Perspectiva general del metabolismo de los mamíferos. Metabolismo específico de tejidos. Regulación hormonal e integración

1. CURSO DE BIOQUÍMICA
2018-2019
INTEGRACIÓN Y REGULACIÓN
HORMONAL DEL METABOLISMO
Lic. Oscar Nicolás Ramírez
oscarnr@infomed.sld.cu
Laboratorio
Conferencia 3

2. PREGUNTAS DE CONTROL
1. ¿Qué es una hormona? Clasificación.
2. ¿Qué hormonas actúan a través de
receptores localizados en la superficie
celular y por qué?
Jameson, JL. Harrison´s Endocrinology. 3rd Edition.
McGraw-Hill Education. 2013. 560 p.

3. ¿Qué rol metabólico tiene la insulina?
Lo que sabemos…
Insulina
Del latín insula, isla
Islotes de
Langerhans
Control de la glucemia
Nelson DL, Cox MM. Lenhinger Principles of Biochemestry. 5th Edition. 2008. 1294 p.

4. Sumario
1. Perspectiva general del metabolismo
2. Metabolismo específico de tejidos
3. Integración y regulación hormonal del metabolismo

5. Objetivo
Describir los mecanismos generales de INTEGRACIÓN y
REGULACIÓN HORMONAL del metabolismo de los
mamíferos.

6. Perspectiva general del metabolismo
Reacciones químicas acopladas
Interrelación de vías metabólicas
Diferentes mecanismos de regulación
Procesos que garantizan la subsistencia celular.
Metabolismo

7. Perspectiva general del metabolismo

8. Perspectiva general del metabolismo
Trifosfato de adenosina (ATP)
Moneda de cambio
del organismo
Hall JE. Tratado de Fisiología Médica. 13ra Edición. Elsevier. 2016. 2924 p.

9. Perspectiva general del metabolismo
Principales rutas metabólicas
Rutas centrales Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido cítrico
Cadena transportadora de electrones (CTE) + Fosforilación oxidativa
Carbohidratos Glucólisis
Síntesis y degradación del glucógeno
Fermentación láctica
Gluconeogénesis
Vía de las Pentosas Fosfato
Lípidos Síntesis y degradación (β-oxidación) de ácidos grasos
Síntesis y degradación (lipólisis) de triacilglicéridos
Síntesis y degradación de cuerpos cetónicos
Compuestos nitrogenados Síntesis y degradación de aminoácidos
Síntesis de nucleótidos
Ciclo de la urea

10. Metabolismo específico de tejidos
Hígado
 Órgano central del metabolismo
 Procesamiento y distribución de
nutrientes
 Flexibilidad metabólica
 Destinos de la Glucosa-6-P
Carbohidratos

11. Metabolismo específico de tejidos
Hígado
 Síntesis proteica (la mayoría de las
proteías plasmáticas)
 Síntesis de nucleótidos y porfirinas
 Ciclo de la urea
Aminoácidos

12. Metabolismo específico de tejidos
Hígado
 β-oxidación de ácidos grasos, AG
(combustible primario en el hígado)
 Síntesis de colesterol y triacilglicéridos,
TAG (VLDL)
 Síntesis de cuerpos cetónicos

13. Metabolismo específico de tejidos
Tejido adiposo blanco
 Síntesis de TAG a partir de Glc y AG
(principal reserva energética)
 Lipólisis por acción de TAG lipasa
 β-oxidación de AG
 Síntesis de AG (minoritaria)
Adipocito
Nelson DL, Cox MM. Lenhinger Principles of
Biochemestry. 5th Edition. 2008. 1294 p.

14. Metabolismo específico de tejidos
Acción de la proteína desacopladora
UCP1 (termogenina)
Tejido adiposo pardo o marrón
Termogénesis

15. Metabolismo específico de tejidos
Músculo esquelético
 Especializado en producir ATP
 No exporta glucosa
 Metabolismo en función del grado
de actividad física

16. Metabolismo específico de tejidos
Músculo esquelético
Cooperación hígado-músculo
Ciclo de Cori
Ciclo de de la alanina

17. Músculo cardíaco
Metabolismo específico de tejidos
 Actividad continua
 Abundancia de mitocondrias
 Metabolismo aeróbico permanente
 Síntesis de ATP por fosforilación oxidativa
 Prácticamente no tiene reservas energéticas
Cardiomiocito

18. Metabolismo específico de tejidos
Cerebro
 Glucosa como único combustible
 Metabolismo respiratorio muy activo
(20% del consumo total de O2)
 Consume cuerpos cetónicos en ayuno
 Generación de impulsos nerviosos
Neuronas

19. Metabolismo específico de tejidos
TABLA RESUMEN DEL PERFIL METABÓLICO DE LOS PRINCIPALES TEJIDOS DEL ORGANISMO
Tejido
Combustible
almacenado
Combustible primario
Combustibles
exportados
Hígado
Glucógeno
TAG
Aminoácidos, Glc, AG
AG, Glc, Cuerpos
cetónicos
Tejido adiposo TAG AG AG, glicerol
Músculo esquelético,
reposo
Glucógeno AG Ninguno
Músculo esquelético,
ejercicio
Ninguno Glc Lactato, alanina
Músculo cardíaco Ninguno AG Ninguno
Cerebro Ninguno Glc, Cuerpos cetónicos (ayuno) Ninguno

20. Preguntas de comprobación
1) ¿Por qué afirmamos que la molécula de ATP es la moneda de
cambio del metabolismo energético?
2) ¿ En qué nos basamos para designar al hígado como órgano
central del metabolismo de los mamíferos?
3) ¿Qué tejido especializado permite a algunos animales la
hibernación, y por qué?
Curiosidad Los eritrocitos carecen de mitocondrias y, por tanto, en todo
momento dependen por completo de la glucólisis anaeróbica y de
la vía de la pentosa fosfato.

21. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Integración Regulación
 COORDINACIÓN DE LAS
FUNCIONES
 AJUSTE DE LA INTENSIDAD
 RESPUESTA A CAMBIOS
 SIMULTANEIDAD Y
EFICIENCIA
 FUNCIONAMIENTO
JERARQUIZADO
 VÍNCULO DE LAS VÍAS
METABÓLICAS
(COMUNICACIÓN
INTERCELULAR)

22. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Vínculo entre las vías metabólicas
 Metabolitos comunes o de encrucijada
 Disponibilidad de cofactores (NAD/NADH)
 Reguladores alostéricos (ATP/ADP+P)
 Vínculos energéticos (Respiración celular)
Piruvato
Glc-6P
Acetil-CoA
Oxaloacetato
Cardellá Rosales L. Bioquímica humana,
Editorial Ciencias Médicas. 2007. 332p.

23. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Mecanismos generales de regulación
 Especialización metabólica
 Compartimentalización
 Regulación enzimática
 Regulación hormonal

24. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Alosterismo
x AMP
Modificación
covalente:
fosforilación
Regulación enzimática: actividad
de la glucógeno fosforilasa

25. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Regulación enzimática: cantidad de enzima
 Activación de factores de transcripción
 Unión a regiones específicas del ADN
 Represión o inducción de la expresión
del gen codificante
 Disminución o incremento de la
concentración de enzima

26. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Nelson DL, Cox MM. Lenhinger Principles of
Biochemestry. 5th Edition. 2008. 1294 p.
 Transmisión de señales
 Coordinación del metabolismo entre
órganos distantes
 Optimización de reservas energéticas
Sistema neuroendocrino

27. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Sistema jerárquico de
las señales
neurohormonales

28. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Regulación hormonal
Moléculas biológicamente activas
Estructura química variada
Cantidades pequeñas → amplificación
Crecimiento, desarrollo, metabolismo
Hormonas
Koolman J., Roehm KH. Color Atlas of Biochemistry. 2nd Edition. Thieme. 2005. 476 p.

29. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Modos de acciónCiclo hormonal

30. La insulina es una hormona anabólica por excelencia
 Respuesta a una hiperglicemia
 Efecto global: ↓ glucemia
↑↑ captación de Glc
↑ síntesis de glucógeno
↑ glucólisis
↑ síntesis de AG
↑ síntesis de TAG
↑ Pentosas fosfato
Acetil-CoA
NADPH

31. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Glucagón, hormona
del hambre
 Respuesta a una hipoglicemia
 Producida por células α del páncreas
 Provoca ↑ glucemia x 2 vías:
↑ glucogenólisis
↑ gluconeogénesis
↑ movilización de AG – Tejido adiposo
Hígado

32. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Adrenalina, hormona del estrés
 Reacción de lucha o huida
 Liberada por la médula adrenal
 Incrementa ritmo cardíaco y presión arterial
 Efectos metabólicos:
Hígado: ↑ glucogenólisis, ↑ gluconeogénesis
Músculo: ↑ glucólisis, ↑ glucogenólisis
Tejido adiposo: ↑ movilización de AG
⊙ Glucagón
⨂ Insulina

33. Hormonas tiroideas: T3 y T4
Integración y regulación hormonal del metabolismo
Efectos
metabólicos
↑ Tasa metabólica basal
↑ Número de mitocondrias
↑ Respiración celular
↑ Termogénesis (interacción con UCP´s)
↑Gluconeogénesis y glucogenólisis
↑Lipólisis y degradación de colesterol
Fase activa
Fase
inactiva
Gardner DG, Shoback D. Greenspan Endocrinología Básica y Clínica. 9th Edition. McGraw-Hill. 2012. 897 p.

34. Integración y regulación hormonal del metabolismo
Prolactina
 Producida por la adenohipófisis
 Síntesis (lactogénesis) y secreción de leche
 Efectos metabólicos:
Células lactotropas
↑ Síntesis de acetil-CoA carboxilasa
↑ Síntesis de lactosa-sintetasa
↑ Síntesis de aminoácidos y proteínas (caseína)

35. Hiperglucemia y cetoacidosis
El hambre en la abundancia
 Adipocitos y músculo no incorporan Glc
(GLUT-4 sensible a insulina)
 ↑Lipólisis y ↑ Glucogenólisis
 ↑Gluconeogénesis
 ↑ Quilomicrones, VLDL
(riesgo aterosclerosis)
 ↑ ↑ Cetogénesis (↓ pH sanguíneo)
⊙ Glucagón
La diabetes es un defecto en la producción o acción de la insulina

36. Preguntas de comprobación
1)¿Qué mecanismos controlan la actividad enzimática?
2)¿Cómo se modifica el metabolismo glucídico del
hígado en presencia del glucagón?
3)Describa el ciclo hormonal de la insulina.

37. A modo de resumen…

38. Conclusiones
El funcionamiento de los mamíferos como organismos pluricelulares requiere
de mecanismos de integración y regulación metabólicas que le permitan
adaptarse a los cambios frecuentes del ambiente. Estos mecanismos pueden
ser muy variados pero tienen en común que las enzimas son sus principales
efectores. La coordinación adecuada de las funciones metabólicas tienen como
fundamento la comunicación intercelular y el componente primario de esa
comunicación es el sistema neuroendocrino.

39. Bibliografía
 Cardellá Rosales L. Bioquímica humana. Editorial Ciencias Médicas. La Habana. Cuba. 2007. 332 p.
 Gardner DG, Shoback D. Greenspan Endocrinología Básica y Clínica. 9th Edition. McGraw-Hill. USA.
2012. 897 p.
 Hall JE. Guyton y Hall Tratado de Fisiología Médica. 13ra Edición. Elsevier. 2016. 2924 p.
 Jameson JL. Harrison´s Endocrinology. 3rd Edition. McGraw-Hill Education. USA. 2013. 560 p.
 Koolman J., Roehm KH. Color Atlas of Biochemistry. 2nd Edition. Thieme. 2005. 476 p.
 Nelson DL, Cox MM. Lenhinger Princiles of Biochemistry. Fifth Edition. W. H. Freeman and
Company. Nueva York. USA. 2008. 1294 p.

40. Orientación del seminario
Seleccionen una de las condiciones/enfermedades expuestas a continuación
y preparen una presentación de 10-15 diapositivas que incluya:
 Adaptaciones o modificaciones fundamentales
 Rutas metabólicas y enzimas implicadas
 Metabolitos que ↑ o ↓ su concentración
 Implicaciones para el organismo
Ayuno prolongado
Cáncer
Ejercicio físico
Obesidad
Embarazo
Déficit enzimático