Metabolismo de Carbohidratos

Universidad Central de Venezuela

Facultad de Medicina

Escuela “José María Vargas”

Cátedra de Bioquímica

Br. Carlos Pedroza

CARBOHIDRATOS

Metabolismo y Regulación

Unidad I

Metabolismo

de Carbohidratos

A L L YO U N E E D T O K N O W

B Y

B R . C A R L O S P E D R O Z A

Material elaborado por el Br. Carlos Pedroza

¿Qué es Metabolismo?

“Conjunto de todos los procesos químicos y físicos

participantes en:1.- La producción y consumo de energía a partir de fuentes exógenas y endógenas.2.- La síntesis y degradación de componentes tisulares estructurales y funcionales.3.- La eliminación de los productos de desecho”.


Algunas consideraciones sobre el Metabolismo

AnabolismoCatabolismo

PolímerosProteínas, Ácidos

Nucleicos, Polisacáridos, Lípidos

MonómerosAminoácidos, Nucleótidos, Monos

acáridos, Ácidos Grasos

IntermediariosPiruvato, Acetil-CoA,

Glucosa-6-P

Moléculas sencillasCO2, NH3, H2O

Pro

ceso

s C

atab

ólic

os

Pro

cesos A

nab

ólico

s


Algunas consideraciones sobre el Metabolismo

Ejemplos de las vías catabólicas y anabólicas

Vías catabólicas-Nombres terminados en “lisis”, que significa

“rotura”-

Vías anabólicas-Nombres terminados en “génesis”, que

significa “crear”-

Glucogenólisis Glucogénesis

Proteólisis Síntesis de proteínas

Lipólisis Lipogénesis

Glucólisis Gluconeogénesis


Recomendaciones para estudiar metabolismo

Criterios clave para recordar una vía metabólica

Propósito/Función

Elabora una “definición” de la vía,

mencionando los sustratos, los productos, el

proceso en general.

TejidosUbica los tejidos o células donde se da

principalmente la vía.

Compartimiento celularSeñala en qué lugar o zona de la célula se

realiza (citoplasma, mitocondria, etc).

Secuencia de

acontecimientos

Puntualiza la secuencia global de la reacción

y el número de reacciones.

RegulaciónReacción que es regulada.

Proceso mediante el cual se regulan.


Principios que gobiernan la Regulación Metabólica

Estado estacionario dinámicoHomeóstasis

Mecanismos de regulación


Estado estacionario dinámico

Materia

Energía

Universo

Sistema

Abierto

Entorno


Homeóstasis

HomeóstasisDel griego, “homeo” („igual‟) y “stasis” (posición)

“Proceso que tiende a mantenerconstantes las condiciones idóneas para laVida en el Medio Interno, en respuesta alos continuos cambios del entorno”.


Mecanismos de Regulación Enzimática



Compartamentalización

Regulación a nivel de sustrato

Inhibición reversible de los

productos

Isoenzimas diferentes

Modulación alostérica

Modulación covalente

Zimógenos






productos




Zimógenos

A B C D E






productos




Zimógenos

A B C D E

A B C D E

Regulación Negativa

Regulación Positiva






productos




Zimógenos


↑KmProductos de la vía





productos




Zimógenos

+-

“Modificación de la actividad enzimática por unión a través de interacciones débiles de una

molécula a un sitio diferente al sitio activo generando un cambio conformacional en la

enzima”

↓KmProductos de vía contraria



productos







Zimógenos

HMG-CoA Reductasa

2NADPH+

2NADP+ + H+

HMG-CoA Reductasa

P

HMG-CoA Reductasa

ADP

ProteinQuinasa

P

P Inactiva

Activa

“Modificación de la actividad enzimática por unión covalente de grupos fosfato, grupos

adenilil, grupos metilos, etc.”

ATP






productos




Zimógenos

Metabolismo de Carbohidratos

A L L YO U N E E D T O K N O W

B Y

B R . C A R L O S P E D R O Z A


Esquema

Glicólisis

Regulación

RecíprocaGlucogenogénesis -

Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación

RecíprocaGlicólisis -

Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Esquema

Entrada de la

Glucosa a la

Célula


Entrada de la Glucosa a la Célula

Amilasa SalivalAlmidón, glucógeno

Maltosa, lactosa, sacarosa

Glucosa, fructosa, galactosa, etc

Vena Porta Hígado.

ABSORCIÓN


GLUT

“Moléculas transportadoras específicas capaces de ingresar la glucosa por un mecanismo de

cotransporte con sodio”.


GLUT

Son glucoproteínas.

Tienen especificidad y afinidad

diferente según el monosacárido.

Dependen de un gradiente de

concentración.

Son saturables → Cumplen con la

cinética de Michaelis-Menten.


GLUT



Dividamos los Tejidos en tres Grupos:

No Insulinodependientes




Insulinodependientes




Reguladores de la Glicemia



No

InsulinodependientesInsulinodependientes

Reguladores de la

Glicemia

Eritrocitos Corazón Intestino delgado

Sistema Nervioso Músculo Hígado

Médula suprarrenal Tejido adiposoRiñón

Páncreas

Glut-1 y Glut-3 Glut-4 Glut-2



Transportador Km Afinidad¿Insulino –

dependiente?¿Cuándo está activo?

Glut-1 Baja Alta No Activo siempre

Glut-2 Alta Baja No Activo sólo en período absortivo

Glut-3 Baja Alta No Activo siempre

Glut-4 Baja Alta Sí Activo sólo en período absortivo


Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Glicólisis


Glicólisis

Glicólisis

Propósito/Función Glucosa → Piruvato + ATP

Tejido

Todos los tejidos, es de máxima importancia

en los hematíes, músculo esquelético activo y

el encéfalo.

Compartimiento celular Citosol

Secuencia de

acontecimientosGlucosa → G6P → F6P → F-1,6-P → GAP → 1,3-

DPG → 3PG → 2PG → PEP → Piruvato.

Regulación Reacciones 1, 3 y 10.


Glicólisis

1.- Vía catabólica de Embden-Meyerhof → Degradación oxidativa de

la glucosa en 10 reacciones.

Glucosa (6C) → 2Piruvato (3C)

2.- Uno de sus productos → ATP y NADH++ H+

3.- Es universal

4.- Estas diez reacciones se agrupan en dos fases:

• Fase preparatoria, cebadora o de acúmulo de energía.

• Fase de beneficios, retributiva, oxidativa o de generación de energía.

5.- Puede ser

• Aeróbica → Piruvato + ATP + NADH+

• Anaeróbica → Lactato + ATP.

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10


Glicólisis

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10Visión global

GlucosaGlucosa

2 Piruvato

2 Gliceraldehído -3-Fosfato

2 ATP

2 ADP

4 ADP + 4Pi

2 ATP

2 NAD+

2 NADH


Glicólisis

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10


Reacciones de la Glicólisis

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

Reacción Enzimas y cofactores

Transferencia de

grupos fosfatos

Cuatro quinasas transfieren cada una un grupo fosfato:

ATP → Intermediario; Intermediario → ATP.

Isomerización Dos isomerasas convierten aldosas en cetosas

Escisión aldólicaUna aldolasa rompe un intermediario C6 y genera con ello dos

unidades C3.

Oxidación y

fosforilación

Una deshidrogenasa cataliza la transferencia de electrones:

Sustrato → NAD+

Trasvase de

grupos fosfato

Una mutasa transfiere intramolecularmente un resto de fosfato

de un átomo de oxígeno al siguiente

DeshidrataciónUna deshidratasa (enolasa) separa una molécula de H2O de un

intermediario formando un doble enlace.


Glicólisis

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Lanzaderas


Lanzaderas

Lanzadera del Glicerol-PLanzadera Malato-Aspartato


LanzaderasCitosol

Mitocondria

NADH+ + H+


Lanzaderas

Glicerol-P Malato-Aspartato

Molécula Transportada y Rendimiento energético

NADH+ + H+ → FADH2

1,5 moléculas de ATP/FADH2

NADH+ + H+ → NADH+ + H+

2,5 moléculas de ATP/NADH+

Compartimientos celulares

Espacio intermembrana → Matriz

mitocondrialCitosol → Mitocondria

Tejidos

Tejido AdiposoTodos los tejidos (especialmente

en músculo e hígado)

Irreversible Reversible


Lanzadera del Glicerol-PEspacio Intermembrana

Matriz

NADH+ + H+

NAD+

Glicerol 3-P

Deshidrogenasa

Citosólica

DHA-P

Glicerol

3-P

Glicerol 3-P

Deshidrogenasa

Mitocondrial

FADH2

FAD

Q


Lanzadera Malato-Aspartato

Transportador Malato

-Cetoglutarato

Transportador

Glutamato - Aspartato

NADH+ + H+

Citosol

Mitocondria

Malato

Deshidrogenasa

Citosólica

Oxalacetato

Aspartato

MalatoNAD+ Malato

NADH+ + H+

Oxalacetato

NAD+

Malato

Deshidrogenasa

Mitocondrial

Aspartato

Aminotransferasa

Mitocondrial

Aspartato

Aspartato

Aminotransferasa

Citosólica

Glutamato

-Cetoglutarato

Glutamato

-Cetoglutarato

GlutamatoGlutamato

-Cetoglutarato-Cetoglutarato


Lanzaderas


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato


Destinos del Piruvato

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

1.- En condiciones anaeróbicas (en ausencia de O2).

Piruvato → Lactato

L

Pyruvate Lactate

Lactato

Deshidrogenasa

NADH++H+ NAD+



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

2.- En condiciones aeróbicas (en presencia de O2).

Piruvato → Acetil CoA

PDH

Pyruvate Acetyl-CoA


Descarboxilación oxidativa del Piruvato

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10 PDH


Propósito/Función Piruvato → Acetil Co-A + CO2.

Tejidos Todos los tejidos

Compartimiento celular Mitocondria

Secuencia de

acontecimientosPiruvato → 5 subreacciones → Acetil CoA

Regulación Subreacción 1



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10 PDH

A.- Complejo multienzimático.

B.- Modelo de regulación → Mecanismos de regulación por

modificación covalente y alostérico.

1.- Complejo Piruvato Deshidrogenasa



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10 PDH

2.- Zona de la Célula



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10 PDH

3.- Subreacciones



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10 PDH

4.- Regulación

*

P Inactiva

Activa


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Neoglucogénesis


Neoglucogénesis

Neoglucogénesis

Propósito/Función Compuestos no carbohidratos → Glucosa

Tejidos Hígado* y Riñón

Compartimiento celular Citosol y Mitocondria

Secuencia de

acontecimientosPiruvato → PEP → 2PG → 3PG → 1,3BPG → GAP

→ F-1,6-P → F6P → G6P → Glucosa.

Regulación Reacciones 1 y 7.


Neoglucogénesis

Fructosa 1 ,6-bifosfato + H2O→ Fructose-6 P + Pi

Fructosa 1,6 bifosfatasa -1

Glucosa-6P → Glucosa + Pi

Glucosa-6-fosfatasa


Neoglucogénesis


Neoglucogénesis

Piruvato

caboxilasa CO2

NADH+ + H+

NAD+

NADH+ + H+

NAD+

PEP

carboxiquinasa

citosólicaCO2

PEP CQ

mitocondrial

CO2

L

NADH+ + H+

NAD+

CO2

Piruvato

caboxilasa


Precursores de la Neoglucogénesis


Lanzadera Malato-Aspartato

Transportador Malato

-Cetoglutarato

Transportador

Glutamato - Aspartato

NADH+ + H+

Citosol

Mitocondria

Malato

Deshidrogenasa

Citosólica

Oxalacetato

Aspartato

MalatoNAD+ Malato

NADH+ + H+

NAD+

Malato

Deshidrogenasa

Mitocondrial

Aspartato

Aminotransferasa

Mitocondrial

Aspartato

Aspartato

Aminotransferasa

Citosólica

Glutamato

-Cetoglutarato

Glutamato

-Cetoglutarato

GlutamatoGlutamato

-Cetoglutarato-Cetoglutarato


Neoglucogénesis


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Regulación


Neoglucogénesis


Regulación de la Glicólisis1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

Está regulada en tres niveles

Reacción 1 → Hexoquinasa

Reacción 3 → Fosfofructoquinasa I

Reacción 10 → Piruvato Quinasa


Regulación de la Glicólisis

1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

1.- Activación de la Glucosa

ΔG‟ = -16.7 kJ/mol

Glucosa Glucosa-6-Fosfato



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10


Diferencia Hexoquinasa I, II y IIIHexoquinasa IV

(Glucoquinasa)

Localización Tejidos extrahepáticos Hígado

Km Baja (0,04 – 0,17) Alta (5 – 12)

¿Específica? No Sí

¿Inducida por Insulina? No Sí

¿Inhibida por el

producto?Sí

No

Está regulada por la F6P



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10




1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

3.- Segunda fosforilación



1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

10.- Segunda Fosforilación a nivel de sustrato


Regulación de la Glicólisis1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

Está regulada en tres niveles

Reacción 1 → Hexoquinasa

Reacción 3 → Fosfofructoquinasa I

Reacción 10 → Piruvato Quinasa


Regulación de la Descarboxilación Piruvato1

2

8

9

6

7

3

4

5

10

P Inactiva

Activa

PDH


Regulación de la Neoglucogénesis

Está regulada en dos niveles

Reacción 1 → Piruvato Carboxilasa

Reacción 7 → Fructosa-1,6-bifosfatasa



1.- Formación de Oxalacetato

Acetil-CoA



7.- Desfosforilación de la Fructosa-1,6-Bifosfato

Fructosa-6-FosfatoFructosa-1,6-Bifosfato

AMP

Fructosa-2,6-Bifosfato*

Citrato

Fructosa 1,6

Bifosfatasa

H2O Pi


Regulación Recíproca

Hexoquinasa

Fosfofructoquinasa I

Piruvato Quinasa

Glicólisis

Complejo Piruvato

Deshidrogenasa

Descarboxilación

oxidativa

Piruvato Carboxilasa

Fructosa-1,6-bifosfatasa

Neoglucogénesis


Regulación Recíproca Glucólisis – Neoglucogénesis

P Inactiva

Activa



Hexoquinasa

Fosfofructoquinasa I

Piruvato Quinasa

Glicólisis

Complejo Piruvato

Deshidrogenasa

Descarboxilación

oxidativa

Piruvato Carboxilasa

Fructosa-1,6-bifosfatasa

Neoglucogénesis

Fosfofructoquinasa I – Fructosa 1,6 bifosfatasa

CPDH – Piruvato quinasa – Piruvato carboxilasa


Fosfofructoquinasa I – Fructosa 1,6 bifosfatasa


CPDH – Piruvato quinasa – Piruvato carboxilasa


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Síntesis de

Glucógeno


Metabolismo del Glucógeno

Síntesis de Glucógeno

Propósito/Función Glucosa → Glucógeno

Tejidos Hígado y Músculo


Secuencia de

acontecimientosGlucógeno (n) → Glucógeno (n + 1)

Regulación Reacción de la Glucógeno Sintasa


Glucogenogénesis


Glucogenogénesis

Fosfoglucomutasa


Glucogenogénesis


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Glucogenólisis


Metabolismo del Glucógeno

Glucogenólisis

Propósito/Función Glucógeno → Glucosa

Tejidos Hígado y Músculo


Secuencia de

acontecimientosGlucógeno (n) → Glucógeno (n - 1)

Regulación Glucógeno fosforilasa


Glucogenólisis


Glicólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Regulación


Glucogenólisis



Glucógeno sintasa

Glucogenogénesis

Glucógeno fosforilasa

Glucogenólisis


Glucógeno sintasa – Glucógeno fosforilasaP

erí

od

o A

bs

ort

ivo

↑[I

nsu

lina]

Pe

ríod

o P

os

t-Ab

so

rtivo

↑[G

lucag

on

]


Glucógeno sintasa – Glucógeno fosforilasa


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

GlucogénesisGlucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Vías de las

Pentosas


Rápida división

Síntesis activa de ácidos grasos

Síntesis de colesterol y hormonas esteroideas

Exposición constante a dañinos radicales libres

Ribosa-5-fosfato

NADPH+

Glutation reducido

Vía de las Pentosas

Vía de las Pentosas FosfatoRuta del fosfogluconato o Ruta de las hexosas monofosfato



Glucosa-6P deshidrogenasa

Lactonasa

6-fosfogluconato deshidrogenasa

Fosfopentosa isomerasa

Fase Oxidativa

Glucosa-6P + 2NADP+ + H2O

↓

Ribulosa5P + CO2 + 2NADPH + 2H+



Glucosa-6P deshidrogenasa

Lactonasa

6-fosfogluconato deshidrogenasa


Fase Oxidativa

Glucosa-6P + 2NADP+ + H2O

↓

Ribulosa5P + CO2 + 2NADPH + 2H+


Transcetolasas

Transaldolasas

Fase no Oxidativa

3 Glucosa-6P + 6NADP+ + 3H2O

↓

2 F6P + G3P + 6NADPH + 6H+ +

3 R5P + 6NADPH + 6H+ + 3CO2




Transcetolasas

Transaldolasas

Fase no Oxidativa

3 Glucosa-6P + 6NADP+ + 3H2O

↓

2 F6P + G3P + 6NADPH + 6H+ +

3 R5P + 6NADPH + 6H+ + 3CO2


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Neoglucogénesis

Correlaciones

Clínicas

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa


Metabolismo de la Fructosa


Metabolismo de la Galactosa


Glicólisis

Regulación


Glucogenólisis

Glucogénesis

Vías de las

Pentosas

Glucogenólisis

Lanzaderas

Descarboxilación

Oxidativa del

Piruvato

Metabolismo de

la Fructosa y la

Galactosa

Neoglucogénesis

Regulación


Neoglucogénesis

Entrada de la

Glucosa a la

Célula

Esquema

Correlaciones

Clínicas


Absorción


Intolerancia a la Lactosa

Lactosa Galactosa + GlucosaLactasa

Bacterias

Metabolitos de 2 carbonos

CO2

Metabolitos de 3 carbobos

H2

Flatulencia

Diarrea

Deshidratación


Diabetes Mellitus tipo I


Glucogenogénesis - Glucogenólisis


Vía de las Pentosas - Eritrocitos


Metabolismo de la Fructosa

Intolerancia hereditaria a la Fructosa


Metabolismo de la Galactosa

Metabolismo de Carbohidratos

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