Download - Usmp Ch y Glucogeno
Carbohidratos
Generalidades Química de carbohidratos
Digestión y absorción Distribución
GeneralidadesLos carbohidratos son los nutrientes más difundidos en la naturaleza.Son responsables de atender las mayores necesidades calóricas de los seres vivos.El carbohidrato más difundido e importante para el metabolismo humano es la glucosa y dentro de los alimentos es el almidón.El almidón y todos los otros carbohidratos que ingerimos en la dieta se transforman en glucosa antes de ser metabolizados.Químicamente los carbohidratos son polialcoholes con un grupo aldehído o cetona, diferenciándose por lo tanto en aldosas y cetosas.Son componentes estructurales de muchos organismos incluyendo bacterias y algas, el exoesqueleto de los insectos y la celulosa de las plantas.
Estructura básica de un carbohidrato
Los monosacáridos son polialcoholes (mínimo dos OH) con un grupo alde-hídico o cetónico.
Cuando se unen para formar di, oligo o poli-sacáridos lo hacen me-diante un enlace gluco-sídico.
CHO
H-C-OH
OH-C-H
H - C-OH
H - C-OH
CH2OH
CH2OH
C=O
OH-C-H
H - C-OH
H - C-OH
CH2OH
Los carbonos asimétricos de los monosacáridos
Un carbono asimétrico es aquel que tiene cuatro diferentes compuestos unidos a sus cuatro enlaces.
La glucosa tiene cuatro carbonos asimétricos, el 2, 3, 4 y 5
CHO
H-C-OH
OH-C-H
H - C-OH
H - C-OH
CH2OH
Isómeros, epímeros
Compuestos con la misma fórmula global pero distinta fórmula espacial. Casi todos los monosacáridos de seis carbonos tienen la fórmula C6H12O6 :glucosa, fructosa, manosa, galactosa.Cuando la diferencia radica en un solo átomo de carbono se les llama epímeros (también son isómeros): glucosa y galactosa.
CHO
H-C-OH
OH-C-H
H - C-OH
H - C-OH
CH2OHglucosa
CHO
H-C-OH
OH-C-H
OH-C-H
H - C-OH
CH2OHgalactosa
Clasificación de carbohidratosSe clasifican de acuerdo a su complejidad en :
monosacáridosdisacáridosoligosacáridospolisacáridos
Los monosacáridos de acuerdo al número de carbonos se clasifican en:
triosastetrosaspentosashexosasheptosas
AZÚCARES COMUNES EN EL METABOLISMO
aldehido cetonaTriosas gliceraldehido dihidroxicetona
Tetrosas eritrosa eritrulosa
Pentosas
ribosa xilosa arabinosa
ribulosa xilulosa
Hexosas
glucosa manosa galactosa
fructosa
Heptosas sedoheptulosa
Estructura química de la glucosa
Es una hexosa con cinco grupos OH y un grupo CHO.
Comúnmente adopta formas cíclicas semejantes al pirano (hexagonal) o al furano (pen-tagonal).
La glucosa en solución adopta la forma piranósica en un 99% y furanósica en un escaso 1%.
En el espacio la forma pira-nósica se dispone como una silla o como un bote.
OHCH
CHOH
CHOH
CHOH
CHOH
CHO
2!
!
!
!
!
Formas espaciales de glucosa
H-C-OH
H-C-OH
OH-C-H
H - C-OH
H - C
CH2OH
O
OH
H
H
H H
OH
OH
OHOH
CH2OH
O
OFisher
Haworth
hemiacetal
HemiacetalesMenos del 1% de los azúcares se encuentra bajo la forma de cadena abierta. Siempre están como anillos.Estos anillos provienen de la reacción expontánea de un grupo aldehido con un alcohol.Si el anillo tiene seis carbonos es un pirano y si tiene cinco un furano.Eso crea un nuevo C asimétrico (N°1 de una aldosa o N°2 de una cetosa). Este carbono se llama anomérico y da lu-gar a dos formas de azúcar yEn la naturaleza tenemos D glucopiranosa: 64% y 36%
Reacciones químicas de los monosacáridos
Si el O del C anomérico de un carbohidrato no está unido a otra estructura, tiene capacidad reductora.
Capacidad que se mide porque reduce el cobre de algunos reactivos, como Benedict o Fehling.
Eso se usó como -por muchos años- como test de búsqueda de glucosa en sangre u orina, pero da positivo con cualquier carbohidrato.
Reacciones de carbohidratos
Los polisacaridos no tienen poder reductor, tampoco el disacárido sacarosa. Por su enlace glucosídico pierden el poder reductor de su aldehida.Los grupos aldehido pueden oxidarse para formar grupos carboxilo -CHO -COOH. Así la glucosa se transforma en ácido glucónico y la galactosa en galactónico.El alcohol primario del C N°6 también puede trans formarse en carboxilo –COOH y generar ácido glucorónico o galacturónico.
Importancia fisiológica de las pentosas
Pentosa Origen Importanciaribosa ác.nucleícos estructura de ác.nucleicos y de coenzimasribulosa metabolismo vía de las pentosasarabinosa gomas de frutas glucoproteínasxilosa gomas de frutas glucoproteínaslixosa músculo cardiaco lixoflavina del musc.cardiacoxilulosa metabolismo vía de ácidos urónicos
Importancia fisiológica de las hexosas
Hexosa Origen Importancia
GlucosaFrutas, cereales, leguminosas
Es el azúcar por excelencia del metabolismo
FructoaFrutas y miel de caña (sacarosa)
El hígado la convierte en glucosa para su metabolismo
Galactosa Lactosa de la leche
El hígado la convierte en glucosa para su metabolismo
Manosa Gomas vegetales Glucoproteínas
Disacáridos
Son azúcares formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glicosídico.Los disacáridos más comunes en la naturaleza son:
sacarosa: glucosa+fructosa.lactosa: glucosa+galactosa.maltosa: glucosa+glucosa.
Dos de ellos, la lactosa y la maltosa tienen poder reductor, no así la sacarosa debido a que el enlace compromete am-bos radicales reductores, el aldehído de la glucosa y la a-cetona de la fructosa.Están ampliamente distribuidos en la naturaleza.
Disacáridos comunes...
HH
O
CH2OH
H
H
H OH
OHOH
O
CH2OH
H
H
HH
H
OH
OH
OHO
H
H
O
CH2OH
HH
H OH
OH
OH
O
CH2OH
H
H
HH
H
OH
OH
OH
O
HH
O
CH2OH
H
H
H OH
OHOH
OCH2OH
H
H
H OH
OH
OCH2OH
maltosa
lactosa
sacarosa
Oligosacáridos y Polisacáridos
Llamamos oligosacáridos a los complejos de 3 a 12 monosacáridos y polisacáridos a los de más de 12 monosacáridos.
Se dividen en :
Homopolisacáridos: un solo carbohidrato.
Heteropolisacáridos: con varios monosacáridos ejemplo, glucosa amino glucanos.
Dónde están los Polisacáridos?Homopolisacáridos:
Reserva: Almidón, (amilosa y amilopectina).Granos,cereales Glucógeno.Músculos, hígado Dextrano: D glucosa. Ramificaciones distintas.
Expansores.Sintetizado en el laboratorio Inulina: D fructosa. Cebolla y ajo. Pruebas médicas.
Estructurales: Celulosa: D glucosa. Enlaces . No digerible. Quitina: N acetil glucosamina. Insectos. Lignina: alcoholes aromáticos.
Heteropolisacáridos: agar, goma, celulosa, pectina.
Polisacáridos
El almidón está formado por cadenas de glucosa unidas mediante enlaces glucosídicos del tipo alfa 1,4 y algunos de tipo alfa 1,6.Es la fuente más importante de carbohidratos de la alimentación. Su hallazgo es esencialmente vegetal.Está constituido en un 15 a 20% por amilosa estructura helicoidal no ramificada, y en un 80 a 85% por amilopectina que son cadenas ramificadas de 24 a 30 residuos de glucosa unidas por enlaces 1,4 y ramificaciones 1,6.El glucógeno tiene una estructura bastante similar, pero un origen animal. Es más ramificada que el almidón, con 12 a 14 residuos de glucosa unidos por enlaces 1,4 y ramificaciones 1,6.
Otros polisacáridos...
La celulosa está formada por unidades de D glucopiranosa unidas por enlaces 1,4, reforzadas por puentes de hidrógeno. No es digerida por falta de una hidrolasa en el jugo digestivo. En los rumiantes hay microorganismos que atacan el enlace .La inulina es un polímero de la fructosa y se encuentra en raíces de alcachofa o de la dalia.La quitina esta formada por unidades de Nacetil glucosamina unida por enlaces beta glucosídicos. Es el exoesqueleto de insectos y crustáceos.Los mucopolisacáridos o glucosaminoglucanos, contiene aminoazúcares y ácidos urónicos, que cuando se unen a una proteína se les conoce como proteoglucanos del hueso, la elastina o la colágena. Ejemplo también lo son el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y la heparina.
Digestión de carbohidratos
El proceso de digestión de los carbohidratos tiene dos lugares principales: la boca y la mucosa intestinal.
Generalmente comemos pocos monosacáridos por lo que lo que se necesita es : endoglucosidasas y disacarasas.
Sirven para atacar a los poli, oligosacáridos y disacáridos.
Digestión en la boca
Durante la masticación actúa la amilasa de las glándulas salivares. Rompe el almidón en sus enlaces 1,4.
Los humanos no tenemos 1,4 glucosidasas que rompe la celulosa. Si la poseen los microorganismos de los poligás tricos. Ellos si aprovechan la celulosa de los pastos.
Como nuestros amilopectina y glucógeno contienen enla-ces 1,6, como resultado tenemos maltosa e isomaltosa con enlaces 1,6.
Dicha digestión se detiene en el estómago: pH ácido .
Digestión por la amilasa
Maltotriosa Maltosa Glucosa
Dextrina limitante
Dextrina limitante
Digestión intestinal...
Luz intestinal
Lactosa
Almidón
Sacarosa
amilasaMaltosa
Maltotriosa
Dextrina límite
lactasa
sacarasa
glucosidasa glucosa
galactosa
fructosa
Superficie de pared intestinal
Absorción intestinal...
SGLT1
GLUT5GLUT2
glucosa
galactosa
2Na
fructosa glucosa
galactosa
fructosa
Na Na
K
K
ATP
ADP
Absorción de monosacáridos
D Galactosa 110
D Glucosa 100
D Fructosa 43
D Manosa 19
D Xilosa 15
D Arabinosa 9
%
Destino de los carbohidratos
Hasta un 50% de la glucosa es transformada en lactato en la pared intestinal, para facilitar la gradiente.
Luego debe ir al hígado a transformarse por la neoglucogénesis.
Por la vena porta va al hígado donde se metaboli-za el 60% o más de todos los carbohidratos.
Metabolismo del glucógeno
Glucosa: suministroEl organismo requiere una fuente constante de glucosa, necesaria para órganos tan delicados como el cerebro y con pocas mitocondrias co-mo los hematíes.
La glucosa es suminis-trada por diversos sus-
tratos...
GLUCOSA
Disacáridos Monosacáridos
Aminoácidos Almidón
Glucógeno
Glucógeno
Es la forma de almacenamiento de carbohidratos en los tejidos animales.Corresponde del 6 al 10% del peso del hígado (aprox. 70 a 100 g) y del 1 al 2% del peso del músculo (aprox. 250 a 400g).Es un polímero de la alfa D glucosa, con moléculas unidas por enlaces 1,4 y 1,6.
El glucógeno muscular es fuente de glucosa para este tejido, mientras que el glucógeno hepático mantiene la glicemia.
Estructura del glucógeno
El glucógeno se encuentra en el citosol de las células (musculares, hepáticas, renales, etc.)En el músculo se almacena como pequeños gránulos esféricos, llamados partículas beta con 60 000 residuos de glucosa.El hígado tiene gránulos grandes como rosetas llamadas partículas alfa, que son agregados de partículas beta.La estructura tiene una ramificación cada 10 moléculas lineares. Las ramificaciones aumentan la velocidad de recambio y la solubilidad del glucógeno.Cada molécula de glucógeno tiene una proteína llamada gli-cogenina, unida covalentemente al carbohidrato.La cadena está formada por uniones glicosídicas alfa 1,4 y la ramificaciones por uniones alfa 1,6.
Cómo se mantiene la glicemia...?
La ingesta dietética es esporádica y no siempre suficiente, luego el organismo debe suplementar la glicemia a partir del glucógeno.
8:00h 12:00h 16:00h 20:00h 24:00h 4:00h 8:00h
Contenido de glucógeno del hígado durante el día
Localización del glucógeno
Dos son los órganos más ricos en glucógeno: músculo e hígado.El glucógeno hepático es el 6 a 10% del peso fresco y hace un total de 100g aprox.El glucógeno muscular es de 1 a 2% y hace un total de 400g.Una molécula de glucógeno tiene un PM de 108.
Posprandial Ayuno
Estructura del glucógeno
Está formado por múl-tiples moléculas de al-fa D-glucosa unidas por enlaces glicosídi-cos del tipo 1,4 para formar cadenas linea-res y, lue-go de 8 a 10 residuos lineales una ramificación mediante
un enlace 1,6.
Enlace glucosídico 1,4 y 1,6
Fosforilación de la glucosa
Reacción irreversible, que impide el regreso de la glucosa por gradiente. Catalizada por: Hexoquinasa o Glucoquinasa.La hexoquinasa es inhibida por glucosa 6-P que a su vez se acumula por una alta relación ATP/ADP. Enzima de bajo Km y baja Vmax, por lo que tiene gran afinidad pero pobre capacidad de metabolizar.La glucoquinasa es fundamental en el hígado, tiene alta Km por lo que sólo actua a altas concentraciones de glucosa y tiene alta Vmax por lo que su capacidad de metabolizar es también alta.
Hexoquinasa vs. glucoquinasa
Hexoquinasa GlucoquinasaTejido todos hígadoKm bajo altoVmax baja altaEspecificidad varias hexosas D-glucosaInhibición por G6P si no
Síntesis de glucógeno
La glucosa 6P se convierte en glucosa 1P por una mutasa. La glucosa 1,6 difosfato es un intermediario de la reacción. La glucosa 1P reacciona con la UTP para formar UDP-glucosa. La hidrólisis del pirofos-fato resultante por una pirofosfatasa garantiza la continuidad de la reacción.
GlucosaATP
ADPHexoquinasa
Glucosa 6P
Fosfoglucomutasa
Glucosa 1P
Glucosa 1P
uridiltransferasa
UTP
pi
HH
CH2OH
H
H
H
OHOH
O
OH O-P-O-P-O-CH2
O O
OH OH
H H H H
OH OH
O
O
NH
N
O
UDP-glucosa
UDP
Glucógeno sintetasa
(Glucosa)n
(Glucosa)n+1
Glucógeno:alargamiento de la cadena...
Requiere la tranferencia de una glucosa del UDP-glucosa, al extremo no reductor de la cadena.
La enzima responsable de formar los enlaces glicosídicos es la glucógeno sintetasa o glucosil transferasa.
La UDP resultante de la actividad de la sintetasa regenera UTP gracias a la enzima nucleósido difosfoquinasa.
UDP + ATP --------------UTP + ADP
Glucógeno: elongación y ramificación
sintetasa ramificante
Glucógeno: formación de ramificaciones...
El glucógeno tiene ramificaciones cada 8 unidades lineares de gluco-sa.
Se produce gracias a la actividad de la enzima ramificante o glu-cosil 4,6 transferasa o amilo 1,4, 1,6 transglicosilasa.
Dicha enzima transfiere 5 a 8 unidades de glucosa, rompiendo un enlace 1,4 y creando un enlace 1,6.
La ramificación incrementa la solu-bilidad del glucógeno y acelera el proceso de síntesis y degradación
7UDP glucosa
7UDP
glucógeno
sintetasa
Enzima
ramificante
Glicogenina
Polipéptido de 332 a-minoácidos con una tirosina terminal.
Ella se une a 8 glu-cosas expontánea-mente y sirve de i-nicio a la actividad de la sintetasa.
Tyr-OH
Glicogenina
Tyr-O-(glucosa)8
Tyr-O--
Glicosilación
expontánea
8 UDP-glucosa
8 UDP
Glicogenina primaria
(Glucosa) n –1,4- y
Glucógeno sintetasa
Enzima ramificantenUDP-glucosa
nUDP
Complejo Glucogenina-Glucógeno
Degradación del glucógenoLa más importante enzi-ma involucrada es la glu-cógeno fosforilasa.Ella rompe los enlaces alfa 1,4 por simple fosforilación.Es una hexoglucosidasa y actúa secuencialmente hasta que quedan cuatro unidades antes de la ramificación .Dextrina limitante.
(Glucosa) n
Glucosa 1 P
Glucosa 6 P
Glucógeno fosforilasa
Fosfoglucomutasa
Glucosa 6 fosfotasa (en el hígado)
Glucosa
GlicólisisP1
PiruvatoPiruvato dehidrogenasa
Acetil CoA
CO2 y H2O
LactatoLactato
deshidrogenasaCO2
P 1
Desramificación
La enzima desramificante es la combinación de la glucosil 4,4 transferasa, que rompe tres glucosas de la ramificación y la anexa a un extremo para que actúe la fosforilasa y la amilo 1,6 glucosidasa que libera la única glucosa libre.1 a 3% es liberado por la maltasa ácida . Enf. Pompe
Glucógeno
fosforilasa(6) Pi(6)glucosa P
Enzima desramificanteH2O
glucosa
Enzima desramificantetransferasa
Glucogénesis-glucogenolisis
Glucosa 1P
Glucosa 6P
Glucosa
Glucosa 6Fosfatasa Glucoquinasa
(ATP+Mg)(H2O)
Glucógeno sintetasa +Enz.ramificante
Fosforilasa+Glucano transferasaEnz.desramificante
Glucógeno
UTP
2Pi
UDPglucosa
UDP
Transportadores: Hígado:GLUT2 Músculo:GLUT4
Papel del AMPc en el hígado
Receptor glucagon Adenil
ciclase
Epinefrina
Receptor adrenérgico
+ +G G
ATP AMPcATP AMPc
GlucógenoGlucógeno
Glucosa1P
Glucosa 6P
Glucosa
Piruvato
Grasa
+
-
-
Regulación de la fosforilasa
La fosforilasa existe bajo dos formas, activa o fosforilada e inactiva o defosforiladaPor lo tanto aquellas hormonas que estimulan la presencia de AMPc y por lo tanto activan a la proteín quinasa activan a la fosforilasa quinasa y esta a la fosforilasa de glucógeno. Y la insulina que activa a la proteín fosfatasa inactiva a la fosforilasa del glucógeno.
Glucagon Epinefrina+
ATP AMPcFosforilasa quinasainactiva
Fosforilasa quinasaactiva
Glucógeno fosforil.inactiva
Glucógeno fosforil.activa
Fosfatasa
Insulina +
Regulación de la glucógeno sintetasa
La glucógeno sintetasa es inactivada por la proteín quinasa, que a su vez es activada por la presencia de AMPc, segundo mensajero del glucagon o epinefrina
La glucógeno sintetasa es activada por la proteín fosfatasa, activada a su vez por la insulina.
Glucagon Epinefrina+
ATP AMPc +
Sintetasaactiva
Sintetasainactiva
Insulina
+
Protein quinasa
Protein fosfatasa