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.