Discusión 5: “Metabolismo De Carbohidratos. Metabolismo Energético Del Musculo Esquelético” BLOQUE UNO~ Obj 1-Describir cada reacción de la glucolisis aeróbica y anaeróbica. La glucólisis (o glicólisis) es una vía catabólica a través de la cual tanto las células de los animales como vegetales, hongos y bacterias oxidan diferentes moléculas de glúcidos y obtienen energía. El hecho de que esta vía ocurra en organismos muy diversos, indica que es una vía metabólica conservada, es decir presente en organismos filogenéticamente distantes. α-D-Glucosa
α-D-Glucosa 6-fosfato
Reacción catalizada por la enzima: Hexocinasa La glucosa reacciona con el ATP para la fosforilación, el ATP sirve de donador de fosfato oxidándose a ADP y reduciendo la glucosa da Glucosa 6-fosfato. Esta es una reacción irreversible y irreversible y exergonica. α-D-Glucosa 6-fosfato D-Fructosa 6-fosfato Reacción catalizada por la enzima: Fosfohexosa isomerasa. Es un proceso que comprende de una isomerización aldosa cetosa. Esta enzima solo actúa sobre este anomero. D-Fructosa 6-fosfato D-fructosa 1,6-bisfosfato Reacción catalizada por la enzima: Fosfofructocinas F osfofructocinasa. a. Es otra reacción de fosforilación en la cual el ATP es catalizado por dicha enzima en la que otra molécula d ATP se oxida a ADP para reducir a D-Fructosa 6-fosfato a D-fructosa 1,6-bifosfato. Está sujeta a regulación regulación alostérica y tiene una participación participación importante en la regulación del índice índice de la glucólisis. glucólisis. En condiciones fisiológicas puede considerarse considerarse funcionalmente irreversible. irreversible. Segunda reacción irreversible. D-fructosa 1,6-bisfosfato Gliceraldehído 3-fosfato + Dihidroxiacetona fosfato Reacción catalizada por la enzima: Aldolasa. La aldolasa (fructosa 1,6-bisfosfato aldolasa) divide a la fructosa 1,6-bisfosfato en dos triosas fosfatos , el gliceraldehido gliceraldehido 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfatos fosfatos Dihidroxiacetona fosfato gliceraldehido 3-fosfato Reacción catalizada por la enzima: fosfotriosa isomerasa. Es una interconverción de un producto a otro. Solamente una de las dos triosas fosfatos formadas por aldolasa, el gliceraldehido 3-fosfato, puede ser degradada directamente en los siguientes
pasos de la glucolisis. El otro producto, la dihidroxiacetona fosfato, se convierte rápidamente y de manera reversible en gliceraldehido 3-fosfato por la enzima fosfotriosa isomerasa. Gliceraldehído 3-fosfato 1,3-Bisfosfoglicerato Reacción catalizada por la enzima: Gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenasa. La enzima que cataliza esta oxidación, gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenasa es dependiente del NAD. Consta de 4 polipéptidos idénticos que forman un tetrámero. En cada polipéptidos hay cuatro grupos –SH, derivados de residuos cisteína dentro de la cadena polipeptídica. Uno de los grupos –SH se encuentra en el sitio activo de la enzima. El sustrato inicialmente se combina con este grupo –SH. Lo que forma un tiohemiacetal que se oxida hacia un tiol ester; los hidrógenos removidos en esta oxidación se transfieren al NAD+. El tiol ester pasa después por fosforolisis; se agrega fosfato inorgánico (Pi), lo que forma 1,3 bisfosfoglicerato, y el grupo –SH se reconstituye. 1,3-Bisfosfoglicerato 3-Fosfoglicerato Reacción catalizada por la enzima: Fosfoglicerato cinasa. El fosfato se transfiere desde el 1,3 bisfosfoglicerato hacia ADP, lo que forma ATP (fosforilación a nivel de sustrato) y 3-fosfoglicerato. Como en la glucolisis se forman dos moléculas de triosa fosfato por cada molécula de glucosa, en esta etapa se generan dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que pasa por la glucolisis. 3-Fosfoglicerato 2-fosfoglicerato Reacción catalizada por la enzima: Fosfoglicerato mutasa. La fosfoglicerato mutasa isomeriza el 3-fosfoglicerato hacia 2-fosfoglicerato. Es probable que el 2,3-bisfosfoglicerato sea un intermediario en esta reacción. 2-fosfoglicerato Fosfoenolpiruvato Reacción catalizada por la enzima: Enolasa Esta reacción es catalizada por la enolasa y comprende una deshidratación, lo que forma fosfoenolpiruvato. La enzima se inhibe por el fluoruro y también depende de la presencia de Mg²⁺ o de Mn²⁺
Fosfoenolpiruvato Piruvato Reacción catalizada por la enzima: Piruvato cinasa. El fosfato de alta energía del fosfoenolpiruvato se transfiere al ADP para generar en esta etapa dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada. Reacción irreversible. Condiciones aerobias y anaerobias. Anaerobias: Piruvato
L(+)-Lactato El NADH no se puede reoxidar por medio de la
cadena respiratoria a oxigeno. El NADH reduce al piruvato en lactato, se genera NAD⁺ para otro
ciclo de la reacción catalizada por la gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenasa. La función de la producción de lactato es oxidar NADH + H para regenerar la nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) necesario para la glucólisis y entonces para que continúe la producción de ATP. Aerobias: El piruvato es captado hacia las mitocondrias y después de descarboxilacion oxidativa hacia acetilCoA , el Ciclo de Krebs lo oxida hacia CO2. Obj 2. Explique de la glucolisis aeróbica y anaeróbica lo siguiente:
Glucolisis Sitio celular donde se realiza.
Anaeróbica
Aeróbica
-
Ocurre en el citosol de todas las células.
-
Permite la producción continua de ATP en las células que carecen de mitocondrias (p ejemplo: los eritrocitos).
-
Ocurre en el citosol de todas las células.
Reacciones. Reacciones y enzimas reguladora claves.
1. Fosforilacion de la fructosa 6-fosfato a fructosa 1,6bisfosfato. 2. Regulación por la fructosa 6-fosfato y la glucosa. 3. Transferencia del grupo fosforilo desde el fosfoenolpiruvato al ADP. Enzimas reguladoras claves.
1. Fosfofructocinasa-1 enzima limitante de velocidad y punto de regulación de glucolisis. 2. Glucocinasa. 3. Piruvato cinasa.
Productos formados y sus destinos
El porqué la glucolisis es una vía de oxidación parcial
Importancia fisiológica de estas vías
-
Por cada molecula de glucosa convertida en dos moléculas de lactato se generan dos moléculas de ATP.
-
Es una fuente valiosa de energía bajo diversas condiciones, como cuando la provisión de oxigeno es limitada y en el caso de los tejidos con células que tienen poca o ningunas mitocondrias.
-
La formación directa y el consumo de ATP son los mismos que en el caso de la glucolisis anaeróbicas.Se producen además dos moléculas de NADH por molecula de glucosa.
-
Requiere que la cadena de transporte de electrones oxide la mayor parte de ese NADH con producción aproximadamente tres moléculas de ATP por cada NADH que se incorpora en la cadena.
-
La glucolisis es la principal vía para el metabolismo de la glucosa, ocurre en el citosol de todas las células y puede funcionar de manera anaeróbica y aeróbica, según la disponibilidad del oxigeno y la cadena transportadora de electrones.
-
Porque todas las reacciones son reversibles; por tanto no se pueden oxidar completamente porque si no se terminaría el ciclo.
-
Permite que tejidos con capacidad de realizar glucolisis en anaerobiosis (como el musculo esquelético por ejemplo) puedan sobrevivir a episodios de anoxia.
Obj 3. Explicar el destino de los equivalentes de reducción formados en el citosol de la célula muscular durante la glucólisis aeróbica y anaeróbica (lanzaderas). Equivalente de reducción en la glucólisis aeróbica:
Piruvato: Hacia el ciclo de Krebs para formar CO 2 y NADH.
Equivalente de reducción en la glucólisis anaeróbica:
NAD+: Sirven para seguir formando la glucolisis, el otro camino que siguen es para transformar el piruvato a lactato. También sirve para activar lanzadera del Glicerol- Fosfato (Anaeróbica-aeróbica). Fosfato (anaeróbica y aeróbica): sirve para producir energía. Malato Aspartato: Hacia el ciclo de Krebs. Glicerol 3 Fosfato: Va hacia la cadena respiratoria.
BLOQUE DOS~ Obj 4. Explicar la vía oxidativa directa: a) Sitio celular y regulación de esta vía
Las reacciones de la vía de la pentosa fosfato suceden en el citosol, al igual que la glucólisis. Es activa en tejidos como el hígado, glándulas mamarias, corteza suprarrenal, los testículos y tejido adiposo. Este proceso metabólico, el cual es regulado por insulina, tiene una doble función, ya que la glucosa se usa para formar NADPH, mientras que también se puede transformar en otros componentes del metabolismo, especialmente pentosas, utilizadas para la síntesis de nucleótidos y de ácidos nucleicos. Así, se forma un puente entre rutas anabólicas y catabólicas de la glucosa. Enzimas reguladoras de la fase oxidativa :
Glucosa 6-fosfato deshidrogenasa
Altamente específica para NADP+ (KM para NAD+1000 veces mayor que KM para NADP+) es decir regula fuertemente este paso. Enzimas reguladoras de la fase no oxidativa:
Transcetolasa: Cataliza la transferencia de un grupo glucoladehido desde una
cetosa a una aldosa. Utiliza como coenzima TPP, a través de un intermediario carbaniónico que es estable gracias al anillo de tiazol. El grupo glucoaldehido se activa al unirse al TPP, pasando a ser capaz de atacar a la aldosa. Transaldolasa: Cataliza la transferencia de un grupo dihidroxiacetona desde una cetosa a una aldosa Cataliza la transferencia a través de una base de Schiff entre una lisina del centroactivo y el grupo carbonilo de la cetosa sustrato.
b) Cada reacción de la fase oxidativa y la no oxidativa La Fase oxidativa consta de 3 reacciones ***:
En la primera reacción la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación de la glucosa 6-fosfato a 6- fosfoglucanolactona y NADPH como producto de esta reacción.
En esta primera reacción se va a formar poder reductor en forma de NADPH (NAD + fosfato) que es diferente del NADH. Esta vía trata de producirlo ya que este compuesto favorece que se proteja contra la oxidación
*** A continuación la 6-fosfoglucanolactona se hidroliza a 6-fosfogluconato por medio de la enzima lactonasa. (Harper dice de esto un pequeño pag. 174) En la tercera reacción ocurre la descarboxilación oxidativa del 6fosfogluconato produciendo ribulosa 5- fosfato y se genera otra molécula de NADPH por la acción enzimática de la 6-fosfogluconato deshidrogenasa.
Fase no oxidativa :
Comienza con la conversión de Ribulosa 5- fosfato a Ribosa 5- fosfato por la ribulosa 5-fosfato isomerasa, y se obtiene también Xilulosa 5-fosfato por acción catalítica de la Ribulosa 5-fosfato epimerasa.
Durante las siguientes reacciones de la Ruta, las enzimas: Transcetolasa y Transaldolasa, catalizan las interconversiones de triosas, pentosas y hexosas. “La Transcetolasa es una
enzima que requiere TPP como coenzima, que transfiere unidades de 2 Carbonos desde una cetosa a una aldosa”. Esta via tiene Dos reacciones están catalizadas por la transcetolasa en la fase NO OXIDATIVA.
En la primera reacción la enzima Transcetolasa transfiere una unidad de dos carbonos desde la xilulosa 5- fosfato a la ribosa 5-fosfato, produciendo gliceraldehido 3-fosfato y sedoheptulosa 7-fosfato. La transaldolasa transfiere unidades de 3 Carbonos desde una Cetosa a una Aldosa.
En la reacción catalizada por la Transaldolasa se transfiere una unidad de tres carbonos desde la Sedoheptulosa 7-fosfato hacia el gliceraldehido 3-fosfato. Los productos que se forman son Fructosa 6-fosfato y Eritrosa 4-fosfato. En la Segunda Reacción catalizada por la Transcetolasa una unidad de 2 carbonos de otra molécula de Xilulosa 5-fosfato se transfiere a la Eritrosa 4-fosfato para formar una segunda molécula de Gliceraldehido 3-fosfato y Fructosa 6-fosfato.
El resultado de la fase no oxidativa de la ruta es la síntesis de Ribosa 5-fosfato y los intermediarios glucolíticos: gliceraldehido 3-fosfato y fructosa 6-fosfato c) Productos de cada fase o etapa
Productos de la Fase Oxidativa: 6 CO2, 12 NADPH, 6-fosfogluconato, Ribulosa 5-fosfato. Productos de la Fase no Oxidativa: Ribosa 5-fosfato, Gliceraldehido 3-fosfato y Fructosa 6-fosfato
Reactivos
Productos
Enzima
Ribulosa-5-fosfato
→ Ribosa-5-fosfato
Ribulosa-5-fosfato Isomerasa
Ribulosa-5-fosfato
→ Xilulosa-5-fosfato
Ribulosa-5-fosfato Epimerasa
Xilulosa-5-fosfato + Ribosa-5-fosfato
Sedoheptulosa-7fosfato + Gliceraldehído-3-fosfato
Xilulosa-5-fosfato + Eritrosa-4-fosfato
→ Gliceraldehído-3-
fosfato + Sedoheptulosa-7-fosfato
Transcetolasa
→ Eritrosa-4-fosfato + Fructosa-6-fosfato Transaldolasa
→ Gliceraldehído-3-fosfato + Fructosa-6-
fosfato
Transcetolasa
d) Estado metabólico de las de las células en que se realiza:
La ruta de la pentosa fosfato se adapta continuamente a las cantidades requeridas de ATP, NADPH, ribosa-5-fosfato, piruvato o acetil-CoA, según las necesidades de la célula. Esta ruta se ve regularizada mediante la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. El regulador más importante es la oferta de NADP+, el cual actúa como activador alostérico , mientras que el NADPH disminuye la actividad de la enzima como inhibidor competitivo. Esta ruta metabólica transcurre fuertemente en el tejido adiposo, donde hay una gran oferta de glucosa y una alta necesidad de NADPH, requerido para la biosíntesis de ácidos grasos. Por el contrario, en el tejido muscular, se encuentra una baja necesidad de NADPH, por lo que se realiza la inversión de la ruta.
3-
En el caso del tejido adiposo, se dará lugar a NADPH para las células del tejido, pero, la formación de ribosa-5-fosfato no dará suficiente síntesis de nucleótidos, hecho que provocará la conversión de las pentosas en gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6fosfato. Por lo general, estas biomoléculas se incorporarán en la glucólisis , con la ayuda de la enzima piruvato deshidrogenasa, para formar, finalmente, acetil-CoA necesario para la síntesis de ácidos grasos. Así pues, en la glucólisis simultáneamente se forman equivalentes de reducción (NADPH, NADH) y también de energía (ATP). Este proceso se detiene cuando ya hay suficiente y, además, se han cubierto las necesidades de ATP. En este momento, los productos finales de la fase no oxidativa de esta ruta metabólica podrán incorporarse en la gluconeogénesis, para formar nuevamente glucosa-6-fosfato y cerrar el ciclo. Por último, hay otro tipo de células, las proliferantes que también se aprovechan de la gran flexibilidad de este proceso metabólico. Éstas necesitan una gran cantidad de ribosa5-fosfato para poder sintetizar ácidos nucleicos y, así, replicarse con facilidad y rapidez. De este modo, la ruta puede invertirse, gracias a la reversibilidad de sus reacciones y, a partir de una molécula de gliceraldehído-3-fosfato y dos de fructosa-6-fosfato, obtendremos como producto tres moléculas de ribosa-5-fosfato, sin formarse ningún NADPH. e) Importancia fisiológica de esta vía:
Estas reacciones proporcionan una cantidad de NADPH sustancial que se requieren para los procesos reductores como la biosíntesis de lípidos y mecanismos antioxidantes, por esta razón esta ruta es más activa en las células que se sintetizan cantidades relativamente grandes de lípidos por ejemplo: el tejido adiposo la glándulas suprarrenales, glándulas mamarias y el hígado. 5. Explicar el porqué es una vía de oxidación parcial Es una ruta alterna para el metabolismo de la glucosa. No induce a la formación de ATP , pero tiene dos funciones importantes 1) la formación de NADPH para la síntesis de ácidos grasos y esteroides , y 2)la síntesis de ribosa para la formación de nucleótido y acido nucléicos. La reducción hidrógenos.
se logra
por medio de
deshidrogenación usando NADP como aceptor de
La secuencia de reacciones de la vía oxidativa puede dividirse en dos fases: 1. Una fase irreversible oxidativa. 2. Fase reversible no oxidativa. La vía oxidativa directa, presente en el citosol, puede explicar la oxidación completa de glucosa, lo que produce NADP y CO 2, no así ATP. BLOQUE TRES~
Obj 6. Mencionar semejanzas y diferencias entre la glucolisis y la vía oxidativa directa. Semejanzas
Sitios donde se realiza
Diferencias
Glucolisis
Vía oxidativa directa
Glucolisis
Ocurre en el citosol de todas las células.
Ocurre en el citosol de todas las células.
Reacciones de las vías
Reacciones : se lleva a cabo en dos etapas : preparatoria y oxidativa , cuando la glucosa es oxidada puede seguir dos caminos : A. Anaeróbica B. Aérobica
Importancia fisiológica.
Generación de ATP y la obtención de intermediarios para otras vías metabólicas
Importancia en el metabolismo de la glucosa Coenzima reductora utilizada Productos generados
Degradación de Degradación glucosa glucosa
Tejidos, órganos y células donde es activa la vía.
Eritrocitos Musculo esquelético y cardiaco, Cerebro
de Principal vía metabolismo glucosa La oxidación usando NAD
Sitios de regulación de la vía
Reacciones: A. Fase oxidativa B. Fase no oxidativa.
Formación de NADPH para la síntesis de ácidos grasos y esteroides , y síntesis de ribosa para la formación de nucleótido y acido nucléicos para el Ruta alternativa para el de la metabolismo de la glucosa se logra La oxidación se logra utilizando NADPH
Se genera ATP No se obtiene CO 2
Eritrocitos Medula renal Musculo Esperma, Encéfalo esquelético y cardiaco, Cerebro
Vía oxidativa directa
Glucocinasa: se inhibe de manera indirecta por la fructosa 6-P y se estimula de manera indirecta por la glucosa , ya que en el núcleo existe una proteína reguladora de la glucocinasa Fosfofructocinasa : enzima limitante de velocidad y punto de regulación de glucolisis piruvato cinasa
No se genera ATP Se obtiene CO2
Hígado, Tejido adiposo Tiroides, Pulmón Glándula mamaria
NADPH + H+: :regulación alosterica Insulina: regulación inducible Regulación hormonal Síntesis de glucosa 6-P deshidrogenasa
Obj. 7 Nombrar los tejidos y células que funcionan en condiciones hipoxicas y que son Fuentes
de ácido láctico a la sangre y explicar la utilización del ácido láctico y destino del exceso de este. El hígado, los riñones y el corazón por lo general captan lactato y lo oxidan, pero lo producen en condiciones de hipoxia. Durante el ejercicio intenso, cuando hay demasiada demanda de energía, el lactato se produce más rápidamente que la capacidad de los tejidos para eliminarlo y la concentración de lactato comienza a aumentar. Es un proceso benéfico, porque la regeneración de NAD+ asegura que la producción de energía continúe y así también el ejercicio, cuando la producción de lactato es alta, se utiliza en el hígado para gluconeogénesis lo que lleva a un incremento de la velocidad metabólica para proporcionar el ATP y GTP necesarios. OBJ. 8 EXPLICAR LA GLUCONEOGÉNESIS ENFATIZANDO EN: La gluconeogénesis es una ruta metabólica anabólica que permite la biosíntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Incluye la utilización de varios aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y cualquiera de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (o ciclo de Krebs) como fuentes de carbono para la vía metabólica.
a) SITIOS CELULARES DONDE SE REALIZA Se da en el citosol igual que la glucolisis, El citosol Contiene gran cantidad de proteínas, la mayoría enzimas que catalizan un gran número de reacciones del metabolismo celular. En el citosol se llevan a cabo las reacciones de la glucólisis(degradación de la glucosa) y las de la biosíntesis de azúcares (glucogénesis y gluconeogénesis), de ácidos grasos, de aminoácidos y de nucleótidos. También contiene una gran variedad de filamentos proteicos que le proporcionan una compleja estructura interna. El conjunto de estos filamentos constituye el citoesqueleto. Las enzimas de la gluconeogénesis son citosólicas, excepto la piruvato carboxilasa (mitocondrial) y la glucosa-6-fosfatasa (retículo endoplásmico)
b) ÓRGANOS DONDE SE LLEVA A CABO ENFATIZANDO EL MAS IMPORTANTE Algunos tejidos, como el cerebro, los eritrocitos, el riñón, la córnea del ojo y el músculo, cuando el individuo realiza actividad extenuante, requieren de un aporte continuo de glucosa, obteniéndola a partir del glucógeno proveniente del hígado, el cual solo puede satisfacer estas necesidades durante 10 a 18 horas como máximo, lo que tarda en agotarse el glucógeno almacenado en el hígado. Posteriormente comienza la formación de glucosa a partir de sustratos diferentes al glucógeno. La gluconeogénesis tiene lugar casi exclusivamente en el hígado (10% en los riñones), corazón, eritrocitos. Es un proceso clave pues permite a los organismos superiores obtener glucosa en estados metabólicos como el ayuno. La gluconeogénesis ocurre sólo en algunos órganos muy concretos, sobretodo en hígado. La corteza renal también puede llevarla cabo. Las plantas no lo hacen porque pueden fabricar glucosa a partir de CO2 mediante fotosíntesis. El hígado, es la más voluminosa de las vísceras y una de las más importantes por su actividad metabólica. Es un órgano glandular al que se adjudica funciones muy importantes, tales como la síntesis de proteínas plasmáticas, función desintoxicante, almacenaje de vitaminas y glucógeno, además de secreción de bilis, entre otras. También es el responsable de eliminar de la sangre las sustancias que puedan resultar nocivas para el organismo, convirtiéndolas en inocuas; está presente en el ser humano, y se le puede hallar en vertebrados y algunas otras especies inferiores. El hígado desempeña múltiples funciones en
el organismo como son: Producción de bilis: el hígado excreta la bilis hacia la vía biliar, y de allí al duodeno. La bilis es necesaria para la digestión de los alimentos; Por ejemplo en el metabolismo de los carbohidratos:
la gluconeogénesis es la formación de glucosa a partir de ciertos aminoácidos, lactato y glicerol; la glucogenólisis es la fragmentación de glucógeno para liberar glucosa en la sangre; la glucogenogénesis o glucogénesis es la síntesis de glucógeno a partir de glucosa
SUSTRATOS QUE SON UTILIZADOS POR ESTA VÍA El lactato es el principal sustrato gluconeogénico, ya que casi todas las células tienen la capacidad de sintetizarlo. Tan sólo hígado y riñón son gluconeogénicos.- El músculo aprovecha la alanina para sintetizar glucosa –6 –P, que no puede pasar a glucosa al carecer del enzima adecuado para tal fin. Por lo tanto el músculo aprovecha la G –6 –P para crear energía.- El lactato pasa a la sangre desde cualquier célula y llega al hígado, donde se realizará la GNG (Gluconeogénesis) y se transformará en glucosa. Aminoácidos; Todos los 20 aminoácidos, excepto leucina y lisina, pueden ser degradados a intermediarios del ciclo de Krebs como se discute en el metabolismo de los aminoácidos. Esto permite que los esqueletos de carbono de los aminoácidos se conviertan al esqueleto del oxaloacetato y luego a piruvato. El piruvato así formado puede utilizarse en la vía de la gluconeogénesis. Cuando las reservas de glicógeno están bacías, en el músculo durante el ejercicio y en el hígado durante el ayuno, el catabolismo de las proteínas del músculo a aminoácidos contribuye como la principal fuente de carbonos para el mantenimiento de los niveles de glucosa . Glicerol; La oxidación de los ácidos grasos produce cantidades enormes de energía en moles, sin embargo, los carbonos de los ácidos grasos no pueden utilizarse para la síntesis de glucosa. La unidad de dos carbonos de acetil CoA que se deriva de la β-oxidación de los ácidos grasos puede incorporarse en el ciclo de Krebs, sin embargo, durante el ciclo de Krebs se pierden 2 carbonos como CO2. Así se explica por qué los ácidos grasos no sufren una conversión neta a carbohidratos. El esqueleto de glicerol de los lípidos pueden ser utilizados para la gluconeogénesis. Esto requiere la fosforilación de glicerol-3-fosfato-cinasa de glicerol y de deshidrogenación dihydroxyacetone fosfato (DHAP) por glyceraldehyde-3-fosfato deshidrogenasa (G3PDH). G3PDH la reacción es la misma que la utilizada en el transporte citosólico de la reducción de equivalentes en la mitocondria para su uso en la fosforilación oxidativa. Esta vía de transporte es el glicerol-fosfato lanzadera.
c)
IMPORTANCIA FISIOLOGICA DE ESTA VIA.
La glucosa es imprescindible para el cerebro (120 g/día), las RBCs, los testículos y la médula renal, entre otros. La glucosa puede sintetizarse a partir de precursores glucídicos y no glucídicos, en un proceso
conocido como gluconeogénesis (en algunos textos se le nombra como glucogénesis), en tejidos como el hígado, la corteza renal, plantas y microorganismos. La gluconeogénesis convierte el piruvato en glucosa, pero N O ES LA SIMPLE INVERSIÓN de la vía glucolítica
La Gluconeogénesis Renal. Aunque el hígado tiene la función fundamental de mantener la glucosa en la sangre la homeostasis y por lo tanto, es el sitio principal de la gluconeogénesis, el riñón desempeña un papel importante. Durante los períodos de hipoglucemia grave que se produzcan en condiciones de insuficiencia hepática, el riñón puede proporcionar glucosa a la sangre a través de gluconeogénesis renal. En la corteza renal, la glutamina es la sustancia preferida para la gluconeogénesis. La glutamina es producida en grandes cantidades en el músculo esquelético durante los periodos de ayuno como un medio para la exportación de nitrógeno residuos resultantes del catabolismo de los aminoácidos. d) LAS REACCIONES DE LA VÍA Y SEÑALAR LAS ENZIMAS REGULADORAS CLAVES. La regulación de la gluconeogénesis es crucial para muchas funciones fisiológicas, pero sobre todo para el funcionamiento adecuado del tejido nervioso. El flujo a través de la ruta debe aumentar o disminuir, en función del lactato producido por los músculos, de la glucosa procedente de la alimentación, o de otros precursores gluconeogénicos. La gluconeogénesis está controlada en gran parte por la alimentación. Los animales que ingieren abundantes hidratos de carbono presentan tasas bajas de gluconeogénesis, mientras que los animales en ayunas o los que ingieren pocos hidratos de carbono presentan un flujo elevado a través de esta ruta. Dado que la gluconeogénesis sintetiza glucosa y la glucólisis la cataboliza, es evidente que la gluconeogénesis y la glucólisis deben controlarse de manera recíproca. En otras palabras, las condiciones intracelulares que activan una ruta tienden a inhibir la otra. . La sección de esta ruta metabólica que convierte el fosfoenolpiruvato en glucosa-6-P es común en la conversión biosintética de muchos precursores diferentes en glúcidos, tanto en animales como en plantas De las cuatro reacciones propias de esta vía, tres son irreversibles y se sitúan al nivel de las también irreversibles de la glucolisis. Están catalizadas por:
Piruvato carboxilasa PEP carboxi quinasa F-1,6-Bisfosfatasa
G-6-fosfatasa
Las siete reacciones restantes son reversibles y comunes con las de la glucolisis. gluconeogénesis y la glucolisis están reguladas conjuntamente y de forma recíproca. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS REGULADORAS se realiza por:
La LA
el nivel de algunos metabolitos por control hormonal 1- El control por metabolitos se ejerce (activación o inhibición) sobre las enzimas reguladoras en cada una de las vías. En la gluconeogénesis sobre las : piruvato carboxilasa , Fructosa-2, 6bisfosfatasa El AMP y la F-2,6-BP son los metabolitos que regulan conjuntamente las dos vías (ver esquema al lado). La gluconeogénesis se ve favorecida cuando abundan las moléculas oxidables a partir de las cuales se puede iniciar la síntesis de glucosa (piruvato, oxalacetato, etc.) y la energía necesaria (ATP, NADH). 2- El control hormonal que activa la fosforilación (adrenalina, glucagon) o la defosforilación (insulina) se ejerce sobre la enzima bifuncional PFK2 / F-2,6-BPasa. BLOQUE CUATRO~ Obj 9. describir y explicar la importancia del ciclo de Cori y del ciclo glucosa-alanina La digestión de los carbohidratos de la dieta produce glucosa, galactosa y fructosa que se transportan hacia el hígado mediante la vena porta hepática. La galactosa y la fructosa se convierten con facilidad en glucosa en hígado. La glucosa se forma a partir de los grupos de compuestos que pasan por gluconeogenesis los que comprenden una conversión neta directa en glucosa, incluso casi todos los aminoácidos y el propionato y los que son los productos del metabolismo de la glucosa en los tejidos.
De este modo el lactato formado por medio de glucolisis en el musculo estriado y los eritrocitos, se transporta hacia el hígado y los riñones donde vuelve a formar glucosa, la cual de nuevo queda disponible mediante la circulación para oxidación en os tejidos. Este proceso se conoce como el ciclo de cori, o el ciclo del acido láctico. En el estado de ayuno, hay considerable producción de alanina en el musculo estriado que excede con mucho sus cifras en las proteínas musculares que se están catabolizando. Se forma por transaminacion de piruvato producido en la glucolisis de glucógeno muscular y se exporta hacia el hígado donde luego de trasaminacion de regreso a piruvato, es un sustrato para la gluconeogenesis. Así este ciclo de glucosa-alanina proporciona una manera indirecta de emplear el glucógeno muscular para mantener la glucosa sanguínea en el estado de ayuno.
El ATP requerido para la síntesis hepática de glucosa a partir de piruvato proviene de la oxidación de ácidos grasos también se forma glucosa a partir del glucógeno hepático mediante glucogenolisis.
Importancia: El ciclo de Cori involucra la utilización del lactato producido por tejidos no-hepáticos (músculo y eritrocitos) como fuente para la gluconeogénesis hepática. De esta forma el hígado transforma el lactato, producto de la glucólisis, en glucosa para ser utilizada en tejidos no-hepáticos.
Obj 10. Explicar que es un combustible metabólico, combustible de reserva y diferenciar con la Fosfocreatina. El cuerpo humano es una maquina que necesita disponer de combustible en forma de energía química. Esta energía es utilizada para el trabajo físico, para obtener calor y mantener así la temperatura corporal, para la construcción de sus propias estructuras, usando para ello numerosas reacciones biosintéticas, y para transportar un elevado numero de sustancias a través de las membranas celulares. Un combustible metabólico puede definirse como un compuesto circulante que es tomado por los tejidos para la producción de energía. Existen 2 tipos de combustibles para el organismo: EXOGENOS , derivados de la ingesta de alimentos, y ENDOGENOS, derivados directamente de los almacenes tisulares (como el glucógeno y los triacilgliceridos) o de la oxidación incompleta de otros combustibles (como lactato o cuerpos cetonicos). Un combustible de reserva son aquellos que el organismo almacena, ya sean combustibles metabólicos para proveer energía en caso de necesidad, por ejemplo Glucógeno, el cual es importante en el hígado y musculo esquelético El hígado tiene una gran capacidad de almacenar glucógeno. En una persona bien nutrida el contenido de glucógeno hepático puede constituir hasta el 10% del peso húmedo de este órgano. El musculo almacena menos glucógeno cuando se expresa de esta forma: un máximo de solo 1-2 % de su peso húmedo. Sin embargo, dado que la persona media tiene más musculo que hígado, la cantidad de glucógeno total en el musculo es doble que la del hígado. El glucógeno muscular sirve como combustible de reserva para la síntesis de ATP en este tejido, mientras que el glucógeno hepático funciona como reserva de glucosa para el mantenimiento de las concentraciones de glucosa sanguínea. Las cantidades de glucógeno hepático varían ampliamente en respuesta a la ingestión de alimento; poco después de la ingesta se acumulan grandes cantidades que luego disminuyen lentamente a medida que son movilizadas para ayudar al mantenimiento de un nivel de glucosa sanguínea prácticamente constante. Las reservas de glucógeno hepático son movilizadas entre comidas, y aun en mayor extensión durante el ayuno nocturno. Fosfocreatina Es un fosfageno que actúa como forma de almacenamiento de fosfato de alta energía, que se encuentra en el musculo estriado, corazón, espermatozoides y el cerebro. Cuando se esta utilizando con rapidez ATP como una fuente de energía para la concentración muscular, esta permite que sus concentraciones se mantengan, pero cuando la proporción ATP/ADP es alta, su concentración puede incrementarse para actuar como una reserva de fosfato de alta energía.
El fosfato de creatina evita el agotamiento rápido de ATP al proporcionar un fosfato de alta energía fácilmente disponible que puede usarse para regenerar ATP a partir de ADP. El fosfato de creatina se forma a partir de ATP y creatina en momentos en que el musculo esta relajado y las demandas de ATP no son tan grandes. La enzima que cataliza la fosforilación de la creatina es la Creatina Cinasa (CK), una enzima especifica para musculo que tiene utilidad clínica en la detección de enfermedades agudas o crónicas de este último. Obj 11. Analizar del metabolismo energético muscular lo siguiente: a) El combustible utilizando por el musculo en un ejercicio corto y un ejercicio prolongado. Durante el ejercicio moderado del cuerpo, En estas condiciones, el oxígeno es utilizado y el carbohidrato pasa por la ruta de Embden-Meyerhof del metabolismo anaeróbico, en el que la glucosa se convierte en lactato, pero antes de la conversión de piruvato a lactato, el piruvato entra en el ciclo de Krebs en la mitocondria, donde la fosforilación oxidativa resulta en una máxima extracción de energía de cada molécula de glucosa. Si existe suficiente oxígeno disponible y el ejercicio es de intensidad baja a moderada, el piruvato de la glucosa se convierte en dióxido de carbono y agua en la mitocondria. Aproximadamente 42 equivalentes de ATP pueden ser producidos a partir de una sola molécula de glucosa en comparación con sólo 4 ATP en el metabolismo anaeróbico. Una célula muscular contiene ATP que puede utilizar inmediatamente, pero no por largo tiempo – sólo lo suficiente para durar unos tres segundos. (Ver figura a continuación). Para reponer los niveles de ATP rápidamente, las células musculares convierten un compuesto de fosfato de alta energía llamado fosfato de creatina. El grupo de fósforo es eliminado del fosfato de creatina por una enzima llamada quinaza creatina, y se añade al ADP para formar ATP. En conjunto, los niveles de ATP y los niveles de fosfato de creatina se conocen como el sistema de fosfágenos. Mientras trabaja, la célula convierte el ATP en ADP, mientras que el fosfágeno rápidamente convierte el ADP a ATP de nuevo. Mientras sigue trabajando el músculo, los niveles de fosfato de creatina comienzan a disminuir. El sistema de fosfágenos puede suministrar las necesidades energéticas de los músculos que trabajan en un ritmo elevado, pero sólo de 8 a 10 segundos. El metabolismo aeróbico suministra energía más despacio que el metabolismo anaeróbico, pero puede ser sostenido por largos períodos de tiempo – hasta 5 horas. La principal ventaja de la ruta anaeróbica menos eficiente es que ofrece una mayor rapidez ATP en el músculo utilizando glicógeno muscular local. Aparte de PCr, ésta es la manera más rápida para reabastecer los niveles de ATP. La glucólisis anaeróbica suministra los niveles de ATP muscular. La glucólisis anaeróbica suministra la mayor parte de energía para el ejercicio intenso de corta duración, que van desde 30 segundos a dos minutos. Las desventajas del metabolismo anaeróbico son que no se puede sostener por largos períodos, ya que la acumulación de ácido láctico en el músculo disminuye el pH e inactiva las enzimas claves en la ruta de la glucólisis que conduce a la fatiga. El ácido láctico liberado por el músculo puede ser absorbido por el hígado y convertido a glucosa de nuevo (Ciclo Cori), o puede ser utilizado como un combustible por el músculo cardiaco directamente o por músculos esqueléticos menos activos fuera del músculo activo que se contrae. El glucógeno muscular es el combustible preferido de carbohidratos para eventos que duran menos de dos horas para el metabolismo aeróbico y anaeróbico. El agotamiento de glucógeno muscular causa la fatiga y se asocia con una acumulación de lactato muscular. La producción de lactato se incrementa de forma continua, pero los fisiólogos han definido un punto en el que la respiración cambia como resultado de un desequilibrio ácido-básico llamado umbral anaeróbico. Tanto la nutrición como el acondicionamiento del atleta determinarán la cantidad de trabajo que se puede realizar en un ejercicio específico antes de que suceda la fatiga. Esto se puede medir directamente o indirectamente. Una medida indirecta utiliza una trotadora de
ejercicio o escalera, de acuerdo a los protocolos estándar, y se mide el pulso. El atleta más acondicionado puede producir la misma cantidad de trabajo en un pulso inferior. Esta determinación indirecta supone que la frecuencia del pulso es proporcional al consumo de oxígeno. Por otro lado, el consumo de oxígeno se puede medir directamente durante el ejercicio. Una trotadora de ejercicio motorizada se utiliza comúnmente para aumentar la intensidad del ejercicio hasta alcanzar la fatiga. Es posible construir las reservas de glucógeno antes del ejercicio para mejorar el rendimiento. Durante el ejercicio que dura más de 20 a 30 minutos, la glucosa en la sangre llega a ser importante para reemplazar la descomposición del glucógeno muscular. Tanto el entrenamiento aeróbico y de resistencia llegan a incrementos en las reservas de glucógeno, triglicéridos, enzimas oxidativas y aumento en el número y el tamaño de las mitocondrias. Tanto las enzimas oxidativas que participan en la oxidación de la glucosa en el Ciclo de Krebs y la lipoproteína lipasa necesaria para convertir los triglicéridos en ácidos grasos se incrementan a través de la formación. Esto no es un efecto general, pero es específica para el músculo y el tipo de fibra muscular que se usa para el ejercicio. Las fibras de contracción lenta del músculo suministran durante las actividades aeróbicas prolongadas, mientras que las fibras de contracción rápida del músculo se utilizan para las actividades de intensidad corta. En el otro extremo del espectro, durante el ejercicio leve, como caminar a paso ligero, los músculos queman grasa como combustible debido a que el suministro de ATP siempre provisto por la grasa es adecuada para mantener la intensidad. Como se mencionó anteriormente en este curso, los ácidos grasosos son fácilmente disponibles de la grasa almacenada, y la tasa de lipólisis es tres veces la velocidad de liberación de ácidos grasosos en reposo por lo que los ácidos grasosos pueden ser suministrados a una tasa incrementada rápidamente durante el inicio de los niveles bajos de ejercicio. Así, aunque la grasa no es muy útil a corto plazo, el ejercicio intenso, es ideal para el ejercicio prolongado, especialmente cuando se mantiene en un nivel ba jo o moderado de intensidad.
En el ejercicio corto se utiliza la fosfocreatina y el glucógeno los cuales son reservas que se utilizan en primera instancia en la formación de energía. En el ejercicio prolongado se utilizan los acidos grasos plasmáticos.
b) Organos que envían combustibles al musculo durante los ejercicios según literal a. Ejercicio de corta duración : En este tipo de ejercicio el principal sustrato energético son los carbohidratos y en menor proporción las grasas. El sistema metabólico predominante es el anaerobio. Como consecuencia el ATP debe suministrarse vía Fosfágeno y Glucólisis Anaerobia. Ejercicios prolongados: Para este tipo de ejercicio los substratos energéticos empleados son los car-
bohidratos y las grasas. En un ejercicio prolongado ( 2 horas) el principal sustrato energético al comienzo del ejercicio es el glucógeno, mientras que al final son las grasas. El cambio de sustrato se hace de forma gradual, a la vez que se vacían los depósitos de glucógeno del hígado y los músculos. El glucógeno es enviado hacia el musculo a partir del hígado y el musculo también almacena una cierta cantidad. La fosfocreatina se mantiene mayormente en el musculo pero también se enciaentra en el encéfalo, y en la sangre. Los acidos grasos se encuentran almacenas en forma de lípidos en el tejido adiposos el cual es rico en adiposistos. Las vías metabólicas por las que estos combustibles son Utilizados. Glucogeno: glucogenolisis Acidos grasos: β -oxidacion de los acidos grasos.
c)
BLOQUE CINCO~ Obj.12 Explicar, cuales son las fuentes de energía para el musculo al inicio de un ejercicio y durante el Sprint. Tomemos como ejemplo la carrera de los 2500 ó 3000 metros en el caballo. En estos tipos de carrera, el metabolismo anaerobio suministra la mayor proporción de ATP durante el “sprint”, tanto al principio como
al final de la carrera, mientras que el sistema aeróbico predomina durante el “ período estacionario” de la misma. En el caballo los procesos glucolíticos no llegan al máximo hasta los 30 segundos. El metabolismo aeróbico es un proceso mas lento y no entra en un máximo de producción hasta los 60 segundos. El equilibrio entre las vías aeróbicas y anaeróbicas depende del tiempo y la potencia de ejecución de la prueba, de las reservas de oxígeno de la célula, y de las disponibilidades de enzimas mitocondriales. En reposo y en ejercicio de poca intensidad, como el paso y el trote, está implicada principalmente la vía aeróbica. Durante este tipo de ejercicio, la concentración celular de ATP será alta y la de ADP baja. Al incrementarse la velocidad se empieza a acumular ADP en la célula, con lo que se estimula la participación cada vez mayor de las vías anaerobias respecto a las aeróbicas. Como resultado, a medida que el caballo incrementa su velocidad, aumenta el porcentaje de energía que proviene de la producción de lactato. El lactato pasa a la sangre, se elevan los niveles plasmáticos y aumenta paulatinamente al aumentar la velocidad de la carrera. Por último, en los ejercicios que requieren una gran velocidad, como son las carreras entre 400 y 800 metros que realizan los caballos en cuarto de milla el sistema de energía que predomina es el sistema ATP-PC o sistema Fosfágeno. Obj. 13. Analizar los combustibles usados en diferentes tipos de disciplinas deportivas. Existen tres formas de obtener energía en el músculo, que aunque se analicen por separado participan simultáneamente en mayor o menor medida en función del tipo de ejercicio: 1. El sistema de creatinfosfato (anaeróbico aláctico). 2. La glucólisis (anaeróbico láctico). 3. La oxidación aeróbica de nutrientes, que produce CO2 y agua.
El sistema de creatinfosfato permite fabricar ATP a partir de una molécula de ADP y una de fosfocreatina sin necesidad de utilizar oxígeno. Es el sistema más rápido, ya que puede proporcionar hasta cuatro moles de ATP por minuto. Sin embargo, como en la célula muscular no existe mucha fosfocreatina, el sistema se agota rápidamente, y hay que buscar otras formas de obtener energía. En la célula muscular también puede obtenerse energía sin utilizar oxígeno mediante glucólisis, transformando los hidratos de carbono (glucosa o glucógeno) en ácidos láctico o pirúvico, y formando ATP a un ritmo de 2,5 moles por minuto. Cuando se utiliza glucosa como fuente de energía, de cada molécula se obtienen dos moléculas de ATP, y cuando se
utiliza glucógeno se obtienen tres moléculas de ATP por cada molécula de glucosa (es decir, que es más rentable utilizar glucógeno que moléculas “aisladas” de glucosa). SISTEMA DE LOS FOSFAGENOS O SISTEMA ANAERÓBICO ALACTICO: Proporciona energía en actividad de muy alta intensidad y corta duración, y también al inicio de cualquier actividad física. Los sustratos más importantes son el ATP y PC; otros son el ADP, AMP, GTP y UTP. Todos tienen enlaces fosfatos de alta energía. ATP: se hidroliza gracias a la enzima ATPasa ubicada en las cabezas de miosina para desencadenar el desplazamiento de la actina que da lugar a la contracción. La energía que se libera en la hidrólisis de una molécula de ATP durante el ejercicio es de aproximadamente 7300 calorías (depende de temperatura y pH muscular) GLUCÓLISIS ANAERÓBICA A través de este sistema sólo los hidratos de carbono pueden metabolizarse en el citosol de la célula muscular para obtener energía sin que participe directamente el oxígeno. Gracias a éste se pueden resintetizar 2 ATP por cada molécula de glucosa. Proporciona energía suficiente para mantener una intensidad de ejercicio desde pocos segundos hasta 1 minuto. El paso de glucosa al interior celular se realiza por transporte facilitado (difusión facilitada) gracias a un transportador de membrana llamado GLUT 4, y las reacciones de la célula.
Obj 14. Explicar de los diferentes tipos de fibras musculares: a. Sus principales características estructurales En el musculo esquelético se han detectado diferentes tipos de fibras en el musculo esquelético. Una clasificación la subdivide en
Tipo I: contracción lenta Tipo IIA: contracción rápida Oxidativa Tipo IIB: contracción rápida-glucolitica
Pero solo se han tomado en cuenta las solo dos tipos
Tipo I (Contracción lenta Oxidativa)
Son de color rojo ya que contienen mioglobina y mitocondrias
Metabolismo aeróbico
Duración de contracciones relativamente sostenidas
Tipo II (Contracción rápida glucolitica)
Carecen de mioglobina y contienen pocas mitocondrias, por lo que son de color blanco
Metabolismo anaeróbico
Duración de contracciones relativamente breves
Cabe recordar que la proporción de estas fibras varía entre los músculos de cuerpo dependiendo de su función en cuanto a la duración de las contracciones, otra variante podría ser el entrenamiento, las fibras tipo I aumentan en los músculos de las piernas de los atleta que realizan maratones, sin embargo las tipo II se incrementan en sprinters.
Tipo I contracción lenta
Tipo II contracción rápida
ATPasa de miosina
Baja
Alta
Utilización de energía
Baja
Alta
Mitocondrias
Muchas
Pocas
Color
Rojo
Blanco
ndice de contracción
Lento
Rápido
Duración
Prolongada
Breve
b. Los combustibles metabólicos y las vías metabólicas utilizadas por dichas fibras En un sprinter que serian las de tipo II se utilizan las vías glucoliticas y el las tipo I las vías Oxidativas
Sprinter (100m)
Maratonista
Se usan de manera predominante fibras tipo II (glucoliticas)
Se usan de manera predominante fibras tipo I (oxidativas)
El fosfato de creatina es la principal fuente de energía durante los primeros 4 a 5 segundos
El ATP es la principal fuente de energía de principio a fin
La glucosa derivada del glucógeno muscular y metabolizada mediante glucolisis anaeróbica es la principal fuente de combustible
La glucosa y los ácidos grasos libres en la sangre son las principales fuentes de combustibles
El glucógeno muscular se agota con rapidez
El glucógeno muscular se agota con lentitud
