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Metabolismo de Hidratos de carbono¿Qué es?El metabolismo comprende aquellos procesos que permiten a un sistema biológico llevar adelante sus procesos vitales. Entendemos por metabolismo al conjunto de reacciones físico-químicas que ocurren en un sistema biológico.Los procesos metabólicos comprenden ...

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Metabolismo de Hidratos de carbono ¿Qué es? El metabolismo comprende aquellos procesos que permiten a un sistema biológico llevar adelante sus procesos vitales. Entendemos por metabolismo al conjunto de reacciones físico-químicas que ocurren en un sistema biológico. Los procesos metabólicos comprenden principalmente la nutrición, que suministra las materias primas; la respiración celular que libera energía de forma utilizable a partir de algunas de las materias primas; y la utilización de las materias primas y de la energía en actividades químicas tales como la síntesis y a menudo también en actividades como el movimiento. Las cuatro funciones de nutrición, respiración, intercambio de sustancias con el medio y síntesis, entonces, representan en conjunto el metabolismo.

¿Qué característica presentan los procesos anabólicos y catabólicos? El anabolismo es la fase constructiva del metabolismo, en la cual tiene lugar la síntesis de los componentes moleculares de las células tales como los ácidos nucleicos, las proteínas, los polisacáridos y los lípidos a partir de moléculas precursoras de estructura más sencilla y menor tamaño. Este proceso biosintético requiere energía química para poder ser llevado a cabo, es decir, es un proceso endergónico. La construcción de biomoléculas orgánicas altamente hidrogenadas requiere electrones para reducir a sus precursores relativamente oxidados. El anabolismo es un proceso CONSTRUCTIVO, REDUCTOR Y ENDERGÓNICO. El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo, en la cual moléculas orgánicas complejas y relativamente grandes como los polisacáridos o las proteínas se degradan para dar lugar a moléculas de estructura más simple y menor tamaño tales como el ácido láctico, CO2, agua, amoníaco o urea. Este proceso degradativo va acompañado de la liberación de la energía química inherente a la estructura de las moléculas orgánicas que se degradan; es por lo tanto un proceso exergónico. Muchas reacciones del catabolismo suponen una oxidación, es decir, una pérdida de electrones, de los sustratos orgánicos que se degradan. El catabolismo es un proceso DEGRADATIVO, OXIDANTE Y EXERGÓNICO.

Reacciones de óxido-reducción ¿En qué consisten éstas reacciones? Las reacciones de oxido reducción son reacciones entre dos moléculas, en donde una se oxida (pierde electrones) mientras la otra molécula se reduce (acepta electrones). Estos procesos siempre ocurren a la vez, son simultáneos y complementarios. La oxidación consiste en la pérdida parcial o total de electrones que puede darse por una pérdida de átomos de hidrogeno o un aumento del número de enlaces oxigeno, mientras que la reducción es una ganancia parcial o total de electrones o una disminución en el número de enlaces con el oxigeno.

¿Cuál es su importancia biológica? En los sistemas vivos, las reacciones que capturan energía (fotosíntesis) y las reacciones que liberan energía (glucólisis y respiración), son reacciones de oxidación-reducción. La vida ha evolucionado

adquiriendo mecanismos que regulan la marcha de estas reacciones químicas de modo tal que la energía se almacena en enlaces químicos de los que puede ser liberada en pequeñas cantidades cuando la célula lo necesite. Estos mecanismos, implican generalmente secuenci as de reacciones

algunas de las cuales son reacciones de oxidación-reducción. ¿Qué tipo de moléculas son el NAD y el FADH y cuál es su función? NAD y el FADH, son nucleótidos que contienen en su estructura nicotinamida y flavina. Esta estructura le confiere capacidad para aceptar o ceder electrones, es decir reducirse u oxidarse, de modo reversible. Estas moléculas funcionan como coenzimas transportadores de electrones.

Hidratos de carbono ¿Qué son los hidratos de carbono y cuál es su función? Los HDC son la fuente primaria de energía química para los sistemas vivos. Están formados por carbono, oxigeno e hidrogeno. ¿Cómo se clasifican los hidratos de carbono? Monosacáridos: también llamados azucares simples. Según el número de carbonos se los clasifica en triosas, tetrosas, pentosas etc. El monosacárido más importante en bioquímica humana es la glucosa utilizada como combustible por la célula. Oligosacáridos: Compuesto por la unión de dos a diez monosacáridos. Según el número de unidades componentes se desinan disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos.etc. De este grupo los representantes de mayor interés son los disacáridos por ej. sacarosa: azúcar de mesa; lactosa; azúcar de la leche) Polisacáridos: son moléculas de gran tamaño constituidas por numerosos monosacáridos dispuestos en cadenas lineales o ramificadas. Ejemplo: el glucógeno: principal reserva de energía rápidamente disponible en células animales, o el almidón, que es la reserva energética de las células vegetales. Las pentosas (hidratos de carbono de 5 átomos de carbono) y las hexosas (6 átomos de carbono) pueden formar estructuras cíclicas (anillos).

¿Cuáles son las etapas de la oxidación de la glucosa en: ●

Presencia de oxigeno?

1- Glucólisis 2- Formación de acetil CoA 3- Ciclo de Krebs 4- Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa ●

Ausencia de oxigeno (fermentación)

1- Glucólisis 2- Fermentación láctica

Glucolisis

La glucólisis es un proceso común a todas las células , es la principal vía metabólica de utilización de hexosas, principalmente glucosa pero también directamente de la fructosa y de la galactosa. El conjunto de las reacciones permite oxidar parcialmente la glucosa para formar piruvato con el objeto de liberar energía para sintetizar ATP. La molécula de glucosa es rota en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, que son finalmente trasformadas en dos piruvato. Pueden considerarse 2 fases: 1) Fase preparativa, la glucosa es activada y para ello se emplean dos ATP. 2) Fase productora de energía, se lleva a cabo la generación de ATP.

¿Cuáles son los puntos regulatorios de la glucolisis, formación de acetil Co-A y el ciclo de Krebs? Glucolisis: Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa 1, Piruvato quinasa Formación de acetil CoA: Complejo piruvato deshidrogenasa Ciclo de krebs: Citratosintasa, Isocitrato deshidrogenasa, Alfa cetoglutarato deshidrogenasa ¿Qué hormonas regulan la glucemia en sangre? Aclaré si son hipo o hiperglucemiantes. Glucagón: HIPERGLUCEMIANTE Adrenalina: HIPERGLUCEMIANTE Insulina: HIPOGLUCEMIANTE

Sitio Citoplasma

Sustratos Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+

Productos 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+

Regulación Hexoquinasa Fosfofructoquinasa 1 Piruvato quinasa

Gluconeogénesis El hígado y el riñón son los principales órganos gluconeogénicos. La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa a partir de precursores que no son hidratos de carbono como: lactato (músculo esquelético en ejercicio intenso, condiciones anaeróbicas); glicerol (hidrólisis de triacilglicéridos); aminoácidos (degradación de proteínas de la dieta o del músculo esquelético); estos precursores se convierten en piruvato. En la glucólisis la glucosa se convierte a piruvato y en la gluconeogénesis el piruvato se convierte a glucosa. Sin embargo, la gluconeogénesis no es el proceso inverso de la glucólisis. Las reacciones irreversibles de la glucólisis son catalizadas por la hexoquinasa, fosfofructoquinasa y la piruvato quinasa, y en la gluconeogénesis son salvadas en la por las enzimas: Glucosa-6-fosfatasa, Piruvato carboxilasa y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa. La glucosa-6-P es un intermediario en el metabolismo de los carbohidratos, ya que es un producto intermedio de la glucólisis y de la gluconeogénesis. En estado de hipoglucemia tras la acción de la glucosa-6-fosfatasa (enzima localizada en RE de hígado) originará la glucosa como producto final de la gluconeogénesis. Por el contrario, en los estados de hiperglucemia (con gasto de energía) serán originadas, producto de la acción hexoquinasa primer enzima de la glucólisis, dos moléculas de piruvato.

¿En que tejidos está presente el glucógeno? [hepático y muscular] La principal diferencia entre estos dos tejidos de reserva, es que el [hígado] libera glucosa a la sangre luego de degradar glucógeno, mientras que el [músculo] no libera glucosa y la utiliza como combustible para [la contracción]. ¿Cuáles son los principales sustratos para la gluconeogénesis? Aminoácidos, lactato y del glicerol de las grasas. El lactato se sintetiza por el músculo esquelético en intensa actividad cuando la velocidad de glicólisis excede la velocidad metabólica del ciclo de krebs y la cadena respiratoria. Los aa se derivan de las proteínas de la dieta y, durante el ayuno, del rompimiento de las proteínas del músculo esquelético. La hidrólisis de los TG en los adipocitos produce glicerol y ácidos grasos ¿En qué parte de la célula se producen la mayoría de las reacciones de la gluconeogénesis? La mayoría de las reacciones toma lugar en citosol y solo una reacción (empezando de piruvato) se lleva a cabo en la matriz mitocondrial.

Glucemia La glucemia se define como la cantidad de azúcar en sangre. El valor normal de glucemia en una persona sana es de 70-110 mg/dl, en ayunas. Dos glucemias en ayunas mayores a 126 mg/dl o una mayor a 200 después de 2 horas de una carga de 75 gr de glucosa (test de prueba de tolerancia oral a la glucosa), representan diabetes. En las personas con diabetes tipo 1 está afectada la producción de la hormona INSULINA. Esta hormona es hipoglucemiante. El glucagón por su parte tiende a aumentar el paso de la glucosa a la sangre desde el intestino y el hígado. Es un hiperglucemiante. La adrenalina acelera el flujo de entrada en la sangre por estimulación de la formación de glucosa a partir del glucógeno (almidón de reserva hepático).

Glucogenolisis La enzima glucógeno fosforilasa puede romper uniones 1,4 hasta que quedan 4 unidades de monosacáridos, en ese momento es necesaria otra enzima. Aquí actúa la enzima α (1,4) transglicosidasa para poder quitar de esa ramificación, los últimos 3 monosacáridos, que estaban unidos entre sí por enlaces 1,4. Finalmente solo queda un monosacárido unido a la cadena, por un enlace 1,6, y ahí se requiere otra enzima, la enzima desramificante o α (1,6) glucosidasa, que justamente, desramifica y deja esa cadena lineal. La enzima glucógeno fosforilasa libera monómeros glucosa-1-P y estos no son útiles para el metabolismo, entonces con la ayuda de la fosfoglucomutasa, MUTA a esta molécula y la convierte en glucosa-6-P. La G6P, la cual si es útil en el metabolismo energético, pero solo puede salir a circulación si está en el hígado, riñón o el intestino, ya que estos tienen la glucosa-6-fosfatasa, en cambio, el musculo sólo puede usarla para sí mismo y para la contracción muscular. La glucosa-6-fosfatasa desfosforila la G6P en glucosa+Pi.

Glucogenogénesis La glucogenogénesis sucede en el citoplasma de la célula, en ella se produce glucógeno, a partir de glucosa. La primera etapa es la conversión de glucosa en glucosa 6-fosfato. Esta reacción es catalizada por la hexoquinasa (glucoquinasa en hígado).

La segunda etapa es la conversión de la glucosa 6-fosfato en glucosa 1-fosfato por una enzima llamada fosfogluco mutasa, que requiere magnesio en una reacción reversible. La glucosa 1-fosfato reacciona con el nucleótido de alta energía UTP (uridín trifosfato) y forma uridín di fosfato glucosa y pirofosfato, en una reacción catalizada por la enzima uridín difosfato glucosa pirofosforilasa. El pirofosfato es rápidamente hidrolizado por una enzima pirofosfatasa. Esta reacción es llevada a cabo por una enzima llamada glucógeno sintetasa o glucosil transferasa, que requiere de una estructura polimérica de glucosa para seguir agregando glucosa en unión α 1-4. Cuando por acción de la enzima glucógeno sintetasa una cadena ha sido alargada hasta 8 o más residuos de glucosa, interviene otra enzima transfiriendo un segmento de no menos de 6 glucosas para insertarlo mediante unión glucosídica α 1-6 sobre otra cadena vecina. La enzima aquí es la oligo (1,4) (1,6) glucano transferasa o enzima ramificante. Es importante destacar que habitualmente la glucógeno sintetasa no puede iniciar la síntesis de una nueva cadena de glucógeno, sino que necesita la presencia de un cebador que permita ir uniendo glucosas. Esta es la acción de la proteína llamada glucogenina (G) que tiene actividad de glucosiltransferasa. La glucogenina queda encerrada dentro de la molécula de glucógeno unida al extremo reductor.

Respiración celular Sitio

Sustratos

Matriz 2 Piruvato + mitocondrial 2 NAD+ + CoA

Productos 2 Acetil CoA + 2CO2 + NADH + H+

Regulación Complejo piruvato deshidrogenasa

Formación de Acetil-CoA Se produce en la matriz mitocondrial. Se parte de las 2 moléculas de piruvato y mediante el sistema multienzimático denominado complejo piruvato deshidrogenasa, se produce la descarboxilación oxidativa del piruvato, se reduce el NAD+ a NADH+H+ y se obtienen DOS moléculas de Acetil – CoA (irreversible). Sus sustratos son: 2 Piruvato + 2 NAD+ + CoA Sus productos son:2 Acetil CoA + 2 CO2 + 2 NADH + 2 H+

Ciclo de Krebs Secuencia de reacciones químicas en la que el radical acetilo (del acetil-CoA) se degrada en dióxido de carbono y átomos de hidrógeno. Se produce la oxidación total del resto de acetato procedente de muy distintos orígenes (glúcidos, lípidos, aminoácidos). El acetil-coa actúa como alimentador del ciclo. Las reacciones se inician con la combinación del acetil-CoA con el ácido oxalacético para generar ácido cítrico. La coenzima A de la acetil-CoA se libera y se utiliza repetidamente para la formación de acetil-CoA a partir del ácido pirúvico. El acetilo pasa a formar parte integral de la molécula de ácido cítrico. Durante los sucesivos pasos del ciclo del ácido cítrico se añaden varias moléculas de agua y se liberan dióxido de carbono y átomos de hidrógeno en

otros pasos del ciclo. Se debe tener en cuenta, que por cada molécula de glucosa se producen 2 ciclos de Krebs

Ciclo de Krebs Sitio

Sustratos

Matriz 2 Acetil CoA mitocondrial + 6 NAD+ + 2 FAD + 4 H2O + 2 ADP + Pi

Productos 4 CO2 + 6 NADH + H+ + 2 FADH2 + CoA-SH + ATP

Regulación •Citratosintasa •Isocitrato deshidrogenasa •α-cetoglutarato deshidrogenasa

Fosforilación oxidativa y cadena respiratoria Se produce en la membrana interna de la mitocondria . Los electrones transferidos a los transportadores de electrones NAD+ y FAD (glucólisis, formación de acetil CoA y ciclo de krebs), son conducidos a un nivel energético inferior a través de la secuencia de reacciones de oxido-reducción que constituyen la cadena respiratoria. Este pasaje escalonado es posible debido a la presencia de una seria de transportadores de electrones en la pared interna de la mitocondria, cada uno de los cuales tiene un nivel de energía ligeramente inferior que el precedente. Entre los principales compontes se encuentran los citocromos. Cada citocromo acepta y libera un electrón, transfiriéndolo al siguiente citocromo que se encuentra en un nivel ligeramente inferior de energía, hasta que los electrones en el nivel más bajo de energía son aceptados por el oxigeno. A medida que los electrones van descendiendo a niveles energéticos menores, liberan energía que sirve para transportar H+ creando un gradiente electroquímico. Esta acumulación de protones genera fueza protomotriz que impulsa los H+ a través de la ATP-sintetasa permitiendo sintetizar ATP (a patir de ADP + P). Esta formación de ATP es conocida como fosforilación oxidativa y se produce enteramente en las mitocondrias mediante un proceso muy especializado llamado mecanismo quimiosmótico. Al final de la cadena, los electrones son aceptados por el oxigeno, que se combina con protones de la solución para producir agua. La energía liberada en este pasaje se usa finalmente para generar ATP a partir de ADP. Esta formación de ATP es conocida como fosforilación oxidativa. a) ¿Cuáles son las moléculas que transfieren electrones en la cadena respiratoria? NAD+ FAD+ b) ¿Cuál es el último aceptor de electrones? O2 c) ¿Cuál es la enzima que está involucrada en la síntesis de ATP? ATP sintasa

Rendimiento energético máximo obtenido en la oxidación completa de la glucosa Citosol

Glucolisis

[2] ATP

Matriz

Transporte de

Mitocondrial

electrones

-

[2] NADH Respirac

Formación

ión

de Acetil-

aeróbic

Co-A

-

[2] x (1 NADH)

-

[2] x 1 ATP

[2]ATP 6 ATP

6 ATP

[2] x (3 ATP)

6 ATP

a Ciclo de Krebs

[2] x (3 NAH)

2 x (9 ATP) 2 x (2 ATP)

2 x(1 FADH2)

[2] ATP 18 ATP 4 ATP

Total:

[38] ATP

Fermentacion lactica La fermentación láctica se produce en ocasiones donde no se dispone de oxígeno o es insuficiente para la fosforilación oxidativa. Sin embargo, aun en estas condiciones, todavía se libera una pequeña cantidad de energía a las células mediante fermentación láctica (glucólisis anaeróbica). En la fermentación láctica el piruvato se convierte (es reducido) en ácido láctico por la acción de la lactato deshidrogenasa, enzima que utiliza NAD + como co-enzima. El proceso es fácilmente reversible. La degradación de la glucosa es parcial ya que es descompuesta a una molécula orgánica más pequeña (lactato) y el rendimiento energético es de solo 2 ATP. Cuando una persona comienza a respirar de nuevo oxígeno tras un período de metabolismo anaeróbico, el ácido láctico se convierte rápidamente en ácido pirúvico y NADH + H +. Grandes porciones de estas sustancias son oxidadas inmediatamente para generar grandes cantidades de ATP. Este exceso de ATP determina que hasta tres cuartas partes del ácido pirúvico restante se transformen de nuevo en glucosa. De esta forma, la gran cantidad de ácido láctico que se forma durante la glucólisis anaeróbica no se llega a perder, porque cuando se dispone de nuevo de oxígeno, el ácido láctico se reconvierte en glucosa o se utiliza directamente para conseguir energía . La mayor parte de esta reconversión tiene lugar en el hígado, pero otros tejidos contribuyen en menor medida.

¿En qué condiciones se produce la reacción? Condiciones anaeróbicas. En ocasiones donde no dispone de oxígeno o es insuficiente para la fosforilación oxidativa. La degradación de la glucosa ¿es completa o parcial? ¿Qué importancia tiene a nivel de obtención de energía? La degradación de la glucosa es parcial ya que es descompuesta a una molécula orgánica más pequeñas (lactato) y el rendimiento energético es de solo 2 ATP. El rendimiento energético es de 2 ATP y el producto final es el ácido láctico.

Vía de la pentosa fosfato ¿Qué funciones desempeña esta vía metabólica? El 80 % del catabolismo de la glucosa sigue el camino de la glucolisis, el resto ingresa en una vía alternativa llamada pentosa fosfato., que desempeña dos funciones: 1) generar NADPH y 2) producir pentosa fosfato para síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos. Esta vía alternativa tiene gran importancia. Los hidrogenos captados por el NADP son utilizados en distintos procesos de síntesis: a) ácidos grasos en hígado, tejido adiposo y glándula mamaria lactante; b) colesterol y ácidos biliares en hígado, c) hormonas esteroides en corteza suprarrenal, ovarios, y testículos; d) procesos desintoxicantes dependientes del citocromo P450 en hígado. En los eritrocitos la vía de la pentosa tiene un papel importante. El NADPH formado cumple una acción protectora contra agentes oxidantes. En los neutrofilos y otras células fagociticas se utilizan especies reactivas del oxigeno para destruir bacterias englobadas. Una de esas especies requiere NADPH para su formación. Otra función de la vía de la pentosa es la formación de nucleótidos y ácidos nucleicos a partir de ribosa 5-fosfato. La ruta de la pentosa fosfato se divide en dos fases: la FASE OXIDATIVA y la NO OXIDATIVA. ¿Qué compuestos se forman e...