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Metabolismo de

carbohidratos 1

Marijose Artolozaga Sustacha, MSc

• Glicólisis

• Fermentación

• Piruvato DH

Funciones del metabolismo:

• Obtener energía

• Convertir los nutrientes en sustancias asimilables por las células

• Proporcionar al organismo las moléculas que requiere:

– Estructurales

– Funcionales

Categorías del metabolismo

Anabolismo:

• Síntesis

• Consume energía y poder reductor

• Vías divergentes

Catabolismo:

• Degradación

• Genera energía y poder reductor

• Vías convergentes en una común

Vías anfibólicas: ej. Ciclo de Krebs

• Produce poder reductor y energía (GTP)

• Intermediarios son sustrato para síntesis

Algunas vías metabólicas

Anabólicas Síntesis

Síntesis de

• ác. grasos – Triglicéridos

– Glicerofosfolípidos

• Colesterol

• Gluconeogénesis

• Glucogenogénesis

Catabólicas Degradación

• b-oxidación de ác. grasos

• Glicólisis - Descarboxilación oxidativa

- Fermentación

• Glucogenólisis

• Vía de las pentosas-P

•Proteínas y aminoácidos

•Lípidos

•Carbohidratos:

Anfibólica: Ciclo de

Krebs

- Algunas vías metabólicas: - Acetil CoA: Metabolito central en el metabolismo energético

Acetil CoA

Proteínas

Aminoácidos

Glucosa

Grasas

Ác. grasos

Ciclo de Krebs

Cadena respiratoria

CO2 H2O ATP

Aminoácidos

Ác. grasos

Colesterol

Esteroides

Cuerpos cetónicos

Glucógeno

Proteínas

Vías Catabólicas

Vías Catabólicas

Vías Anabólicas

Acetil CoA

Síntesis de ATP

• A nivel de sustrato

• En la cadena respiratoria

• ATP se produce en las vías catabólicas *

• ATP se utiliza en las vías anabólicas

* poder reductor formado en las vías catabólicas ATP en la cadena respiratoria

Metabolismo de carbohidratos

Glucogenólisis Gluconeogénesis

Glucogenogénesis

Dieta: Digestión y absorción

• Diferente según el tejido


Eritrocitos Cerebro



Músculo Adipocitos



Hepatocitos

GLICÓLISIS

Glicólisis

• Vía catabólica

• Función principal= obtener energía

• En el citoplasma

• En todos los tejidos

– Única forma de obtener energía para:

• Eritrocitos

• Cerebro

• Espermatozoides

• Médula adrenal

Otros carbohidratos se incorporan en diferentes puntos de la glicólisis

Muy conservada, sin grandes cambios en la evolución

OJO:

Intermediarios de la

glicólisis en vías

biosintéticas

Glicólisis

Tres tipos de transformaciones:

• Degradación del esqueleto de C de la glucosa

1 Glucosa 2 Piruvato

• Fosforilación a nivel de sustrato

ADP + Pi ATP

• Formación de poder reductor

(transferencia de H al NAD+ NADH )

Glicólisis

Dos fases

• Fase preparatoria, de inversión:

gasta 2 ATP

• Fase retributiva:

produce 4 ATP y 2 NADH

Neto:

produce 2 ATP y 2 NADH

Glicólisis

Glicólisis: fase preparatoria

Glicólisis: fase preparatoria

Reacciones claves:

• irreversibles

• endergónicas

• Enzimas reguladas

• necesitan Mg++

•Hexoquinasa

• Fosfofructoquinasa 1

Fosfohexosa

isomerasa

(Mg++)

(Mg++)

Glicólisis: fase preparatoria: 1ª reacción

Hexoquinasa:

- Enzima clave no solo para la glicólisis

- La Glucosa-6-P no puede salir de la célula>>

- Queda disponible para otras vías metabólicas: - Vía de las pentosas-P

- Síntesis de glucógeno

En hígado:

Glucoquinasa

Glicólisis: fase retributiva

Glicólisis: fase retributiva

(Mg++)

(Mg++, K+)

(Mg++)

Fosforilación

a nivel de sustrato

Regulación de la glicólisis

• Regulación para mantener la [ATP] constante en las células (efecto Pasteur)

• Regulación:

– Endocrina

• Hormonas: – Activación de enzimas: fosforilación y defosforilación

– Síntesis de enzimas inducibles

– Alostérica

• Activadores e inhibidores alostéricos de enzimas clave

– Diferentes isoenzimas según el tejido

• Diferentes funciones o necesidades


• Fosfofructoquinasa-1


• Fosfofructoquinasa-1

– Inhibidores alostéricos:

• ATP • citrato

– Activadores alostéricos:

• ADP, AMP

• Fructosa-2,6-diP

(AMPc y PKA)

Fosfofructoquinasa 2

Glucagón inhibe la glicólisis

• 2 sitios catalíticos

• 2 sitios inhibidores

• 2 sitios activadores

Regulación alostérica y hormonal


• Piruvato Quinasa

– Inhibidores alostéricos:

• ATP

• acetil CoA y ácidos grasos

(Son alimentadores del ciclo de Krebs y

producirían ATP>> no se necesita más)

(Mg++, K+)

Regulación alostérica


• Hexoquinasa

– Inhibidor alostérico:

• Glucosa-6-P

(Si la G-6-P no entra en glicólisis se

acumula y se inhibe esta enzima)

(Mg++)

• Glucoquinasa

En hígado

– No es inhibida por su producto

Regulación alostérica

Diferentes isoenzimas

Regulación hormonal:

enzimas inducibles


• Hexoquinasa:

– Todas las células

– afinidad (Km 0,1mM)

– actividad inc en ayunas (4mM)

• Glucoquinasa:

– Hígado

– afinidad (Km 10mM)

– Sólo tiene actividad cuando [glucosa] Hígado no compite con las demás células por la glucosa cuando hay escasez

– Su síntesis se aumenta por insulina Glucógeno:

reserva de

glucosa

Diferentes isoenzimas

Regulación hormonal

Después de la glicólisis:

Destino del piruvato y el NADH:

• Descarboxilación oxidativa y ciclo de Krebs:

+ energía

• Fermentación:

– Alcohólica

– Láctica O2

O2

Fermentación

•Fermentación: O2

• En condiciones anaeróbicas

• Permite recuperación del NAD+

Se puede seguir obteniendo ATP

•Fermentación etílica: O2

Ocurre en:

– Levaduras

– Otros microorganismos

– Algunas plantas

NO en animales superiores

Esta enzima SÍ la tenemos:

para la desintoxicación del alcohol

•Fermentación láctica: O2

Ocurre en:

– Eritrocitos

• No tienen mitocondrias!

– Músculo esquelético

• Arratonamientos!

– Lactobacilos

– Estreptococos

• [ácido láctico] pH

• Cortan la leche = desnaturalizan la caseína yogur, quesos


• El ácido láctico se transporta fuera de las células

• y acidifica la sangre acidosis láctica

Arratonamientos:

• Músculo esquelético – ejercicio intenso:

• [ácido láctico] pH no puede seguir

• [lactato] acumulado cristalización (“agujetas”)

• Recuperación:

lactato-sangre-hígado-gluconeogénesis-glucosa… C. de Cori


Destino del lactato:

• Ciclo de Cori

• Eritrocitos

• Músculos

• Hígado

Ejemplo de cooperación metabólica entre el músculo

esquelético y el hígado

La acumulación de lactato y la disminución del pH disminuyen eficiencia muscular

•Después de un periodo de actividad

intensa la respiración profunda continúa para la fosforilación oxidativa y producción de ATP

•ATP se usa en gluconeogénesis •Produce glucosa a partir de lactato

Destino del lactato:

• Algunas células pueden usar el lactato como combustible:

• vuelven a transformar el lactato en piruvato

Ciclo de Krebs mucha energía

• Ej. corazón • Actividad muscular continua y rítmica

• Metabolismo aeróbico

• Pequeñas cantidades de glucógeno y fosfocreatina

Descarboxilación oxidativa

•Descarboxilación oxidativa

• En la matriz mitocondrial

• Irreversible

O2

ATP

Ciclo de Krebs Cadena respiratoria

Complejo

Piruvato DH

5 coenzimas


Complejo Piruvato DH incluye:

• 5 coenzimas

• 3 enzimas catalíticas

• enzimas reguladoras:

– PirDH Quinasa

– PirDH Fosfatasa

O2

Insulina, Ca++ intracelular

NADH, acetil CoA

Inhiben y activan a las enzimas catalíticas por

fosforilación y defosforilación

Si acetil CoA por degradación de grasas complejo

Deficiencia de piruvato deshidrogenasa:

• Causa más común de acidosis láctica (no fisiológica)

• El encéfalo depende del ciclo de Krebs para obtener energía

• Desde formas graves fulminantes hasta leves como ataxia episódica

• No hay tratamiento pero la dieta cetogénica (baja en carbohidratos) es beneficiosa:

– glicólisis --- Piruvato

– degradación de grasa, ác. grasos --- acetil CoA

sin necesidad de la enzima Pir DH


• Si no hay O2, el NADH no se puede volver a oxidar a NAD en la cadena respiratoria y se acumula

• NADH inhibe la PiruvatoDH

PERO ADEMÁS:

• Si no hay O2 no se produce ATP en la cadena respiratoria y se acumulan el ADP o el AMP:

• ADP y AMP activan la glicólisis

• El piruvato producido se desvía a la fermentación

¿Por qué la falta de oxígeno inhibe esta vía y activa la fermentación?

Efecto Pasteur

Pasteur demostró en levaduras:

Que se consume +++ glucosa en condiciones anaeróbicas que en condiciones aeróbicas………….?

• ATP producido / 1 glucosa:

en anaerobiosis << en aerobiosis

• Se consume +++ glucosa para conseguir la misma [ATP] (unas 15-18 veces más!)

También ocurre en músculo

Balance energético de la glicólisis

• 2 ATP

• 2 NADH + H+

– En la cadena respiratoria serían 2x2,5 = 5 ATP más

PERO…

El NADH no tiene transportadores para entrar a la mitocondria debe usar Lanzaderas.

O2


• Lanzadera Glicerol-3-P

• intercambia NADH por FADH2

2x1,5 = sólo 3 ATP más

• Es la lanzadera principal

en la mayoría de los tejidos

O2


• Lanzadera Malato-Aspartato

– Queda en forma de NADH 2x2,5 = 5 ATP más

– En muchos tejidos

O2

Hay muchas proteínas transportadoras, pero NO hay de NADH

• 2 ATP

• 2 NADH + H+

– En la cadena respiratoria serán:

• 5 ATP más, si se utiliza la lanzadera malato-aspartato

• 3 ATP más, si se utiliza la lanzadera de glicerol-3-P

TOTAL:

• 2 en condiciones anaeróbias

• 5 - 7 ATP en condiciones aerobias (…más los que se obtengan tras PirDH y ciclo de Krebs)

O2

O2

O2


Incorporación de otros monosacáridos a la glicólisis

Incorporación de otros carbohidratos a la glicólisis

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