Metabolismo (Bioenergética, Glucolisi, Krebs, Fosfo Oxid, Gluconeo) 144

Metabolismo

• Principios Básicos de Bioenergética

• Glicólisis y formación de Acetil Co-A

• Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa

• Biosíntesis de Glúcidos

Metabolismo celular:� Red de reacciones catalizadas por enzimas, que consta de

reacciones anabólicas y catabólicas.

Sistemas Reacciones Químicas

� En una reacción química hay dosfuerzas impulsoras diferenciadas.Por una parte, se ve favorecido elsentido exotérmico, mientras que,por otra parte, se favorece elsentido de la reacción en el que hayun aumento del desorden.

Funciones de Estado Termodinámicas

� ∆H = Entalpía (enlaces)

>0 endotérmica; <0 exotérmica

� ∆S = Entropía (desorden)

>0 aumenta desorden; <0 disminuye desorden

� ∆G = Energía libre de Gibbs (espontaneidad)

∆G=∆H-T∆S

>0 no espontánea (Endergónica); <0 espontánea (Exergónica)

T y P ctes

� ΔGº (-) = reacciones exergónicas . Se producen espontáneamente en la dirección en que se encuentran escritas y liberan energía.

� ΔGº (+) = reacciones endergónicas . No se producen en la forma en que están escritas y para que ocurran se debe absorber energía.

Reacciones acopladas

ΔG en condiciones no estándar (pero P cte)

ΔGº en condiciones estándar (25ºC, 1 atm cte)

ΔG’º en condiciones estándar bioquímicas (pH=7,0)

Reacciones acopladas Reacciones acopladas

Reacciones acopladas� Por ejemplo para la reacción:

� A → B ΔGº = 4 Kcal/mol

�

Esta reacción no ocurre de izq. a der. en condiciones estándar, ocurre la reacción inversa. Pero si se asocia a la reacción de hidrólisis de ATP:

� A → B ΔGº = 4 Kcal/mol

� ATP + H2O → ADP + Pi + H+ ΔGº = -7,3 Kcal/mol

___________________________________

� A + ATP + H2O → B + ADP + Pi + H+ ΔGº = -3,3 Kcal/mol

La energía es necesaria para llevar a cabo las reaccionesendergónicas. ATP: es el principal compuesto intermediarioo portador de energía .

� El ATP es un nucleótido especializado que contieneadenina, ribosa y tres grupos fosfatos. En sus actividadescelulares funciona como un complejo con Mg2+ .

� Existen fosfatos de alta energía y de baja energía. Laposición intermedia del ATP le permite desempeñar unafunción importante en la transferencia de energía.

Adenina

Ribosa

Grupos Fosfato

El cambio de energía libre en la hidrólisis del ATP (ΔGº = -7.3Kcal/mol) le permite acoplarse a una serie de reaccionesendergónicas y a su vez el valor moderado de la síntesis deATP le permite ser resintetizado en condiciones adecuadas.

Hidrólisis del ATP

� Puede ocurrir en 3 etapas:

� ATP + H2O ↔ ADP + Pi ∆G=-30,5 kcal/mol

� ADP + H2O ↔ AMP + Pi ∆G=-32,8 kcal/mol

� AMP + H2O ↔ adenosina + Pi ∆G=-14,2 kcal/mol

La energía libre estándar de cada una de estasreacciones varía dependiendo del pH, la fuerzaiónica y concentración de Mg2+

Ejemplo de reacción acoplada a hidrólisis de ATP

� La donación directa de un grupo fosforilo(fosfato) del PEP al ADP es factibletermodinámicamente:

∆G(kJ/mol)

1) PEP + H2O → piruvato + Pi -61,9

2) ADP + Pi → ATP + H2O +30,5

Suma: PEP + ADP → piruvato + ATP -31,4

� Algunas moléculas involucradas en el Metabolismo energético son:

� ATP, GTP, UTP (fosfatos)

� NAD+, NADP+, el FAD, la Ubiquinonao Q, los citocromos y las proteínas Fe-S (electrones)

� CoA (carbono como acetilos)

El NAD (Nicotamin-adenin-dinucleótido)

Nucleótido transportador de e- y H + : El FAD: transporta e- y H+

Las flavoproteínasposeen como grupo prostético a mononucleótidos como FMN ( flavina mononucleótido) y FMNH2 (flavín mononucleótido reducido).

La ubiquinona o coenzima Q ( forma oxidada) y la Coenzima Q reducida QH2 transfiere e- y H+ . Transfieren sólo e-:

� Los citocromos : poseen como grupo prostético un átomo de hierro asociado a la parte central del grupo HEM.

� Proteínas Fe-S : poseen como grupo prostético Fe asociado a átomos de azufre inorgánico o de cisteínas.

Transportador de grupos acetiloBioenergética y

Metabolismo

� Respiración Celular1. Glicólisis2. Ciclo de Krebs3. Fosforilación Oxidativa

Bioenergética� Intercambios de energía de los seres vivos con su

medio ambiente.� Cambios de energía en las reacciones químicas y

procesos fisicoquímicos de los seres vivos.

ENERGÍA

INCORPORACIÓN

AUTOTROFOS HETEROTROFOS

UTILIZACIÓN

DEGRADACIÓN

CALOR Aumento de ENTROPÍA

DESECHOS

Energía solar

Alimentos

Metabolismo

� Suma de todas las transformaciones químicas que seproducen en una célula u organismo

� Procesos en los cuales se obtiene y utiliza la energía� Anabolismo

� Catabolismo

� Metabolismo Basal: Energía necesaria para el desarrollo de lasfunciones vitales y el mantenimiento de la temperatura corporal.

¿Cómo hacen los seres vivos para llevar acabo reacciones anabólicas y procesosque requieren energía?

� A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS

Elementos1 Una reacción que libera energía

2 Una reacción que requiera energía

3 Un intermediario común

REACCIONES

EXERGÓNICAS

(Liberan energía libre)

REACCIONES

ENDERGÓNICAS

(Requieren energía libre)ATP

TRANSPORTADOR DE ENERGÍADESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DEENERGÍA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA

RESPIRACIÓN CELULAR (RC)

� Proceso metabólico que tiene como objetivogenerar E (ATP) a partir de metabolitos primarios(moléculas combustibles).

� La RC es un conjunto reacciones químicas por lascuales la energía contenida en los carbohidratos esliberada de manera controlada.

� Desde el punto de vista químico, la respiración seexpresa como la oxidación de la glucosa:

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O ---> 6 CO2 + 12 H2O+ ATP

AcCoA

RESPIRACIÓN CELULAR (RC)Primera etapa Segunda etapa Tercera etapa

Citoplasma Mitocondria membrana internade la mitocondria

GTP

(o Etanol)

RC

Glicólisis� Principal ruta para la degradación de glucosa, casi universal.

� Produce energía e intermedios metabólicos.

� Funciona en ausencia de O2 (aparición de la vida) o en presencia de O2 (aparición de Krebs y Fosf. Oxid.) aunque es un proceso anaeróbico.

� Oxidación de 1 glucosa para producir 2 moléculas de piruvato y atrapar energía en forma de ATP.

� La ruta consta de diez reacciones.

� Reacción neta:

Glucosa + 2NAD+ + 2ADP3- + 2Pi2- → 2 Pir + 2ATP4- + 2NADH + 2H+

3 ATP4-Lactato

-O2O2

Glicólisis

� Consta de dos fases:

� Fase preparatoria

� Consume energía.

� Una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (G3P).

� Fase productiva

� Produce energía.

� G-3-P se convierte en Piruvato.

GlicólisisFase Preparatoria

� Reacción 1: Fosforilación de glucosa:� Glucosa es activada.

� Reacción: fosforilación; irreversible bajo condiciones intracelulares; utiliza ATP.

� Enzima: hexoquinasa: � necesita Mg2+, hepatocitos

contienen glucoquinasa, la cual es específica para glucosa (mantiene los niveles de glucosa)


� Reacción 2:� Reacción: isomerización reversible:

aldosa a cetosa.� Enzima: isomerasa de fosfoglucosa.


� Reacción 3: � Enzima: fosfofructoquinasa-1 (PFK-1).� Paso comprometedor: punto principal

de regulación.� Reacción irreversible bajo condiciones

celulares.


� Reacción 4: Rompimiento de fructosa 1,6-bifosfatada:� Enzima: aldolasa (aldolasa de

fructosa 1,6- bifosfatada).


� Reacción 5: � Sólo gliceraldehído-3-fofatado sigue

glicólisis.� Reacción: isomerización.� Enzima: isomerasa de triosa

fosfatada.� Se completa la fase preparatoria. La

hexosa ha sido fosforilada en los carbonos C-1 and C-6, y se rompe en dos moléculas de GAP.

GlicólisisFase Productiva

� Reacción 6:� Primer paso de la fase productiva.� Enzima: dehidrogenasa de

gliceraldehído-3-fosfatado.


� Reacción 7:� Reacción donde se produce el

primer ATP.� Enzima: quinasa de fosfoglicerato.� La energía liberada por la oxidación

de un aldehído a un grupo carboxílico se conserva por la formación acoplada de ATP (fosforilación a nivel de sustrato).


� Reacción 8: � Cambio reversible.� Reacción: isomerización.� Enzima: mutasa de fosfoglicerato

(Fosfoglicerato mutasa).


� Reacción 9:� Segunda reacción donde se produce

un compuesto de alta energía.� Reacción: deshidratación (remueve

una molécula de agua).� Enzima: enolasa.


� Reacción 10:� Acopla la energía libre de la hidrólisis

de PEP a la síntesis de ATP.� Reacción: fosforilación a nivel de

sustrato; esencialmente irreversible bajo condiciones intracelulares.

� Enzima: quinasa de piruvato.

Control de la Glicólisis

� 1. Hexoquinasa (todos los tejidos); Glucoquinasa (hígado y páncreas):

� Inhibida por G-6-P.

� 3. Fosfofructoquinasa:

� Inhibida por ATP, citrato, ácidos grasos y NADH.

� Activada por AMP, ADP, cAMP, Pi, F6P, F1,6BP, y F2,6BP.

� 10. Piruvato Quinasa:

� Inhibida por ATP, ácidos grasos y acetilCoA.

� Activada por F1,6BP.

HK

HK

HK

HK

Otros sustratos

para Glicólisis

Maltosa

Almidón

vía F1P

Síntesis de triglicéridos

Ruta del Piruvato Fermentación Láctica y ciclo de Cori

� La cantidad de energía que se produce en estas fermentaciones esmucho menor que la producida en condiciones aeróbicas peropresenta la utilidad de regenerar los NAD+ para la vía glicolítica encondiciones anaeróbicas.

Fermentación AlcohólicaVía de las Pentosas Fosfato

� Ruta alternativa para oxidación de la glucosa hasta CO2.� No genera ATP.� Funciones principales:

� Proporciona NADPH para la biosíntesis reductora (ác. Grasos yesteroides) muy importantes en hígado, tej adiposo, cortezasuprarrenal, eritrocitos, testículos, glándulas mamarias durantelactancia.

� Proporciona ribosa-5-fosfato para la biosíntesis de nucleótidos y ác.nucleicos.

Vía de las Pentosas Fosfato

� Además actúa para metabolizar las pentosas de losalimentos, procedentes principalmente de la digestión delos ácidos nucleicos.

� Sus enzimas están localizadas en el citoplasma.� La vía de las pentosas fosfatos se divide en dos partes:

� Fase Oxidativa: Genera NADPH y ribosa-5-P para ATP, CoA, NAD,FAD, DNA, RNA.

G-6-P + 2 NADH + H2O → Ribosa-5-P + 2 NADH + 2H+ + CO2

� Fase No Oxidativa: Interconversión de azúcares con diferentenúmero de átomos de C, a partir de pentosas.

C5 + C5 → C3 + C7

C3 + C7 → C4 + C6

C5 + C4 → C6 + C3Suma 3 C5 → 2 C6 + C3

Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)

Glucosa(6 C)

Glucosa 6P(6C)

Fructosa 6P(6C)

Fructosa 1,6 diP(6C)

Gliceraldehido 3P(3C)

Gliceraldehido 1,3 diP(3C)

3-fosfoglicérico(3C)


Fosfoenolpiruvato(3C)

Piruvato(3C)

Acetil CoA(2C)

Oxalacetato(6C)

Citrato(6C)

α-cetoglutarico(5C)

Succinil co A(4C)

Succínico(4C)

Fumárico(4C)

Málico(4C)

Isocitrato(6C)

ATP

CO2

ATP

ATP

ATP

GTP

CO2

CO2

H2O

ADP ADP

ADP

ADP

GDP+PiATP

ADP

NAD+

NAD+

FAD+

NAD+

NAD+

Pi

NADHH+

NAD+

H2OCoA

x2

FADH2

x2

CoA

NADHH+

NADHH+

NADHH+

NADHH+

Acetaldehido(2C)

Lactato(3C)

Etanol(2C)

NAD+CO2

NAD+

*

NADH-Q reductasa

Ubiquinona

Citocromo C reductasa

Citocromo C

Citocromo c Oxidasa

ATP sintetasa

NADHH+

FADH2NAD+

e-

H+

H+ H+

H+ H+ H+

H+

H+ H+

2H + ½ O2 H2O

H+ H+

H+ H+ H+

H+

ADP+Pi H+

ATP

Cadena de transporte electrónico Síntesis ATP

MMI

MME

Cadena respiratoria

Glicolisis

Oxidación del piruvato

x2

x2

Fermentación alcohólica

Fermentación láctica

RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBIASRENDIMIENTO: 30 ATP (procedentes de 10xNADH) + 4 ATP (procedentes de 2xFADH2) + 6 ATP – 2 ATP – 2 ATP (por entrada de 2xNADH en la mitocondria) = 36 ATP

* Estos dos NADH H+ producen solo 2 ATP cada uno porquees preciso invertir 1 ATP para su traslado a la mitocondria



Glucosa(6 C)

Glucosa 6P(6C)

Fructosa 6P(6C)


Gliceraldehido 3P(3C)

Gliceraldehido 1,3 diP(3C)




Piruvato(3C)

Acetil CoA(2C)

Oxalacetato(6C)

Citrato(6C)


Succinil co A(4C)

Succínico(4C)

Fumárico(4C)

Málico(4C)

Isocitrato(6C)

ATP

CO2

ATP

ATP

ATP

GTP

CO2

CO2

H2O

ADP ADP

ADP

ADP

GDP+PiATP

ADP

NAD+

NAD+

FAD+

NAD+

NAD+

Pi

NADHH+

NAD+

H2OCoA

x2

FADH2

x2

CoA

NADHH+

NADHH+

NADHH+

NADHH+

Acetaldehido(2C)

Lactato(3C)

Etanol(2C)

NAD+CO2

NAD+

*

NADH-Q reductasa

Ubiquinona


Citocromo C

Citocromo c Oxidasa

ATP sintetasa

NADHH+

FADH2NAD+

e-

H+

H+ H+

H+ H+ H+

H+

H+ H+

2H + ½ O2 H2O

H+ H+

H+ H+ H+

H+

ADP+Pi H+

ATP


MMI

MME

Cadena respiratoria

Glicolisis


x2

x2



RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES ANAEROBIASRENDIMIENTO: 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP



Glucosa(6 C)

Glucosa 6P(6C)

Fructosa 6P(6C)


Gliceraldehído 3P(3C)

Gliceraldehído 1,3 diP(3C)




Piruvato(3C)

Acetil CoA(2C)

Oxalacetato(6C)

Citrato(6C)


Succinil co A(4C)

Succínico(4C)

Fumárico(4C)

Málico(4C)

Isocitrato(6C)

ATP

CO2

ATP

ATP

ATP

GTP

CO2

CO2

H2O

ADP ADP

ADP

ADP

GDP+PiATP

ADP

NAD+

NAD+

FAD+

NAD+

NAD+

Pi

NADHH+

NAD+

H2OCoA

x2

FADH2

x2

CoA

NADHH+

NADHH+

NADHH+

NADHH+

Acetaldehido(2C)

Lactato(3C)

Etanol(2C)

NAD+CO2

NAD+

*

NADH-Q reductasa

Ubiquinona


Citocromo C

Citocromo c Oxidasa

ATP sintetasa

NADHH+

FADH2NAD+

e-

H+

H+ H+

H+ H+ H+

H+

H+ H+

2H + ½ O2 H2O

H+ H+

H+ H+ H+

H+

ADP+Pi H+

ATP


MMI

MME

Cadena respiratoria

Glicolisis


x2

x2



RUTAS IMPLICADAS EN LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE GLUCOSA

Bioenergética y Metabolismo


1-40

Introducción

2-40

Descarboxilación Oxidativa

� La oxidación del piruvato a Ac-CoA es catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa (PDH).

� En esta reacción participan 5 coenzimas y 3 enzimas que conforman el complejo enzimático.

Citosol

MatrizMitocondrial

3-40

Piruvato Deshidrogenasa (PDH)

� Ocurren cinco reacciones en secuencia.

� Regulación: alostérica y por modificación covalente.

� Reacción neta:

piruvato + CoA + NAD+ → acetil-CoA + CO2 + NADH

4-40

CICLO DE KREBS

� Serie de 8 reacciones que oxidan una molécula de Acetil CoA.

� Generando ATP, NADH Y FADH.

� Aerobio.

� Vía final común para la oxidación de H. C., grasas y proteínas.

� Cada vuelta proporciona 12 mol de ATP.

� Mitocondria5-40

Ciclo de Krebs

6-40

Funciones del Ciclo de Krebs

� Es la ruta oxidativa principal por la cual todos los nutrientes son catabolizados en los organismos y tejidos aeróbicos.

� Es una importante fuente de intermedios para rutas anabólicas que llevan a la síntesis de un gran número de biomoléculas.

� Es la principal fuente de energía metabólica que se deriva de las reacciones de redox unidas al transporte de electrones.

7-40

Ciclo de Krebs

1. Citrato sintasa

� Inhibidores: NADH, succinil-CoA, citrato, ATP, ésteres de CoA y ácidos grasos de cadena larga (18C).

� Activadores: ADP

8-40

Ciclo de Krebs

2. Aconitasa

9-40

Ciclo de Krebs

3. Isocitrato deshidrogenasa

� Inhibidores: ATP

� Activadores: Ca++, ADP

10-40

Ciclo de Krebs

4. α-cetoglutarato deshidrogenasa

� Inhibidores: NADH, Succinil-CoA

� Activadores: Ca++

11-40

Ciclo de Krebs

5. Succinil-CoA sintasa

12-40

Ciclo de Krebs

6. Succinato deshidrogenasa

13-40

Ciclo de Krebs

7. Fumarasa

14-40

Ciclo de Krebs

8. Malato deshidrogenasa

15-40

Ciclo de Krebs

1. Citrato sintasa

� Inhibidores: NADH, succinil-CoA, citrato, ATP

� Activadores: ADP

16-40

Regulación Ciclo de Krebs

1. Disponibilidad de sustratos

2. Inhibición por acumulación de productos e inhibición por retroalimentación

3. Regulación de las siguientes enzimas:

� (Piruvato deshidrogenasa)

� Citrato sintasa

� Isocitrato deshidrogenasa

� α-cetoglutarato deshidrogenasa

4. El factor regulador más importante es la relación intramitocondrial de [NAD+] / [NADH]

17-40

Regulación Ciclo de Krebs

Inhibición

Activación18-40

Ciclo de Krebs (Vía Anfibólica)

AnapleróticasCatabólicasAnabólicas

Reacciones Anfibólicas

19-40

Bioenergética y Metabolismo


21-40

� El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del catabolismo de carbohidratos. La glucólisis rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos moléculas de piruvato (3 carbonos).

� En eucariotas el piruvato se desplaza al interior de la mitocondria(gracias a un transportador específico de membrana interna). En lamatriz mitocondrial produce acetil-CoA que entra en el ciclo de Krebs.

� El ciclo de Krebs siempre es seguido por la Fosforilación Oxidativa.

Antecedentes previosAcCoA

22-40

Fosforilación Oxidativa

• Ocurre en la mitocondria

• La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de e- en la cadena respiratoria

• Los e- pasan a través de una serie de transportadores incluidos en la membrana interna mitocondrial

• Los transportadores electrónicos mitocondriales funcionan dentro de complejos proteicos ordenados en serie

• La cadena de transporte de e- es un proceso exergónico, que libera energía suficiente para la síntesis de ATP

• Existe una translocación de H+ desde la matriz hacia el EIM (fuerza protomotriz)

• Síntesis de ATP por ATP sintasa

• La fosforilación oxidativa se refiere a la síntesis química de ATP impulsada por el proceso exergónico de transferencia de electrones desde el NADH al O2

23-40 24-40

24-40

� El proceso de fosforilación oxidativa puede dividirse en dos partes:

2. Síntesísde ATP

Cadena Respiratoria

� se realiza transferencia de electrones desdeNADH y FADH2 a través de transportadoreslocalizados en membrana interna de mitocondria.

� O2 aceptor final de e-, para dar H2O.� se genera gradiente electroquímico entre el espacio

intermembrana y matriz.� Debido a sus potenciales de reducción desde (-) a

(+) caso paso de la cadena ocurreespontáneamente.

http://www.maph49.galeon.com/respcel/review4.html26-40

Cadena Respiratoria

� A medida que los e- se mueven a través de los complejos,los H+ son transportados desde la matriz al espaciointermembrana.

� Gradiente de concentración de H+

� Matriz (-), espacio intermembrana (+)

� Los H+ se canalizan de vuelta a la matriz a través de laATP sintasa de la membrana interna. El flujo de protonesdirige en forma indirecta, la reacción

ADP +Pi → ATP + H2O (teoría quimiosmótica).

� Se puede decir que la cadena respiratoria y el complejoATPásico están acoplados mediante un gradienteelectroquímico.

27-40 28-40

29-40 30-40

31-40 32-40

33-40 34-40

35-40

Complejo ATPásico� Se le llama también complejo V o la F0F1 sintasa.� Forma parte de la membrana interna� Constituida por un conjunto de cadenas polipeptídicas

divididas en dos fracciones:� La fracción F0 atraviesa la membrana interna de la mitocondria

y representa la región hidrofóbica del complejo. Actúa como uncanal de H+ permitiendo que sean transportados desde elespacio intermembránico hacia la matriz.

� La fracción F1 es una esfera hidrofílica inmersa en la matrizmitocondrial y formada de varias subunidades.

� Este complejo no contribuye al gradiente de H+ sino loconsume, utilizando la energía para la síntesis de ATP apartir de ADP y Pi.

� La designación “F” significa “factor de acoplamiento”; laATPsintasa acopla la fosforilación de ADP a la oxidaciónde sustratos de la mitocondria. 36-40

Complejo ATPásico� La fracción F0 atraviesa la membrana interna de la

mitocondria y representa la región hidrofóbica del complejo.

� Actúa como un canal de H+ permitiendo que sean transportados desde el espacio intermembránico hacia la matriz.

� La fracción F1 es una esfera hidrofílica inmersa en la matriz mitocondrial y formada de varias subunidades.

37-40

Inhibidores de la Fosforilación Oxidativa

Son drogas y toxinas que inhiben la F. O., lo hacenpuntos determinados de la cadena y la inhibición decualquier paso detiene el proceso.Ejemplo:Cuando la oligomicina inhibe la unidad Fo de la ATPsintasa, los H+ no pueden ser devueltos a la matrizmitocondrial. Como resultado, las bombas de H + sonincapaces de operar, y el gradiente se tornademasiado fuerte como para ser superado.NADH deja de ser oxidado y el ciclo de Krebs deja deoperar porque la concentración de NAD + cae pordebajo de la concentración que estas enzimaspueden utilizar.

Rotenona

Amital Antimicina A

Cianuro

Monóxido de Carbono

Azida

Agentes desacoplantes de la Fosforilación Oxidativa

Son sustancias que introducen H+ desde el espaciointermembrana hacia la matriz mitocondrial,disminuyendo la fuerza protón-motriz y la síntesis deATP.

2,4 – dinitrofenol

No todos los inhibidores de la fosforilaciónoxidativa son toxinas. En el tejido adiposomarrón, existen canales de H+ regulados(proteínas desacopladoras) que soncapaces de desacoplar la respiración de lasíntesis de ATP. Esta respiración rápidaproduce calor, y es importante como víapara mantener la temperatura corporal enla hibernación de los animales.

Si el recién nacido sufre hipoxia, disminuyela generación de calor por este sistema¿por qué?

39-40

TermogeninaMetabolismo de

Carbohidratos

1-32

Rutas Principales del Metabolismo de Carbohidratos

� glicólisis

� glucogenólisis

� Glucogenogénesis (glucogénesis)

� gluconeogénesis

� ruta de pentosas fosfato

� fotosíntesis

2-32

Glucosa

Glicógeno

Piruvato

Glucogenolisis Glucogénesis

GluconeogénesisGlucolisis

Lactato, glicerol, α-cetoácidos

� Polisacárido de reserva animal formado por D–glucosa.� La Glucosa–1–P es la precursora del glucógeno� Similar al almidón de las plantas, pero con más

ramificaciones.� Presenta ramificaciones aproximadamente cada 10

unidades.� Se acumula en forma de gránulos en el citoplasma de

algunas células, como las del hígado o las del músculo.

� Podemos encontrar glucógeno en cualquier tejido.

� En el hígado, los gránulos de glucógeno presentan unmayor tamaño

Glucógeno (glicógeno)

4-32


� Al ser un polisacárido es una reserva de rápidamovilización, ya que la degradación comienza en losextremos de la molécula, y tiene bastantes, ya que estámuy ramificada.

� Se puede degradar o sintetizar allá donde esté.

� Degradación de glucógeno en el hígado se debe a bajosníveles de glucosa en la sangre.

6-32


7-32

DISTRIBUCION DE LA ENERGÍA DE LOS CARBOHIDRATOS EN UNA PERSONA DE 80 KG DE PESO

8-32

A. Glucogenólisis : Ruptura de la molécula de glucógeno

� La degradación a glucosa disponible metabólicamente (glucosa-6-P) necesita la acción combinada de tres enzimas diferentes:

1) Glucógeno fosforilasa2) Enzima desramificante del glucógeno3) Fosfoglucomutasa

9-32

1) Glucógeno fosforilasa� Cataliza la salida secuencial de restos de glucosa

desde el extremo no reductor (rompe enlaces α1→4), según la reacción:

(glucosa)n + Pi <----> (glucosa)n-1 + glucosa-1-P

11-32

2) Enzima desramificantedel glucógeno

� La glucógeno fosforilasa nopuede cortar los enlaces O-glicosídicos en (1-6).

� La enzima desramificantedel glucógeno posee dosactividades: α(1-4) glucosiltransfererasa que transfierecada unidad de trisacáridoal extremo no reductor, yα(1-6) glicosidásica quehidroliza el resto de glucosaunido en α(1-6). 12-32

3) Fosfoglucomutasa� Se encarga de transformar la glucosa-1-P en glucosa-6-

P. Esta reacción, perfectamente reversible, transcurre mediante un mecanismo en el que se origina glucosa-1,6-bis-fosfato.

� En el hígado existe otra enzima muy importante, la glucosa-6-fosfatasa, necesaria para que pueda cumplir su función de proveedor de glucosa a otros tejidos.

15-32

Export23-32

B. Glucogenogénesis: Síntesis de glucógeno� Comienza con la transformación de G-6-P a G-1-P por la

fosfoglucomutasa.

� Posteriormente se transforma G-1-P a UDP-glucosa.

� La enzima glicógeno sintasa, que alarga las cadenas linealesde glucógeno, uniendo UDP-glucosa mediante enlaces α1-4con una cadena preexistente de glucógeno.

� La enzima ramificante parte de la cadena inicial de glucosacon enlaces α1-4, uniéndola al glucógeno con enlaces α1-6.

Para la síntesis de glucógeno a partir de UDP-glucosa se necesitan entonces:

� Una molécula preexistente de glucógeno.

� La enzima glucógeno sintasa.

� La enzima ramificante.

¿Qué pasa cuando no hay glucógeno preexistente?

El cebador o partidorpara la síntesis deglucógeno, puede seruna cadena corta deresiduos de glucosaensamblados por unaproteína denominadaGlucogenina.

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B. Glucogenogénesis: Síntesis de glucógeno

Glucoquinasao hexoquinasa

6 a 8 u. y lo une por un enlace α-1,6

Control del metabolismo del glicógeno:

� Ambos procesos deben ocurrir de acuerdo a lasnecesidades metabólicas de la célula en unmomento determinado e involucra:

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I. Control alostéricoDependiendo de la demanda por ATP que exista en elorganismo, se activará determinada vía metabólica en formaprioritaria con respecto a otra.II. Modificaciones covalentesLa glicógeno fosforilasa y la glicógeno sintasa presentan dosestructuras, una de las cuales es metabólicamente más activaque la otra. La interconversión entre una y otra está dada por lafosforilación y defosforilación de las enzimas, catalizadaenzimáticamente, regulado a su vez por control hormonal.III. Control hormonal

III. Control hormonal

� Los sitios más importantes que participan en elmetabolismo del glucógeno son:� páncreas,� las glándulas adrenales,� el hígado� los músculos.

� Estos sitios están conectados por la corrientesanguínea a través de la cual se comunican con lashormonas y comparten los productos finales de lavía.

� Las principales hormonas que participan en elmetabolismo del glicógeno son:� insulina,� glucagón

� adrenalina (epinefrina).27-32

insulina

� proteína pequeña de 51 residuos de aa,

� secretada por las células β del páncreas enrespuesta a elevaciones en la concentración de laglucosa sanguínea.

� La insulina aumenta la utilización intracelular o elalmacenamiento de la glucosa en células blanco,como el músculo y el tejido adiposo, dando comoresultado una disminución en la concentración deglucosa sanguínea.

� La diabetes tipo I se debe a la falta de insulina,resultado con frecuencia de algún daño en elpáncreas.

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glucagón

� hormona proteínica

� secretado por las células α del páncreas

� Es liberado en respuesta a bajas concentraciones deglucosa sanguínea.

� Incrementa la concentración sanguínea de glucosapor activación de la degradación del glucógeno.

� Tiene un efecto opuesto al de la insulina

� concentración alta de glucagón se asocia a unestado de ayuno.

� La diabetes tipo I presenta baja concentración deinsulina y alta de glucagón.

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adrenalina

� es una catecolamina que deriva de la tirosina.

� Es liberada por las glándulas adrenales en respuestaa señales neuronales de a “luchar” o “huir”.

� Estimula entre otros efectos fisiológicos una rupturaaumentada del glicógeno, que da como resultadoniveles intracelulares elevados de glucosa 6-fosfato.

� Este aumento de glucosa 6-fosfato lleva a unestímulo de la glucólisis en el músculo y a unincremento en la glucosa liberada al torrentesanguíneo desde el hígado.

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C. Gluconeogénesis� Ruta anabólica en la que se sintetiza glucosa a partir

de precursores diferentes al glucógeno como:lactato, piruvato, glicerol y α-cetoácidos

� Importancia:� Necesidad de glucosa circulante.

� Muchos órganos sólo consumen glucosa: Sist. Nervioso,médula renal, testículos, eritrocitos.

� El sist. Nervioso consume 120 g/glucosa al día.

� Aproximadamente el 90 % de la gluconeogénesisocurre en el hígado, el 10 % restante el producidopor los riñones.

� La gluconeogénesis es un proceso que consumeenergía.

� La gluconeogénesis y la glucólisis comparten ciertospasos y enzimas, pero difieren en aquellos pasosque son irreversibles.

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Metabolismo (Bioenergética, Glucolisi, Krebs, Fosfo Oxid, Gluconeo) 144

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