METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS• INTRODUCCION1. GLUCOLISIS• ♦ GLUCOLISIS ANAEROBICA O

FERMENTACION LACTICA• ♦ GLUCOLISIS AEROBICA2. GLUCONEOGENESIS3. METABOLISMO DEL GLUCOGENO4. VIA DE LAS PENTOSAS 5. DIABETES MIELLITUS

GLUCOLISISCARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA VÍA

• TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA CELULAR.

• CONSISTE EN UNA SERIE DE REACCIONES, CADA UNA CATALIZADA POR UNA ENZIMA DETERMINADA.

• TODOS LOS INTERMEDIARIOS SE ENCUENTRAN FOSFORILADOS, LO QUE IMPIDE SU DIFUSIÓN FUERA DE LA CÉLULA Y

• LES PERMITE SER RECONOCIDOS POR LAS CORRESPONDIENTES ENZIMAS

• LA OXIDACIÓN QUE EXPERIMENTA LA GLUCOSA ES PARCIAL

• PERMITE TRANSFORMAR UNA MOLÉCULA DE GLUCOSA EN DOS MOLÉCULAS DE UN COMPUESTO DE TRES CARBONOS, EL ÁCIDO PIRÚVICO.

• SE PRODUCE EN LA MAYORÍA DE LAS CÉLULAS VIVAS, TANTO EN PROCARIOTAS COMO EN EUCARIOTAS.

ESQUEMA DE LA VIA GLUCOLITICA FIG. RESUMEN DE LAS ETAPAS DE LA GLUCÓLISIS. EN LA PRIMERA ETAPA SE UTILIZAN 2 ATP Y LA SEGUNDA PRODUCE 4 ATP Y 2 NADH. OTROS AZÚCARES, ADEMÁS DE LA GLUCOSA, COMO LA MANOSA, GALACTOSA Y LAS PENTOSAS, ASÍ COMO EL GLUCÓGENO Y EL ALMIDÓN, PUEDEN INGRESAR EN LA GLUCÓLISIS UNA VEZ CONVERTIDOS EN GLUCOSA 6-FOSFATO.

FOSFORILACIÓN DE GLUCOSA PARA OBTENER LAS TRIOSAS FOSFATADAS

Mg++

D-GLUCOSA D-GLUCOSA 6-FOSFATO ATP ADP EN EL HÍGADO LA PRINCIPAL HEXOQUINASA CONOCIDA ES LA GLUCOQUINASA Y EN EL CEREBRO ES LA HEXOQUINASA TIPO I. REQUIERE DE IONES Mg++ COMO COFACTOR.

ES UNA REACCIÓN IRREVERSIBLE, ALTAMENTE EXERGÓNICA. G = - 4.0

KCAL/MOL

FOSORILACION DE LA FRUCTOSA 6-P

• 3A. REACCIÓN: • OCURRE UNA SEGUNDA FOSFORILACIÓN. • LA FRUCTOSA 6-P ES FOSFORILADA EN EL

CARBONO NO.1 A FRUCTOSA 1,6 DI-P, SE CONSUME OTRO MOL DE ATP.

• ESTA REACCIÓN ES CATALIZADA POR LA ENZIMA FOSFOFRUCTOQUINASA I, ES ALOSTÉRICA. TIENE COMO MODULADORES NEGATIVOS: ATP, CITRATO, CA+2, MG+2, PEP Y PALMITATO. Y MODULADORES POSITIVOS: FRUCTOSA 2,6 DI-P, AMP, ADP, Y FRUCTOSA 1,6-DI-P.

SEGUNDA FASEOXIDATIVA

6TA. REACCIÓN: • A PARTIR DEL GLICERALDEHÍDO 3-P SE OBTIENE EL

ÁCIDO 1,3 DIFOSFOGLICERATO. • SE REQUIERE DE NAD+ Y DE Pi. • ES UNA REACCIÓN REVERSIBLE, • CATALIZADA POR LA ENZIMA 3-

FOSFOGLICERALDEHÍDO DESHIDROGENASA.

FORMACION DE ATP A NIVEL DE SUBSTRATO

• 7MA. REACCIÓN:.SE HIDROLIZA EL 1,3 DIFOSFOGLICERATO• SE LIBERA FOSFATO INORGÁNICO (PI) • SE SINTETIZAN 2ATP, DEBIDO A QUE SON DOS

TRIOSAS LAS QUE SE FORMAN POR MOLÉCULA DE GLUCOSA.

• ES UNA REACCIÓN REVERSIBLE• CATALIZADA POR LA ENZIMA : 3-FOSFOGLICERATO

QUINASA•

FORMACION DE PEP

• 9VA. REACCIÓN: • EL PEP ES UN COMPUESTO FOSFORILADO DE

ALTO CONTENIDO ENERGÉTICO • ESTA REACCIÓN ES CATALIZADA POR LA

ENZIMA ENOLASA, REQUIERE DE MG++ Ó MN+

FOSORILACION A NIVEL DE SUBSTRATO

• 10mA. REACCIÓN: • ES LA SEGUNDA REACCIÓN DE FOSFORILACIÓN A NIVEL DE

SUBSTRATO QUE OCURRE EN ESTA VÍA, EN DONDE SE FORMAN 2 ATP.

• ES UN PROCESO IRREVERSIBLE • CATALIZADO POR LA ENZIMA PIRUVATO QUINASA • ES UNA REACCIÓN EXERGÓNICA, SE LIBERA GRAN CANTIDAD

DE ENERGÍA ( G = -7.5 KCAL/MOL).• UNA VEZ FORMADO EL PIRUVATO, ÉSTE PUEDE TENER DOS

POSIBILIDADES METABÓLICAS:

DOS DE LAS POSIBILIDADES METABOLICAS DEL PIRUVATO

• A. SU FORMACIÓN A LACTATO• B. SU FORMACIÓN EN ACETIL-SCoA.• LA POSIBILIDAD DEL PIRUVATO PARA FORMAR UNO U OTRO

COMPUESTO DEPENDE DE LA DISPONIBILIDAD DE OXÍGENO.• SI EXISTE ABUNDANTE OXÍGENO EL PIRUVATO ES OXIDADO

TOTALMENTE A CO2 Y H2O A TRAVÉS DE SU TRANSFORMACIÓN EN ACETIL~SCOA Y LA OXIDACIÓN DE ESTA EN EL CICLO DE KREBS Y CADENA RESPIRATORIA, OBTENIÉNDOSE ATP .

• PERO SI POR DETERMINADAS RAZONES LA DISPONIBILIDAD DE OXÍGENO ES BAJA ENTONCES EL PIRUVATO NO PUEDE OXIDARSE TOTALMENTE Y SE TRANSFORMA EN LACTATO.

• PASAREMOS A REVISAR LA PRIMERA POSIBILIDAD:

IMPORTANCIA DE GLUCOLISIS ANAEROBICA

• GARANTIZAR UN SUMINISTRO CONSTANTE DE ENERGÍA A AQUELLOS TEJIDOS QUE COMO EL ERITROCITO Y EL CRISTALINO DEL OJO NO TIENEN LA POSIBILIDAD DE OBTENERLA A PARTIR DE LA RESPIRACIÓN CELULAR.

• DESTINO DEL LACTATO MUSCULAR:

• EL ÁCIDO LÁCTICO PRODUCIDO DURANTE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR NO PUEDE SER CATALIZADO EN EL MÚSCULO, YA QUE NO EXISTEN LOS MECANISMOS PARA ELLO, DE AHÍ QUE A TRAVÉS DE TRANSPORTADORES ESPECÍFICOS PASA A TRAVÉS DE LA MEMBRANA AUMENTANDO LA CONCENTRACIÓN DE ÁCIDO LÁCTICO EN SANGRE DURANTE UN PERIODO CORTO DE TIEMPO, DADO QUE PARTE DE ESE LACTATO SE EXCRETA EN LA ORINA (LACTOSURIA) Y OTRA PARTE DE ÉL SE INCORPORA AL HÍGADO DONDE SE TRANSFORMA EN GLUCOSA, EN UN PROCESO CONOCIDO COMO GLUCONEOGÉNESIS Y EN EL CUAL LA VÍA GLUCOLÍTICA Y EL CICLO DE KREBS DESEMPEÑAN UNA FUNCIÓN IMPORTANTE.

BALANCE ENERGETICO DE GLUCOLISIS ANAEROBICA

REACCIONES MOLES DE ATP• GLUCOSA - -------------------------------> GLUCOSA 6-P - 1• FRUCTOSA 6-P ---------------------------> FRUCTOSA 1,6 DI-P - 1• 1,2DIFOSFOGLICERATO-------------> 3-FOSFOGLICERATO + 2• FOSFOENOLPIRUVATO --------------> PIRUVATO + 2 • T O T A L. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..2 ATP/ MOL DE GLUCOSA

• ECUACION GLOBAL:• GLUCOSA + 2 PI + 2ADP -----------> 2 LACTATO + 2 ATP + 2H2O • G= -15 KCAL/MOL• IN VITRO: GLUCOSA ------------> 2 LACTATO G= - 47,0 KCAL/MOL

GLUCOLISIS AEROBICA• OCURRE EN PRESENCIA DE OXÍGENO, • EL PIRUVATO SERÁ OXIDADO TOTALMENTE A CO2 Y H2O,

• PODEMOS DECIR, ENTONCES QUE, LA GLUCÓLISIS AERÓBICA ES AQUELLA SECUENCIA DE REACCIONES (VÍA METABÓLICA) A TRAVÉS DE LA CUAL LA GLUCOSA ES OXIDADA TOTALMENTE A CO2 Y H2O.

• EL PIRUVATO SE CONVIERTE PRIMERO EN ACETIL COA, ESTO OCURRE EN EL INTERIOR DE LAS MEMBRANAS MITOCONDRIALES, PROCESO QUE ES CATALIZADO POR LA ENZIMA PIRUVATO DESHIDROGENASA (PDH),

• SIN EMBARGO, LA GLUCÓLISIS OCURRE EN EL CITOSOL, DE TAL FORMA QUE SE HACE NECESARIO QUE EL PIRUVATO PASE O ATRAVIESE LA MATRÍZ MITOCONDRIAL.

•

BALANCE ENERGETICO DE GLUCOLISIS AROBICA

ATP

• Glucosa----------------------------------> Glucosa 6-P -1• Fructosa 6-P------------------ --------> Fructosa 1,6 di-P -1• 1,3 difosfoglicerato ----------------> 3-Fosfoglicerato 2 • Fosfoenolpiruvato -------------------> Piruvato 2 • 3-Fosfogliceraldehído-----------> 1,3 difosfoglicerato 6 • Piruvato -------------------------> Acetil CoA 6 • 2 (Acetil CoA) --------------------> Ciclo de Krebs 24 • T O T A L . . . . . . 38 ATP/mol de glucosa

• Ecuación Global: • Glucosa + 6O2 -----------> 6 CO2 + 6H2O G = - 686 kcal/mol

G L U C O N E O G É N E S I S• ES SINTESIS DE GLUCOSA A PARTIR DE PRECURSORES NO GLUCÍDICOS

(NI PROVIENEN, NI SON GLUCOSA). • ES UNA REACCIÓN ANABÓLICA. • ES NECESARIA PORQUE MUCHOS TEJIDOS DE LOS ANIMALES NO

NECESITAN GLUCOSA, MIENTRAS QUE OTROS SON COMPLETAMENTE GLUCOSADEPENDIENTES (CEREBRO, ERITROCITOS, MÉDULA RENAL...).

• ES IMPRESCINDIBLE TENER SIEMPRE GLUCOSA DISPONIBLE • SE PUEDE SINTETIZAR GLUCOSA A PARTIR DE:

• -lactato.• -piruvato.• -algunos aminoácidos.• -Metabolitos intermediarios del ciclo de krebs.• -glicerol.

PARA QUE SE LLEVE A CABO GLUCONEOGENESIS

• Es necesario revertir las 3 reacciones irreversibles que presenta la glucólisis.

• Estas 3 reacciones son las únicas diferentes, en el proceso de gluconeogénesis

• El resto de las reacciones son comunes tanto a gluconeogénesis como a glucólisis.

• Por esta razón no se considera a esta vía como la inversión total de la glucólisis.

• En este proceso gluconeogenético participan intermediarios del ciclo de krebs.

ETAPAS DE LA GLUCONEOGENESIS

1. PIRUVATO ----------------- FOSFOENOLPIRUVATO (PEP)

2. FRUCTOSA 1,6 BIFOSFATO ---------- FRUCTOSA 6-P

3. FRUCTOSA 1,6 BI FOSFATO----- GLUCOSA 6 FOSFATO

ESQUEMA DE GLUCONEOGENESIS

GLUCOSA Glucosa 6-Fosfato Fosfatasa

GLUCOSA 6-P

FRUCTOSA 6-P Fructosa 1,6 di-Fosfatasa

CITOSOL FRUCTOSA 1,6 DI-FOSFATO

GLICERALDEHIDO 3-FOSFATO

FOSFOENOLPIRUVATO

MITOCONDRIA

PIRUVATO

OXALACETATO

MALATO CI TOSOL

OXALACETATO

CICLO

KREBS

MALATO

PIRUVATO CARBOXILASA

FOSFOENOL PIRUVATO CARBOXICINASA

REGULACION DE LA GLUCONEOGENESIS

• Se controla esencialmente a nivel de sus reacciones exclusivas

1. A NIVEL DE LA ENZIMA PIRUVATO CARBOXILASA, • Está regulada positivamente por Acetil Co-A (si se

acumula acetil Co-A, se produce piruvato). • 2. A NIVEL DE LA ENZIMA FRUCTOSA-1,6-

BISFOSFATO FOSFATASA • Es inhibida por concentraciones de AMP. Niveles

elevados de fructosa-2,6-bisfosfato activan la PFK-1 e inhiben la fructosa-1,6-bisfosfato fosfatasa.

CONTROL HORMONAL DE LA GLUCONEOGÉNESIS

• LA GLUCONEOGÉNESIS ESTÁ BAJO EL CONTROL DE HORMONAS TALES COMO GLUCAGÓN, INSULINA Y GLUCOCORTICOIDES.

• PUEDE SER EJERCIDA DIRECTAMENTE EN HÍGADO Y CORTEZA RENAL, O INDIRECTAMENTE CONTROLANDO LA SALIDA DE LOS SUSTRATOS GLUCONEOGENÉTICOS DESDE LOS TEJIDOS PERIFÉRICOS.

• LOS EFECTOS HORMONALES SOBRE ESTA VÍA PUEDEN SER RÁPIDOS A TRAVÉS DE MODIFICACIONES COVALENTES O ALOSTÉRICAS DE LAS ENZIMAS CLAVES O PUEDEN SUCEDER LENTAMENTE A TRAVÉS DE CAMBIOS EN LA SÍNTESIS O EN LA DEGRADACIÓN DE ENZIMAS.

METABOLISMO DEL GLUCOGENO

• EL GLUCÓGENO ES UN POLISACÁRIDO. • SE ALMACENA EN EL CITOPLASMA EN

ESTRUCTURAS SUPRAMOLECULARES LLAMADAS GRÁNULOS DE GLUCÓGENO, DONDE ADEMÁS DE LAS MOLÉCULAS DEL POLISACÁRIDO SE ENCUENTRAN LAS ENZIMAS QUE CATALIZAN SU DEGRADACIÓN, SU SÍNTESIS Y POR SUPUESTO LAS QUE PARTICIPAN EN LA REGULACIÓN DE AMBOS PROCESOS.

• LAS ENZIMAS QUE CATALIZAN LA DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO SON DIFERENTES DE LAS QUE CATALIZAN SU SÍNTESIS.

SIGNIFICADO BIOLÓGICO DEL GLUCÓGENO HEPÁTICO Y MUSCULAR

• LA IMPORTANCIA BIOLÓGICA DEL GLUCÓGENO DEPENDE DEL TEJIDO EN QUE SE ENCUENTRE ALMACENADO.

• ASÍ EL GLUCÓGENO MUSCULAR ES UTILIZADO PARA LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA DURANTE EL EJERCICIO FÍSICO.

• EL GLUCÓGENO HEPÁTICO PERMITE MANTENER LA GLICEMIA DURANTE LOS PERIODOS INTERALIMENTARIOS, LO CUAL SE DEBE A LA PRESENCIA EN EL TEJIDO HEPÁTICO DE LA ENZIMA GLUCOSA 6-FOSFATO FOSFATASA, LA CUAL CATALIZA LA FORMACIÓN DE GLUCOSA A PARTIR DE GLUCOSA 6-FOSFATO.

• LA GLUCOSA FORMADA PUEDE DIFUNDIR DESDE EL HEPATOCITO A LOS ESPACIOS INTRACELULARES, INCLUYENDO LA SANGRE.

• EL RIÑÓN TAMBIEN LIBERA GLUCOSA PERO EN MENOR PROPORCIÓN.

GLUCOGENOLISIS• ESTA MOVILIZACIÓN O DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO ESTÁ

CATALIZADA POR VARIAS ENZIMAS:

• 1. LA ENZIMA GLUCÓGENO FOSFORILASA.

• ESTA ENZIMA ROMPE LOS ENLACES GLUCOSÍDICOS • ALFA 1-4, LOS CUALES APARECEN EN FORMA DE GLUCOSA 1-FOSFATO.

• 2. ENZIMA DESRAMIFICANTE : AMILO 1,6 GLUCOSIDASA

• CATALIZA LA HIDRÓLISIS DEL ENLACE ALFA 1-6 DEL RESIDUO DE GLUCOSA QUE PERMANECÍA UNIDO, LIBERANDO GLUCOSA LIBRE.

• LA ACCIÓN CONJUNTA DE LAS ENZIMAS GLUCÓGENO FOSFORILASA Y LA DESRAMIFICANTE PERMITE QUE TODAS LAS MOLÉCULAS DE GLUCOSA QUE FORMAN EL GLUCÓGENO APAREZCAN COMO GLUCOSA 1-FOSFATO, EXCEPTO AQUELLAS QUE FORMAN LOS PUNTOS DE RAMIFICACIÓN, LAS CUALES APARECEN COMO GLUCOSA LIBRE.

PASOS DE LA GLUCOGENOLISIS

VIA DE LA PENTOSAFOSFATO• Es importante en algunos tejidos• Al igual que la glucólisis esta vía es anaeróbica y sus

enzimas se encuentran en el citoplasma celular. • Mientras que en la glucólisis se obtiene ATP, la vía

del fosfogluconato es fuente primaria de NADPH.H+ el cual es esencial para la biosíntesis de ácidos grasos y colesterol.

• Además es fuente importante de pentosas fosfatadas requeridas para la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.

IMPORTANCIA BIOLOGICA DEL CICLO DE LAS PENTOSAS

• ES LA PRINCIPAL FUENTE EXTRAMITOCONDRIAL DE NADPH.H+ EL CUAL ES UTILIZADO EN NUMEROSOS PROCESOS BIOSINTÉTICOS. EJ. SÍNTESIS DE ACIDOS GRASOS, COLESTEROL, ETC

.• SE OBTIENEN LAS PENTOSAS FOSFATADAS, NECESARIAS

PARA LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS NUCLEICOS Y NUCLEÓTIDOS. • CONSTITUYE UNA VÍA PARA LA UTILIZACIÓN DE LAS

PENTOSAS MEDIANTE SU CONVERSIÓN EN HEXOSAS.

• SE OBTIENE CO2.

TRASTORNOS

• La diabetes es un trastorno crónico del metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteinas, presentando los pacientes diabéticos hiperglicemia en ayunas, glucosuria y tendencia notable a la aterosclerosis-nefropatía-retinopatía. la diabetes es una enfermedad que se caracteriza por poliuria, polidipsia, polifagia y pérdida de peso.