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LIC. NUTRICIÓN
QUÍMICA BIOLÓGICA
2016
UNSL-LIC. NUTRICIÓN
QCA. BIOLÓGICA-2016
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
Repasemos….
Nutrición y Metabolismo
de los Hidratos de Carbono (HC)
Digestión de Carbohidratos
Conversión de los HC en sustancias absorbibles en el tracto intestinal:
desdoblamiento mecánico y químico de los HC
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.
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
TERMINOLOGÍA
• GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa
(fructosa, galactosa) hasta piruvato. VÍA GLICOLÍTICA
• GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a glucosa
• GLUCOGENOGENESIS: Síntesis de glucógeno a partir de
glucosa
• GLUCONEOGENESIS: Síntesis de glucosa a partir de
otros precursores diferentes a hidratos de carbono
VIA GLICOLÍTICA
(Ruta de Embden – Meyerhof)
VIA GLICOLÍTICA (GLICOLISIS)
Características generales
• Es una vía UNIVERSAL
• CITOPLASMATICA
• No requiere de oxígeno
• Una HEXOSA (6C) se convierte en 2 TRIOSAS (2x3C)
• Se sintetiza ATP por fosforilación a nivel de sustrato
• Se producen NADH (2 moléculas)
• 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 triosas3-fosfato. Este proceso
consume 2 ATP
•FASE II (Reacciones 6-10).
Las dos moléculas
anteriormente formadas se
convierten a dos moléculas
de piruvato, con la
producción de 4 ATP y 2
NADH
Citosol celular
-Universal.
-Todos los
intermediarios
fosforilados.
-No requiere
O2
GLUCOSA
Hexoquinasa
ADP
Isomerasa
Fosfofructo
quinasa
ADP
Aldolasa
NAD+
Glicer.deshidrog
ADP
P-Glicerato
quinasa
Mutasa
Enolasa
ADP
Piruvato quinasa
PIRUVATO
2 X 3C
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
2 TRIOSAS
las
 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
Esquema de reacciones que ocurren en la Vía Glicolítica.
FASE
PREPARATORIA
FASE
De
BENEFICIO
(GuíaTP Qca. Biológica, 2016)
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
PREPARATORIA
¿Qué enzimas participan en Vía Glicolítica?
-Según la reacción que catalizanRecordemos de la 1ra clase….
1-OXIDORREDUCTASAS
Alcohol deshidrogenasa
(EC 1.1.1.1)
Clase - subclase - subsubclase -
Lactato
1
deshidrogenasa
2-TRANSFERASAS
Hexoquinasa
(EC 2.7.1.2)
1
1
27
nº de orden
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
6 CH2OH
5
H
4
OH
O
H
OH
H
2
3
H
OH
GLUCOSA
glucose
6 CH OPO 2
2
3
5
O
ATP ADP
H
H
1
OH
4
Mg2+
OH
HEXOQUINASA
Hexokinase
H
OH
3
H
H
2
H
1
OH
OH
glucose-6-phosphate
GLUCOSA-6-P
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
PREPARATORIA
Reacción 2. Isomerización
Conversión de G-6-P (isómero aldosa) a fructosa-6-fosfato (F-6-P,
isómero cetosa)
Enzima: Fosfogluco-isomerasa
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
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
PREPARATORIA
Reacción 3. Consumo del segundo ATP
Enzima: fosfofructoquinasa
Fosforilación de F-6-P para formar Fructosa-1,6-bisfosfato (FBP)
Reacción irreversible
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.
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
PREPARATORIA
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
2
1C H 2 O P O 3 
2C
HO
H
H
1
H
CH
C
4
O H
C
C
O H
3
5
C
O
Aldolasa
6C H 2 O P O 3
fructosa -1,6 bisfosfato
2
2
2
3
2
O
3
CH
OPO
2
OH
dihidroxiacetona
fosfato
(DHAP)
H
4
+
5
H
6
O
C
C
OH
C H 2O P O
3
2
gliceraldehído-3 fosfato
(GAP)
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
PREPARATORIA
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
2
1C H 2 O P O 3 
2C
HO 3C
H 4C
O
H
Aldolasa
OH
H 5C O H
2
6C H 2 O P O 3
fructosa-1,6bisfosfato
H
C H 2 O P O 32 
C
O
C H 2O H
+
O
C
H
C
OH
C H 2O PO 32 
dihidroxiacetona gliceraldehído-3fosfato
fosfato
Triosafosfato-isomerasa
Dos moléculas de 3 carbonos
FASE II (Reacciones 6-10)
FASE DE BENEFICIO
 Oxidación de los esqueletos carbonados de
2 TRIOSAS
las
 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
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
de
BENEFICIO
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).
Gliceraldehído-3-fosfato
deshidrogenasa
H
O
1C
2
H
2
C
OH
OPO32
+ H+ O
2 NAD+2 NADH
1C
+ +2 Pi
H C OH
3 CH2OPO3
2
gliceraldehído3-fosfato
fosfato inorgánico
2
2
2
3CH2OPO3
1,3-bisfosfoglicerato
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
de
BENEFICIO
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
Fosfoglicerato quinasa
1C
2
O
OPO322 ADP2 ATP O
O
H 2C OH
2
3 CH2OPO3
1,3-bisfosfoglicerato
C
Mg
2+
2H
1
C
2
OH
3 CH2OPO3
2
3-fosfoglicerato
1ra Fosforilación
a nivel del sustrato
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
de
BENEFICIO
Reacción 8. Transferencia intramolecular de fosfato
Enzima: fosfogliceromutasa
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
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
de
BENEFICIO
Reacción 9. Formación del segundo intermediario de
"alta energía”.
Enzima: enolasa
Deshidratación del 2-PG a fosfoenolpiruvato (PEP),
Enolasa
O
O
C
2
C
1
H
C
2
O
O
OPO32
3 CH2OH
2-fosfoglicerato
Mg2+ 1
2 2C ~ OPO32
3 CH2
fosfoenolpiruvato
complejo activo con catión magnesio.
+ H2O
VÍA
GLICOLÍTICA
FASE
de
BENEFICIO
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.
Piruvato quinasa
O
O
C
1
2 ADP 2ATP
2 2C ~ OPO32Mg
3 CH2
fosfoenolpiruvato
O
O
C
C
1
2+
2
o Mn
2+
C
2
O
O
1
OH
3 CH2
enolpiruvato
22C
O
3 CH3
piruvato
2da Fosforilación
a nivel del sustrato
6C
GLUCOSA
Hexoquinasa
ADP
Isomerasa
GASTOS
ADP
Fosfofructo
quinasa
Aldolasa
NAD+
ADP
Glicer.deshidrog
P-Glicerato
quinasa
Mutasa
PRODUCTOS
Enolasa
ADP
Piruvato quinasa
PIRUVATO 2 X 3C
TRES Puntos
REACCIONES
QUÍMICAS
de Regulación
de laIRREVERSIBLES
Glicólisis
1° Punto de Control
HEXOQUINASA
2° Punto de Control
FOSFOFRUCTOQUINASA
Enzima alostérica
Principal punto de control
de la Vía Glicolítica
(-)ATP , (-) Glucosa 6 P
(+)Glucosa
(-) ATP, NADH, Citrato y AcGra
de cadena larga
(+) ADP ó AMP, Fruc-2,6 bis-P
3° Punto de Control
Control alostérico y por
modif. covalente
PIRUVATO QUINASA
(-) ATP, Acetil CoA,
desfosforilación
(+) AMP, Fruc-1,6-bis-P,
fosforilación
Hexoquinasas
(fosforilan Glucosa)
Isoenzimas I, II, III
o Hexoquinasas
Isoenzima IV o
Glucoquinasa
- Enzimas constitutivas
- Son inespecíficas
-Km Glu pequeños, 0.01-0.1 mM
(alta afinidad)
-Son inhibidas por su producto
-Tejidos extrahepáticos
- 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
Hexoquinasas
¿cuándo actúan?
Importancia fisiológica
[Glu] normal en sangre (“glucemia”) 5,0 mM
Isoenzimas
I, II, III
Isoenzima IV o
Glucoquinasa
Km Glu pequeños:
-continuo uso de Glucosa por las células
-provisión de Energía permanente
-no modifican su actividad por cambios
en la glucemia
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
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.