuando la
demanda de ATP es elevada y se ha consumido el oxígeno, la lactato
deshidrogenasa (LDH) cataliza la reducción del piruvato para dar lactato,
utilizando el NADH provisto por la G-3-P deshidrogenasa. También en
eritrocito y en las bacterias lácticas.
Lactato deshidrogenasa
O
O
C
C
NADH + H+ NAD+
O
O
O
C
HC
OH
CH3
CH3
piruvato
lactato
•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
O2
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
bacterias
lácticas)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
B. Fermentación alcohólica
•En levadura (Sac. cerevisiae), el NAD+ se regenera en condiciones
anaeróbicas mediante un proceso de gran importancia para la industria
alimenticia: la conversión de piruvato a etanol y dióxido de carbono a través
de las siguientes reacciones:
Piruvato
descarboxilasa
Alcohol
deshidrogenasa
O
O
CO2
C
C
O
CH3
piruvato
H
O
NADH + H+ NAD+
C
PPT
CH3
acetaldehído
H
H
C
OH
CH3
etanol
Fermentación acética
(Gluconobacter y Acetobacter)
NAD(P)+ NAD(P)H + H+
CH3-CH2-OH
Etanol
O2
CH3-CHO
Alcohol
Acetaldehído
deshidrogenasa
NAD(P)+ NAD(P)H + H+
O2
Acetaldehído
deshidrogenasa
CH3-COOH
Ac. acético
Balance energético de la vía glicolítica
¿Cuánta energía rinde un mol de glucosa en anaerobiosis?
GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Gasto de ATP:
- Hexoquinasa………...............… -1ATP
- Fosfofructoquinasa…………..… -1ATP - 2ATP
Producción de ATP:
- Fosfoglicerato quinasa …. + 1ATP (x2)
- Piruvato quinasa ………... + 1ATP (x2) +4 ATP
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
lactobacilos)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
Balance o rendimiento en ATP…. +2 ATP
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).
4- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de
los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San
Luis.
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.