bolilla 3: -. metabolismo. principales nutrientes de autótrofos y heterótrofos. catabolismo....
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• BOLILLA 3: -. Metabolismo. Principales nutrientes de autótrofos y heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes: celulasa. Estructuras especializadas. Distribución de glucosa en una célula animal y una célula vegetal. Degradación de glucosa: glicólisis. Localización celular. Etapas. Producción de energía. Regulación. Balance energético en condiciones de anaerobiosis. Destino del piruvato. Fermentaciones. Efecto Pasteur. Degradación de otras hexosas.
• BOLILLA 4: Destino del piruvato en condiciones aeróbicas. Complejo de la piruvato deshidrogenasa Ciclo de Krebs. Localización celular. Balance energético del ciclo. Regulación. Reacciones anapleróticas según el tipo de célula o tejido. Naturaleza anfibólica del ciclo. Sistemas de lanzaderas: lanzadera del glicerofosfato y lanzadera del malato-aspartato. Balance energético de la degradación de glucosa en condiciones de aerobiosis. Ciclo del glioxilato. Localización. Importancia. Vía de las pentosas. Localización. Importancia metabólica.
• BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas. Regulación. Costo energético. Ciclos fútiles. Biosíntesis del glucógeno. Regulación coordinada entre la degradación y la síntesis del glucógeno. Costo energético. Biosíntesis de almidón. Síntesis fotosintética de glúcidos. Reacciones de fijación y reducción fotosintética del carbono, ciclo de Calvin. Regulación. Fotorrespiración y ruta C4. Biosíntesis de almidón, sacarosa y celulosa en vegetales.
QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas
AutótrofosFotosintéticos
Heterótrofos¿Cómo?¿Cómo?
M E T A B O L I S M O
H2O
Energía para la vidaEnergía para la vida
H2O
ME
TA
BO
LIS
MO
IN
TE
RM
ED
IO
Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.
Sentido biológico del metabolismo
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar los compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.
Nutrientes
Au
tótr
ofo
sA
utó
tro
fos - CO2
- H2O- Iones de nitrógeno- Elementos Minerales
He
teró
tro
fos
He
teró
tro
fos
Nutrientes
- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales
Nutrición y Metabolismo en VegetalesNutrición y Metabolismo en Vegetales
Almidón
Reservas de almidón en vegetalesReservas de almidón en vegetales
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
Extraida de: elprofedebiolo.blogspot.com/.../organelas.html
Extraída de: www. botanica.cnba.uba.ar
CRECIMIENTO
ALMIDON
Hojas, tallos y raices
Endospermo GERMINACION
Utilización del Almidón en los VegetalesUtilización del Almidón en los Vegetales
Capa de aleurona
Cubierta seminal
Endospermo
Cotiledón
Ápice caulinar
Coleoptilo
Eje hipocótilo/radícula
Ápice radical
Embrión1
Giberelinas
2
Enzimas
Nutrientes
3
4
1Activación del embrión.Liberación de giberelinas
Inducción de genes por las giberelinas en la capa de aleurona.2
3 Producción y liberación de enzimas hidrolíticos.
4Acción de las enzimas sobre los materiales dereserva del endospermo.
Liberación de nutrientes (monosacáridos)5
5
6
6 Absorción de nutrientes por el embrión.
Germinación en cereales
AlmidónAlmidón
AmilosaAmilopectina
Amilopectina
α-1,6
α-1,6
α-1,6
α-1,4
α-1,4
GlucosaGlucosa
Utilización del Almidón en los VegetalesUtilización del Almidón en los Vegetales
COCO22 + H + H22OOATP
SacarosaSacarosa(escutelo)(escutelo)
ALMIDONALMIDON
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
RaízRaízTalloTallo
SacarosaSacarosa Glucosa + FructosaGlucosa + Fructosa
COCO22 + H + H22OO
ATP
Síntesis de Síntesis de sustanciassustancias
α-amilasa
Enzimas desramificantes
Enzimas desramificantes
Almidón fosforilasa
G G G G H
HO
G G G G4
H
HOG G G G G G G G G G G G H
HO
G G G G
β-amilasa
4 1
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
H HO
1
β-amilasa
Almidón fosforilasa
Extremo no reductor
Extremo no reductor
Principales enzimas que catalizan la degradación de almidón a glucosa:
-α-amilasa-β-amilasa-Almidón fosforilasa-Enzimas desramificantes
OH
H
OH
OH
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CH2OH
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CH2OH
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n
AmilosaAmilosa
OH
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CH2OH
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OH
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O
OH
H
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HH
CH2OH
O.......
AmilopectinaAmilopectina
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
n α-Maltosas
Dextrinas límite
Hidrólisis del Almidón en vegetalesHidrólisis del Almidón en vegetales
α-Amilasaβ-amilasa
n H2Oy n β-maltosas
OH
H
OH
OH
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HH
CH2OH
OHO
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H
OH
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HH
CH2OH
O
OH
H
OH
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HH
CH2OH
OH
n
AmilosaAmilosa
OH
H
OH
OH
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HH
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OH
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OH
OH
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HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
AmilopectinaAmilopectina
Fosforólisis del AlmidónFosforólisis del Almidón
Almidónfosforilasa
n H2PO4-
n Glu-1-P
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
Maltosa
Maltasa
H2O
Dextrinas límite
H
H
H2O
Enzima desramificante
Glucosa
+ restos de amilosa
Glucosa
+
GlucosaGlucosa
Utilización del Almidón en los VegetalesUtilización del Almidón en los Vegetales
COCO22 + H + H22OOATP
SacarosaSacarosa(escutelo)(escutelo)
ALMIDONALMIDON
Extraida de www.semilla.cyta.com.ar/
RaízRaízTalloTallo
SacarosaSacarosa Glucosa + FructosaGlucosa + Fructosa
COCO22 + H + H22OO
ATP
Síntesis de Síntesis de sustanciassustancias
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
Sacarosa
Invertasa
Glucosa
+
FructosaH2O
Invertasa alcalina
Invertasa ácida
pH 7,5
pH 5
Citosol
Vacuolas y pared celular
Nutrición y Metabolismo en Animales HeterótrofosNutrición y Metabolismo en Animales Heterótrofos
- DigestiónDigestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento mecánico (ej. masticación) y químico (ej. enzimático) de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientesAbsorción de nutrientes. . Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
He
teró
tro
fos
He
teró
tro
fos
Nutrientes
- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales
He
teró
tro
fos
He
teró
tro
fos
Nutrientes
- Carbohidratos- Lípidos- Proteínas- Vitaminas- Minerales
CarbohidratosCarbohidratos
- Galactosa- Galactosa
CarbohidratosCarbohidratosde la dietade la dieta
Polisacáridos
Disacáridos
Monosacáridos
- Almidón- Almidón granos, harinas, tubérculos, legumbres
- Glucógeno- Glucógeno carnes
- Sacarosa- Sacarosa frutas, azúcar de mesa, remolacha
- Lactosa- Lactosa Leche y derivados
- Glucosa- Glucosa
- Fructosa- Fructosafrutas, miel, golosinas, etc.
Boca
FaringeBucheEsófago Intestino Ano
Mandíbula
EsófagoBuche
Intestino
Ano
Recto
Boca
Esófago IntestinoEstómago
Ano
Recto
Sistema Digestivo en distintos individuos heterótrofos
Ptialina o Amilasa salival
- Amilasa pancreática- Isomaltasa- maltasa-glucoamilasa- sacarasa- lactasa
pH ácido, inactiva la enzima
Digestión y absorción de carbohidratosDigestión y absorción de carbohidratos
OH
H
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OH
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HH
CH2OH
OHO
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HH
CH2OH
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AmilosaAmilosa
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Amilopectina o GlucógenoAmilopectina o GlucógenoO
CH2
HH
OHH
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O
H
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H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
n Maltosas
n Maltotriosas
n Oligosacáridos
Digestión del Almidón y/o del GlucógenoDigestión del Almidón y/o del Glucógeno
Amilasasalival
n H2O
Amilasapancreática
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
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H
O
H
HO HO
Maltosas
Maltotriosas
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CH2OH
O......
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
Oligosacáridos
Digestión del Almidón (cont.)Digestión del Almidón (cont.)
DisacaridasasDisacaridasas
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
Maltosa
Maltasa2
GlucosaH2O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
Sacarosa
Sacarasa
Glucosa
+
FructosaH2O
O
H
OH
OH
H
OHH
CH2OH
O
HHO
H
OH
H
OH
HOH
H
CH2OH
H
Lactosa
Lactasa
Glucosa
+
GalactosaH2O
Esófago Rumen
Retículum
Omasum
Abomasum
Microorganismos fermentadores de celulosa
El alimento fermentado y los microorganismos son concentrados por reabsorción de agua.
HCl y proteasas
Idem retículum. El bolo alimenticio es regurgitado a la boca.
Proceso digestivo en los rumiantes herbívorosProceso digestivo en los rumiantes herbívoros
O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
O
HO
H
OH
CH2OH
H O
OH
HOH
H
HO
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
OH
OH
H
OH
OH
H
H
OHH
CH2OH
n
Celulasa
O
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
HO
O
HO
H
OH
H
OH
HOH
H
CH2OH
H
Celulosa
n Celobiosa
n H2O
Nutrición y Metabolismo en AnimalesNutrición y Metabolismo en Animales
- DigestiónDigestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento, mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientesAbsorción de nutrientes. . Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
Estructuras especializadas en absorciónEstructuras especializadas en absorción
Lombriz
Tiburón
Humano
¿¿CCóómo llegan las unidades de monosacáridos a los mo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?tejidos donde serán metabolizados?
¿¿CCóómo llegan las unidades de monosacáridos a los mo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?tejidos donde serán metabolizados?
SGLUTSGLUT
GlucosaGlucosaGlucosaGlucosa
Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed,
GalactosaGalactosaGalactosaGalactosa
FructosaFructosa
GLUT5GLUT5
FructosaFructosa
Nutrición y Metabolismo en AnimalesNutrición y Metabolismo en Animales
- DigestiónDigestión.. Conversión de los alimentos en sustancias absorbibles en el tracto intestinal. Implica el desdoblamiento, mecánico y químico de los alimentos, en moléculas absorbibles.
- Absorción de nutrientesAbsorción de nutrientes. . Pasaje del producto de la digestión desde la luz intestinal a la circulación.
- Metabolización. Metabolización. Utilización de los nutrientes para obtención de energía y/o para la síntesis de compuestos celulares.
Sentido biológico del metabolismo
DEGRADACION SINTESIS
1- Obtener energía y poder reductor a partir de los nutrientes.
2- Degradar compuestos ingeridos con los alimentos, o los de reserva, en productos más simples, utilizables como precursores para la síntesis de moléculas constituyentes de órganos y tejidos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.
Catabolismo Anabolismo
MetabolismoMetabolismo
Estructuras complejas
Estructuras simples
G
DE
GR
AD
AC
ION
SIN
TE
SIS
Nutrientes Contenedores
de Energía
CarbohidratosLípidosProteínas
VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa)
Productos finales
carentes de Energía
CO2
H2ONH3
NAD+
NADP+
FADADP+HPO4
2-
NADHNADPHFADH2
ATP
Energía Química
Moléculas Precursoras
MonosacáridosÁcidos grasosAminoácidos
Bases nitrogenadas
VIAS ANABOLICAS(Síntesis reductora)
Macromoléculas Celulares
PolisacáridosLípidos
ProteínasÁcidos Nucleicos
Esquemas de distintos tipos de secuencias metabólicas
A Ba
Cb
D Ec d
P Qp
A B C D Ea b c d
A
B
C b
a
S
D
c
d
PA B
a
M N
YX
Sef
Vías
Ciclos Cascadas
Vías anabólicasdivergentes
Vías catabólicas
convergentes
Equilibrio dinámico
AnabolismoCatabolismo
Anabolismo
Catabolismo
Crecimiento
Envejecimiento
Anabolismo
Catabolismo
¿¿CCóómo llegan las unidades de monosacáridos a los mo llegan las unidades de monosacáridos a los tejidos donde serán metabolizados?tejidos donde serán metabolizados?
SGLUTSGLUT
GlucosaGlucosaGlucosaGlucosa
Extraída y modificada del Lehninger, 4a. Ed,
GalactosaGalactosaGalactosaGalactosa
FructosaFructosa
GLUT5GLUT5
FructosaFructosa
Transportadores de Glucosa (Transportadores de Glucosa (uniportersuniporters))
Transportador Localización
GLUT1
En todos los tejidos del feto. En adultos: en GR, fibroblastos y células
endoteliales
GLUT2
En membrana basolateral del epitelio intestinal,
túbulos renales, hepatocitos y células β
pancreáticas
GLUT3PPal. Transportador en
cerebro y nervios periféricos.
GLUT4Tej. Adiposo y músculo esquelético y cardiaco.
Es sensible a Insulina
GLUT5 Transportador de Fru en enterocitos.
GLUT7 Membranas del RE
1- La Glu se une a un sitio del transportador abierto.
2- La proteína transportadora cambia su conformación.
3- La Glu es liberada al interior celular y la proteína transportadora retorna a su conformación original.
¿¿En quEn quéé difieren estos transportadores? difieren estos transportadores?
- En la afinidad por la GLU.
GLUT4> GLUT3> GLUT1> GLUT2
- La alta afinidad por Glu de GLUT4 y GLUT3 asegura la provisión de Glu a corazón y tej. nervioso.
- Cuando los niveles de Glu en sangre aumentan (periodo postprandial) se activa la incorporación de Glu al hígado, por un lado, y a las células beta del páncreas, a través de los GLUT2 y se estimula la liberación de Insulina.
- Esta, a su vez, promueve la movilización de los GLUT4 desde las vesículas intracelulares del tej. adiposo y músculo esquelético hacia la membrana plasmática para incorporar Glu a estos tejidos.
¿¿CCóómo funcionan lo transportadores GLUT4?mo funcionan lo transportadores GLUT4?
Ciclo de Cori
Esquema general del metabolismo de carbohidratos Esquema general del metabolismo de carbohidratos Otros tejidos como por ej. tej. nervioso
O2
O2
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucose glucose-6-phosphate
Hexokinase
* La glucosa es fosforilada en el carbono 6
Fosforilación de la glucosaFosforilación de la glucosa
La fosforilación es el paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos, en animales y vegetales.
Impide la difusión de la Glu hacia el exterior celular y asegura su utilización en alguna de las vías metabólicas celulares según el requerimiento celular.
Hexoquinasas
Isoenzimas I, II, III
Isoenzima IV o Glucoquinasa
-En distintas proporciones según el tejido.- Son inespecificas.- Km Glu = 0.01-0.1 mM
- En hígado y células beta del páncreas.- Es muy especifica, solo D-Glucosa.- Km Glu = >10 mM.
GLUCOSA-6-P
Destinos metabólicos de la glucosa Destinos metabólicos de la glucosa en una célula hepáticaen una célula hepática
Glucógeno-génesis
Glucógeno
Via de las PentosasRibosa-5-P
Piruvato
Via Glicolitica
Glucosa
Glucosa-6-fosfatasa
GLUCOSA-6-P
Destinos metabólicos de la glucosa Destinos metabólicos de la glucosa en una célula vegetalen una célula vegetal
AlmidónSacarosa
Via de las PentosasRibosa-5-P
Piruvato
Via Glicolitica
•FASE I. (Reacciones 1-5). Fase preparatoria en que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs.
•FASE II (Reacciones 6-10). Las dos moléculas anteriormente formadas se convierten a dos moléculas de piruvato, con la producción de 4 ATPs y 2 NADH.
Vía GlicolVía Glicolííticatica
Citosol celularCitosol celular
-Universal.
-Todos los intermediarios fosforilados.
- No requiere O2
Bibliografía
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).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).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).2- DONALD NICHOLSON, International Union of Biochemistry & Molecular Biology (IUBMB), IUBMB-Nicholson Metabolic Maps, Minimaps & Animaps. Department of Biochemistry and Microbiology, The University, Leeds, England. (http://www.iubmb-nicholson.org).3- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).4- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.
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