Solemne 2 de bioquímica andres bello PDF

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GLUCOSALa glucosa es un monosacárido, el principal combustible de la mayoría de los organismos. Es una Aldo hexosa, tiene 6 carbonos, es cíclica y tiene 5 grupos OH que le dan la solubilidad a la molécula.Es rica en energía, al oxidarse se obtiene un DG’º de - kJ/molSe puede almacenar en polímeros d...

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GLICÓLISIS Y FERMENTACIONES GLUCOSA

La glucosa es un monosacárido, el principal combustible de la mayoría de los organismos. Es una Aldo hexosa, tiene 6 carbonos, es cíclica y tiene 5 grupos OH que le dan la solubilidad a la molécula.

Generalmente la hiperglicemia está asociada a patologías, como el síndrome metabólico, diabetes mellitus, obesidad mórbida, etc.

INSULINA Y GLUCAGON

Participan en la regulación de la glicemia. Ambas son secretadas por el páncreas. 1. Insulina: • Es rica en energía, al oxidarse se obtiene un DG’º de -2840 kJ/mol

Se puede almacenar en polímeros de alto peso molecular. Cuando aumentan las necesidades energéticas, la glucosa se libera rápidamente de las reservas de glucógeno. Su degradación proporciona gran cantidad de metabolitos, que sirven de partida para reacciones biosintéticas. El cerebro funciona a partir de glucosa. Lo primero para obtener energía es mediante la degradación de azúcares. Los organismos tienen niveles de glucosa.

• • •

Es hipoglicemiante (contribuye a la disminución de la glucosa en sangre). Es secretada por las células beta del páncreas. Secretada en condiciones de hiperglicemia. Promueve la captación de glucosa por las células, su utilización y almacenamiento en forma de glucógeno en el hígado.

2. Glucagón: • • • •

Glicemia à Concentración de glucosa es sangre. • Glicemia normal: • Mínimo: 70-80 mg/dL • Máximo: 110-120 mg/dL 1. Hipoglicemia à Baja concentración de glucosa, por debajo de las 70 mg/dL. • • • •

En valores de 60 mg/dL causa en primer lugar hambre (se libera glucagón, adrenalina y cortisol). En valores de 50 mg/dL causa sudores y temblores. En valores debajo de 40 mg/dL causa letargia, convulsiones, coma. En valores bajo 10 mg/dL puede causar daños cerebrales permanentes o la muerte.

2. Hiperglicemia à Alta concentración de glucosa en la sangre, por sobre 120 mg/dL

Es hiperglicemiante (contribuye a aumentar la glucosa en sangre). Es secretado por las células alfa del páncreas. Secretado en condiciones de hipoglicemia. Promueve la producción y liberación de glucosa por parte del hígado. Su concentración se inhibe por la insulina y altas concentraciones de glucosa.

PERIODO POST-PRANDIAL

Comienza después de una comida (hiperglicemia), se absorben sustratos (nutrientes) a la sangre.

Se favorece la degradación del glicógeno hepático y la movilización de ácidos grasos desde el tejido adiposo. Aumenta el uso de ácidos grasos como fuente de energía.

El nutriente principal es glucosa y la hormona principal es la insulina (sube 4 a 5 veces en una persona sana) y adrenalina como secundaria. Gracias a la insulina se favorece la utilización de glucosa y se inhibe la utilización de ácidos grasos (no se utilizan lípidos como combustible). La glucosa en exceso se almacena como glicógeno en el hígado y músculo esquelético. También se transforma en triacilgliceroles que se almacenan en el tejido adiposo. En la imagen, cada punto máximo corresponde a un periodo post-prandial (gráfico azul) en donde hubo consumo de alguna comida grande (desayuno, almuerzo, cena, etc.) Los puntos elevados más pequeños son pequeñas colaciones durante el día. Además, por cada periodo post-prandial hay un aumento de insulina (gráfico rojo).

El hígado, músculo, riñón y corazón funcionan degradando ácidos grasos. La glucosa se reserva para el sistema nervioso central y los glóbulos rojos. En este periodo la glucosa proviene de: • •

Glucogenólisis hepática (degradación de glicógeno del el hígado). Gluconeogénesis (síntesis de nueva glucosa en el hígado).

La glicemia normal en este periodo es de 60-100 mg/dL.

Cambios metabólicos al comienzo del ayuno

PERIODO POST-ABSORTIVO

Corresponde a los momentos de “hambre” (hipoglicemia), comienza 2 a 4 horas después de una comida. El nutriente principal depende de cada órgano. La hormona principal es el glucagón y la adrenalina como secundaria.

El ayuno es un periodo mínimo de 8 horas. En ayuno: • • • • •

La glucosa en sangre disminuye. La insulina en sangre disminuye. El glucagón y adrenalina aumentan. Los ácidos grasos en sangre aumentan. Los cuerpos cetónicos (provienen de la degradación en ácidos grasos) en sangre aumentan.

1. Transportador GLUT5: • • •

Permite el paso de Glucosa, Fructosa y Galactosa. Es independiente de sodio. Trabaja a favor de la gradiente (si hay alta concentración los monosacáridos ingresan).

2. Transportador SGLT1: • • • •

Permite el paso de Glucosa y Galactosa. Está acoplado a la bomba sodio/potasio. Es dependiente de sodio. Trabaja en contra del gradiente.

3. Transportador GLUT2:

DIGESTION Y ABSORCION DE CARBOHIDRATOS

Al consumir polisacáridos (Almidón, lactosa, sacarosa, celulosa, etc.) ingresan a la cavidad bucal, en donde la enzima amilasa degrada principalmente solo al almidón, convirtiéndolo en dextrinas e isomaltosa. Los azúcares pasan al estómago que tiene un pH ácido (cercano a 1 y 2), el cual inactiva la amilasa salival. El páncreas libera amilasa pancreática, que degrada todas las dextrinas y moléculas del almidón en disacáridos.

• •

Transportadores de glucosa Son glicoproteínas de 45 a 55 kDa, con doce dominios transmembranales en estructura alfa hélice. Se han identificado 13. Se conocen como GLUT. 1. Transportadores bidireccionales facilitadores: Permiten la entrada o salida de glucosa.

El almidón hasta ese punto es convertido en isomaltosa y maltosa, que junto a la lactosa y sacarosa son disacáridos.

•

Cada disacárido es degradado por diferentes enzimas a nivel de mucosa, obteniéndose principalmente glucosa, fructosa y galactosa. Estos se absorberán y llegarán al hígado.

•

Transporte de glucosa, fructosa y galactosa a través del epitelio intestinal

•

En una célula intestinal (enterocito) hay transportadores para la glucosa, fructosa y galactosa. En la cara apical de la célula hay transportadores específicos como el GLUT5 y el SGLT1. Para que las moléculas pasen a la sangre, en la cara basal hay un transportador llamado GLUT2.

Facilita la salida hacia la sangre. Permite el paso de Glucosa, Fructosa y Galactosa.

•

•

GLUT 1à Está en cerebro, riñones, colon, placenta, eritrocitos. Capta glucosa. (En eritrocitos es de alta afinidad, pasivo y NO DEPENDE DE INSULINA). GLUT 2à Está en hígado, células beta pancreáticas, intestino delgado, riñones. Capta o libera rápidamente glucosa. (En hígado transporta glucosa al hígado en hiperglicemia y a la sangre en hipoglicemia). GLUT 3à Está en cerebro, riñones, placenta. Capta glucosa. GLUT 4 à Está en músculos cardiaco y estriado, tejido adiposo. Capta glucosa estimulada por insulina. (En músculo y adipocitos es DEPENDIENTE DE INSULINA). GLUT 5 à Está en intestino delgado. Absorbe glucosa.

2. Transportador unidireccional dependiente de sodio: •

SGLT 1 à Está en intestino delgado y riñones. Capta glucosa contra el gradiente de concentración.

Efecto de la insulina sobre la captación de glucosa (tejido adiposo y músculo)

*El ingreso de glucosa en el hígado es independiente de insulina (GLUT 2).

CATABOLISMO DE LAS HEXOSAS

Una hexosa es un carbohidrato con 6 carbonos. La principal hexosa del organismo es la glucosa. •

El transportador GLUT 4 es dependiente de insulina y se ubica en el músculo y en tejido adiposo.

•

Un aumento de glicemia provoca la liberación de insulina.

•

En un adipocito o en un miocito dependiendo de la localización del transportador, hay un receptor de insulina que al detectar insulina provoca la activación del transportador GLUT 4. Los transportadores GLUT 4 se ubican en la membrana de la célula. Al interior de la célula hay vesículas que contienen receptores de glucosa (los GLUT4). La llegada de insulina provoca que los GLUT 4 que están almacenados en vesículas dentro de la célula se fusionen con la membrana, quedando expuestos para captar moléculas de glucosa. Al captar suficiente glucosa, la membrana se invagina formando una vesícula, que contienen los GLUT 4 y las moléculas de glucosa unidas a estos. Las vesículas se fusionan con un lisosoma y se degradan para liberar la glucosa al interior. Luego se recicla la vesícula con los GLUT 4 para iniciar el ciclo nuevamente.

La glucosa se puede oxidar por glicólisis generando piruvato. La glucosa se puede oxidar por la vía de las pentosas fosfato generando ribosa 5-fosfato. La glucosa se puede almacenar en forma de glucógeno (células animales), almidón y sacarosa (en células vegetales).

GLICOLISIS

Es la secuencia metabólica en la que se oxida la glucosa. Es la vía central universal del catabolismo de la glucosa. Es la única fuente de energía en algunos tejidos o tipos de células de mamíferos: Eritrocitos, médula renal y cerebro. También es la única fuente de energía en muchos microorganismos anaeróbicos. Consiste de 10 reacciones enzimáticas que producen 2 moléculas de piruvato y 2 equivalentes reducidos de NADH. Ocurre en el citoplasma de la célula.

Se divide en 2 fases: 1. Fase preparativa: • • •

Va desde la reacción 1 a la 5. Comienza con 1 glucosa que se fosforila y convierte en 2 moléculas de gliceraldehído 3-fosfato. Se gastan 2 ATP.

a. La glucosa se fosforila convirtiéndose en Glucosa 6fosfato mediante la enzima hexoquinasa. Un ATP se transforma en ADP transfiriéndole un fosfato al carbono 6 de la glucosa.

b. La Glucosa 6-fosfato se convierte en Fructosa 6fosfato mediante la enzima fosfoexosaisomerasa. c. La Fructosa 6-fosfato se fosforila convirtiéndose en Fructosa 1,6-bifosfato mediante la enzima fosfofructoquinasa-1 o PFK-1. Un ATP se transforma en ADP transfiriéndole un fosfato al carbono 1 de la glucosa. d. La Fructosa 1,6-bifosfato se re rompe por la enzima aldolasa obteniéndose Gliceraldehído 3-fosfato y Dihidroxiacetona fosfato (cada una de 3 carbono y 1 fosfato). e. La Dihidroxiacetona fosfato se convierte en Gliceraldehído 3-fosfato mediante la enzima triosa fosfato isomerasa.

a. Las moléculas de Gliceraldehído 3-fosfato se oxidan y reducen a moléculas de 1,3-bifosfoglicerato mediante la enzima gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa. Se producen 2 NADH. b. Las moléculas de 1,3-bifosfoglicerato se convierten en 3-fosfoglicerato mediante la enzima fosfoglicerato kinasa. Ocurre una fosforilación a nivel de sustrato (Se obtienen 2 ATP a partir de una transferencia de los fosfato del carbono 1 de ambas moléculas a moléculas de ADP). c. Las moléculas de 3-fosfoglicerato se convierten en 2fosfoglicerato mediante la enzima fosfoglicerato mutasa. d. Las moléculas de 2-fosfoglicerato se convierten en fosfoenolpiruvato mediante la enzima enolasa, liberando 2 moléculas de agua. e. Las moléculas de fosfoenolpiruvato se convierten en 2 piruvato mediante la enzima piruvato kinasa. Ocurre una fosforilación a nivel de sustrato (El fosfoenolpiruvato pierde un fosfato y se le transfiere a moléculas de ADP generando 2 ATP).

2. Fase de ganancia: • • •

Va desde la reacción 6 a la 10. Comienza con los 2 Gliceraldehído 3-fosfato que se transforman en 2 moléculas de Piruvato. Se generan 4 ATP y 2 NADH.

INHIBIDORES EN LA GLICOLISIS 1. Arsénico:

Inhibe la enzima Gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa (Reacción 6 de la glicólisis). 2. Fluoruro: Inhibe la enzima enolasa (Reacción 9 de la glicólisis). Forma un complejo con fosfato y Mg+2.

PUNTOS DE REGULACION DE LA GLICOLISIS

Ocurren en las 3 enzimas (kinasas) que tienen valor de DG’º negativo y que son las reacciones irreversibles (La 1, 3 y 10) de la glicólisis. En la reacción 1 se regula la enzima hexoquinasa, en la reacción 3 se regula la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) y en la reacción 10 se regula la piruvato quinasa. En la imagen, el triángulo verde indica activación y la cruz roja indica inhibición.

3. Anemia hemolítica: Patología que inhibe la enzima piruvato quinasa (Reacción 10 de la glicólisis). Es una alteración genética.

COMPLEJOS MULTIENZIMATICOS

Un complejo multienzimático es un conjunto de enzimas que al estar asociadas catalizan de manera secuencial y coordinada un conjunto de reacciones. Entre más encimas presentes, más se asocian. Las enzimas de la glicólisis funcionan como complejos multienzimáticos. Valores de DG’º de las reacciones de la glicólisis

1. Regulación de la reacción 1: La exoquinasa tiene activador Pi (fosfato inorgánico). Entre mayor cantidad de fosfato haya más se activa la enzima. La glucosa 6-fosfato inhibe la enzima exiquinasa. 2. Regulación de la reacción 3: La fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) tiene de activador AMP, ADP y Fructosa 2,6 bifosfato. Las reacciones 1, 3, 7 y 10 tienen valores negativos, por lo tanto son procesos espontáneos. Los valores positivos son no espontáneos

El ATP y Citrato inhiben a la enzima fosfofructoquinasa-1 (PFK1). 3. Regulación de la reacción 10: La piruvato quinasa tiene de activados ADP. El ATP y NADH inhiben a la piruvato quinasa.

Regulación especial de la enzima hexoquinasa La hexoquinasa tiene 2 isoformas (isoenzimas): a. Hexoquinasa 1: • Es la más común. • Se encuentra principalmente en el músculo. • Alta afinidad por glucosa. • Se inhibe por Glucosa 6-fosfato. b. Hexoquinasa 4: • Se denomina glucokinasa • Se encuentra en el hígado. • Afinidad menor por la glucosa. • No se inhibe por Glucosa 6-fosfato. La regulación de la hexoquinasa 4 ocurre a nivel del núcleo celular, mediante una molécula denominada proteína reguladora que se encuentra el núcleo de la célula del hígado (hepatocito). Cuando aumentan los niveles de Fructosa 6-fosfato en el hepatocito, la proteína reguladora secuestra a la hexoquinasa 4 y la dirige al núcleo, por lo que no hay glicólisis en el citosol de la célula.

La fructosa 2,6 bifosfato regula la glicólisis La fructosa 2,6 bifosfato eleva su concentración en ausencia de glucagón y activa la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1), activando la glicólisis.

BALANCE GENERAL Y GANANCIA NETA DE ATP EN LA GLICOLISIS

Cuando aumentan los niveles de glucosa la proteína reguladora se inhibe y la hexoquinasa se escapa al citosol, activándose la glicólisis. La insulina y el glucagón regulan también la glicólisis de manera hormonal 1. Regulación mediante insulina: Cuando hay un aumento de glucosa en la sangre, la insulina siempre activa la glicólisis. Activa específicamente a la hexoquinasa, la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) y a la piruvato quinasa. Es hipoglicemiante. 2. Regulación mediante glucagón: Cuando baja cantidad de glucosa en la sangre, el glucagón siempre inactiva la glicólisis. Inactiva específicamente a la hexoquinasa, la fusfofructoquinasa-1 (PFK-1) y a la piruvato quinasa. Es hiperglicemiante.

La ganancia neta de ATP es: 2 ATP

CATABOLISMO DE OTROS CARBOHIDRATOS 1. • • • •

Hidrólisis de disacáridos: Maltosa + H2O à 2 glucosa Lactosa + H2O à galactosa + glucosa Sacarosa + H2O à fructosa + glucosa Trehalosa + H2O à 2 glucosas

2. Hidrólisis de polisacáridos: • Almidón + n H2O à n glucosa • Glucógeno + n H2O à n glucosa

Todos los monosacáridos ingresan a glicólisis en alguna de sus reacciones.

DESTINO DEL PIRUVATO Y DEL NADH

El destino dependen del organismo y de su tipo de metabolismo. 1. Condiciones anaeróbicas / deficientes de O2: El piruvato se transforma en un producto reducido: a. En fermentación láctica, se convierte en Lactato (en el músculo). b. En fermentación alcohólica, se convierte en etanol + CO2 (en levaduras). Ambas fermentaciones cumplen la misma función, regeneración anaeróbica del NAD+ para poder continuar la glicolisis. Su principal diferencia se encuentra en los productos metabólicos.

INTOLERANCIA A LA LACTOSA

La intolerancia a la lactosa es una patología en donde el organismo no puede degradar lactosa. Normalmente el sistema digestivo produce lactasa que degrada la lactosa, convirtiéndola en glucosa y galactosa.

2. Condiciones aeróbicas: El piruvato continúa su degradación en la mitocondria. El piruvato se oxida a CO2 y H2O, y parte de la energía de esta oxidación se conserva como ATP.

FERMENTACION LACTICA

Es un proceso que ocurre en el citosol. Ocurre en condiciones de deficiencia de O2 (Hipoxia): • Músculo en ejercicio con contracción muy activa. • Ciertos tejidos y células (Eritrocitos, retina). • Bacterias lácticas (Lactobacilli, Stretococci). Cuando hay una intolerancia, se produce un problema con la síntesis de la lactasa. Si se consume lactosa (Ej. Proveniente de un vaso de leche), cruza el intestino delgado. No se degrada por la ausencia de lactasa, llega al intestino grueso, se encuentra con bacterias (microbiota natural). Las bacterias la consumen, la fermentan produciendo gas y ácido láctico. •

El gas produce hinchazón, meteorismo, flatulencias, etc.

•

El ácido láctico genera un cambio de pH, en la presión osmótica y se absorbe más agua de la que corresponde.

Aun en condiciones aeróbicas hay ciertos tejidos que realizan la fermentación láctica de manera estricta (Eritrocitos y retina).

En la fermentación láctica el NAD+ se regenera a través de la reducción del piruvato a L-lactato mediante la enzima lactato deshidrogenasa (LDH).

1. Ciclo de Cori: Proceso que ocurre en la fermentación láctica. En músculo en ejercicio (en condiciones de hipoxia), la glucosa que llega al músculo se convierte en piruvato, y el piruvato en lactato. El lactato viaja al hígado, en donde se reconvierte a piruvato, luego a glucosa (proceso llamado gluconeogénesis) que puede volver al músculo. Es un proceso cíclico cerrado.

FERMENTACION ALCOHOLICA

Es un proceso que ocurre en el citosol. No está presente en células animales. Ocurre en condiciones anaeróbicas (de hipoxia): • De algunos tejidos vegetales. • De invertebrados. • De microorganismos (Levadura de cerveza, levadura de panadería).

En la fermentación alcohólica, el NAD + se regenera a través de la transformación de piruvato en etanol y CO2, mediante dos reacciones enzimáticas.

RESPIRACIÓN CELULAR DESTINO DEL PIRUVATO

En condiciones aeróbicas (con oxígeno de por medio), Los Piruvatos obtenidos en la glicólisis continúan su degradación, obteniéndose 2 moléculas de Acetil-CoA y luego, en la mitocondria se oxida a CO2 y H2O, y parte de la energía de esta oxidación se conserva como ATP.

RESPIRACION CELULAR

Es un proceso que ocurre en la mitocondria. Los glóbulos rojos no pueden realizar la respiración celular ya que no presentan mitocondrias. Corresponde a la fase aeróbica del catabolismo. Proceso por el cual las células aeróbicas obtienen energía por medio de la oxidación de moléculas combustibles (ricas en carbono). Es realizado por la mayoría de células eucariotas y por muchas bacterias. A partir de la respiración celular se obtiene CO2, H2O y grandes cantidades de ATP. Etapas de la respiración celular 1. Oxidación del piruvato: A partir del Piruvato se obtiene Acetil-CoA. De moléculas como aminoácidos y ácidos grasos también se puede obtener Acetil-Coa. 2. Oxidación del Acetil-CoA: Ocurre en el Ciclo de Krebs Se obtienen GTP, NADH y FADH2. 3. Oxidación de Coenzimas: Se oxidan las moléculas de NADH y FADH2 a través del transporte de electrones en la cadena transportadora de electrones. 4. Fosforilación oxidativa: A partir de la oxidación de las coenzimas se sintetiza una gran cantidad de ATP.

Todos los procesos anteriores ocurren en la mitocondria.

MITOCONDRIAS

Es el sitio del metabolismo oxidativo eucariótico. Varían en tamaño y forma según su origen y...