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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 Glucógeno Glucosa GLUCOSA-6-P Gluconeogénesis Ribosa-5-P 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 OXALACETATO + H+ PIRUVATO + CO2 + H2O (+) Acetil-CoA ENZIMA MITOCONDRIAL ATP ADP+ Pi 2)- FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA OXALACETATO GTP FOSFOENOLPIRUVATO + CO2 GDP ISOENZIMAS CITOSOLICA Y MITOCONDRIAL 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: (+) Glucagón Fructosa-1,6 bisfosfatasa Hormona hiperglucemiante Activa la Gluconeogénesis • Alostérica Fructosa-1,6 bisfosfatasa (-) AMP y ADP LACTATO Sitio celular en que ocurre la GLUCONEOGÉNESIS Sitio celular en que ocurre la GLUCONEOGÉNESIS 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 Glucógeno GlucógenoGlucógenogénesis lisis Glucosa-6-fosfatasa Via de las Pentosas (solo en hígado) GLUCOSA-6-P Glucosa Ribosa-5-P Gluconeogenesis Glicólisis -Via Glicolitica Piruvato METABOLISMO DEL GLUCOGENO DEGRADACION BIOSINTESIS GLUCOGENOLISIS GLUCOGENOGENESIS La síntesis y degradación de glucógeno está cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula Estructura del Glucógeno Gránulos de Glucógeno (hepatocito) Micrografía electrónica mitocondria 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 ¿Es ventajoso tener una estructura ramificada? Ramificación de la molécula de Glucógeno: 10% 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 Estructura del Glucógeno unión (a 1-4) Cadena lineal Extremos No Reductores unión (a 1-6) Punto de Ramificación Función general Función principal Otras funciones FUNCIONES DEL GLUCÓGENO Almacena el exceso de Glucosa de la dieta Cubre las necesidades de Glucosa a corto plazo (hipoglucemia, hipoxia) GLUCÓGENO HEPÁTICO GLUCÓGENO MUSCULAR -Mantiene la concentración -Combustible de reserva de Glucosa en sangre para la contracción (tras las comidas y en las muscular intensa primeras fases del ayuno) -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 Tamaño de los depósitos -10% peso húmedo del hígado -duran sólo 12-24 hs durante el ayuno!! -Músculo: Carece de la fosfatasa que desfoforila Glu-6P -No puede liberar Glu a la sangre -Se degrada para obtener energía en el músculo -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 GLUCOGENOGENESIS ¿Qué enzimas intervienen? 1) Fosfoglucomutasa 2) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa1-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 Hexoquinasa UTP Glucosa-6-fosfato UDP-Glu fosforilasa Fosfoglucomutasa Glucosa-1-fosfato UDP UDP-Glucosa Etapa 3) FORMACION DE UDP-Glucosa GLUCOGENOGENESIS Etapa 4) Elongación de la cadena de Glucógeno Glucógeno sintasa UDP-Glucosa + Glucógeno (n) (preexistente ó “Glucogenina”) Glucógeno (n+ 1) + UDP Etapa 4) REACCION DE LA GLUCOGENO SINTASA Uridina n UDPglucosa Glucógeno (extremo no reductor) Uridina UDP Nuevo extremo no reductor Glucógeno (n+1) Glucógeno sintasa 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 (a1->6) en los puntos de ramificación. Enzima ramificante Punto de ramificación (α-1,6) Extremos no reductores GLUCOGENOGENESIS Gasto Energético • Glucosa-6-P 1 ATP • Activación de glucosa (UDP + ATP = UTP + ADP) 1 UTP • 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. INSULINA (+) Fosfatasa Sintasa B P ADRENALINA GLUCAGÓN Sintasa A (muy activa) (poco activa) (+) ADP P Quinasa ATP Regulación Hormonal de la GLUCÓGENO-GENESIS Glucógeno sintasa Hormonal (+) Insulina (-) Adrenalina ó Glucagón Alostérica (+) Glucosa-6-fosfato (-)Ca++ (-) Glucógeno Resumiendo… GLUCOSA-6P Fosfo-glucomutasa Síntesis de Glucógeno 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 GLUCOGENOn + Pi GLUCOGENOn-1 + GLUCOSA-1-P SE ELIMINA UN PUNTO DE RAMIFICACIÓN • AMILO- a(1,6)-GLUCOSIDASA (Enzima desramificante) GLUCOGENOn + Pi GLUCOGENO n-1 + GLUCOSA Degradación del GLUCÓGENO Glucógeno fosforilasa Glucógeno fosforilasa Enzima desramificante (a1,4a1,4) glucanotransfersa n Glu-6-P Enzima desramificante (a16) glucosidasa Glu-6-P Hexoquinasa SÍNTESIS Resumiendo… (Hígado) Síntesis y Degradación del Glucógeno Fosfo-glucomutasa (Hígado) DEGRADACIÓN REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS a) 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. Insulina (+) Fosforilasa fosfatasa (PPT) Glucagón (higado) Fosforilasa quinasa Adrenalina Ca2+, AMP (músculo) 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 INACTIVA GLUCOSA-6-P UTP UDPG GLUCOGENO (n) Fosforilación ACTIVA GLUCOGENO n-1 GLUCOSA-1-P UDPGpirofosforilasa Glucógeno UDP sintasa Enzima ramificante GLUCOGENO n+1 Enzima desramificante Glucógeno fosforilasa Pi ¿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. 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. Problema !! HIPOGLUCEMIA GLUCAGÓN - + GLUCÓGENOGENESIS GLUCÓGENOLISIS GLUCEMIA Problema !! HIPERGLUCEMIA INSULINA - + GLUCÓGENOGENESIS GLUCÓGENOLISIS GLUCEMIA 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.
