METABOLISMO VÍAS METABÓLICAS DE HIDRATOS DE CARBONO, DE LÍPIDOS Y DE AMINOÁCIDOS QUÍMICA BIOLÓGICA I
LICENCIATURA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA LICENCIATURA EN TERAPIA OCUPACIONAL LICENCIATURA EN ÓRTESIS ÓRTESIS Y PRÓTESIS PRÓTESIS LICENCIATURA EN ACTIVIDAD FÍSICA INSTITUTO UNIVERSITARIO DEL GRAN ROSARIO
Prof. Titular Química Biológica I: Bioq. María Cristina Lugano
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METABOLISMO El conjunto de las reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos constituye el llamado metabolismo. Una vía metabólica comprende una serie de reacciones, catalizadas por enzimas, ordenadas en una secuencia definida. Cada una de estas vías metabólicas convierte un compuesto precursor en un determinado producto final. El metabolismo incluye anabolismo y catabolismo, es decir, vías anabólicas y catabólicas. El anabolismo incluye esencialmente procesos en los que tiene lugar la síntesis de moléculas complejas a partir de precursores pequeños, como es el caso de la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, la de glucógeno a partir de glucosa o la de lípidos complejos a partir de compuestos más sencillos. Estas reacciones normalmente son endergónicas, y son dependientes de enlaces ricos en energía. El catabolismo incluye por procesos en los que tiene lugar la degradación de sustancias complejas. Normalmente se trata de reacciones oxidativas, exotérmicas y en las que se libera H+ en forma de coenzimas reducidas, tales como NADH+H+ y FADH 2, que llega a la cadena respiratoria para permitir la producción de ATP. En el metabolismo existen también vías anfibólicas , que incluyen reacciones catabólicas y anabólicas, como es el caso del ciclo del acido cítrico o ciclo de Krebs.
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METABOLISMO DE HIDRATOS DE CARBONO Durante el proceso de digestión se degradan los hidratos de carbono de los alimentos hasta obtener monosacáridos, que son los únicos glúcidos que pueden ser absorbidos en intestino delgado. De estos monosacáridos el que predomina es la glucosa, y en cantidades menos significativas la fructosa y la galactosa. Luego de ser absorbidos, estos monosacáridos son transportados hasta el hígado mediante la vena porta. La principal función de la glucosa en el organismo es producir ATP. Después de una ingesta de glúcidos, el hígado envía glucosa a todos los tejidos y también almacena moléculas de glucosa produciendo glucógeno (polisacárido). Además del hígado, el músculo esquelético también tiene capacidad de almacenar moléculas de glucosa como glucógeno, aunque lo utiliza de manera diferente. El tejido muscular utiliza al glucógeno degradándolo hasta glucosa 6-P y a partir de este compuesto realiza vías en las que se obtiene ATP necesario para la contracción muscular. El hígado degrada el glucógeno almacenado obteniendo moléculas de glucosa que envía al torrente sanguíneo, durante los intervalos entre comidas, es decir cuando disminuye la concentración de glucosa en sangre (glicemia). El suministro de glucosa a los tejidos es necesario, especialmente para el sistema nervioso central, que depende casi exclusivamente de glucosa como fuente de energía. Ciclo de Cori Comprende la circulación de glucosa y lactato, entre hígado y músculo. La glucosa que llega al hígado desde intestino delgado (donde se absorbe) es enviada a los músculos mediante circulación sanguínea. Esta glucosa, en el tejido muscular, es transformada en piruvato mediante la glucólisis. Este piruvato se transformará en lactato (o ácido láctico) por la vía del metabolismo anaeróbico. El ácido láctico se transporta hasta el hígado mediante la sangre y allí es reconvertido a piruvato, y, después, a glucosa a través de la vía gluconeogénesis. La glucosa resintetizada regresa al músculo en el cual se usa según la demanda para generar ATP necesario para la contracción muscular, o también puede ser almacenada en forma de glucógeno en el hígado.
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VÍAS METABÓLICAS DE HIDRATOS DE CARBONO 1- GLUCOGENOGÉNESIS 2- GLUCOGENOLISIS 3- VÍA DE PENTOSA FOSFATO 4- GLUCÓLISIS O VÍA DE EMBDEN MEYERHOF 5- DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO 6- GLUCONEOGÉNESIS CICLO DE KREBS O CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO (vía no exclusiva de hidratos de carbono)
GLUCOGENOGÉNESIS Síntesis de glucógeno a partir de glucosa. Se gastan 2 ATP por cada molécula de glucosa que se incorpora al glucógeno. Ocurre en el citoplasma de las células en hígado y músculo esquelético. GLUCOGENOLISIS Degradación de glucógeno, en la cual se obtiene glucosa en hígado y glucosa 6-P en músculo. Ocurre en el citoplasma de las células en hígado y músculo esquelético. No se gasta ni se obtiene ATP. VÍA DE PENTOSA FOSFATO Vía alternativa de degradación de la glucosa a aldosas y cetosas. No se obtiene ATP. Se realiza en el citoplasma de las células. Sus funciones son: obtención de ribosa 5-P (para sintetizar nucleótidos) y NADPH + H+ (para sintetizar ácidos grasos). GLUCÓLISIS O VÍA DE EMBDEN MEYERHOF Degradación de la glucosa a 2 moléculas de piruvato (con oxígeno: aeróbico)) o 2 moléculas de lactato (sin oxígeno: anaeróbico). Se realiza en el citoplasma de las células. Su función es obtener energía, en condiciones aeróbicas se obtienen 8 moléculas de ATP y en condiciones anaeróbicas solamente 2 moléculas de ATP. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO Oxidación del piruvato a acetilCoA. Se realiza en las mitocondrias de las células. Su función es obtener energía (ATP). GLUCONEOGÉNESIS Síntesis de glucosa a partir de compuestos que no son glúcidos, como lactato, glicerol, aminoácidos, entre otros. Se gastan 6 ATP por molécula de glucosa. Se realiza en el citoplasma y mitocondria de células de hígado, riñón e intestino.
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CICLO DE KREBS O CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO Oxidación de acetilCoA a dióxido de carbono y agua. Se realiza en la mitocondria de las células. Es una vía anfibólica ya que se considera catabólica (se degrada acetilCoA a 2 moléculas de CO 2 y H2O) y anabólica (produce compuestos intermediarios utilizables para síntesis de otros compuestos). Es una vía exclusivamente aeróbica y no es exclusiva de hidratos de carbono, ya que el acetilCoA que ingresa al ciclo puede provenir no solo de hidratos de carbono, sino también del catabolismo de ácidos grasos y de algunos aminoácidos. Su función es obtener energía. Se obtienen 12 moléculas de ATP por cada acetilCoA que se degrada.
Vías metabólicas relacionadas con la cadena respiratoria y fosforilación oxidativa: vías en las que se obtienen alguna de las coenzimas que entregan H + a la cadena respiratoria (NADH + H+ o FADH2), y mediante fosforilación oxidativa se generan moléculas de ATP. Estas vías son: Glucólisis (en condiciones aeróbicas) Descarboxilación oxidativa del piruvato Ciclo de Krebs
METABOLISMO DE TRIACILGLICÉRIDOS Y ÁCIDOS GRASOS Los lípidos que predominan en la dieta son los triacilglicéridos (TAG) o grasas neutras. Su función principal es de reserva energética ya que generan energía cuando se realiza el catabolismo de los ácidos grasos que forman parte de la molécula de TAG. Los TAG que son ingeridos en la dieta, sufren el proceso de digestión mediante el cual se degradan a monoacilglicéridos y ácidos grasos, éstos son absorbidos en la mucosa intestinal y allí se unen al colesterol y proteínas para formar lipoproteínas (quilomicrones). En los capilares sanguíneos los TAG de las lipoproteínas se hidrolizan y forman ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos liberados ingresan a las células para su utilización y el glicerol es captado por células capaces de metabolizarlo. METABOLISMO DEL GLICEROL El glicerol es metabolizado en hígado, riñón, intestino y glándulas mamarias en lactancia. Se convierte en glicerol 3-P, y a partir de este compuesto se pueden sintetizar TAG y glicerofosfolípidos, pero se utiliza también para formar dihidroxiacetona fosfato (DHAP) o gliceraldehído 3-P. Estos compuestos pueden seguir la vía de gluoneogénesis o glucólisis, dependiendo de las necesidades de la célula. CATABOLISMO DE ÁCIDOS GRASOS Se realiza en hígado, riñones, miocardio, tejido muscular y adiposo. Su función es obtener energía (ATP). Comprende tres etapas: - Activación del ácido graso: se forma acilcoA - Transporte del ácido graso activado (acilCoA) a la mitocondria: si el ácido graso tiene más de 12 C, el acilcoA se une a carnitina, se forma acilcarnitina, ingresa a la 5
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mitocondria y nuevamente se forma acilcoA. Si tiene menos átomos de carbono, ingresa directamente Beta oxidación: consta de 4 reacciones mediante las cuales se acorta la cadena del ácido graso activado (acilCoA) en 2 átomos de carbono y se forma acetilCoA, NADH + H+ y FADH2. Esta etapa se realiza hasta reducir toda la cadena a moléculas de acetilCoA.
Las coenzimas generadas en cada etapa de beta oxidación, NADH + H + y FADH2, entregan sus equivalentes de reducción a la cadena respiratoria y mediante fosforilación oxidativa se obtiene ATP. Las moléculas de AcetilCoA generadas se degradan totalmente en el ciclo de Krebs, del cual se obtienen 12 moléculas de ATP por cada AcetilCoA. SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS La síntesis de ácidos grasos se realiza en fundamentalmente en hígado, tejido adiposo y glándulas mamarias activas, en el citoplasma de las células. Se utiliza acetilCoA, NADPH + H+ y ATP para la síntesis. CETOGÉNESIS Es la síntesis de cuerpos cetónicos: acetoacetato, acetona y 3-hidroxibutirato. Se realiza a partir de acetilCoA, en las mitocondrias de los hepatocitos, en hígado. El hígado forma los cuerpos cetónicos pero no los utiliza, los envía al torrente sanguíneo y son captados por tejidos. Estos tejidos degradan a los cuerpos cetónicos, y obtienen ATP. En diversas situaciones (en el ayuno y en la diabetes), la concentración de cuerpos cetónicos aumenta y se produce un cuadro de cetosis.
METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS A diferencia de los hidratos de carbono y de las grasas, los aminoácidos no se almacenan en el organismo. Los niveles de aminoácidos dependen del equilibrio entre síntesis y degradación de proteínas corporales, es decir del balance entre anabolismo y catabolismo, llamado balance nitrogenado. El conjunto de aminoácidos del organismo constituye el “pool metabólico” de aminoácidos (fondo metabólico común). Estos aminoácidos provienen de tres orígenes diferentes: a- Absorción en intestino b- Degradación de proteínas tisulares c- Síntesis de aminoácidos (principalmente en hígado) Los aminácidos de este fondo metabólico común son utilizados para: a- Síntesis de proteínas corporales: proteínas estructurales, proteínas plasmáticas, hemoglobina, enzimas, hormonas, entre otras. b- Síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos: hormonas, bases nitrogenadas, coenzimas, entre otros. c- Producción de energía: se realiza el catabolismo de aminoácidos, se forma amoníaco y alfa cetoácidos. Estos últimos originan glucosa y cuerpos cetónicos, que al degradarse producen ATP. 6
CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS Consta de tres etapas: 1- Transaminación: se obtiene glutamato y α-cetoácidos 2- Desaminación oxidativa del glutamato: se obtiene -cetoglutarato y NH3 3- Eliminación del amoníaco: síntesis de glutamina y síntesis de urea. Los alfa cetoácidos que se obtienen de la etapa de transaminación del catabolismo de aminoácidos pueden dar origen a glucosa o cuerpos cetónicos. En consecuencia, los aminoácidos pueden ser clasificados como: - Glucogénicos: Son aquellos aminoácidos cuyo catabolismo produce piruvato o alguno de los intermediarios del ciclo de Krebs. Estos intermediarios son sustratos para la gluconeogénesis por lo que pueden derivar en la formación de glucosa. - Cetogénicos: Son aquellos aminoácidos (leucina y lisina) cuyo catabolismo produce Acetil CoA o Acetoacetil CoA. A partir de estos compuestos no se puede formar glucosa. - Glucogénicos y cetogénicos: son aquellos aminoácidos cuyo catabolismo produce compuestos que pueden formar glucosa o cuerpos cetónicos.
BIBLIOGRAFÍA: - Antonio Blanco. “Química Biológica”. Editorial El Ateneo. 2006. Octava edición. - Pamela C. Champe. Richard A. Harvey. Dense R. Ferrier. “Bioquímica”. Ed. Mc Graw-Hill. 2005. Tercera edición. - Emilio Herrera. Ma. Del Pilar Ramos. Pilar Roca. Marta Viana . “Bioquímica Básica” . Editorial Elsevier. 2014. 1ª Edición.
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