LIC. NUTRICIÓN
QCA. BIOLÓGICA 2015
SIGUE….
METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
TEMA 5
METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
GLUCONEOGÉNESIS, reacciones, costo
energético, importancia metabólica.
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO. Glucogenolisis y
Glucogenogénesis. Regulación. Control hormonal en
distintos estados nutricionales.
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
TERMINOLOGÍA
• GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa,
fructosa, galactosa hasta piruvato. VÍA GLICOLÍTICA
• GLUCONEOGENESIS: Síntesis de glucosa a partir de
otros precursores diferentes a hidratos de carbono
• GLUCOGENOGENESIS: Conversión de glucosa en
glucógeno
• GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a glucosa
Destinos metabólicos de la Glucosa-6-P
Glucógeno
Glucosa
GLUCOSA-6-P
Gluconeogénesis
Ribosa-5-P
Glicólisis -Vía Glicolitica
Piruvato
GLUCONEOGENESIS
La GLUCONEOGÉNESIS es el proceso de
biosíntesis de Glucosa a
partir de compuestos no glucídicos
•
PERMITE SINTETIZAR GLUCOSA A PARTIR DE PRECURSORES QUE NO
SON HIDRATOS DE CARBONO.
•
PRECURSORES:
• PIRUVATO
• LACTATO (del metabolismo anaerobio)
• GLICEROL (proviene de la degradación de ácidos grasos)
• AMINOÁCIDOS (Alanina) (derivados del recambio de proteínas)
• a –CETOACIDOS (productos de la degradación de aminoácidos)
•
•
TIENE LUGAR PRINCIPALMENTE EN HIGADO y RIÑÓN
ES UN PROCESO QUE CONSUME ENERGIA
Repasemos….
REACCIONES
IRREVERSIBLES
de la
Vía Glicolítica
GLUCONEOGÉNESIS
¿Cuándo y dónde es activa la
Gluconeogénesis?
Cuando la dieta carente en carbohidratos
En situaciones fisiológicas como el ayuno
prolongado
En ciertos estados patológicos (diabetes no tratada,
en que la glucosa no puede ingresar a la célula para
ser utilizada como fuente de energía)
 En algunos tejidos donde la glucosa es
indispensable (Sistema Nervioso)
En ciertas células que carecen de mitocondrias
(glóbulos rojos)
El hígado es el órgano principal donde tiene lugar
esta vía (encargado de la homeostasis de glucosa)
REACCIONES DE LA
GLUCONEOGÉNESIS
NO ES EL CAMINO INVERSO A LA VÍA GLICOLÍTICA,
IMPLICA OTRAS REACCIONES
¡ PROBLEMA !
¿CÓMO SE REVIERTEN LAS
REACCIONES IRREVERSIBLES DE LA VÍA GLICOLÍTICA ?
A TRAVÉS DE LAS
REACCIONES DE DESVÍO
CATALIZADAS POR:
•
PIRUVATO CARBOXILASA (mitocondrial)
•
FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA (isoenzimas,
citosólica y mitocondrial)
•
FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA (citosólica)
•
GLU-6-FOSFATASA (citosólica, solo en hígado)
DESDE PIRUVATO A FOSFOENOLPIRUVATO
1)- PIRUVATO CARBOXILASA
OXALACETATO + H+
PIRUVATO + CO2 + H2O
(+) Acetil-CoA
ENZIMA
MITOCONDRIAL
ATP
ADP+ Pi
2)- FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA
OXALACETATO
GTP
FOSFOENOLPIRUVATO + CO2
GDP
ISOENZIMAS CITOSOLICA Y
MITOCONDRIAL
DESDE FRU-1,6-BISFOSFATASA A FRU-6P
FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATO + H2O
FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA
(citosólica)
FRUCTOSA-6-FOSFATO + Pi
DESDE GLUCOSA-6-FOSFATO A GLUCOSA
GLUCOSA-6-FOSFATO + H2O
GLUCOSA-6-FOSFATASA (Hígado )
(citosólica)
GLUCOSA + Pi
GASTO DE ENERGIA EN LA
GLUCONEOGENESIS
En la síntesis de :
• (2) OXALACETATO
2 ATP
• (2) FOSFOENOLPIRUVATO
2 GTP
• (2) 1,3-BISFOSFOGLICERATO 2 ATP
TOTAL: 4 ATP y 2 GTP por molécula de glucosa.
REGULACIÓN DE LA GLUCONEOGÉNESIS
• Hormonal:
(+) Glucagón
Fructosa-1,6
bisfosfatasa
Hormona hiperglucemiante
Activa la
Gluconeogénesis
• Alostérica
Fructosa-1,6
bisfosfatasa
(-) AMP y ADP
LACTATO
Sitio celular
en que ocurre la
GLUCONEOGÉNESIS
Sitio celular
en que ocurre la
GLUCONEOGÉNESIS
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SIGUE….
METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN
TEMA 5
METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
GLUCONEOGÉNESIS, reacciones, costo energético,
importancia metabólica.
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO. Glucogenolisis y
Glucogenogénesis. Regulación. Control hormonal en
distintos estados nutricionales.
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
TERMINOLOGÍA
• GLICOLISIS: Degradación anaeróbica de glucosa,
fructosa, galactosa hasta piruvato. VÍA GLICOLÍTICA
• GLUCONEOGENESIS: Síntesis de glucosa a partir de
otros precursores diferentes a hidratos de carbono
• GLUCOGENOLISIS: Degradación de glucógeno a
glucosa
• GLUCOGENOGENESIS: Conversión de glucosa en
glucógeno
Destinos metabólicos de la Glucosa
Glucógeno
GlucógenoGlucógenogénesis
lisis
Glucosa-6-fosfatasa
Via de las Pentosas
(solo en hígado)
GLUCOSA-6-P
Glucosa
Ribosa-5-P
Gluconeogenesis
Glicólisis -Via Glicolitica
Piruvato
METABOLISMO DEL GLUCOGENO
DEGRADACION
BIOSINTESIS
GLUCOGENOLISIS
GLUCOGENOGENESIS
La síntesis y degradación de glucógeno está
cuidadosamente regulada entre sí para cumplir con
las necesidades energéticas de la célula
Estructura del Glucógeno
Gránulos de
Glucógeno (hepatocito)
Micrografía electrónica
mitocondria
GLUCÓGENO
Está presente en citosol formando
gránulos (100-400 A°)
Es un polímero de la glucosa de alto peso
molecular, soluble en agua
Es muy ramificado: cada 8-12 unidades de
Glucosa presenta una unión a 1-6 o punto
de ramificación
¿Es ventajoso tener una
estructura ramificada?
Ramificación de la molécula
de Glucógeno: 10%
Presenta gran número de glucosa terminales
ó extremos (no reductores)
Los extremos son de fácil acceso a enzimas
de la degradación
Esto posibilita una degradación rápida
También aumenta la velocidad de síntesis
Estructura del Glucógeno
unión (a 1-4)
Cadena lineal
Extremos
No Reductores
unión (a 1-6)
Punto de
Ramificación
Función general
Función principal
Otras funciones
FUNCIONES DEL GLUCÓGENO
 Almacena el exceso de Glucosa de la dieta
 Cubre las necesidades de Glucosa a corto plazo
(hipoglucemia, hipoxia)
GLUCÓGENO HEPÁTICO
GLUCÓGENO MUSCULAR
-Mantiene la concentración -Combustible de reserva
de Glucosa en sangre
para la contracción
(tras las comidas y en las
muscular intensa
primeras fases del ayuno)
-Almacena Glu en períodos
de excesos (después de las
comidas)
-Hígado: Posee la enzima
que desfoforila Glu-6P
-Libera Glu a la sangre
(intervalos entre comidas)
-Asegura la provisión de Glu
en todos los tejidos
Tamaño de los depósitos -10% peso húmedo del
hígado
-duran sólo 12-24 hs
durante el ayuno!!
-Músculo: Carece de la
fosfatasa que desfoforila
Glu-6P
-No puede liberar Glu a la
sangre
-Se degrada para obtener
energía en el músculo
-1-2% peso húmedo del
músculo
BIOSÍNTESIS DEL GLUCOGENO
GLUCOGENOGENESIS
¿Dónde ocurre?
Principalmente en las células animales
En el citosol
Es una vía importante en hígado y músculo
¿Cuándo ocurre?
Proceso activo después de una ingesta
rica en Hidratos de Carbono
GLUCOGENOGENESIS
¿Qué requiere?
 Cuatro Enzimas
 UTP como nucleótido activador de Glucosa
 Molécula de Glucógeno preexistente ó
 Un “cebador” (proteína) para iniciar la síntesis si no
hay una molécula de Glucógeno preexistente
 ATP como dador de energía
 La biosíntesis de glucógeno está coordinada
recíprocamente con la degradación
GLUCOGENOGENESIS
¿Qué enzimas intervienen?
1) Fosfoglucomutasa
2) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa1-P uridil transferasa)
3) Glucógeno sintasa
4) Enzima ramificante
La UDP-glucosa es el sustrato de la
enzima glucógeno sintasa
Se inicia con glucosa-6-fosfato que se
convierte en glucosa-1-fosfato por
acción de una mutasa.
GLUCOGENOGENESIS
¿Qué etapas presenta?
1) Fosforilación de Glucosa en el C-6
por acción de hexoquinasas
2) Formación de Glucosa-1P, a partir de Glucosa-6P
por acción de fosfoglucomutasa
3) “Activación” de Glucosa-1P, a UDP-Glucosa
por acción de UDP-glucosa pirofosforilasa
4) Elongación de la cadena de Glucógeno: adición de Glucosa
en una molécula de Glucógeno preexistente o a la proteína Glucogenina
por acción de glucógeno sintasa
5) Formación de ramificaciones
por acción de enzima ramificante
GLUCOGENOGENESIS
Etapa 1) Fosforilación de Glucosa en el C-6
por acción de hexoquinasas
Repasar Vía Glicolítica……
Etapa 2) Formación de Glucosa-1P
Fosfoglucomutasa (Mg2+, Glu 1,6 bisP)
Glucosa-6-P
Glucosa-1-P
Etapa 3) “Activación” de Glucosa-1P
UDP-glucosa pirofosforilasa
Glucosa-1-P + UTP
UDP-Glucosa +
PPi
2 Pi
pirofosfatasa
Etapa 3) FORMACION DE UDP-Glucosa
LUIS LELOIR (1906-1987),
Premio Nobel en Química Año
1970, discípulo de Houssay
Identificó el papel
de la UDP-Glu
Glucosa
Hexoquinasa
UTP
Glucosa-6-fosfato
UDP-Glu fosforilasa
Fosfoglucomutasa
Glucosa-1-fosfato
UDP
UDP-Glucosa
Etapa 3)
FORMACION DE UDP-Glucosa
GLUCOGENOGENESIS
Etapa 4) Elongación de la cadena de Glucógeno
Glucógeno sintasa
UDP-Glucosa + Glucógeno (n) (preexistente
ó
“Glucogenina”)
Glucógeno (n+ 1) + UDP
Etapa 4) REACCION DE LA
GLUCOGENO SINTASA
Uridina
n
UDPglucosa
Glucógeno (extremo no reductor)
Uridina
UDP
Nuevo extremo
no reductor
Glucógeno (n+1)
Glucógeno
sintasa
GLUCOGENOGENESIS
Etapa 5) Formación de ramificaciones
Enzima ramificante :
Amilo a(1,4
1,6) glucosil transferasa
Forma enlaces glicosídico a(1,6) para las
ramificaciones de la molécula de glucógeno
Etapa 5)
Ramificación: una enzima ramificante (amilo (1,4 →1,6)- glucosil
transferasa) traslada una cadena terminal de unos seis o siete
residuos de glucosa, a un grupo hidroxilo situado en el C6 de un
residuo de glucosa en el interior del polímero formándose enlaces
(a1->6) en los puntos de ramificación.
Enzima ramificante
Punto de
ramificación
(α-1,6)
Extremos
no reductores
GLUCOGENOGENESIS
Gasto Energético
• Glucosa-6-P
1 ATP
• Activación de glucosa
(UDP + ATP = UTP + ADP)
1 UTP
• Hidrólisis PP a 2 Pi (se rompe una unión de alta energía)
Por cada unidad de GLU que se utiliza en la síntesis de glucógeno, se
gastan: 2 ATP y 3 uniones ricas en energía.
Regulación de la GLUCOGENOGENESIS
 REGULACION ALOSTERICA:
sobre Glucógeno sintasa
Glu-6-P (+)
Ca++ (-)
Glucogeno (-)
 REGULACION
POR
MODIFICACION
COVALENTE:
FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno
sintasa.
 REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON
(Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).
REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN
COVALENTE
Cuando la Glucógeno sintasa (GS) está fosforilada es poco activa
(GSb), mientras que cuando se encuentra desfosforilada es muy
activa (GSa). Esta regulación está sometida a control hormonal.
INSULINA
(+)
Fosfatasa
Sintasa B
P
ADRENALINA
GLUCAGÓN
Sintasa A
(muy activa)
(poco
activa)
(+)
ADP
P
Quinasa
ATP
Regulación Hormonal de la
GLUCÓGENO-GENESIS
Glucógeno sintasa
Hormonal
(+) Insulina
(-) Adrenalina ó Glucagón
Alostérica
(+) Glucosa-6-fosfato
(-)Ca++
(-) Glucógeno
Resumiendo…
GLUCOSA-6P
Fosfo-glucomutasa
Síntesis de Glucógeno
DEGRADACION DEL GLUCOGENO
GLUCOGENOLISIS
¿Cuándo se activa?
• SE ACTIVA CUANDO LA CELULA
NECESITA ENERGIA Y NO DISPONE DE GLUCOSA
(entre comidas, actividad muscular intensa)
¿Dónde ocurre?
• TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA DE LAS CELULAS
• ES UN PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y
MUSCULO ESQUELETICO
GLUCOGENOLISIS
¿Qué etapas presenta?
1- Liberación de unidades de glucosa-1-fosfato :
acción de glucógeno fosforilasa
2- Transferencia de unidades del trisacárido terminal
al extremo de la rama vecina: acción de Transferasa
3- Hidrólisis de las uniones alfa 1,6 glicosídicas:
acción de alfa- 1,6 glicosidasa.
Se produce glucosa libre
4- Formación de glucosa-6-fosfato
a partir de la glucosa-1-fosfato: por fosfoglucomutasa
5- Liberación glucosa a partir de la glucosa-6-fosfato:
En hígado por acción de glucosa-6-fosfatasa
GLUCOGENOLISIS
REACCIONES
•
Eliminación de GLUCOSA del extremo no
reductor (uniones a-1,4)
•
Hidrólisis de los enlaces glucosídicos en los
puntos de ramificación (uniones a-1,6)
Enzimas que intervienen en el proceso de
degradación del GLUCOGENO
GLUCOGENO FOSFORILASA
AMILO-a (1,6) GLUCOSIDASA (Enz Desramificante)
FOSFOGLUCOMUTASA
REACCIONES DE LA GLUCOGENOLISIS
• GLUCOGENO FOSFORILASA
GLUCOGENOn + Pi
GLUCOGENOn-1 + GLUCOSA-1-P
SE ELIMINA UN PUNTO DE RAMIFICACIÓN
• AMILO- a(1,6)-GLUCOSIDASA (Enzima desramificante)
GLUCOGENOn + Pi
GLUCOGENO n-1 + GLUCOSA
Degradación del GLUCÓGENO
Glucógeno
fosforilasa
Glucógeno fosforilasa
Enzima
desramificante
(a1,4a1,4)
glucanotransfersa
n Glu-6-P
Enzima
desramificante
(a16)
glucosidasa
Glu-6-P
Hexoquinasa
SÍNTESIS
Resumiendo…
(Hígado)
Síntesis
y Degradación
del Glucógeno
Fosfo-glucomutasa
(Hígado)
DEGRADACIÓN
REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS
a) REGULACION ALOSTERICA : AMP/ATP
b) REGULACION HORMONAL: Intervienen 3 hormonas
1)INSULINA
2) GLUCAGON (Hepatocito)
3) ADRENALINA (Células musculares)
Recordemos….
INSULINA es una hormona HIPOGLUCEMIANTE
disminuye la [Glucosa] en sangre
GLUCAGÓN y ADRENALINA son hormonas
HIPERGLUCEMIANTES
aumentan la [Glucosa] en sangre
Regulación de
Glucógeno fosforilasa
• Es una enzima que se regula covalentemente
• Es activa cuando está fosforilada
• Es inactiva cuando está desfosforilada
REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE
Modificación de la actividad de la glucógeno fosforilasa mediante
fosforilación: la fosforilasa B (poco activa) no está fosforilada,
mientras que la fosforilasa A (muy activa) se encuentra
FOSFORILADA. Esta regulación está sometida a control hormonal.
Insulina
(+) Fosforilasa
fosfatasa
(PPT)
Glucagón
(higado)
Fosforilasa quinasa
Adrenalina
Ca2+, AMP
(músculo)
GLUCOGENOLISIS
¿COMO SE REGULA EN MUSCULO?
Cuando el músculo necesita una rápida
provisión de energía (carrera, estados estrés
emocional, agresión física)
• Aumentan los niveles de AMP
• Se libera ADRENALINA
• Se activa la Glucógeno fosforilasa y se libera
glucosa-1-fosfato
GLUCOGENOLISIS
¿Cuándo y cómo se regula en HIGADO?
Cuando BAJAN los niveles de
glucosa sanguínea
• Se libera glucagón del páncreas
• Se activa la adenilato ciclasa y en consecuencia la
glucógenolisis.
• Sobre glucosa 1-fosfato actúa una fosfatasa y se
libera glucosa libre en sangre.
¿Qué sucede cuando AUMENTAN los
niveles de glucosa sanguínea?
Se libera Insulina del páncreas
Se estimula la actividad fosfatasa
Se inhibe la glucógeno fosforilasa
La biosíntesis y degradación están
coordinadamente reguladas
GLUCOSA
Fosforilación
INACTIVA
GLUCOSA-6-P
UTP
UDPG
GLUCOGENO (n)
Fosforilación
ACTIVA
GLUCOGENO n-1
GLUCOSA-1-P
UDPGpirofosforilasa
Glucógeno
UDP
sintasa
Enzima
ramificante
GLUCOGENO n+1
Enzima
desramificante
Glucógeno
fosforilasa
Pi
¿Qué pasa cuando AUMENTAN los niveles de glucosa sanguínea?
Se libera INSULINA del páncreas.
Se estimula la actividad fosfatasa.
Se inhibe la glucógeno fosforilasa.
Se activa la glucógeno sintasa.
Hígado: Cuando bajan los niveles de glucosa sanguínea
Se libera GLUCAGÓN del páncreas.
Se activa la adenilato ciclasa y en consecuencia se estimula la actividad de
quinasas.
Se activa la glucógeno fosforilasa.
Se inhibe la glucógeno Sintasa.
Sobre Glu-6-fosfato actúa una fosfatasa y se libera glucosa libre en sangre.
¿Cómo se regula en músculo?
Cuando el músculo necesita una rápida provisión de energía (carrera,
estados estrés emocional, agresión física).
Aumentan los niveles de AMP y se libera Ca++ durante la contracción
muscular, activa la fosforilasa (activación alostérica).
Se libera ADRENALINA (activación hormonal) Se activa la enzima
glucógeno fosforilasa y se libera glucosa-1-fosfato.
PROBLEMA Pág.114 - Guía TP
De acuerdo al siguiente gráfico analice cómo ocurren los cambios en el
depósito de glucógeno y los niveles de glucosa durante el día.
Indique en qué momento estarían actuando
las hormonas insulina y glucagón
METABOLISMO DEL GLUCOGENO HEPATICO Y
CONTROL DE LA GLUCEMIA
Cuando se ingieren
carbohidratos con la
dieta y los niveles de
glucemia aumentan:
La actividad de la glucógeno
fosforilasa-A hepática
disminuye rápidamente y,
después de un tiempo (o
tiempo de latencia) aumenta
rápidamente la actividad
glucógeno sintasa.
Problema !!
HIPOGLUCEMIA
GLUCAGÓN
-
+
GLUCÓGENOGENESIS
GLUCÓGENOLISIS
GLUCEMIA
Problema !!
HIPERGLUCEMIA
INSULINA
-
+
GLUCÓGENOGENESIS
GLUCÓGENOLISIS
GLUCEMIA
Bibliografía
1- BLANCO A. y BLANCO G., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 9a edic., Bs. As. (2011).
2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).
3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona
(2010).
4- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los
Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis.
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