El documento analiza el impacto del metabolismo celular en el miocardio aeróbico y sometido a isquemia-reperfusión. Se investiga el papel desempeñado por la quinasa activada por AMP (AMPK) en la injuria por isquemia-reperfusión, con énfasis en sus efectos sobre la viabilidad celular, la funcionalidad mitocondrial y la mitofagia, con el objetivo de aportar información sobre los mecanismos implicados en los daños de la isquemia y los efectos beneficiosos y/o

1. Impacto del metabolismo celular en el
miocardio aeróbico y sometido a
isquemia - reperfusión.
Curso de posgrado: Alteraciones
metabólicas que afectan la función
cardíaca: intervenciones cardioprotectoras
Bioq. Romina Hermann
Cátedra de Fisiología
Facultad de Farmacia y Bioquímica
Universidad de Buenos Aires
2014

2. OBJETIVOS
 Brindar conocimientos sobre los contenidos
básicos del metabolismo cardíaco, analizando el
corazón en aerobiosis y en isquemia y reperfusión.
 Brindar conocimientos sobre los avances
producidos recientemente que permiten un mejor
conocimiento del metabolismo cardiaco.

3. La incesante actividad contráctil
del corazón requiere un elevado y
continuo aporte de energía, que
sólo se logra mediante el meta-bolismo
aeróbico que ocurre en
la mitocondria.
Más del 90% de su energía es
producida a través de la respira-ción
mitocondrial.
De esta manera el metabolismo
celular y la función cardiaca están
estrechamente ligados.

4. El corazón es un órgano omnívoro…

5. Debe haber una relación entre el trabajo cardíaco y:
- disponibilidad de sustratos a la mitocondria,
- disponibilidad y el consumo de oxígeno,
- capacidad oxidativa de la mitocondria,
- transferencia de energía desde la mitocondria a los
sitios
de uso,
- regulación local de ATP/ADP cercano a las ATPasa,
- niveles de fosfocreatina, fosfato inorgánico, calcio y los
sistemas de transferencia de fosfato (creatina quinasa y
adenilato quinasa, por ejemplo).

6. ¿Cómo es el metabolismo
en el corazón aeróbico?

7. AYUNO ESTADO POSTPRANDIAL

8. Glucosa
GLUT 1/4
Glucosa
Piruvato
MCT
Piruvato
Ciclo de
Krebs
NADH
FADH2
Glucosa 6-P
Glucogeno
Hexokinasa
Lactato LDH
PDH
Glucólisis
H+ H+ H+
I II III
IV
Cit C ADP + Pi ATP
Q
½ O2 + 2 H+ H2O
ATP
•Contracción
•Homeostasis
iónica
Acetil CoA
NADH
Metabolismo de la glucosa

9. FATP6
FAT/CD36
FAT/CD36
FABPpm
ACS
Acil - CoA
Ciclo de
Krebs
NADH
FADH2
Ácidos grasos
Ácidos grasos
Acil -CoA
Trigliceridos
CD36
Acil carnitina
CPT I
CPT II
Acil carnitina
β-Oxidación
H+ H+ H+
I II III
IV
Cit C ADP + Pi ATP
Q
½ O2 + 2 H+ H2O
Acetil CoA
NADH
FADH2
•Contracción
•Homeostasis
iónica
Metabolismo de los
ácidos grasos

10. Carnitina palmitoiltransferasa I (CPT I) y CPT II
La CPT es la enzima regulatoria del proceso de β-oxidación de
ácidos grasos

11. ¿Qué sucede con el
metabolismo cardíaco en
la isquemia y en la
reperfusión?

12. LA FALTA DEL APORTE DE OXÍGENO
REPRESENTA UNA AMENAZA INMEDIATA
PARA LA VIABILIDAD CELULAR
CESA LA TRANSFERENCIA DE
ELECTRONES EN LA CADENA
RESPIRATORIA
LA MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA
SE DESPOLARIZA [LA DIFERENCIA DE
POTENCIAL ELÉCTRICO ENTRE AMBOS
LADOS DE LA MEMBRANA
MITOCONDRIAL INTERNA (ΔΨm)
DESCIENDE]
ISQUEMIA
COMPROMISO EN EL APORTE DE NUTRIENTES Y OXÍGENO AL CARDIOMIOCITO
LA AUSENCIA DEL APORTE DE NUTRIENTES
NO SIGNIFICA UNA AMENAZA INMEDIATA
PARA EL CARDIOMIOCITO. (LA GLUCOSA Y
LOS ÁCIDOS GRASOS, AUNQUE EN GRADO
LIMITADO, PUEDEN OBTENERSE A PARTIR
DEL GLUCÓGENO Y DE LOS TRIGLICÉRIDOS
ENDÓGENOS)
DESVIACIÓN DEL METABOLISMO AERÓBICO
HACIA LA GLUCOLISIS ANAEROBICA
SE ESTIMULA LA HIDRÓLISIS DEL ATP
(Fo F1 – ATPasa)
Etiología de la Cardiopatía isquémica:
https://www.youtube.com/watch?v=1D1TWXGrYUE

13. •Contracción
•Homeostasis
iónica
Glucosa
GLUT 1/4
Glucosa
Piruvato
MCT
Piruvato
Acetil CoA
ACS
Acil - CoA
ATP
Ciclo de
Krebs
NADH
FADH2
Glucosa 6-P
Glucogeno
Hexokinasa
Lactato LDH
PDH
Ácidos grasos
Ácidos grasos
Acil -CoA
Trigliceridos
Acil carnitina
CPT I
CPT II
Acil carnitina
β-Oxidación
Glucólisis
X
X
X
X
FATP6
FAT/CD36
FAT/CD36
FABPpm
H+ H+ H+
I II III
IV
Cit C ADP + Pi ATP
Q
X
½ O2 + 2 H+ H2O
Acetil CoA
NADH
FADH2
NADH
Metabolismo cardíaco en la isquémia

14. Glucosa
GLUT 1/4
Glucosa
Hexokinasa
Piruvato
MCT
Piruvato
Acetil CoA
NADH
ACS
Acil - CoA
Ciclo de
Krebs
NADH
FADH2
Glucosa 6-P
Glucogeno
PFK-1
Lactato LDH
PDH
•Contracción
•Homeostasis
iónica
Ácidos grasos
Ácidos grasos
Acil -CoA
Trigliceridos
CPT I
CPT II
Citrato
TCT
Acil carnitina
Acil carnitina
β-Oxidación
Glucólisis
Acetil CoA
NADH
FADH2
FAT/CD36
FABPpm
H+ H+ H+
I II III
IV
Cit C ADP + Pi ATP
Q
½ O2 + 2 H+ H2O
ATP
Citrato
Metabolismo cardíaco en la reperfusión

15. ALTERACIONES DE LA HOMEOSTASIS IÓNICA DURANTE LA
H+
ISQUEMIA-REPERFUSIÓN
ISQUEMIA REPERFUSIÓN
Na+
Ca2+
3 Na+
[H+]i [Na+]i [Ca2+]i
2 K+
3 Na+
ATP
3 Na+
H+
Na+ Ca2+
[H+]i [Na+]i [Ca2+]i
2 K+
3 Na+
ATP
Acumulación de protones
en el líquido extracelular
Lavado de protones del
líquido extracelular
Glucólisis
FoF1 ATPasa
mitocondrial
Glucólisis
FoF1 ATPasa
mitocondrial
Para profundizar: http://www.medicinabuenosaires.com/revistas/vol60-00/5-2/v60_n_5_2_p709_721.pdf

16. Isquemia Reperfusión
pH Intracelular
Na+ intracelular Na+ intracelular
Ca2+ citosólico
normalización del pH
Ca2+ citosólico
Ca2+ mitocondrial
PTPM
ATP
Producción de especies
reactivas del oxígeno (ROS)
Pi

17. ALTERACIONES EN LA MITOCONDRIA
•Alteración en la permeabilidad selectiva de
la membrana mitocondrial interna
•Redistribución iónica  EDEMA
•Pérdida de pequeños solutos (factores
apoptóticos)
•Disipación de la diferencia de potencial
eléctrico de la membrana interna (ΔΨm)
desacople de la fosforilación oxidativa y
reversión de la actividad de la Fo-F1 – ATP
sintasa
Inadecuada
sintesis de ATP
Disfunción
contráctil
postisquémica
Apertura
irreversible y
masiva
Depleción severa
de ATP
NECROSIS
Apertura moderada y
transitoria
PTPM
Para profundizar: http://www.fac.org.ar/1/revista/11v40n2/art_revis/revis01/mosca.pdf

18. ¿Cuál es el papel de la
AMPK en el corazón?

19. En situaciones de estrés metabólico, como el que ocurre en la isquemia, la quinasa
activada por AMP (AMPK), enzima desempeña un papel clave en la regulación del
metabolismo energético celular, es activada.
Thr172
γ α
β
β
α
Thr172
AMP
AMP ℗
β
α
Thr172
ISQUEMIA
ATP  AMP 
AMPKK
+
+
℗
PROTEÍNA
Procesos catabólicos Procesos anabólicos
ATP

20. •Contracción
•Homeostasis
iónica
Glucosa
GLUT 1/4
Glucosa
Hexokinasa
Piruvato
MCT
Piruvato
Acetil CoA
ACS
Acil - CoA
ATP
Ciclo de
Krebs
NADH
FADH2
Glucosa 6-P
Glucogeno
PFK-1
Lactato LDH
PDH
Ácidos grasos
Ácidos grasos
Acil -CoA
Trigliceridos
Acil carnitina
CPT I
CPT II
Acil carnitina
β-Oxidación
Glucólisis
X
X
X
X
AMPK
FATP6
FAT/CD36
FAT/CD36
FABPpm
H+ H+
H+
I II III
IV
Cit C ADP + Pi ATP
Q
X
½ O2 + 2 H+ H2O
Acetil CoA
NADH
FADH2
NADH
En la isquémia…

21. Glucosa
GLUT 1/4
Glucosa
Hexokinasa
Piruvato
MCT
Piruvato
ACS
Acil - CoA
AMPK
Ciclo de
Krebs
NADH
FADH2
Glucosa 6-P
Glucogeno
PFK-1
Lactato LDH
PDH
Ácidos grasos
Ácidos grasos
Acil -CoA
Trigliceridos
Acil carnitina
CPT I
CPT II
Acil carnitina
β-Oxidación
Glucólisis
Acetil
CoA
Malonil
CoA
ACC
MDH
FATP6
FAT/CD36
FAT/CD36
FABPpm
H+ H+
H+
I II III
IV
Cit C ADP + Pi ATP
Q
½ O2 + 2 H+ H2O
ATP
Acetil CoA
NADH
FADH2
•Contracción
•Homeostasis
iónica
Acetil CoA
NADH
… y en la reperfusión

22. REPERFUSIÓN
AMPK
ISQUEMIA
Acciones beneficiosas
•La producción de ATP a partir de la glucolisis
activada por esta quinasa es fundamental para
mantener la actividad de las bombas ubicadas
en las membranas como la Na+/K+-ATPasa del
sarcolema y la Ca2+-ATPasa del retículo
sarcoplásmico y la integridad celular
Acciones nocivas
•El rápido incremento de la glucólisis junto
con la disminución de la oxidación del
piruvato trae aparejado un incremento en la
producción de lactato y H+ con el conse-cuente
aumento del calcio intracelular.
Acciones beneficiosas
•La producción de ATP a partir de la glucólisis
y la oxidación de los ácidos grasos, es
esencial para restaurar la homeostasis iónica,
preservar la integridad celular y recuperar la
contractilidad del miocardio
Acciones nocivas
•La oxidación de los ácidos grasos durante la
reperfusión podría resultar en una inhibición
de la PDH y por lo tanto en un desacople entre
la glucólisis anaeróbica estimulada por la
AMPK y la oxidación del piruvato, que se
acompañaría de un aumento en la producción
de H+ en la etapa crítica de la recuperación de
la acidosis isquémica.
El interés en la AMPK como un potencial blanco para disminuir los daños ocasionados por la isquemia y
eventualmente la reperfusión ha tomado relevancia, no solo por sus acciones sobre el metabolismo energético, si
no también por las recientes publicaciones que demuestran la activación de la autofagia (AF) por parte de esta
quinasa.

23. Teniendo en cuenta que:
• El metabolismo energético celular desempeña un papel importante en los
mecanismos responsables de los daños ocasionados por la isquemia y la
reperfusión.
• En respuesta a la privación de nutrientes y a la alteración ATP/AMP como ocurre
durante la isquemia la AMPK es activada.
•Existen controversias acerca del papel desempeñado por la AMPK en la injuria
por isquemia-reperfusión.
Se está Investigando el papel desempeñado por la AMPK en la
injuria por isquemia-reperfusión realizando especial hincapié en
sus efectos sobre la viabilidad celular, la funcionalidad mitocondrial
mitocondrial, el poro de transición de permeabilidad mitocondrial
(PTPM) y la mitofagia, con el fin de aportar información útil para la
comprensión y el esclarecimiento de los mecanismos bioquímicos
implicados en los efectos nocivos de la isquemia y en los efectos
beneficiosos y/o nocivos de la reperfusión en el miocardio.

24. ¡Muchas gracias!

25. Bibliografía
Dorweiler B, Pruefer D, Andrasi TB, Maksan SM, Schmiedt W, Neufang A, Vahl CF. (2007) Ischemia-Reperfusion Injury Pathophysiology and
Clinical Implications. Eur J Trauma Emerg Surg 33: 600–612.
Heusch G, Boengler K, Schulz R. (2010) Inhibition of mitochondrial permeability transition pore opening: the holy grail of cardioprotection. Basic Res
Cardiol 105:151–154.
Jaswal JS, Lopaschuk GD. (2007) Partial inhibition of fatty acid β- oxidation with trimetazidine – a novel approach to the treatment of ischemic heart
disease. Arch Med Sci 3: S1-S9.
Kim AS, Miller EJ, Young LH. (2009)AMP-activated protein kinase: a core signalling pathway in the heart. Acta Physiol 196: 37–53.
Kroemer G, Galluzzi L and Brenner C. (2007) Mitochondrial membrane permeabilization in cell death. Physiol. Rev. 87, 99-163.
Kudo N, Barr AJ, Barr RL, Desai S, Lopaschuk GD. (1995) High rates of fatty acid oxidation during reperfusion of ischemic hearts are associated
with a decrease in malonyl-CoA levels due to an increase in 5¢-AMP-activated protein kinase inhibition of acetyl-CoA carboxylase. J Biol Chem 270:
17513– 17520.
Mallet RT. (2000) Pyruvate: Metabolic protector of cardiac performance. Proc Soc Exp Biol Med 223: 136-148.
Matsui Y, Takagi H, Qu X, Abdellatif M, Sakoda H, Asano T, Levine B, Sadoshima J. (2007) Distinct roles of autophagy in the heart during ischemia
and reperfusion. Roles of AMP-Activated Proein Kinase and Beclin-1 in mediating autophagy. Circ Res 100, 914-922.
Meley D, Bauvy C, Houben-Weerts JHPM, Dubbelhuis PF, Helmond MT, Codogno P, Meijer AJ. (2006)AMP-activated Protein Kinase and the
regulation of autophagic proteolysis. J Biol Chem 281, 34870-34879.
Murphy E, Steenbergen C. (2008) Ion Transport and Energetics During Cell Death and Protection. Physiology 23:115-123.
Noga A, Dyck JRB, Lopaschuk G. (2004) Alterations in energy metabolism in acute coronary sindromes. Heart Metab. 23: 5-12.
Randle PJ, Garland PB, Hales GN, Newsholme EA. (1963) The glucose fatty-acid cycle. Its role in insulin sensitivity and the metabolic disturbances
of diabetes mellitus. Lancet 1: 785-789.
Sugden MC, Holness MJ. (1994) Interactive regulation of the pyruvate dehydrogenase complex and the carnitine palmitoyltrnsferase system.
FASEB J 8: 54-61.
Taegtmeyer H, Wilson CR, Razeghi P, Sharma S. (2005) Metabolic energetic and genetics in the heart. Ann N Y Acad Sci 1047: 208-218.
Varanyuwatana P, Halestrap AP. (2012) The roles of phosphate and the phosphate carrier in the mitochondrial permeability transition pore.
Mitochondrion12(1):120-125.