Generalidades y metabolismo de los hidratos de carbono

1. Generalidades
Carbohidratos
MTA NC. Lupitha Flores R.

2. Hidratos de carbono
 Biomoléculas formadas por–(CnH2nOn)-
 Compuestos orgánicos más abundantes en la
naturaleza.
 Ejemplos: el azúcar, el almidón, la dextrina, la
celulosa y el glucógeno, sustancias que
constituyen una parte importante de la dieta de los
humanos y de muchos animales.

3. Funciones biológicas
 Constituyen la principal fuente de energía celular.
 También forman parte de moléculas más
complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa,
componentes de los ácidos nucleicos.
 Funciones estructurales.
 Permite el reconocimiento célula - célula

4. CLASIFICACIÓN
Moléculas Nombre Unión Presente en:
Monosacáridos 1 Glucosa - Animales y plantas
Fructosa - Frutas
Galactosa - Leche
Disacáridos 2 Sacarosa Glucosa + fructosa Azúcar de caña
Lactosa Glucosa + galactosa Leche
Maltosa Glucosa + glucosa Azúcar de malta
Polisacáridos >10 Celulosa n-glucosas Madera, algodón
Almidón n-glucosas Cereales, papa
Glucógeno n-glucosas Musculo, hígado

5. Monosacáridos:
 Moléculas simples constituidas por átomos de C H O
 Constituidos por un azúcar simple
 Formados por una sola molécula que tiene 5 ó 6 C
 Son hidrosolubles y de sabor dulce.
 Ejemplos: glucosa, galactosa, fructosa, ribosa y
desoxirribosa.

7. Funciones biológicas monosacáridos
 Principal fuente de energía celular
 También forman parte de moléculas más
complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa,
componentes de los ácidos nucleicos.
 Funciones estructurales.

8. Oligosacáridos/Disacáridos:
 Resultantes de la unión de 2 a 10 unidades de
monosacáridos.
 Combinación de dos moléculas de monosacáridos
con separación de una molécula de agua
 Hidrosolubles y de sabor dulce
Los más importantes:
 Sacarosa (glucosa+fructosa )
 Lactosa (glucosa+galactosa)
 Maltosa (glucosa+glucosa)

10. Funciones biológicas disacáridos
 Son formas de transporte en los vegetales y en
algunos animales.
 Forman parte de moléculas más complejas, como
las glucoproteínas y glucolípidos.
 Intervienen en la estructura de la membrana
plasmática, participando en el reconocimiento
celular.

11. Polisacáridos
 Muchas unidades de monosacáridos (más de 10).
Lineales o ramificadas.
 Gran número de monosacáridos unidos mediante
enlaces glucosídicos
 Homopolímeros o heteropolímeros
 Son insolubles en agua y no tienen sabor.
 Ejemplos: almidón, el glucógeno y la celulosa.

12. Glucógeno
El glucógeno constituye una importante reserva
de energía para los animales y se almacena
principalmente en el hígado y en los músculos

13. Metabolismo de
carbohidratos

14. Glucógeno
Glucosa
Lactato
Glucogenólisis
Glucolisis
Glucogenogénesis
Gluconeogénesis
**
*Hígado y riñón
** almacén
*

15. Glucosa
Es la forma principal en la que los glúcidos que
provienen del tracto gastrointestinal son
presentados al resto de las células corporales.
Metabolismo deficiente:
Obesidad y diabetes

16. GLUCÓLISIS
 Secuencia de 10 reacciones que rompen
1molécula de glucosa en 2 moléculas de
piruvato con la generación de 2 moléculas de
ATP y NADH
 Localización: Todas las células
 Zona: Citosol

17. RESPIRACIÓN AEROBIA Y ANAEROBIA
 La glucólisis puede producir ATP en condiciones
aerobias y anaerobias.
 Aerobias:  Piruvato mitocondria ATC y la
fosforilación oxidativa a CO2 y H2O = grandes
cantidades de energía
 AnaerobiaPiruvato reducido por
NADHLactato en citosol. = pequeña cantidad
de energía

18. Funciones e importancia de la Glucólisis
 Vía de producción de E de “urgencia” limitante
O2
 Glóbulos rojos no mitocondria
 Músculo esquelético activo. (demanda > E)
 Encéfalo (120g/día)

19. Fases
 2 Fases
1. Acumulo E
Fosforilación y división de la glucosa en 2
moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Se
utilizan 2 ATP

21. Fases
 2.- Generación de E
2 gliceraldehidos-3-fosfato2
piruvato=generación de 4 ATP
Glucosa+2NAD+2ADP+2Pi2NADH+2Piruvatos+2ATP+2H2O
+2H

23. Glucólisis Anaerobia
 Glucosa+2Pi+2ADP2 lactato +2ATP+2H2O
 Generan 2 ATP por 1 glucosa
 No hay NADH porque es utilizado por el lactato
hidrogenasa para reducir el piruvato a lactato

24. Glucólisis Aerobia
 Glucosa+2Pi+2NAD+2ADP2Piruvatos+2
ATP+2NADH+2H+H2O
 2 NADH por 1 Glucosa
 Cada NADH se va cadena transportadora de
electrones para producir 2.5 ATP
 Ganancia NETA ATP = 7

26. Destinos del Piruvato

27.  1.- Anaerobias: Piruvato reducido a lactato por
medio lactato deshidrogenasa con la oxidación
simultanea de NADH a NAD+
 Citosol
 Reversible

28.  Anaerobias: Levadura (fermentación alcohólica) Piruvato se
descarboxila a CO2 y acetaldehído, que entonces es reducido
por NADH para producir NAD+ y etanol.

29. Glucólisis Aerobia
Descarboxilación oxidativa del Piruvato y formación de
Acetil-CoA
Matriz mitocondrial

31. Regulación Alostérica
 3 reacciones irreversibles (1, 3 y 10)

32.  Hexocinasa: los niveles ↑ de G6P la inhiben
 [ ] ↑AMP activa PFK-1 y piruvato cinasa
 [ ] ↑ATP inhibe PFK-1 y piruvato cinasa
Enzima Activador Inhibidor
Hexocinasa Glucosa 6 Fosfato,
ATP
PFK-1 Fructosa-2,6 difosfato,
AMP
Insulina aumenta su
síntesis
Citrato, ATP
Glucagón diminuye sus
intesis
Piruvato Cinasa Fructosa-1,6 difosfato, Aceitl CoA, ATP

33. Estadios de la glucólisis
FASE I: Acopio de Energía
Paso Enzima Tipo de reacción
1 Hexocinasa Fosforilación
Paso regulatorio irreversible
2 Fosfoglucosa isomerasa Isomerización
AldosaCetosa
3 Fosfofructocinasa-1 (PFK-1) Fosforilación
Paso irreversible limitante de la
velocidad de la glucolisis
4 Aldolasa Escisión
FBP-(6C)DHAP (3C)+GAP
(3C)
5 Triosa Fosfato isomerasa Isomerización
= 2 Moleculas de
Gliceraldehido 3 fosfato

34. Estadios de la glucólisis
Fase II: Generación de Energía (x2)
6 Glcieraldehido-3-
fosfato
deshidrogenasa
Fosforilación oxidativa se generan 2
NADH por molécula de glucosa oxidada
7 Fosfoglicerato
cinasa
Fosforilación a nivel sustrato
8 Fosfoglicerato
mutasa
Transferencia del grupo fosfato de C3 a
C2
9 Enolasa Deshidratación
10 Piruvato cinasa Fosforilación a nivel sustrato
Paso regulatorio irreversible
Todas las cinasas requieren Mg como cofactor

35. GLUCONEOGÉNESIS

39. METABOLISMO DEL
GLUCÓGENO

40. Glucógeno
 Exceso glucosa se almacena glucógeno
 Glucosa se mueve de forma rápida dependiendo
la necesidad
 Entre comidas
 Ejercicio
 Glucógeno es un excelente material de deposito
a corto plazo, pudiendo proporcionar E de manera
inmediata

41. Depósitos de glucógeno
 Principalmente en:
 No puede abandonar el
musculo y por tanto no
puede contribuir a la
concentración de glucosa
en sangre.

42. Funciones del glucógeno hepático y
muscular
Glucógeno hepático Glucógeno muscular
Función
principal
Mantenimiento de glucosa en sangre
Tras las comidas
Primeras fases de ayuno
Combustible de
reserva para la
contracción muscular
Ostras
funciones
Utilizado como combustible por cualquier
tejido, el hígado contiene glucosa-6-
fosfatasa, que elimina el grupo fosfato de la
glucosa-6-fosfato permitiendo que la glucosa
abandone el hígado
Ninguna. No enzima
Tamaño
depósitos
10% peso hígado 1-2% peso músculo
Control
hormonal
Glucagón y adrenalina estimulan la su
degradación
Insulina estimula sintesis
Adrenalina estimula
degradación
Insulina síntesis

43. Estructura del glucógeno
 Polímero de moléculas de glucosa muy ramificado
Enlaces
 α1,4 cadenas rectas
 α 1,6 puntos ramificación

45. SÍNTESIS DE GLUCÓGENO
Glucogenogénesis

46. Sintesis de glucógeno:
glucogenogénesis
 Citoplasma
El proceso requiere
 4 enzimas
1. Fosfoglucomutasa
2. Uridina difosfato (UDP)-
glucosa pirofosforilasa
3. Glucógeno sintasa
4. La enzima ramificadora,
amilo (1-41,6)

47. El proceso requiere
 El donante de glucosa UDP-glucosa
 Un cebador para iniciar la sintesis de glucógeno si no
hay una molécula de glucógeno preexistente
(Glucogenina)
 ATP

48. 4 Estadíos
 Fase 1: formación de
glucosa 1 fosfato:
 La glucosa 6 fosfato se
convierte en glucosa 1
fosfato por la
fosfoglucomutasa

49.  Fase 2. Formación de glucosa activada (UDP-glucosa)
 Se forma glucosa activada UDP glucosa
 Enzima uridil tranferasa
 Une la glucosa 1 fosfato y un UTP.

52.  Fase 3. Elongación:
 Enzima glucógeno sintasa
 Transfiere la glucosa-UDP a
una cadena de glucógeno que
contenga como mínimo 4
glucosas.
 Si esta cadena no está
presente la pega al cebador
glucogenina.

55.  Fase 4. Formación
de ramas:
 La enzima
ramificadora forma los
enlaces que hacen las
ramificaciones
(enlaces 1-6)

57. DEGRADACIÓN DEL
GLUCÓGENO
Glucogenólisis

58. Degradación del glucógeno:
Glucogenólisis
Degradación del glucógeno
 90% = Glucosa-1-Fosfato
 10% = Glucosa libre
 Citosol
 2 Fases

59. Fase 1. Acortamiento de la cadena
 Glucógeno fosforilasa ((PLP) piridoxal fosfato
como cofactor)
 Rompe unión α 1,4
 Liberar glucosa 1 fosfato.
 Rompe hasta que encuentra 4 residuos de glucosa

60. Fosforólisis de los enlaces a-1,4 del glucógeno

61. Dextrina límite
Libera residuos
unidos
linealmente en
una cadena
hasta llegar al
4° residuo
Polisacárido
con 4
unidades en
cada rama

62. Fase 2. Eliminación de las ramificaciones
 Enzima desramificadora
 Transfiere 3 residuos glucosa terminal desde una rama
exterior a otra, exponiendo el punto de ramificación α 1,6
 Enzima amilo α1,6 glucosidasa
 Hidroliza la unión α1,6 para liberar glucosa

63. 2) Eliminación de ramificaciones: enzima

64. 2) Eliminación de ramificaciones: enzima
Amilo 1,6 glucosidasa

66. Glucosa 1-P Glucosa-6-P
Fosfoglucomutasa
Glucólisis

67. Regulación del metabolismo del glucógeno
Se almacena en momentos de plenitud.
Se utiliza en tiempos de necesidad p.e. ayuno, lucha, huida.
Regulación de glucógeno
Enzima Activador Inhibidor
Glucógeno sintasa
(glucogenogénesis)
Insulina
Glucosa (hígado)
Glucagón
Adrenalina
Fosforilación
Glucógeno
fosforilasa
(glucogenólisis)
Glucagón
Adrenalina
Fosforilación
Iones Ca+ (músculo)
AMP músculo)
Insulina
Glucosa (hígado)
Fuente: Horton D y Dominiczak M. Lo esencial en metabolismo y nutrición. 4° ed. Elsevier, 2013

68. Regulación hormonal: Insulina
 Secretada por las células b del páncreas en
respuesta a elevaciones en la glucosa sanguínea

70. Regulación hormonal: Glucagón
 Secretada por las células a del páncreas
(islotes de Langerhans) en respuesta a
disminuciones en la glucosa

72. Regulación hormonal: Epinefrina/Adrenalina
 Liberada por las
glándulas adrenales
 En respuesta a señales
neurales que disparan
conductas de lucha o
huida.
 Estimula la ruptura del
Glucógeno a G-6-P
 Inhibe la síntesis de
glucógeno

73. CICLO DE LOS ÁCIDOS
TRICARBOXÍLICOS

74. Formación de Acetil-CoA a partir de Piruvato
Descarboxilación oxidativa del Piruvato y formación de
Acetil-CoA
Matriz mitocondrial

75. Complejo de la piruvato
deshidrogenasa
Enzimas Nombre enzima Coenzimas
E1 Piruvato
descarboxilasa
TTP
Pirofosfato de tiamina
E2 Dihidrolipoil
transacetilasa
Ácido lipoico
CoA
E3 Dihidrolipoil
deshidrogenasa
FAD
NAD+

76. Papel central que desempeña el acetil CoA en el
metabolismo

77. Ciclo krebs
 Constituye una vía eficiente de
aprovechamiento de E proveniente de los
nutrimentos de la dieta.
 Ciclo anfibólico (anabólico y catabólico).
 Serie de 8 reacciones que oxidan 1 molécula
acetil CoA, dando 2 moléculas de CO2,
generando E en forma ATP o equivalentes
reductores (NADH o FADH2)
 Localización: Todas las células mitocondria

78. La producción de ATP por cada molécula
de acetil CoA oxidada (cada vuelta)
 1 ATP directamente por fosforilación
oxidativa
 9 ATP indirectamente mediante la
fosforilación oxidativa de 3 NADH
(3x2.5ATP=7.5) y un FADH2 (1x1.5ATP) por
la cadena transportadora de electrones. = 9
ATP
 = 10 ATP

80. 1.-Formación de citrato
Condensación de acetilCoA con oxaloacetato para dar citrato

81. 2.-Formación del Isocitrato

82. 3.-Formación del a-cetoglutarato
+ NADH
Isocitrato se oxida para formar NADH y CO2

83. 4.-Oxidación del a-cetoglutarato a
Succinil-CoA + NADH

84. *Nucleotido difosfocinasa transfiere su E
al ADP para formar ATP
*
5.-Transformación del Succinil-
CoA en Succinato

85. 6.-oxidacion de succinato para la
Síntesis del Fumarato y obtención
del FADH2

86. 7.-Hidratacion de fumarato para
la Formación de Malato

87. 8.-Oxidacion de malato para
la Reconstrucción del
oxalacetato.

90. Ciclo del acido cítrico anfibólico
 Vías anfibólicas =procesos anabólicos o catabólicos
Catabólicos
 Grupos acetilo se oxidan para dar CO2
Anabólico
 Oxaloacetato se utiliza en gluconeogenesis y en
síntesis aa lisina treonina isoleucina y metionina
 α cetoglutarato glutamina, glutamato prolina y
arginina
 Sintesis de porfirinas como el hem
 Sintesis de acidos grasos y colesterol

93. Regulación a nivel del ciclo:
regulación alostérico de las
actividades enzimáticas
3 enzimas clave catalizan reacciones irreversibles
 CITRATO SINTASA
 ISOCITRATO DESHIDROGENASA
 α CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA
 Todas se activan con Ca2+
 Contracción muscular ↑ Ca2+ = ↑ ACT y ATP
 ↑ ATP y NADH= ↑ estado energético = < necesidad
de E= inhibe ACT

97.  http://www.youtube.com/watch?v=56tu7sKF
h0w&feature=related
 http://www.youtube.com/watch?v=xQccszIn
m6U
 http://www.youtube.com/watch?v=OVP54Y
mShzE&NR=1
 http://www.youtube.com/watch?v=KTUkaNn
otao&feature=related