BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR

1. CARBOHIDRATOS II
EPO - BIOQUÍMICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR
2021 - I
SESIÓN 5

2. CARBOHIDRATOS II
CONTENIDOS
 Oxidación Biológica
 Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa
 Función del ATP
 Metabolismo y Suministro de combustibles metabólicos
 Ciclo del ácido cítrico
 Glucólisis y oxidación del piruvato

3. CARBOHIDRATOS II
CONTENIDOS [2]
 Metabolismo del glucógeno
 Gluconeogénesis y control sérico de glucosa
 Vía de la pentosa fosfato

4. CARBOHIDRATOS II
OXIDACIÓN METABÓLICA
 En sistemas biológicos, al igual que los sistemas químicos, la oxidación
(pérdida de electrones) siempre se acompaña de reducción de un aceptor de
electrón.

5. CARBOHIDRATOS II
OXIDACIÓN METABÓLICA
 Las oxidorreductasas tienen diversas funciones en el metabolismo:
1. Las oxidasas y las deshidrogenasas desempeñan funciones importantes en la
respiración
2. Las hidroperoxidasas protegen al cuerpo contra daño por radicales libres, y
3. Las oxigenasas median la hidroxilación de fármacos y esteroides.

6. CARBOHIDRATOS II
Oxidación de un metabolito catalizada por una oxidasa (a) formando H2O (b) formando H2O2
Fuente (2)

7. CARBOHIDRATOS II
CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
 Casi toda la energía liberada a partir de la oxidación de carbohidratos, grasas
y proteínas se pone a disposición en las mitocondrias como equivalentes
reductores (—H o e–), los cuales se encauzan hacia la cadena respiratoria,
donde pasan por un gradiente redox de acarreadores hacia su reacción final
con oxígeno para formar agua.

8. CARBOHIDRATOS II
Alimentos: Absorción y transformación en ATP
Fuente (2)

9. CARBOHIDRATOS II
CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
 Los acarreadores redox están agrupados en cuatro complejos de cadena
respiratoria en la membrana mitocondrial interna.
 Tres de los cuatro complejos tienen la capacidad para usar la energía liberada
en el gradiente redox para bombear protones hacia el exterior de la
membrana, lo que crea un potencial electroquímico entre la matriz y el
espacio de la membrana interna.

10. CARBOHIDRATOS II
Mitocondria: Estructura y posición de complejos enzimáticos
Fuente (2)

11. CARBOHIDRATOS II
Cadena respiratoria: flujo de electrones [1]
Fuente (2)

12. CARBOHIDRATOS II
CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
 El control respiratorio asegura un aporte constante de ATP
 La disponibilidad de ADP puede controlar el índice de respiración de las
mitocondrias, lo cual se debe a que la oxidación y fosforilación están
firmemente acopladas; esto es, la oxidación no puede proceder por la cadena
respiratoria sin fosforilación concomitante de ADP.

13. CARBOHIDRATOS II
Control Respiratorio: Estado 4 (Reposo), Estado 3 o 5 (Ejercicio)
Fuente (2)

14. CARBOHIDRATOS II
FUNCIÓN DEL ATP
 El ATP actúa como la “moneda de energía” de la célula, al transferir energía
libre derivada de sustancias de potencial de energía superior hacia las de
potencial de energía inferior

15. ATP: Estructura [1]
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

16. ATP: Estructura [2]
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

17. CARBOHIDRATOS II
FUNCIÓN DEL ATP
 Fuentes principales de P
1. Fosforilación oxidativa: Fuente principal, con consumo de O2.
2. Glucólisis: Formación neta de dos ATP. Glucosa transformada en Lactato por acción
de fosfoglicerato cinasa y piruvato cinasa.
3. Ciclo del ácido cítrico: acción directa de succinato tiocinasa.

18. ATP: Ciclo de transferencia de energía (5)
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

19. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 Los productos de la digestión proporcionan a los tejidos los bloques de
construcción para la biosíntesis de moléculas complejas y el combustible para
impulsar los procesos vivos.
 Casi todos los productos de la digestión de carbohidratos, grasas y proteínas
se metabolizan hacia un metabolito común, la acetil-CoA, antes de oxidación
hacia CO2, en el ciclo del ácido cítrico.
 La acetil-CoA también es el precursor para la síntesis de ácidos grasos de
cadena larga y esteroides, incluso colesterol y cuerpos cetónicos.

20. Vías catabólicas: Resumen [1]
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

21. Vías catabólicas: carbohidratos [2]
Fuente (2)

22. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 La glucosa proporciona esqueletos de carbono para el glicerol de
triacilgliceroles y aminoácidos no esenciales.

23. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 Los productos de la digestión hidrosolubles se transportan de manera directa
hacia el hígado por medio de la vena porta hepática.
 El hígado regula las concentraciones de glucosa y aminoácidos en sangre.

24. Fuentes metabólicas [1]
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

25. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 Las vías están compartamentalizadas dentro de la célula.
1. La glucólisis, glucogénesis, glucogenólisis, la vía de la pentosa fosfato y la
lipogénesis ocurren en el citosol.
2. Las mitocondrias contienen las enzimas del ciclo del ácido cítrico, β-oxidación de
ácidos grasos, y la cadena respiratoria y la ATP sintasa.
3. Las membranas del retículo endoplásmico contienen las enzimas para varios otros
procesos, entre ellos la síntesis de triacilglicerol y el metabolismo de fármacos.

26. Vías metabólicas: Localización celular
Fuente (2)

27. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 En el ayuno y la inanición, debe proporcionarse glucosa para el cerebro y los
eritrocitos; en el estado de ayuno temprano, esto se suministra a partir de las
reservas de glucógeno.
 Para preservar la glucosa, el músculo y otros tejidos no la captan cuando la
secreción de insulina es baja; utilizan ácidos grasos (y más tarde cuerpos
cetónicos) como su combustible preferido.

28. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 En el estado de ayuno, el tejido adiposo libera ácidos grasos libres; en el
ayuno y la inanición prolongados el hígado los usa para síntesis de cuerpos
cetónicos, que se exportan para proporcionar el principal combustible para el
músculo.

29. Metabólismo: Inanición temprana
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

30. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 Casi todos los aminoácidos, provenientes de la dieta o del recambio de
proteína en los tejidos, pueden emplearse para gluconeogénesis, al igual que
el glicerol proveniente del triacilglicerol.

31. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO Y SUMINISTRO DE COMBUSTIBLES METABÓLICOS
 Ni los ácidos grasos —derivados de la dieta o de lipólisis de triacilglicerol del
tejido adiposo— ni los cuerpos cetónicos —formados a partir de ácidos grasos
en el estado de ayuno— pueden proporcionar sustratos para la
gluconeogénesis.

32. CARBOHIDRATOS II
CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
 El ciclo del ácido cítrico es la vía final para la oxidación de carbohidratos,
lípidos y proteínas. Su metabolito terminal común, la acetil-CoA, reacciona
con el oxaloacetato para formar citrato.
 Mediante una serie de deshidrogenaciones y descarboxilaciones, el citrato es
degradado, lo que reduce coenzimas, libera 2CO2 y regenera oxaloacetato.

33. CARBOHIDRATOS II
Ciclo del ácido cítrico [1]
Fuente (2)

34. CARBOHIDRATOS II
CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
 El ciclo del ácido cítrico es anfibólico, puesto que además de oxidación, es
importante en el suministro de esqueletos de carbono para la
gluconeogénesis, la síntesis de ácidos grasos y la interconversión de
aminoácidos.

35. Ciclo del ácido cítrico: Transaminación y Gluconeogénesis [4]
Fuente (2)

36. CARBOHIDRATOS II
GLUCÓLISIS Y OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
 La glucólisis es la vía citosólica de todas las células de mamífero para el
metabolismo de la glucosa (o del glucógeno) el piruvato a lactato.

37. Glucólisis [1]
Fuente (2)

38. CARBOHIDRATOS II
GLUCÓLISIS Y OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
 El lactato es el producto terminal de la glucólisis en:
1. condiciones anaerobias (p. ej., en músculo que está haciendo ejercicio), o
2. cuando falta la maquinaria metabólica para la oxidación adicional de piruvato (p.
ej., en los eritrocitos).

39. CARBOHIDRATOS II
Glucólisis: Formación de ATP
Fuente (2)

40. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
 El glucógeno representa el principal carbohidrato de almacenamiento en el
cuerpo, sobre todo en el hígado y el músculo.
 En el hígado, su importante función es proporcionar glucosa para tejidos
extrahepáticos. En el músculo, sirve sobre todo como una fuente fácil de
combustible metabólico para uso en el músculo.
 El músculo carece de glucosa 6-fosfatasa y no puede liberar la glucosa libre a
partir del glucógeno.

41. CARBOHIDRATOS II
Glucógeno: Almacenamiento, ser humano 70 kilos
Fuente (2)

42. CARBOHIDRATOS II
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
 El glucógeno se sintetiza a partir de la glucosa mediante la vía de la
glucogénesis. Se desintegra mediante una vía separada, la glucogenólisis.

43. Glucógeno: Síntesis
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

44. Glucogenólisis
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

45. CARBOHIDRATOS II
GLUCONEOGÉNESIS Y CONTROL SÉRICO DE GLUCOSA
 La gluconeogénesis es el proceso de síntesis de glucosa o glucógeno a partir
de precursores que no son carbohidratos.
 Tiene especial importancia cuando el carbohidrato no está disponible a partir
de la dieta.
 Los sustratos importantes son:
1. aminoácidos,
2. lactato,
3. glicerol y
4. propionato.

46. CARBOHIDRATOS II
GLUCONEOGÉNESIS Y CONTROL SÉRICO DE GLUCOSA
 La vía de la gluconeogénesis en hígado y riñones utiliza las reacciones en la
glucólisis que son reversibles, más cuatro reacciones adicionales que evitan el
paso por las reacciones no de equilibrio irreversibles.
 Dado que la glucólisis y la gluconeogénesis comparten la misma vía pero
operan en direcciones opuestas, es necesario que sus actividades se regulen
de manera recíproca.
 El hígado regula la glucosa en la sangre después de una comida, porque
contiene la glucocinasa que presenta una Km alta que promueve el aumento
de la utilización hepática de glucosa

47. Metabolismo de carbohidratos: enzimas reguladoras y adaptativas [1]
Fuente (2)

48. Metabolismo de carbohidratos: enzimas reguladoras y adaptativas [2]
Fuente (2)

49. CARBOHIDRATOS II
GLUCONEOGÉNESIS Y CONTROL SÉRICO DE GLUCOSA
 La insulina se secreta como una respuesta directa a la hiperglucemia;
estimula al hígado para que almacene glucosa como glucógeno, y facilita la
captación de glucosa hacia tejidos extrahepáticos.

50. Ciclo del ácido láctico (cori) y glucosa-alanina
Fuente (2)

51. Glucosa: Transportadores
Fuente (2)

52. CARBOHIDRATOS II
GLUCONEOGÉNESIS Y CONTROL SÉRICO DE GLUCOSA
 El glucagon se secreta como una respuesta a la hipoglucemia y activa tanto la
glucogenólisis como la gluconeogénesis en el hígado, lo que causa liberación
de glucosa hacia la sangre.

53. Insulina/Glucógeno: Respuesta tisular
Fuente (2)

54. CARBOHIDRATOS II
VÍA DE LA PENTOSA FOSFATO
 La vía de la pentosa fosfato, presente en el citosol, puede explicar la
oxidación completa de glucosa, lo que produce NADPH y CO2, no así ATP.

55. CARBOHIDRATOS II
VÍA DE LA PENTOSA FOSFATO
 La vía tiene:
1. una fase oxidativa, que es irreversible y genera NADPH, y
2. una fase no oxidativa, que es reversible y proporciona precursores de ribosa para la
síntesis de nucleótido.
 La vía completa sólo se encuentra en los tejidos que tienen un requerimiento
de NADPH para síntesis reductivas, por ejemplo, lipogénesis o
esteroidogénesis, mientras que la fase no oxidativa está presente en todas las
células que requieren ribosa.

56. CARBOHIDRATOS II
VÍA DE LA PENTOSA FOSFATO
 En los eritrocitos, la vía tiene una función importante en la prevención de la
hemólisis al proporcionar NADPH para mantener el glutatión en el estado
reducido como el sustrato para la glutatión peroxidasa.

57. CARBOHIDRATOS II
VÍA DE LA PENTOSA FOSFATO
 La galactosa se sintetiza a partir de la glucosa en la glándula mamaria
durante la lactancia y en otros tejidos donde es necesaria para la síntesis de
glucolípidos, proteoglucanos y glucoproteínas.

58. Interconversión de Galactosa a Glucosa: Hígado
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

59. Interconversión de Glucosa a Lactosa: Glándula mamaria
Fuente (2)
CARBOHIDRATOS II

60. CARBOHIDRATOS II
BIBLIOGRAFIA
1. McKee, Trudyand McKee, James R. Bioquímica: las bases moleculares de la
vida. McGraw-Hill, México. 2014.
2. Murray, Robert K. Harper: Bioquímica ilustrada. 28va ed. McGraw-Hill,
México. 2012