QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas
• 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. 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. 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. Efecto Pasteur. 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.
GLUCONEOGGLUCONEOGEENESISNESIS
-Es una vía por la cual se puede sintetizar glucosa y glucógeno a partir de precursores no glucídicos:
- Glicerol (proveniente de la degradación de ácidos grasos).
- Aminoácidos (derivados del recambio de proteínas).- α-cetoácidos (productos de la degradación de
aminoácidos).- Lactato (del metabolismo anaerobio).- Acetil-CoA (sólo en plantas y algunas bacterias)
-En los mamíferos, ocurre principalmente en hígado y riñón. - Revierte las tres reacciones irreversibles de la vía glicolítica a través de las reacciones (de desvío) catalizadas por:
- Piruvato carboxilasaPiruvato carboxilasa (mitocondrial).- PEP carboxiquinasaPEP carboxiquinasa (isoenzimas, citosólica y
mitocondrial).- Fru-1,6- fosfatasaFru-1,6- fosfatasa (citosólica).- Glu-6-fosfatasaGlu-6-fosfatasa (citosólica, solo en hígado).
- Es un proceso que consume energía metabólica.
Glucosa
Acs. Grasos
Glucólisis Gluconeogénesis
GluconeogenesisGluconeogenesis
Reacciones reversibles de la VG
Costo energético
- A partir de piruvato
2 piruvato (3C) 1 Glu (6C)
PC 1 ATP (x 2) = 2 ATP
PEPCQ 1 GTP (x 2) = 2 GTP
PGQ 1 ATP (x 2) = 2 ATP
PGQ (ATP)
GQ (ATP)
- A partir de glicerol
2 glicerol (3C) 1 Glu (6C)
GQ 1 ATP (x 2) = 2 ATP
REGULACION DE LA GLUCONEOGENESISREGULACION DE LA GLUCONEOGENESIS
HORMONAL:
GLUCAGON Y ADRENALINA ACTIVAN LAS
ENZIMAS REGULADORAS DE LA GLUCONEOGENESIS
ALOSTERICA:
FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA
PIRUVATO CARBOXILASA
FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA
Ciclos fútilesCiclos fútilesLos ciclos fútiles, son ciclos metabólicos “inútiles” que producen un derroche de energía (ATP). Se producen cuando no existe una regulación o control adecuado de las reacciones involucradas. Por ejemplo:
ó
En ambos casos, de no existir regulación metabólica: ATP + H2O → ADP + Pi
GLUCOLISIS
GLUCONEOGENESISCitrato
Regulación de la GluconeogenesisRegulación de la Gluconeogenesis
¿Cuándo se activa la gluconeogénesis?
- Ingesta de una dieta pobre en carbohidratos. Disminución de la glucemia (↑ Glucagón).
- Durante y luego de una actividad muscular intensa. (↑ Adrenalina)
GLUCOSA-6-P
Destinos metabólicos de la glucosa Destinos metabólicos de la glucosa
Glucógeno-génesis
Glucógeno
Via de las PentosasRibosa-5-P
Piruvato
Via Glicolitica
Glucosa
Glucosa-6-fosfatasa(solo en hígado)
Gluconeo-genesis
Glucógeno-lisis
Estr
uctura
del
Glu
cógen
o
Estr
uctura
del
Glu
cógen
o
Extremos no
reductores
Unión α-1,6
Unión α-1,4
El hepatocito muestra abundantesgránulos de glucógeno
Tinción de PAS
El Glucógeno
abunda en el hígado (10% peso) y en músculo esquelético (3% peso),
es un polímero de la glucosa y, por tanto, una forma de almacenamiento de glucosa dentro de la célula que le sirve de reservorio energético,
es de elevado peso molecular, y sin embargo es soluble en agua,
una función similar la desempeña el almidón en el mundo vegetal. Micrografía electrónica
METABOLISMO DEL GLUCOGENOMETABOLISMO DEL GLUCOGENO
DEGRADACIONDEGRADACIONBIOSINTESISBIOSINTESIS
GLUCOGENOGLUCOGENOGENESISGENESIS GLUCOGENOGLUCOGENOLISISLISIS
La síntesis y degradación de glucógeno están La síntesis y degradación de glucógeno están cuidadosamente reguladas entre sí para cumplir con las cuidadosamente reguladas entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula.necesidades energéticas de la célula.
GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS
(Síntesis de glucógeno)
El exceso de glucosa es convertido en formas poliméricas (reserva)
La biosíntesis del glucógeno consiste en la adición sucesiva de unidades de glucosa, utilizando una molécula donadora de glucosa: la UDP-glucosa.
GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS
En la síntesis de glucógeno intervienen tres enzimas:
1) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa)
2) Glucógeno sintasa
3) Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno
GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS
UDP-glucosa pirofosforilasa
Activación de las unidades Activación de las unidades de glucosa a UDP-Glucosade glucosa a UDP-Glucosa
Glu-6-PFosfoglucomutasa
Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno:
1) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa)
2) Glucógeno sintasa
3) Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno
GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS
El cebador de la glucógeno sintasa es una cadena corta de residuos de glucosa ensamblados por una proteína denominada Glucogenina.
GLUCOGENINA
Tyr194
+
UDP GLU-Glucogenina
Protein-Tyr glucosil
transferasa
GLUCOGENINA
Tyr194
UDP
O
UDP UDP
Polimerización:Polimerización: adición de las unidades de adición de las unidades de glucosaglucosa
Glucógeno sintasa
Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno:
1) UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa)
2) Glucógeno sintasa
3) Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno
GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS
Amilo α(1,4 →1,6)-glucosil transferasa
Extremos no reductores
Punto de ramificación
(α-1,6)
RamificaciónRamificación: 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 la posición 6 de un residuo de glucosa en el interior del polímero formandose enlaces (1->6) en los puntos de ramificación.
Proteína-Tyr glucosil transferasa
(glucogenina)
glucogenina
glucogenina
glucogenina
Glucógeno sintasa
Glucógeno sintasa
Glucógeno sintasa y Enzima
ramificante
Partícula de Glucógeno
Glucogenina
GASTO ENERGETICO EN LA SINTESIS DE GASTO ENERGETICO EN LA SINTESIS DE GLUCOGENOGLUCOGENO
. Fosforilación de Glu a Glu-6-P 1 ATP
. Activación de Glu-1-P a UDP-Glu 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 Por cada unidad de GLU que se utiliza en la síntesis de glucógeno, se gastan: 2 ATP y 3 uniones ricas en energía.gastan: 2 ATP y 3 uniones ricas en energía.
REGULACION DE LA REGULACION DE LA GLUCOGENOGENESISGLUCOGENOGENESIS
REGULACION ALOSTERICA: Glu-6-P (+), Ca++ (-), Glucogeno (-) la Glucógeno sintasa.
REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno sintasa.
REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).
REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN COVALENTECOVALENTE
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.
Sintasa A(muy activa)
Sintasa B (poco activa)P
Fosfatasa P
Quinasa
ATPADP
INSULINA
ADRENALINAGLUCAGÓN
(+)
(+)
DEGRADACION DEL GLUCOGENO DEGRADACION DEL GLUCOGENO
(GLUCOGENOLISIS)(GLUCOGENOLISIS)
SE ACTIVA CUANDO LA CELULA NECESITA ENERGIA
Y NO DISPONE DE GLUCOSA.
TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA CELULAR.
PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y MUSCULO
ESQUELETICO .
NECESIDAD DE GLUCOSA:
ENTRE COMIDAS
ACTIVIDAD MUSCULAR VIGOROSA.
HIGADO Y MÚSCULO: DEPOSITOS O RESERVA DE GLUCÓGENO
GLUCOGENOLISIS
GLUCOGENOLISIS GLUCOGENOLISIS
Y precisa de la acción combinada de tres enzimas diferentes:
1)1) Glucógeno fosforilasaGlucógeno fosforilasa
2) Enzima desramificante o Amilo-Enzima desramificante o Amilo-αα (1,6)-glucosidasa (1,6)-glucosidasa
3) FosfoglucomutasaFosfoglucomutasa
Requiere de dos reacciones:
1) Eliminación de GLUCOSA del extremo no reductor
(uniones α-1,4)
2) Hidrólisis de los enlaces glucosídicos en los puntos de ramificación (uniones α-1,6)
Glucógeno fosforilasa(dímero)
Glucógeno fosforilasa
Enzima desramificante
Enzima desramificante
(1,41,4) glucanotransfersa
(16) glucosidasa Hexoquinasa
Glu-6-P
Fosf
oglu
co-
mut
asa
n Glu-6-P
REGULACION DE LA REGULACION DE LA GLUCOGENOLISISGLUCOGENOLISIS
REGULACION ALOSTERICA: AMP (+), ATP(-), Glu-6-P (-) la Glucógeno fosforilasa.
REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno fosforilasa.
REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).
REGULACION POR MODIFICACION COVALENTEREGULACION POR MODIFICACION COVALENTE
Consiste en modificar 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.
Fosforilasa fosfatasa
(PPT)Fosforilasa quinasa
Glucagón(higado)
AdrenalinaCa2+, AMP(músculo)
Insulina(+)
Debido al diferente papel del glucógeno muscular y el hepático, la regulación hormonal es diferente en estos órganos.
REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS MUSCULAR
El glucógeno del músculo esquelético tiene como finalidad suministrar glucosa para que
sea degradada oxidativamente (VG) y se pueda obtener ATP para la actividad
muscular.
Cuando se precisa realizar trabajo muscular, el SNC estimula la médula adrenal (glándula adrenal), que secreta ADRENALINA
REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS HEPATICA
El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, incluido el músculo
esquelético, así el hígado mantiene la glucemia. Ante un descenso de la glucemia el páncreas libera GLUCAGÓN.
Mientras que ante un aumento de la glucemia, el páncreas libera INSULINA.
Adrenalina (músculo)Glucagón (hígado)
Célula hepática o muscular
Músculo Hígado
Regulación por InsulinaRegulación por Insulina
Glucemia
Luego de una comida
PANCREAS Insulina
Fosforilasafosfatasa
Glu-6-P (-)ATP (-)
Ca++ (+)AMP (+)
Hígado y Músculo
Músculo
Glu-6-P (+)Hígado y Músculo
Músculo Hígado
Glucemia
Entre comidasDieta libre de carbohidratos
PANCREAS
CarreraEstrés emocionalAgresión físicaEscape de un predador
SNC MEDULA ADRENAL
Inhibición de la Glucogenogénesis
Activación de la Glucogenolisis
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.
METABOLISMO DEL GLUCOGENO HEPATICO Y METABOLISMO DEL GLUCOGENO HEPATICO Y CONTROL DE LA GLUCEMIACONTROL DE LA GLUCEMIA
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- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).3- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.