Generalidades Carbohidratos
MNC. Lupitha E. Flores R.
Hidratos de carbono Biomoléculas formadas por–(CnH2nOn)-
Compuestos orgánicos más abundantes en la
naturaleza. Sintetizados por las plantas y son una importante
fuente de energía en la dieta, en la que suponen aproximadamente la mitad de las calorías totales. Excepción del glucógeno y la lactosa
Los principales hidratos de carbono de la dieta se pueden clasificar en:
1) Monosacรกridos 2) Disacรกridos y oligosacรกridos 3) Polisacรกridos.
Funciones biolรณgicas
Aportan energía, 4 kcal/g Indispensables en la contracción muscular Impiden que las proteínas sean utilizadas como sustancias
energéticas Parte de los mucopolisacáridos importantes en la estructura de
los cartílagos y del mucus, presentes en muchos tejidos. El exceso de energía en forma de hidratos de carbono es
transformado en grasa y triglicéridos La lactosa favorece la formación de bacilos lácticos en el
intestino (flora benéfica para el organismo).
CLASIFICACIÓN Monosacáridos
Disacáridos
Polisacáridos
Moléculas Nombre 1 Glucosa
2
>10
Unión -
Presente en: Animales y plantas
Fructosa Galactosa Sacarosa
Glucosa + fructosa
Frutas Leche Azúcar de caña
Lactosa
Glucosa + galactosa
Leche
Maltosa
Glucosa + glucosa
Azúcar de malta
Celulosa
n-glucosas
Madera, algodón
Almidón
n-glucosas
Cereales, papa
Glucógeno
n-glucosas
Musculo, hígado
Monosacáridos: Moléculas simples constituidas por átomos de C H O Constituidos por un azúcar simple
Formados por una sola molécula que tiene 3,4, 5 ó 6 átomos de carbono Son hidrosolubles y de sabor dulce. Ejemplos: glucosa, galactosa, fructosa, ribosa y
desoxirribosa.
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.
Glucosa Es el azúcar más distribuido en la naturaleza Parte de los disacáridos y almidón
Sabor dulce Absorbe al 100% de forma rápida
Única fuente de energía no tóxica para el cerebro
y sistema nervioso, eritrocitos y las células renales
Fructosa Levulosa o azúcar de fruta Más dulce de todos los monosacáridos,
Frutas 1 a 7% Miel 40%
Se absorbe con mayor lentitud 40%,
Galactosa Se transporta por la sangre y forma parte de los
cerebrósidos Soluble en agua y tiene un sabor azucarado Producido por los animales.
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 Sacarosa
Lactosa Maltosa
(glucosa+fructosa ) (glucosa+galactosa) (glucosa+glucosa)
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.
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.
Almidón Cadenas largas de glucosa Papas, tubérculos y el endospermo de los
cereales. Almidones de digestión rápida semillas cocidas de
cereales. Almidones de digestión lenta pero completa las semillas crudas de cereales. Almidones resistentes a la digestión papa cruda.
Glucógeno El glucógeno constituye una importante reserva de energía para los animales y se almacena principalmente en el hígado y en los músculos
Metabolismo de carbohidratos
*
Glucógeno Glucogenólisis
Glucogenogénesis Glucosa **
Gluconeogénesis
Glucolisis
Lactato *Hígado y riñón
** almacén
Glucosa Es la forma principal en la que los glĂşcidos que provienen del tracto gastrointestinal son presentados al resto de las cĂŠlulas corporales. Metabolismo deficiente: Obesidad y diabetes
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
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 AnaerobiaPiruvato reducido por
NADHLactato en citosol. = pequeña cantidad de energía
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)
Fases
2 Fases
Acumulo E Fosforilación y división de la glucosa en 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Se utilizan 2 ATP 1.
Fases 2.- Generación de E
2 gliceraldehidos-3-fosfato2 piruvato=generación de 4 ATP Glucosa+2NAD+2ADP+2Pi2NADH+2Piruvatos+2ATP+2H2O +2H
Glucólisis Anaerobia Glucosa+2Pi+2ADP2 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
Glucólisis Aerobia Glucosa+2Pi+2NAD+2ADP2Piruvatos+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
Destinos del Piruvato
1.- Anaerobias: Piruvato reducido a lactato por
medio lactato deshidrogenasa con la oxidación simultanea de NADH a NAD+ Citosol Reversible
Anaerobias: Levadura (fermentación alcohólica) Piruvato se
descarboxila a CO2 y acetaldehído, que entonces es reducido por NADH para producir NAD+ y etanol.
Glucรณlisis Aerobia Descarboxilaciรณn oxidativa del Piruvato y formaciรณn de Acetil-CoA Matriz mitocondrial
Regulación Alostérica 3 reacciones irreversibles (1, 3 y 10)
Hexocinasa: los niveles ↑ de G6P la inhiben
activa PFK-1 y piruvato cinasa [ ] ↑ATP inhibe PFK-1 y piruvato cinasa
[ ] ↑AMP
Enzima
Activador
Hexocinasa
Inhibidor 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
Estadios de la glucólisis FASE I: Acopio de Energía Paso
Enzima
Tipo de reacción
1
Hexocinasa
Fosforilación Paso regulatorio irreversible
2
Fosfoglucosa isomerasa
Isomerización AldosaCetosa
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
Estadios de la glucólisis Fase II: Generación de Energía (x2) 6
Glcieraldehido-3fosfato 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
GLUCONEOGÉNESIS
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
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
Depósitos de glucógeno Principalmente en:
No puede abandonar el
musculo y por tanto no puede contribuir a la concentración de glucosa en sangre.
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-6fosfatasa, 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
Adrenalina estimula degradación
Insulina estimula sintesis
Insulina síntesis
Estructura del glucógeno Polímero de moléculas de glucosa muy ramificado
Enlaces α1,4 cadenas rectas α 1,6 puntos ramificación
SÍNTESIS DE GLUCÓGENO
Glucogenogénesis
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 (1-41,6)
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
4 Estadíos Fase 1: formación de
glucosa 1 fosfato: La glucosa 6 fosfato se
convierte en glucosa 1 fosfato por la fosfoglucomutasa
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.
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.
Fase 4. Formación
de ramas: La enzima ramificadora forma los enlaces que hacen las ramificaciones (enlaces 1-6)
DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO
Glucogenólisis
Degradación del glucógeno: Glucogenólisis Degradación del glucógeno 90% = Glucosa-1-Fosfato 10% = Glucosa libre
Citosol 2 Fases
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
Fosforรณlisis de los enlaces a-1,4 del glucรณgeno
Dextrina lĂmite Libera residuos unidos linealmente en una cadena hasta llegar al 4° residuo
PolisacĂĄrido con 4 unidades en cada rama
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
2) Eliminaciรณn de ramificaciones: enzima
2) Eliminaciรณn de ramificaciones: enzima Amilo 1,6 glucosidasa
Glucosa 1-P
Glucosa-6-P
Fosfoglucomutasa
Glucรณlisis
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 Glucógeno sintasa (glucogenogénesis)
Activador Insulina Glucosa (hígado)
Glucógeno fosforilasa (glucogenólisis)
Glucagón Adrenalina Fosforilación Iones Ca+ (músculo) AMP músculo)
Inhibidor Glucagón Adrenalina Fosforilación Insulina Glucosa (hígado)
Fuente: Horton D y Dominiczak M. Lo esencial en metabolismo y nutrición. 4° ed. Elsevier, 2013
Regulación hormonal: Insulina Secretada por las células b del páncreas en
respuesta a elevaciones en la glucosa sanguínea
Regulación hormonal: Glucagón Secretada por las células a del páncreas
(islotes de Langerhans) en respuesta a disminuciones en la glucosa
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
CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS
Formaciรณn de Acetil-CoA a partir de Piruvato Descarboxilaciรณn oxidativa del Piruvato y formaciรณn de Acetil-CoA Matriz mitocondrial
Complejo de la piruvato deshidrogenasa Enzimas Nombre enzima Coenzimas E1
Piruvato descarboxilasa
TTP Pirofosfato de tiamina
E2
Dihidrolipoil transacetilasa
Ă cido lipoico CoA
E3
Dihidrolipoil FAD deshidrogenasa NAD+
Papel central que desempeĂąa el acetil CoA en el metabolismo
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
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
1.-Formaciรณn de citrato Condensaciรณn de acetilCoA con oxaloacetato para dar citrato
2.-Formaciรณn del Isocitrato
3.-Formaciรณn del a-cetoglutarato + NADH Isocitrato se oxida para formar NADH y CO2
4.-Oxidaciรณn del a-cetoglutarato a Succinil-CoA + NADH
5.-Transformaciรณn del SuccinilCoA en Succinato *
*Nucleotido difosfocinasa transfiere su E al ADP para formar ATP
6.-oxidacion de succinato para la SĂntesis del Fumarato y obtenciĂłn del FADH2
7.-Hidratacion de fumarato para la Formaciรณn de Malato
8.-Oxidacion de malato para la Reconstrucciรณn del oxalacetato.
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
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
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
CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÃ&#x201C;N OXIDATIVA
La oxidación de combustible metabólicos Energía
en forma de ATP Adenina Ribosa Tres unidades de fosfato
ATP Contiene enlaces fosfoanhídridos Cuando el ATP se hidroliza a ADP uno de estos
enlaces se rompe, liberando una gran cantidad de engría. ATP+H2O ADP + Pi La E liberada impulsa reacciones metabólicas
Síntesis de ATP El ATP se sintetiza a partir de ADP por 2 procesos 1. Fosforilación a nivel de sustrato 2. Fosforilación oxidativa
FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO Formación de ATP mediante la fosforilación
directa del ADP No requiere O2 ADP + Pi =
ATP
Ejemplos de fosforilación a nivel de sustrato Ejemplo
Reacción
Enzimas
Glucólisis
1,3 DPG+ ADP 3-PG+ATP PEP+ ADP Piruvato + ATP
Fosfogicerato cinasa Piruvatocinasa
Ciclo ACT
Succinil CoA+GDPSuccinato GTP
Succinil CoA sintetasa
Mitocondria Etapas finales de la oxidación aeróbica de las
biomoléculas Sitio del ciclo del ácido cítrico y la oxidación de ácidos grasos que generan coenzimas reducidas Contiene la cadena de transporte de electrones para oxidar las coenzimas reducidas
Mitocondria La membrana mitocondrial externa Permeable a las moléculas pequeñas. La membrana interna Impermeable a las sustancias polares e iónicos, es muy plegada en crestas. Los complejos de proteínas que catalizan las reacciones de fosforilación oxidativa El transporte de electrones de la cadena ATP sintasa
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA La mayor parte del ATP se forma a través de esta vía. SI Oxígeno
Proceso en el que se forma ATP al transferirse
electrones del NADH y FADH , al oxígeno molecular a través de una serie de transportadores de electrones que conforman la cadena transportadora de electrones. 2
La Energía de oxidación se
utiliza para el transporte de protones creando gradiente de protones El ATP sintasa utiliza la
energía del gradiente de protones para producir ATP
Origen de los productos intermedios reducidos NADH y FADH2
NADH Citosol por glucólisis Mitocondria por ciclo ATC FADH2 Mitocondrias por ATC Los 2 donaran sus electrones a la
cadena transportadora de electrones.
Cadena transportadora de electrones
Cadena de transporte electrónico
mitocondrial (ETC) Sistema de transporte electrónico Conjunto de transportadores situados en la
membrana interna (mitocondria), en orden de afinidad electrónica.
Componentes de la cadena transportadora de electrones 4 Complejos proteicos Los grupos transportadores de electrones
dentro de estos complejos son: Flavinas Proteínas Hierro- azufre Grupos hemo o iones de cobre
Acarreadores de electrones
Ubiquinona (Q) (CoQ) Molécula soluble en lípidos que se difunde dentro de la bicapa lipídica, acepta electrones de los complejos y II y los pasar a III.
Citocromo c Asociados con la cara externa de la membrana, transporta los electrones de III a IV
Componentes de la cadena transportadora de electrones Transportador de electrones
Componentes
Función
•Complejo I: •NADH •Ubiquinona •Reductasa
Dos tipos de proteínas redox: •Flavin mononucleotido (FMN) reducido por NADH-FMNH2 •Proteinas hierro-sulfuro 1-5 (FeS) reducidas por NADHFe3+
La enzima cataliza la oxidación de NADH por CoQ Área de bombeo de protones
Complejo II: Succinato ubiquinona reductasa
Enzima del ATC succinato deshidrogenasa FAD Proteinas hierro-sulfuro 1-3
Cataliza la oxidación de FADH2 por CoQ
CoQ
Derivado de la quinona
Hace de lanzadera de electrones de los complejos I y II a III
Componentes de la cadena transportadora de electrones Transportador de electrones
Componentes
Complejo III: Ubiquinolcitocromo c reductasa
Citocromos b Citocromo c1 Proteínas hierrosulfuro
Citocromo c
Citocromo c
Complejo IV: Citocromo C oxidasa
Citocromo a y a3 Dos átomos de cobre
Función
Cataliza la oxidación de CoQ por el citocromo c Área de bombeo de protones Hace de lanzadera de electrones entre los complejos III y IV Cataliza a reducción de cuatro electrones de oxígeno a agua Área de bombeo de protones
REACCIONES DENTRO DE LA CADENA 1. La oxidaciĂłn de ANDH o FADH, inicia el
transporte de electrones a lo largo de la cadenas 2. Los electrones del NADH pasan al complejo I y los del FADH2 al II por succinato deshidrogenasa parte del complejo II 3. Cada componente es alternativamente, oxidado y reducido al pasar los electrones a lo largo de la cadena 4. Finalmente los electrones se donan al O2 molecular, reduciĂŠndolo a agua
Complejo I – Complejo deshidrogenasa de NADH NADH-Ubiquinona reductasa (NADHdeshidrogenasa). Cataliza la transferencia de 2 e- del NADH a UQ. (QH2)
Complejo II Deshidrogenasa de succinato ď&#x201A;&#x2014; Succinato-
ubiquinona reductasa (succinato deshidrogenasa). ď&#x201A;&#x2014; Transfiere e- del
succinato a la ubiquinona. UQ
Complejo III de citocromo b *Ubiquinol-Citocromo C reductasa:
eCitocromo C
Transfiere e- de la coenzima Q reducida UQH2 a citocromo C
Complejo IV Citocromo C oxidasa •Complex IV reduces O2 to water
*Cataliza la reducción de 4 e- del O2 a H2O y bombea H+ dentro del espacio intermembranal. Contribución del Citocromo C •Bombea H+ a través del Cit C oxidasa •Consume H+ de la matriz para formar H2O.
Prentice Hall c2002
INHIBIDORES DE LA CADENA RESPIRATORIA INHIBIDOR
Rotenona y amital
ACCIÓN
Inhibe la transferencia de electrones dentro de la NADH deshidrogenasa (Compl I) Antimicina A Inhibe flujo de electrones desde el citocromo b562 reducido hasta el citocromo c (compl III) evitando por tanto la bomba de protones Cianuro, monóxido Inhibe la transferencia de electrones en de carbono o azufre el citocromo oxidasa (complejo IV) Oligomicina y Bloquea la parte del canal de protones diciclohexicarbodimi de la ATP sintetasa disminuyendo la da (DCCD) síntesis de ATP
Síntesis de ATP TAREA TEORIA QUIMIOSMOTICA DE MITCHELL
Síntesis de ATPATP sintasa Generación de ATP por medio de gradiente
de protones
F0F1 ATP sintasa utiliza la energía de gradiente de protones para la síntesis de ATP Compuesto por un "mandoy tallo " F1 (perilla) contiene las subunidades catalíticas F0 (tallo) tiene un canal de protones que atraviesa la membrana.
ATP sintasa FoF1 (F= Factor de
acoplamiento). F = Acopla la fosforilación de ADP a la oxidación de sustratos de la mitocondria. F1= Cataliza la hidrólisis del ATP (ATPasa o ATPhidrolasa) Fo= canal de H+ El paso de H+ esta acoplado a la formación de ATP.
Movimiento de protones por la Fo activa la ATP
sintasa Paso estimado de 3 H + ATP sintetizado Transporte de electrones y la fosforilacion
acoplados a gradiente de protones
Prentice Hall c2002
Chapter 14
144
Prentice Hall c2002
Chapter 14
145
Exposiciones Equipos de 3 Vía de pentosas fosfato Ciclo piruvato-malato
Lípidos Clasificación
Lípidos en la membrana, estructura Función de lípidos Digestión y absorción de lípidos Transporte de lípidos
http://www.youtube.com/watch?v=2MPASL 6Jm_A&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=3NINSWA As_0&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=YECG3FM gnHs&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=JdjCzhAS2N8&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=AcY4YaoCm48