Metabolismo de carbohidratos 1 • Glicólisis • Fermentación • Piruvato DH Marijose Artolozaga Sustacha, MSc

Funciones del metabolismo: • Obtener energía • Convertir los nutrientes en sustancias asimilables por las células • Proporcionar al organismo las moléculas que requiere: – Estructurales – Funcionales

Categorías del metabolismo Anabolismo:

Catabolismo:

• Síntesis • Consume energía y poder reductor • Vías divergentes

• Degradación • Genera energía y poder reductor • Vías convergentes en una común

Vías anfibólicas: ej. Ciclo de Krebs • Produce poder reductor y energía (GTP) • Intermediarios son sustrato para síntesis

Algunas vías metabólicas Anabólicas Síntesis

•Proteínas y aminoácidos

Síntesis de • ác. grasos

•Lípidos

– Triglicéridos – Glicerofosfolípidos

• Colesterol • Gluconeogénesis • Glucogenogénesis

Anfibólica: Ciclo de Krebs

•Carbohidratos:

Catabólicas Degradación • b-oxidación de ác. grasos

• Glicólisis - Descarboxilación oxidativa - Fermentación

• Glucogenólisis • Vía de las pentosas-P

- Algunas vías metabólicas: - Acetil CoA: Metabolito central en el metabolismo energético Vías Catabólicas

Glucógeno Grasas Ác. grasos Glucosa

Proteínas Aminoácidos CO2 H2O ATP

Vías Anabólicas

Acetil CoA

Cuerpos cetónicos

Ciclo de Krebs

Cadena respiratoria

Aminoácidos Ác. grasos

Colesterol Esteroides

Proteínas

Acetil CoA

Síntesis de ATP • A nivel de sustrato • En la cadena respiratoria • ATP se produce en las vías catabólicas * • ATP se utiliza en las vías anabólicas * poder reductor formado en las vías catabólicas  ATP en la cadena respiratoria

Metabolismo de carbohidratos Glucogenogénesis Dieta: Digestión y absorción

Glucogenólisis

Gluconeogénesis

Metabolismo de carbohidratos • Diferente según el tejido

Eritrocitos

Cerebro

Metabolismo de carbohidratos • Diferente según el tejido

Músculo

Adipocitos

Metabolismo de carbohidratos • Diferente según el tejido

Hepatocitos

GLICÓLISIS

Glicólisis • • • •

OJO: Intermediarios de la glicólisis en vías biosintéticas

Vía catabólica Función principal= obtener energía En el citoplasma Muy conservada, sin grandes cambios en la evolución En todos los tejidos – Única forma de obtener energía para: • • • •

Eritrocitos Cerebro Espermatozoides Médula adrenal Otros carbohidratos se incorporan en diferentes puntos de la glicólisis

Glicólisis Tres tipos de transformaciones: • Degradación del esqueleto de C de la glucosa 1 Glucosa  2 Piruvato

• Fosforilación a nivel de sustrato ADP + Pi  ATP

• Formación de poder reductor (transferencia de H al NAD+  NADH )

Glicólisis Dos fases • Fase preparatoria, de inversión: gasta 2 ATP • Fase retributiva: produce 4 ATP y 2 NADH Neto: produce 2 ATP y 2 NADH

Glicólisis

Glicólisis: fase preparatoria

Glicólisis:

(Mg++)

fase preparatoria Fosfohexosa isomerasa

Reacciones claves: • irreversibles • endergónicas • Enzimas reguladas • necesitan Mg++

• Hexoquinasa • Fosfofructoquinasa 1

(Mg++)

Glicólisis: fase preparatoria: 1ª reacción

En hígado: Glucoquinasa

Hexoquinasa: - Enzima clave no solo para la glicólisis - La Glucosa-6-P no puede salir de la célula>> - Queda disponible para otras vías metabólicas: - Vía de las pentosas-P - Síntesis de glucógeno

Glicólisis: fase retributiva

Glicólisis: fase retributiva (Mg++)

(Mg++)

Fosforilación a nivel de sustrato

(Mg++, K+)

Regulación de la glicólisis • Regulación para mantener la [ATP] constante en las células (efecto Pasteur) • Regulación: – Endocrina • Hormonas: – Activación de enzimas: fosforilación y defosforilación – Síntesis de enzimas inducibles

– Alostérica • Activadores e inhibidores alostéricos de enzimas clave

– Diferentes isoenzimas según el tejido • Diferentes funciones o necesidades

Regulación de la glicólisis

• Fosfofructoquinasa-1

Regulación de la glicólisis • Fosfofructoquinasa-1 • 2 sitios catalíticos • 2 sitios inhibidores • 2 sitios activadores

– Inhibidores alostéricos: •  ATP •  citrato

Regulación alostérica y hormonal

– Activadores alostéricos: •  ADP, AMP •  Fructosa-2,6-diP

Fosfofructoquinasa 2



(AMPc y PKA)

Glucagón inhibe  la glicólisis

Regulación de la glicólisis (Mg++, K+)

• Piruvato Quinasa – Inhibidores alostéricos: •  ATP •  acetil CoA y ácidos grasos (Son alimentadores del ciclo de Krebs y producirían ATP>> no se necesita más)

Regulación alostérica

Regulación de la glicólisis • Hexoquinasa

(Mg++)

– Inhibidor alostérico: •  Glucosa-6-P (Si la G-6-P no entra en glicólisis se acumula y se inhibe esta enzima)

• Glucoquinasa En hígado – No es inhibida por su producto

Regulación alostérica Diferentes isoenzimas Regulación hormonal: enzimas inducibles

Regulación de la glicólisis • Hexoquinasa:

Diferentes isoenzimas

– Todas las células –  afinidad (Km 0,1mM) –  actividad inc en ayunas (4mM)

• Glucoquinasa: – Hígado Regulación hormonal –  afinidad (Km 10mM) – Sólo tiene  actividad cuando [glucosa]  Hígado no compite con las demás células por la glucosa cuando hay escasez

– Su síntesis se aumenta por insulina

Glucógeno: reserva de glucosa

Después de la glicólisis: Destino del piruvato y el NADH: • Descarboxilación oxidativa y ciclo de Krebs:  O2 + energía

• Fermentación:  O2

– Alcohólica – Láctica

Fermentación

•Fermentación:

 O2

• En condiciones anaeróbicas • Permite recuperación del NAD+  Se puede seguir obteniendo ATP

•Fermentación etílica:

Ocurre en: – Levaduras – Otros microorganismos – Algunas plantas NO en animales superiores Esta enzima SÍ la tenemos: para la desintoxicación del alcohol

 O2

•Fermentación láctica: Ocurre en: – Eritrocitos • No tienen mitocondrias!

– Músculo esquelético • Arratonamientos! – Lactobacilos – Estreptococos • [ácido láctico]  pH • Cortan la leche = desnaturalizan la caseína  yogur, quesos

 O2

•Fermentación láctica:

 O2

• El ácido láctico se transporta fuera de las células • y acidifica la sangre acidosis láctica Arratonamientos: • Músculo esquelético – ejercicio intenso: • [ácido láctico]  pH  no puede seguir •  [lactato] acumulado  cristalización (“agujetas”) • Recuperación: lactato-sangre-hígado-gluconeogénesis-glucosa… C. de Cori

•Fermentación láctica: Destino del lactato: • Ciclo de Cori • Hígado

 O2

• Eritrocitos • Músculos

Ejemplo de cooperación metabólica entre el músculo esquelético y el hígado La acumulación de lactato y la disminución del pH disminuyen eficiencia muscular • Después de un periodo de actividad intensa la respiración profunda continúa para la fosforilación oxidativa y producción de ATP • ATP se usa en gluconeogénesis • Produce glucosa a partir de lactato

Destino del lactato: • Algunas células pueden usar el lactato como combustible: • vuelven a transformar el lactato en piruvato   Ciclo de Krebs  mucha energía • Ej. corazón • Actividad muscular continua y rítmica • Metabolismo aeróbico • Pequeñas cantidades de glucógeno y fosfocreatina

Descarboxilación oxidativa

•Descarboxilación oxidativa • En la matriz mitocondrial • Irreversible

ATP

 O2

Complejo Piruvato DH 5 coenzimas

Cadena respiratoria

Ciclo de Krebs

•Descarboxilación oxidativa

 O2

Complejo Piruvato DH incluye: • 5 coenzimas • 3 enzimas catalíticas Inhiben y activan a las • enzimas reguladoras: enzimas catalíticas por – PirDH Quinasa – PirDH Fosfatasa

fosforilación y defosforilación

 Insulina, Ca++ intracelular  NADH, acetil CoA Si acetil CoA por degradación de grasas   complejo

•Descarboxilación oxidativa Deficiencia de piruvato deshidrogenasa: • Causa más común de acidosis láctica (no fisiológica) • El encéfalo depende del ciclo de Krebs para obtener energía • Desde formas graves fulminantes hasta leves como ataxia episódica • No hay tratamiento pero la dieta cetogénica (baja en carbohidratos) es beneficiosa: – glicólisis --- Piruvato –  degradación de grasa, ác. grasos ---  acetil CoA sin necesidad de la enzima Pir DH

¿Por qué la falta de oxígeno inhibe esta vía y activa la fermentación? • Si no hay O2, el NADH no se puede volver a oxidar a NAD en la cadena respiratoria y se acumula • NADH inhibe la PiruvatoDH PERO ADEMÁS: • Si no hay O2 no se produce ATP en la cadena respiratoria y se acumulan el ADP o el AMP: • ADP y AMP activan la glicólisis • El piruvato producido se desvía a la fermentación

Efecto Pasteur Pasteur demostró en levaduras: Que se consume +++ glucosa en condiciones anaeróbicas que en condiciones aeróbicas………….? • ATP producido / 1 glucosa: en anaerobiosis