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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 OPO322 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 ~ OPO32Mg 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.