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Metabolismo de carbohidratos_1

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METABOLISMO 
Mblgo. Rubén Asalde Ramos
Metabolismo 
Conjunto integrado de reacciones químicas en el 
organismo donde se extrae energía de los alimentos, la 
cual es utilizada para sintetizar moléculas estructurales 
y esenciales para la vida celular. Consta de 2 vías: 
• Anabolismo. Síntesis de moléculas complejas a partir 
de simples. Ej. Síntesis de glucógeno a partir de 
glucosa. 
• Catabolismo. Degradación de moléculas ricas en 
energía para dar lugar a otras simples como CO2, 
H2O, NH3. Ej. Degradación de un ácido graso en acetil 
coenzima A.
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Metabolismo de carbohidratos_1

  • 2. Metabolismo Conjunto integrado de reacciones químicas en el organismo donde se extrae energía de los alimentos, la cual es utilizada para sintetizar moléculas estructurales y esenciales para la vida celular. Consta de 2 vías: • Anabolismo. Síntesis de moléculas complejas a partir de simples. Ej. Síntesis de glucógeno a partir de glucosa. • Catabolismo. Degradación de moléculas ricas en energía para dar lugar a otras simples como CO2, H2O, NH3. Ej. Degradación de un ácido graso en acetil coenzima A.
  • 6. Tipos de Rutas Metabólicas
  • 8. Regulación de Vías Metabólicas Las reacciones reversibles son factores limitantes. Además existe control: • Alostérico. Efectores que se unen a enzimas en sus sitios reguladores. • Hormonal. A través de insulina y glucagón. – Fosforilación reversible de enzimas. Ej. Glucagón con glucógeno sintasa y glucógeno fosforilasa. – Inducción de la traducción para aumentar la [enzima]. • Por provisión de sustratos. Si es menor, el flujo de metabolitos disminuye.
  • 11. Destino de los azúcares en la Dieta ALMIDON MALTOSA GLUCOSA OXIDACIÓN ESTRUCTURAS SANGRE GLUCÓGENO DIGESTIÓN ABSORCIÓN Y TRANSPORTE CÉLULA
  • 12. Ingreso de Glucosa a la Célula • Cotransporte de Sodio – Glucosa – Requiere energía, aportada por el transporte de sodio – En Células epiteliales del intestino, túbulos renales • Difusión facilitada – Mediado por GLUT o SGLT (transportadores de glucosa) o también llamados SLC2 (solute carriers)
  • 14. Transportadores GLUT Familia de transportadores de glucosa o familia SLC2 (solute carriers) Tomado de: Joost and Thorens, Mol. Mem. Biol. 18: 247-256 (2001) La forman 13 miembros: • 12 transportadores de glucosa (GLUT) 1-12 • Un co-transportador de H+-myo-inositol
  • 15. Estructura propuesta para GLUT -1 Distribución de residuos polares y apolares en la superficie de un segmento helicoidal Los aa adyacentes en la secuencia primaria están conectados con flechas Hélice anfipática Asociación de 5 hélices anfipáticas, la cara polar está orientada hacia la cavidad interna. La glucosa puede interaccionar con la proteína mediante puentes de H 12 dominios transmembrana N-glucosilación
  • 16. Tomado de: Uldry and Thorens, Eur. J. Physiol. 447: 480-489 (2004)
  • 18. Glucólisis • Glykys = Dulce • Lysis = Disolución Proceso de degradación de una molécula de glucosa, ya sea en condiciones aeróbicas o anaeróbicas.
  • 20. Revisión animada en: International Union of Biochemistry & Molecular Biology (IUBMB) http://www.iubmb-nicholson.org/animaps.html
  • 23. Regulación de la Glucólisis • Se inhibe por aumento de ATP. • Regulación de enzimas: – Hexoquinasas: Hexocinasa en músculo y Glucocinasa en hígado – Fosfofructocinasa 1 – Piruvato cinasa.
  • 24. Regulación de la Glucólisis
  • 26. Conversión del Piruvato E1 = Piruvato deshidrogenasa E2 = Dihidrolipoil transacetilasa E3 = Dihidrolipoil deshidrogenasa
  • 27. El ciclo de krebs Postulado por primera vez por Hans Krebs (1937). El ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico es un conjunto de reacciones cíclicas donde ocurre hidratación y deshidratación, reducción, descarboxilación, y fosforilación.
  • 28. Función del C. de Krebs • Mecanismo de oxidación de grupos acetilo. • Si hay exceso de ácidos di y tricarboxílicos, estos pueden utilizarse como combustible y convertirse, vía oxalacetato, en piruvato y acetil coenzima A. CO2 Di y tri COOH  Oxalacetato  PEP  Piruvato  Ac CoA “2 H” • Si hay déficit de aa o azúcares, los mismos pueden utilizarse para su biosíntesis. Ej. oxalacetato se convierte por transaminación en PEP y fomar glucosa.
  • 29. Fosforilación oxidativa • Los protones y electrones, o equivalentes de reducción, de los nucleótidos reducidos (NADH+, FADH2) se usan con fines biosintéticos y producción de ATP. • Estos productos reducidos ceden electrones al oxígeno para formar agua: 2H+ + 2 e- + ½ O2  H2O (ΔG’°=-56,7 Kcal/ml) La reacción es altamente endergónica.
  • 30. La fosforilación oxidativa requiere: • Un compartimiento cerrado por una membrana permeable a los protones (citoplasma bacteriano o matriz mitocondrial) • Transportadores de H+ y e- dispuestos en la membrana. Bombean protones hacia el exterior de la mitocondria o bacteria. • Una ATP sintasa que funciona acoplada al flujo de electrones que regresan al interior de la mitocondria o bacteria.
  • 31. Cadena Respiratoria • Consiste en un transporte de electrones desde las coenzimas reducidas NADH+ o FADH2, hasta el oxígeno. Se realiza en las membranas internas de las mitocondrias (crestas). • El objetivo es producir energía almacenable en el ATP. Al mismo tiempo se recuperan las coenzimas en su forma oxidada, lo que permite oxidación de nuevas moléculas. El producto de desecho es el agua.
  • 32. Complejos proteicos. • Complejo I: NADH-ubiquinona reductasa • Complejo II: succinato-ubiquinona reductasa • Complejo III: ubiquinol-citocromo c reductasa • Complejo IV: citocromo oxidasa • Complejo V: ATP sintasa
  • 33. Cadena Respiratoria • Consta de cuatro complejos proteicos (oxidorreductasas) y dos transportadores intermedios: Co Q y citocromo c. • El complejo I acepta H+ y e- del NADH. El complejo II oxida el FADH2. Ambos ceden e- a CoQ y esta al complejo III. • El complejo III reduce al IV a través del citocromo c; y… • El complejo IV cede e- al oxígeno y forma agua.
  • 34. Cadena respiratoria Teoría quimiosmóstica de Mitchell
  • 35. Acoplamiento quimiosmótico Espacio intermembrana Espacio matriz c ATP sintetasa Cadena respiratoria Membrana interna pH alto pH bajo 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ 2H+ DH Q b a ADP + Pi ATP
  • 36. Rendimiento neto de la Fosforilación Oxidativa Se requiere un flujo de 4 H+ para generar un ATP • La oxidación del NADH genera 2,5 moléculas de ATP. – Para NADH+: 10 H+ bombeados (10 H+/ 4 H+) = 2,5 ATP • La oxidación del FADH2 genera 1,5 moléculas de ATP. – Para FADH2= 6 H+ bombeados (6 H+/ 4 H+) = 1,5 ATP
  • 37. ATP sintetasa • Proteína localizada en la membrana mitocondrial interna. • Participa en la síntesis de ATP ADP + Pi  ATP • Se compone de dos unidades (F0 y F1) • Cada unidad es un motor rotatorio y están acopladas por un tallo motor http://www.iubmb-nicholson.org/swf/ATPSynthase.swf
  • 38. Síntesis e hidrólisis de ATP Síntesis de ATP Hidrólisis de ATP
  • 39. Alteración de la Fosforilación oxidativa • Inhibición del transporte electrónico. El cinauro (CN-), el monóxido de carbono (CO) y algunos antibióticos (rotenona, antimicina). • Inhibición de la ATP sintasa. Por algunos antibióticos como oligomicina. • Desacoplamiento de fosforilación y oxidación. Se forma agua pero no ATP. Los H+ salen por permeasas distintos a la ATP sintasa.
  • 40. Recuperación del NAD+ citosólico 1. Fermentación láctica 2. Fermentación alcohólica 3. Sistemas de lanzadera  Aspartato – malato  Glicerol – 3 - fosfato
  • 42. En la Fermentación Alcohólica
  • 45. Balance energético • En la vía glucolítica en presencia de oxígeno, se forman directamente 2 ATP, más dos moléculas de NADH2 (de donde se forman 3 o 5 moléculas adicionales de ATP) • La conversión del ácido pirúvico en acetil CoA origina 2 moléculas de NADH2 en el interior de la mitocondria, de tal forma que se originan 5 moléculas de ATP. • En el ciclo de Krebs, por cada molécula de glucosa se forman 2 GTP que equivalen a 2 ATP, 6 moléculas de NADH2 (originan 15 ATP) y 2 moléculas de FADH2 (originan 3 ATP), para un total de 18 ATP. • Es decir, por cada mol de glucosa oxidada, se forman 30- 32 ATP.