Ud 2 metabolismo de los carbohidratos ii

BIOQUÍMICA IIBIOQUÍMICA II
1. METABOLISMO DE1. METABOLISMO DE
CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS
Dra. Reina Gabriela Muñoz MontañoDra. Reina Gabriela Muñoz Montaño
SEPTIEMBRE , 2017SEPTIEMBRE , 2017

METABOLISMO DE GLÚCIDOSMETABOLISMO DE GLÚCIDOS
GLUCONEOGÉNESISGLUCONEOGÉNESIS
 LaLa gluconeogénesisgluconeogénesis es una ruta metabólicaes una ruta metabólica
anabólica que permite la síntesis de glucosa a partiranabólica que permite la síntesis de glucosa a partir
de precursores no glucídicos.de precursores no glucídicos.

 Incluye la utilización de varios aminoácidos,Incluye la utilización de varios aminoácidos,
lactato, piruvato, glicerol y cualquiera de loslactato, piruvato, glicerol y cualquiera de los
intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicosintermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos
(o ciclo de Krebs) como fuentes de carbono para la(o ciclo de Krebs) como fuentes de carbono para la
vía metabólica.vía metabólica.

 Todos los aminoácidos, excepto la leucina y laTodos los aminoácidos, excepto la leucina y la
lisina, pueden suministrar carbono para la síntesislisina, pueden suministrar carbono para la síntesis
de glucosa.de glucosa.

 Algunos tejidos, como el cerebro, los eritrocitos, elAlgunos tejidos, como el cerebro, los eritrocitos, el
riñón, la córnea del ojo y el músculo, cuando elriñón, la córnea del ojo y el músculo, cuando el
individuo realiza actividad extenuante, requieren deindividuo realiza actividad extenuante, requieren de
un aporte continuo de glucosa, obteniéndola a partirun aporte continuo de glucosa, obteniéndola a partir
del glucógeno proveniente del hígado, el cual solodel glucógeno proveniente del hígado, el cual solo
puede satisfacer estas necesidades durante 10 a 18puede satisfacer estas necesidades durante 10 a 18
horas como máximo, lo que tarda en agotarse elhoras como máximo, lo que tarda en agotarse el
glucógeno almacenado en el hígado.glucógeno almacenado en el hígado.

 Posteriormente comienza la formación de glucosa aPosteriormente comienza la formación de glucosa a
partir de sustratos diferentes al glucógeno.partir de sustratos diferentes al glucógeno.

 La gluconeogénesis tiene lugar casiLa gluconeogénesis tiene lugar casi
exclusivamente en el hígado (10% en losexclusivamente en el hígado (10% en los
riñones). Es un proceso clave pues permite ariñones). Es un proceso clave pues permite a
los organismos superiores obtener glucosa enlos organismos superiores obtener glucosa en
estados metabólicos como el ayuno.estados metabólicos como el ayuno.

Reacciones de la gluconeogénesisReacciones de la gluconeogénesis
 Las enzimas que participan en la vía glucolíticaLas enzimas que participan en la vía glucolítica
participan también en la gluconeogénesis; ambasparticipan también en la gluconeogénesis; ambas
rutas se diferencian por tres reacciones irreversiblesrutas se diferencian por tres reacciones irreversibles
que utilizan enzimas específicas de este proceso yque utilizan enzimas específicas de este proceso y
que condicionan los dos rodeos metabólicos de estaque condicionan los dos rodeos metabólicos de esta
vía.vía.

Reacciones de la gluconeogénesisReacciones de la gluconeogénesis
Estas reacciones son:Estas reacciones son:
 De glucosa a glucosa-6P.De glucosa a glucosa-6P.
 De fructosa-6P a fructosa-1,6-bisfosfato.De fructosa-6P a fructosa-1,6-bisfosfato.
 De fosfoenolpiruvato a piruvato.De fosfoenolpiruvato a piruvato.

RegulaciónRegulación
 La regulación de la gluconeogénesis es crucial paraLa regulación de la gluconeogénesis es crucial para
muchas funciones fisiológicas, pero sobre todo paramuchas funciones fisiológicas, pero sobre todo para
el funcionamiento adecuado del tejido nervioso. Elel funcionamiento adecuado del tejido nervioso. El
flujo a través de la ruta debe aumentar o disminuir,flujo a través de la ruta debe aumentar o disminuir,
en función del lactato producido por los músculos,en función del lactato producido por los músculos,
de la glucosa procedente de la alimentación, o dede la glucosa procedente de la alimentación, o de
otros precursores gluconeogénicos.otros precursores gluconeogénicos.

 La gluconeogénesis está controlada en gran parteLa gluconeogénesis está controlada en gran parte
por la alimentación. Los animales que ingierenpor la alimentación. Los animales que ingieren
abundantes hidratos de carbono presentan tasasabundantes hidratos de carbono presentan tasas
bajas de gluconeogénesis, mientras que losbajas de gluconeogénesis, mientras que los
animales en ayunas o los que ingieren pocosanimales en ayunas o los que ingieren pocos
hidratos de carbono presentan un flujo elevado ahidratos de carbono presentan un flujo elevado a
través de esta ruta.través de esta ruta.

 Dado que la gluconeogénesis sintetiza glucosa y laDado que la gluconeogénesis sintetiza glucosa y la
glucólisis la cataboliza, es evidente que laglucólisis la cataboliza, es evidente que la
gluconeogénesis y la glucólisis deben controlarsegluconeogénesis y la glucólisis deben controlarse
de manera recíproca. En otras palabras, lasde manera recíproca. En otras palabras, las
condiciones intracelulares que activan una rutacondiciones intracelulares que activan una ruta
tienden a inhibir la otra.tienden a inhibir la otra.

BALANCE ENERGÉTICOBALANCE ENERGÉTICO
 Hemos resaltado que las rutas catabólicasHemos resaltado que las rutas catabólicas
generan energía, mientras que las anabólicasgeneran energía, mientras que las anabólicas
comportan un coste energético. En el caso decomportan un coste energético. En el caso de
la gluconeogénesis podemos calcular estela gluconeogénesis podemos calcular este
coste; la síntesis de glucosa es costosa para lacoste; la síntesis de glucosa es costosa para la
célula en un sentido energético.célula en un sentido energético.

 Si partimos desde piruvato se consumen seis gruposSi partimos desde piruvato se consumen seis grupos
fosfato de energía elevada 4 ATP (debido a lasfosfato de energía elevada 4 ATP (debido a las
reacciones de la piruvato carboxilasa y a la dereacciones de la piruvato carboxilasa y a la de
fosfoglicerato quinasa) y 2 GTP (consecuencia de lafosfoglicerato quinasa) y 2 GTP (consecuencia de la
descarboxilación del oxalacetato), así como 2 dedescarboxilación del oxalacetato), así como 2 de
NADH, que es el equivalente energético de otros 5NADH, que es el equivalente energético de otros 5
ATP (ya que la oxidación mitocondrial de 1 NADHATP (ya que la oxidación mitocondrial de 1 NADH
genera 2,5 ATP).genera 2,5 ATP).

 En cambio, si la glucólisis pudiera actuar enEn cambio, si la glucólisis pudiera actuar en
sentido inverso, el gasto de energía seríasentido inverso, el gasto de energía sería
mucho menor: 2 NADH y 2 ATPmucho menor: 2 NADH y 2 ATP

Reacción GlobalReacción Global
Ácido pirúvico + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADHÁcido pirúvico + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH
+ 6 H2O -----------> Glucosa + 4ADP ++ 6 H2O -----------> Glucosa + 4ADP +
2GDP + 6Pi + 2NAD + 2H+2GDP + 6Pi + 2NAD + 2H+

IMPORTANCIAIMPORTANCIA
La gluconeogénesis cubre las necesidadesLa gluconeogénesis cubre las necesidades
corporales de glucosa cuando no estácorporales de glucosa cuando no está
disponible en cantidades suficientes en ladisponible en cantidades suficientes en la
alimentación. Se requiere un suministroalimentación. Se requiere un suministro
constante de glucosa como fuente de energíaconstante de glucosa como fuente de energía
para el sistema nervioso y los eritrocitos.para el sistema nervioso y los eritrocitos.

Además, la glucosa es el único combustibleAdemás, la glucosa es el único combustible
que suministra energía al músculoque suministra energía al músculo
esquelético en condiciones de anaerobiosis.esquelético en condiciones de anaerobiosis.
La glucosa es precursora del azúcar de laLa glucosa es precursora del azúcar de la
leche (lactosa) en la glándula mamaria y seleche (lactosa) en la glándula mamaria y se
capta activamente por el feto.capta activamente por el feto.

Por otro lado, los mecanismosPor otro lado, los mecanismos
gluconeogénicos se utilizan para depurar losgluconeogénicos se utilizan para depurar los
productos del metabolismo de otros tejidosproductos del metabolismo de otros tejidos
desde la sangre; por ejemplo, lactato,desde la sangre; por ejemplo, lactato,
producido por el músculo y los eritrocitos, yproducido por el músculo y los eritrocitos, y
glicerol, que se forma continuamente por elglicerol, que se forma continuamente por el
tejido adiposo.tejido adiposo.

GLUCOGÉNESISGLUCOGÉNESIS
 LaLa glucogénesisglucogénesis, o también conocida por, o también conocida por
glucogenogenesisglucogenogenesis es la ruta anabólica por la quees la ruta anabólica por la que
tiene lugar la síntesis de glucógeno (tambiéntiene lugar la síntesis de glucógeno (también
llamado glicógeno) a partir de un precursor másllamado glicógeno) a partir de un precursor más
simple, la glucosa-6-fosfato.simple, la glucosa-6-fosfato.

 Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y enSe lleva a cabo principalmente en el hígado, y en
menor medida en el músculo, es activado pormenor medida en el músculo, es activado por
insulina en respuesta a los altos niveles de glucosa,insulina en respuesta a los altos niveles de glucosa,
que pueden ser (por ejemplo) posteriores a laque pueden ser (por ejemplo) posteriores a la
ingesta de alimentos con carbohidratos.ingesta de alimentos con carbohidratos.

 Se forma por la incorporación repetida de unidadesSe forma por la incorporación repetida de unidades
de glucosa, la que llega en forma de UDP-Glucosa ade glucosa, la que llega en forma de UDP-Glucosa a
un partidor de glucógeno preexistente que consisteun partidor de glucógeno preexistente que consiste
en la proteína glucogenina, formada por 2 cadenas,en la proteína glucogenina, formada por 2 cadenas,
que al autoglicosilarse puede unir cada una de susque al autoglicosilarse puede unir cada una de sus
cadenas a un octámero de glucosas.cadenas a un octámero de glucosas.

 Para que laPara que la glucosa-6-fosfatoglucosa-6-fosfato pueda unirse a lapueda unirse a la
UDPUDP requiere de la participación de dos enzimas, larequiere de la participación de dos enzimas, la
primera, fosfoglucomutasa, modifica la posición delprimera, fosfoglucomutasa, modifica la posición del
fosfato afosfato a glucosa-1-fosfatoglucosa-1-fosfato..

 LaLa glucosa-1-fosfatoglucosa-1-fosfato es el precursor para laes el precursor para la
síntesis de glucógeno pero también es elsíntesis de glucógeno pero también es el
producto de su degradación. La síntesis deproducto de su degradación. La síntesis de
glucógeno requiere de aporte energético.glucógeno requiere de aporte energético.

 El dador de glucosa para la síntesis deEl dador de glucosa para la síntesis de
glucógeno es la UDP-glucosa donde elglucógeno es la UDP-glucosa donde el
residuo glucosilo está activado para suresiduo glucosilo está activado para su
transferencia, por su combinación con untransferencia, por su combinación con un
compuesto de alta energía como el UTP.compuesto de alta energía como el UTP.

PasosPasos
 La Glucosa se convierte en glucosa-6-fosfatoLa Glucosa se convierte en glucosa-6-fosfato
mediante una reacción irreversible catalizada por lamediante una reacción irreversible catalizada por la
glucoquinasa o hexoquinasa dependiendo del tejidoglucoquinasa o hexoquinasa dependiendo del tejido
en cuestión.en cuestión.
glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADPglucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP

PasosPasos
 Glucosa-6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfatoGlucosa-6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato
por la acción de la Fosfoglucomutasa, mediante lapor la acción de la Fosfoglucomutasa, mediante la
formación obligada de un compuesto intermediario,formación obligada de un compuesto intermediario,
glucosa-1,6-bifosfato.glucosa-1,6-bifosfato.
glucosa-6-P ←→ glucosa-1-Pglucosa-6-P ←→ glucosa-1-P

PasosPasos
 Glucosa-1-fosfato se convierte en UDP-glucosa porGlucosa-1-fosfato se convierte en UDP-glucosa por
la acción de la UDP-glucosa pirofosforilasala acción de la UDP-glucosa pirofosforilasa
(llamada tambien Uridyl Transferasa).(llamada tambien Uridyl Transferasa).
glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPiglucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi

 Las moléculas de glucosa son acopladas enLas moléculas de glucosa son acopladas en
cadena por la glucogeno sintasa, este pasocadena por la glucogeno sintasa, este paso
debe realizarse sobre un primer preexistentedebe realizarse sobre un primer preexistente
de glicógeno que contiene una pequeñade glicógeno que contiene una pequeña
proteína llamada glucogenina.proteína llamada glucogenina.

 Las ramificaciones son producidas por laLas ramificaciones son producidas por la
enzima ramificante, la cual transfiere unenzima ramificante, la cual transfiere un
fragmento de 6 a 8 unidades del extremo nofragmento de 6 a 8 unidades del extremo no
reductor y lo une a una glucosa por un enlacereductor y lo une a una glucosa por un enlace
α-1,6.α-1,6.

 Esto posibilita que ambas cadenas puedanEsto posibilita que ambas cadenas puedan
continuar alargándose mediante uniones α-continuar alargándose mediante uniones α-
1,4 de glucosas hasta poder producir nuevas1,4 de glucosas hasta poder producir nuevas
ramificaciones.ramificaciones.

CICLO DE LAS PENTOSASCICLO DE LAS PENTOSAS
 LaLa ruta de la pentosa fosfatoruta de la pentosa fosfato, también conocida, también conocida
comocomo lanzadera de fosfatos de pentosaslanzadera de fosfatos de pentosas, es una, es una
ruta metabólica estrechamente relacionada con laruta metabólica estrechamente relacionada con la
glucólisis durante la cual se utiliza la glucosa paraglucólisis durante la cual se utiliza la glucosa para
generar ribosa, que es necesaria para la biosíntesisgenerar ribosa, que es necesaria para la biosíntesis
de nucleótidos y ácidos nucleicos.de nucleótidos y ácidos nucleicos.

 Además, también se obtiene poder reductor enAdemás, también se obtiene poder reductor en
forma de NADPH que se utilizará como coenzimaforma de NADPH que se utilizará como coenzima
de enzimas propias del metabolismo anabólico.de enzimas propias del metabolismo anabólico.

 De esta manera, este proceso metabólico, el cual esDe esta manera, este proceso metabólico, el cual es
regulado por insulina, tiene una doble función, yaregulado por insulina, tiene una doble función, ya
que la glucosa se usa para formar NADPH,que la glucosa se usa para formar NADPH,
mientras que también se puede transformar en otrosmientras que también se puede transformar en otros
componentes del metabolismo, especialmentecomponentes del metabolismo, especialmente
pentosas, utilizadas para la síntesis de nucleótidos ypentosas, utilizadas para la síntesis de nucleótidos y
de ácidos nucleicos. Así, se forma un puente entrede ácidos nucleicos. Así, se forma un puente entre
rutas anabólicas y catabólicas de la glucosa.rutas anabólicas y catabólicas de la glucosa.

La ruta de la pentosa fosfato tiene lugar en elLa ruta de la pentosa fosfato tiene lugar en el
citosol, y puede dividirse en dos fases:citosol, y puede dividirse en dos fases:
 Fase oxidativaFase oxidativa: se genera NADPH.: se genera NADPH.
 Fase no oxidativaFase no oxidativa: se sintetizan pentosas-: se sintetizan pentosas-
fosfato y otros monosacáridos-fosfato.fosfato y otros monosacáridos-fosfato.

Reactivos Productos Enzima Descripción
Glucosa-6-fosfato+
NADP+
→ 6-Fosfoglucanato;-
Lactona + NADPH
Glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa
Deshidrogenación. El
grupo hidroxilo
localizado en el C1 de
la glucosa-6-fosfato es
convertido en un grupo
carbonilo, generando
una lactona y una
molécula de NADPH
durante el proceso.
6-Fosfoglucanato;-
Lactona + H2O
→ 6-Fosfoglucanato +
H+ 6-Fosfoglucolactonasa Hidrólisis
6-Fosfoglucanato +
NADP+
→ Ribulosa-5-fosfato +
NADPH + CO2
6-Fosfoglucanato
deshidrogenasa
Descarboxilación. El
NADP+
es el aceptor de
electrones, generando
otra molécula de
NADPH, un CO2 i
Ribulosa-5-fosfato.

Fase oxidativaFase oxidativa
LaLa reacción generalreacción general de esta primera fase es:de esta primera fase es:
Glucosa-6-fosfato + 2 NADPGlucosa-6-fosfato + 2 NADP++
++
HH22OO →→ Ribulosa-5-fosfato + 2Ribulosa-5-fosfato + 2
NADPH + 2 HNADPH + 2 H++
+ CO+ CO22

Fase oxidativaFase oxidativa
 Así, se puede ver como el NADPH es usadoAsí, se puede ver como el NADPH es usado
en la síntesis de ácidos grasos y colesterol,en la síntesis de ácidos grasos y colesterol,
reacciones de hidroxilación dereacciones de hidroxilación de
neurotransmisores, detoxificación deneurotransmisores, detoxificación de
peróxidos de hidrógeno, así como en elperóxidos de hidrógeno, así como en el
mantenimiento del glutatión en su formamantenimiento del glutatión en su forma
reducida.reducida.

Fase no oxidativaFase no oxidativa
 LaLa fase no oxidativafase no oxidativa de la ruta de la pentosade la ruta de la pentosa
fosfato se inicia en caso que la célulafosfato se inicia en caso que la célula
necesite más NADPH que ribosa-5-fosfato.necesite más NADPH que ribosa-5-fosfato.

 En este segundo proceso se encuentran unaEn este segundo proceso se encuentran una
compleja secuencia de reacciones quecompleja secuencia de reacciones que
permiten cambiar los azúcares C3, C4, C5,permiten cambiar los azúcares C3, C4, C5,
C6 y C7 de las pentosas para poder formarC6 y C7 de las pentosas para poder formar
finalmentefinalmente gliceraldehído-3-fosfatogliceraldehído-3-fosfato yy
fructosa-6-fosfatofructosa-6-fosfato, los cuales podrán seguir, los cuales podrán seguir
directamente con la glucólisis.directamente con la glucólisis.

 Esta fase conlleva toda una serie deEsta fase conlleva toda una serie de
reacciones reversiblesreacciones reversibles, el sentido de las, el sentido de las
cuales depende de la disponibilidad delcuales depende de la disponibilidad del
sustrato. Asimismo, la isomerización desustrato. Asimismo, la isomerización de
ribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato esribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato es
también reversible.también reversible.

 Esto nos permite poder eliminar el excedenteEsto nos permite poder eliminar el excedente
de ribosa-5-fosfato para acabarde ribosa-5-fosfato para acabar
transformándolo en productos intermediariostransformándolo en productos intermediarios
de la glucólisis.de la glucólisis.

Reactivos Productos Enzima
Ribulosa-5-fosfato → Ribosa-5-fosfato
Ribulosa-5-fosfato
Isomerasa
Ribulosa-5-fosfato → Xilulosa-5-fosfato
Ribulosa-5-fosfato 3-
Epimerasa
Xilulosa-5-fosfato +
Ribosa-5-fosfato
→ Gliceraldehído-3-
fosfato + Sedoheptulosa-
7-fosfato
Transcetolasa
Sedoheptulosa-7-fosfato
+ Gliceraldehído-3-
fosfato
→ Eritrosa-4-fosfato +
Fructosa-6-fosfato
Transaldolasa
Xilulosa-5-fosfato +
Eritrosa-4-fosfato
→ Gliceraldehído-3-
fosfato + Fructosa-6-
fosfato
Transcetolasa

Gracias ………Gracias ………

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