Grupo 6 carbohidratos proceso metabolico completo new

  • Upload
    raher31

  • View
    4.446

  • Download
    10

Embed Size (px)

Citation preview

1. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOSMetabolismo.- Serie de reacciones qumicas que experimentan las substanciasdentro de un organismo, desde su ingestin hasta la eliminacin de losproductos de degradacin; el metabolismo incluye 2 fases :a) Anabolismo.- Serie de caminos o reacciones, en las que las molculaspequeas a simples participan para formar molculas ms complejas. Incluyereacciones de sntesis.b) Catabolismo.- Serie de caminos o reacciones en las que participan molculascomplejas, para la final obtener molculas ms simples o sencillas. Incluyereacciones de degradacin o descomposicin.DIGESTION Y ABSORCION DE CARBOHIDRATOS. p;La digestin y la absorcin de carbohidratos son parte del metabolismo de losmismos.La digestin implica todos los procesos fsicos y qumicos que se llevan a cabosobre los alimentos, con el fin de reducirlos de tamao, para que puedan serabsorbidos, la absorcin implica el paso de los nutrientes desde el intestinohacia la sangre.Digestin y absorcin de carbohidratos en animales no rumiantes: p;Solo el hombre y el cerdo (ninguna otra especie de animal domstico lo hace)producen y secretan amilasa salival, de ah que una muy pequea digestin delalmidn se produzca a nivel de la boca, y continua por un tiempo muy cortocuando los alimentos pasan al estmago, el pH cido a este nivel, inhibe laaccin de la amilasa salival, por ello la mayor parte de la digestin ocurre anivel del intestino delgado, la siguiente tabla nos muestra el nombre de lasenzimas, el sitio donde se producen y los productos que se generan una vezque las enzimas actan sobre los carbohidratos de los alimentos.Los procesos que se describirn a continuacin son en general vlidos paratodos los animales domsticos no rumiantes, en lo que respecta a la absorciny digestin a nivel de estmago e intestino delgado. En los no rumiantesherbvoros como el conejo y el caballo, existen algunas particularidades dedigestin, pero se dan fundamentalmente a nivel de intestino grueso. 2. PRINCIPALES ENZIMAS DEL TRACTO DIGESTIVOSubstrato Enzima Origen Producto de la digestinCarbohidratosAlmidn, glucgeno Amilasa Saliva pncreas Isomaltosa, Dextrina MaltosaMaltosa Maltasa Int. delgado GlucosaLactosa Lactasa Int. delgado Glucosa .galactosaSacarosa Sacarasa Int. delgado Glucosa .fructosaIsomaltosa Isomaltasa Int. delgado Glucosa p;Como podemos obsevar si analizamos la tabla, el objetivo de la accin de lasenzimas que participan en la digestin, es el de romper las molculas decarbohidratos complejos, hasta los monosacridos : glucosa, fructosa ygalactosa, solamente estos 3 monosacridos, son los que pueden serabsorbidos desde el intestino hacia la sangre, la glucosa es la principal fuentede energa para los animales no rumiantes, mientras que la fructosa y galactosason fuentes menores, y en caso de ser necesario, las enzimas del organismopueden transformar estos 2 ltimos carbohidratos a glucosa.Debe sealarse que la enzima lactasa no se produce en las aves, y que en lasespecies en que s se produce (mamferos), es ms activa en los animalesjvenes (debido a su dieta lctea) que en los adultos. Otro aspecto importante arecalcar es que la enzima sacarasa es de escasa produccin en los rumiantes.La digestin y absorcin de carbohidratos en el conejo y en el equino ocurre demanera semejante a la antes descrita, existen sin embargo algunasparticularidades que se mencionarn a continuacin.Conejos.-----------En los animales silvestres, el alimento ingerido pasa porestmago, duodeno, y llega al colon distal (en esta primera etapa no se usa elcolon proximal), donde el quimo(nombre que recibe el material alimenticiosemidigerido procedente del estmago) se enriquece con agua y mucina,formndose unas pequeas bolitas llamadas cecotrofos,, los cuales al sereliminados por el ano, son reingeridos por el animal (cecotrofia) para sermasticadas, deglutidas, digeridas en el estmago y duodeno, y pasan ahora alcolon proximal, luego al colon distal, para ahora s salir excretadas como bolitasms slidas (heces).Equinos.----------------El proceso de digestin y absorcin descrito al principio deeste tema, es valido tambin para los equinos. En estos animales, el quimoprocedente del intestino delgado llega a nivel de el ciego y el colon, los cuales 3. son muy voluminosos y albergan a una gran cantidad de flora bacteriana,gracias a dicha flora bacteriana se llevan a cabo una serie de fermentacionessemejantes (pero menos completas) a las que ocurren en los rumiantes sinembargo son mucho ms ineficientes que los rumiantes para sacar provecho delos alimentos con alto contenido de fibra.La necesidad de un aporte constante de energa a la clula se debe a que ellalo requiere para realizar varias funciones, entre las que destacan: (a) larealizacin de un trabajo mecnico, por ejemplo, la contraccin muscular ymovimientos celulares, (b) el transporte activo de iones y molculas y (c) lasntesis de molculas. Para la mayora de los animales, incluyendo al hombre,la energa til para la clula es la energa qumica, la cual se encuentracontenida en los nutrientes (carbohidratos y lpidos, principalmente) que seconsumen. A travs de un conjunto procesos enzimticos bien definidos, laclula extrae dicha energa y la hace disponible para que se realicen una granvariedad de procesos celulares, entre los que destacan los encaminados a lasntesis de (anabolismo) y degradacin (catabolsmo) de biomolculas, a lasuma de ambos procesos se le identifica como Metabolismo. La clula hadiseado para la glucosa, los cidos grasos y los aminocidos un procesometablico nico (metabolismo de carbohidratos, de lpidos y de protenas,respectivamente), acompaado cada uno de ellos de un estricto mecanismo deregulacin (control metablico).A continuacin, se har una breve descripcin de los procesos anablico ycatablico de la glucosa.Las vas enzimticas relacionadas con el metabolismo de la glucosa son:(1) oxidacin de la glucosa, (2) formacin de lactato (3) metabolismo delglucgeno,(4) gluconeognesis y (6) va de las pentosas fosfato.OXIDACIN DE LA GLUCOSALa oxidacin de la glucosa involucra un conjunto de reacciones enzimticos,ligadas una de la otra y vigiladas por un estricto control metablico, todo con elnico fin, de hacer disponible para clula, la energa qumica contenida en laglucosa. La reaccin global es:Glucosa CO2 + H2O + ATP 4. La formacin de CO2 + H2O + ATP a partir de la glucosa, se lleva a cabo,porque existe una disponibilidad de O2 y que aunado a la necesidad deenerga, se inducen los procesos enzimticos claramente definidos porsustratos y productos, ellos 5. son: (1) gluclisis, (2) transformacin del piruvato en acetil CoA, (3) ciclo deKrebs y(4) fosforilacin oxidativa.Gluclisis. La gluclisis se realiza en el citosol y comprende la conversin deglucosa en piruvato, cuya reaccin global es:Glucosa + 2 Pi + 2 ADP + 2NAD+2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 + + 2 H2OEn este proceso participan 10 enzimas diferentes que catalizan diez reaccionessecunciales, las cuales podramos dividir en tres etapas: a) formacin defructosa 1,6-bisfosfato a partir de glucosa, b) formacin de triosas fosfato(gliceraldehido 3-fosfato y dihdrixiacetona fosfato) a partir de fructosa 1,6-bisfosfato y c) formacin de piruvato a partir de gliceraldheido 3-fosfato.En la primer etapa se consumen dos ATPs, uno con la enzima hexoquinasa ydespus de una reaccin de isomerizacin, se emplea el segundo ATP, con laenzima fosfofructoquinasa , reacciones que dan origen a la fructosa 1,6-bisfosfato, con la que se inicia la segunda etapa, al convertirse la fructosa 1,6-bisfosfato en sustrato de la enzima aldolasa y cuyos productos son las dostriosas fosfato (gliceraldehido 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato),seguidamente se inicia la tercer etapa, la que se caracteriza por laisomerizacin de la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido 3-fosfato por loque al finalizar esta etapa, contamos con dos molculas de gliceraldehido 3-fosfato, mismas que servirn de sustrato para la formacin de piruvato, uno porcada una de ellas. Con la sntesis de piruvato, termina la tercer etapa, la quese distingue inicialmente, por el requerimiento de la coenzima NAD + y de un Pi(ortofosfato), para oxidar y fosforilar al gliceraldehido 3-fosfato el cual setransforma en 1,3-bisfosfoglicerato mas NADH (coenzima reducida), a partir deeste producto recin formado y por accin de la enzima fosfoglicerato quinasase sintetiza y se libera, la primer molcula de ATP y mas adelante, en lareaccin catalizada por la piruvato quinasa, se forma a nivel de sustrato, lasegunda molcula de ATP. Es en este punto, donde finaliza la gluclisis, sinembargo, son los 2 ATPs liberados y los 2 equivalentes reducidos (NADH +) losque no debemos olvidar. Con la importacin del piruvato hacia la mitocondria ysu transformacin en acetil-CoA se inicia la siguiente etapa de la oxidacin de laglucosa. Las mitocondrias albergan la enzima piruvato deshidrogenasa, las 6. enzimas del ciclo de Krebs, las enzimas que catalizan la oxidacin de los cidos 7. grasos y las enzimas y protenas involucradas en el transporte de electrones ysntesis de ATP, por lo que las hace ser, los centros del metabolismo oxidativoen eucariontes.Transformacin del piruvato en acetil CoA. Una ves formado el piruvato, estese transloca hacia el interior de la mitocondria, en donde ser transformado poraccin del complejo enzimtico piruvato deshidrogenasa ( piruvatodehisrogenasa, dihidrolipoil deshidrogenasa y dihidrolipoil transacetilasa) enAcetil CoA, va un reaccin de tipo descarboxilacin oxidativa.Piruvato + CoA + NAD+ acetil-CoA + CO2 + NADHLas coenzimas y grupos protticos requeridos en esta reaccin son pirofosfatode tiamina (TPP), dinucletido de flavina y adenina (FAD), dinculetido deniacina y adenina (NAD+) y lipoamida (cido lipico). La descarboxilacinoxidativa del piruvato, dirige a los tomos de carbono de la glucosa a suliberacin como CO2 en el ciclo de Krebs (ciclo del cido ctrico) y porconsiguiente, la produccin de energa.El ciclo de Krebs. Este proceso, se inicia con la condensacin irreversible delas molculas de Acetil-CoA y oxaloacetato, esta reaccin es catalizada por laenzima citrato sintasa y su producto es el citrato. A partir de citrato, se despliegauna serie de reacciones irreversibles, que culminan con la generacin de otramolcula de oxaloacetato, pasando por la formacin de -cetoglutarato y sutranformacin en succinil CoA + NADH + CO2, reaccin catalizada por uncomplejo enzimtico denominado complejo del -cetoglutarato deshidrogenasaque requiere como coenzimas y grupos prostticos a TPP, FAD, NAD + ylipoamida, igual a los requeridos por el complejo de la piruvato deshidrogenasa.Otros intermediarios son: la formacin de succinato y liberacin de un GTP apartir de succinil CoA y por consiguiente la sntesis de fumarato a partir desuccinato, reaccin el la cual se libera un FADH2, existe tambin en el ciclo deKrebs un sitio mas de descarboxilacin oxidativa, en donde se forma NADH +CO2 y otro donde nicamente se libera NADH. La estequiometria del ciclo deKrebs es:Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA 8. E CICL DE K B LORE SEl ciclo de Krebs es la va comn para la oxidacin aerbica de los sustratosenergticos, condicin que convierte a este proceso enzimtico en la vadegradativa ms importante para la generacin de ATP. Los 3NADH y el FADH2liberados en el ciclo de Krebs, son reoxidados por el sistema enzimticotransportador de electrones (Figura 1), estableciendo as un flujo de electrones,los cuales son dirigidos hacia el O2 como aceptor final, los productos de esteproceso son una molcula de agua y una gran cantidad de energa liberada,energa que es utilizada para sintetizar ATP. Al acoplamiento entre la oxidacinde los equivalentes reductores (NADH, FADH2) y la sntesis de ATP (ATPsintetasa) se les conoce como fosforilacin oxidativa.Figura1. 9. Cadena respiratoria y ATP sintasa.Cadena transportadora de electrones. La cadena transportadora deelectrones es una serie de cuatro complejos (I, II, III, IV) a travs de los cualespasan los electrones. Los electrones son llevados del Complejo I y II alComplejo III por la coenzima Q (CoQ o ubiquinona) y del Complejo III alComplejo IV por la protena citocromo c. 10. Los electrones del NADH mitocondrial son transferidos al FMN uno de losgrupos prostticos de la NADH-Q oxidorreductasa (Complejo I), posteriormentelos electrones se transfieren a un segundo tipo de grupo prosttico el de lasprotenas hierro-azufre y de aqu pasarn a la coenzima Q (QH2 o ubiquinol),quien tambin recibe electrones de la succinato-Q reductasa (Coplejo II) a estecomplejo pertenece la enzima del ciclo de Krebs succinato deshidrogenasa laque genera FADH2, quien cede sus electrones a protenas hierro-azufre y deaqu a la coenzima Q para formar QH2 . La funcin del Complejo III identificadocomo Q-citocromo c oxidorreductasa es catalizar la transferencia de electronesdesde QH2 al citocromo c oxidado (cyt c). La etapa final de la cadenatransportadora de electrones consiste en la oxidacin del cyt c reducidogenerado por el Complejo III y la consiguiente reduccin del O2 a dosmolculas de H2O. Esta reaccin es catalizada por la citocromo c oxidasa(Complejo IV). Durante el flujo de electrones por la cadena respiratoria serealiza una transferencia de protones (H +) va los Complejos I, III y IV que vadesde la matriz de la mitocondria hacia la zona localizada entre la mambranamitocondrial interna y externa (espacio intermembranal). 11. Figura 2. Complejos de la cadena respiratoria. 12. La coincidencia de un flujo de electrones y de protones a travs de unamembrana lipdica ocasiona la generacin de un gradiente de pH y unpotencial de membrana, ambas condiciones constituyen una fuerza protn-motriz que se utiliza para dirigir la sntesis de ATP va la enzima ATP sintasa(Figuras 1 y 2).ADP3 + HPO42 + H+ ATP4 + H2OUn flujo de H+ a travs de la ATP sintasa ocasiona la liberacin del ATP hacia lamatriz mitocondrial. La fuente inmediata de estos protones es el espaciointermembranal, en donde se localizan los protones que fueron translocados atravs de los Complejos I, III y IV de la cadena transportadora de electrones.Hasta ahora se ha considerado la oxidacin del NADH y FADH2 formados en lamitocondria (transformacin del piruvato en acetil CoA y ciclo de Krebs), sinembargo, NADH citoslico liberado durante la reaccin catalizada por lagliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa debe ser reoxidado para que continela gluclisis, por lo que deber ser transferido a la mitocondria para suoxidacin a nivel de la cadena transportadora de electrones, pero debido a queeste equivalente reductor no puede atravesar por s mismo la membranamitocondrial, la clula contempl la reduccin de un sustrato por el NADH en elcitoplasma, una vez reducido este sustrato, es transportado hacia la matrizmitocondrial por un acarreador especfico , ya dentro de la mitocondria, elsustrato reducido ser oxidado y devuelto al citoplasma para experimentar denuevo el mismo ciclo. A este sistema de transporte especfico, se le conoce conel nombre de lanzadera, para el NADH de citoplasma son dos las lanzaderasreportadas, uno es el de la dihidroxiacetona fosfato/glicerol-3-fosfato quegenera dentro de la mitocondria FADH2 y que es especialmente activa en elcerebro, y el otro sistema de transporte es el de la lanzadera malato/aspartatoprincipalmente activa en hgado y corazn, y que produce NADH.FORMACIN DE LACTATO.Cuando la cantidad de oxgeno disponible para la clula es limitada, comoocurre en el msculo durante la actividad intensa, el NADH generado durante la 13. gluclisis no puede reoxidarse a tasas comparables en las mitocondrias y conla finalidad de mantener la homeostasis, el piruvato es entonces reducido por elNADH para formar lactato, 14. reaccin catalizada por la lactato deshidrogenasa esta desviacin metablicadel piruvato mantiene a la gluclisis operativa bajo condiciones anaerbicas. Lareaccin global de la conversin de glucosa a lactato es:Glucosa + 2Pi + 2ADP 2lactato + 2 ATP + 2 H2OMETABOLISMO DEL GLUCGENOEl glucgeno es un polisacrido donde se almacenan glucosas, es unaestructura de un elevado peso molecular, altamente ramificado. Los residuos deglucosa estn unidos mediante enlaces glucosdicos (1-4) y (1-6), losprincipales depsitos de glucgeno en los vertebrados se encuentran en elmsculo esqueltico y en el hgado. La degradacin de estas reservas deglucosa o movilizacin del glucgeno tiene como finalidad suministrar glucosa6-fosfato, la enzima clave en la ruptura del glucgeno es la glucgenofosforilasa quien escinde mediante la adicin de ortofosfato (Pi) los enlaces detipo (1-4) para producir glucosa 1-fosfato. La ruptura de un enlace por laadicin de un ortofosfato se reconoce como fosforolisis. 15. Glucgeno + Pi(nunid glucosa 1-fosfato + glucogeno(n -1residuos)trasnferenci o por residuos)a deja expuesto ununsolo residuo de enla misma enzima glucantransferasa, loque da lugar a una molcula deglucosa (1-6), estece glucosa libre y una estructura noresiduo se libera gluc ramificada de residuos de glucosapor la actividad (1osdi susceptible de ser fraccionado por laco6)- fosforilasa. La glucosa 1-fosfatogluc producida por la fosforilasa, debeosid convertirse a glucosa 6-fosfato parametabolizarse mediante la gluclisis,asaesta reaccin es catabolizada por laque enzima fosfoglucomutasa. El hgadopose libera glucosas a sangre durante lae la actividad muscular y los intervalosentre comidas para que puedanconsumirla principalmente elcerebro y msculo esqueltico. Sinembargo, la glucosa fosforilada,producida por la degradacin delglucgeno no se transporta confacilidad fuera de las clulas, paraesto, el hgado contiene una enzimahidroltica, la glucosa 6-fosfatasa, queescinde el grupo fosforilo y produceglucosa libre y ortofosfato. Ladegradacin del glucgeno estaregulada por shormonas adrenalina(msculo) y glucagn (hgado). La sntesis de glucgeno la realiza la clula de una manera totalmente diferente al mecanismo de su degradacin:Sntesis:Glucgeno + UDP-glucosaglucgeno n +1 + UDPDegradacin:Glucgenon+1 + Piglucgeno n + glucosa 1-fosfato La UDP-glucosa es una forma 16. activada de la glucosa y se sintetiza apartir de glucosa 1-fosfato y UTP enuna reaccin caltalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa. Para lasntesis de glucgeno es necesaria lapresencia de un oligosacrido deglucosas (este oligosacrido seencuentra unido a una protenaidentificada como glucogenina) unidaspor enlaces (1-4) y la enzimaglucgeno sintetasa que es la enzimareguladora del proceso. La enzimaglucgeno sintetasa enlaza mediantela formacin un enlace (1-4)glucosdico a la glucosa del UDP-glucosa con una de las glucosas deloligosacrido, lo que desplaza al UDP,repetidas participaciones de laglucgeno sintetasa hacen posible elcrecimiento del glucgeno. Laglucgeno sintetasa catalizasolamente la sntesis de enlaces (1-4), por lo que es necesaria laparticipacin de otra enzima paraformar enlaces (1-6), que hagan delglucgeno un polmero ramificado. Laramificacin tiene lugar despus deque un cierto nmero de residuos deglucosa se hayan unido medianteenlaces (1-4) por la glucogenosintetasa. La enzima ramificante omejor dicho, la amilo-(1,4 1,6)-transglucosilasa, esta enzimatransfiere un fragmento terminal de 6 7 residuos de longitud, desde unextremo de al menos 11 residuos delongitud a un grupo hidroxilo situadoen posicin 6 de un residuo deglucosa del interior del polmero, estareaccin crea dos extremos para quecontinu la accin de la glucgenosintetasa. Las ramificaciones sonimportantes porque aumentan lasolubilidad del glucgeno y el nmero 17. de extremos a partir de los que sepuede obtener glucosa 1-fosfato. Lahormona encargada de regular lasntesis de glucgeno es la insulina.GLUCONEOGENESISLa mayora de los rganos animalespueden metabolizar diversas fuentesde carbono para generar energa. Sinembargo el cerebro y sistema nerviosocentral, as como la mdula renal, lostestculos y los eritrocitos, necesitanglucosa como nica o principal fuentede energa. Por consiguiente, lasclulas animales deben ser capacesde sintetizar glucosa a partir de otrosprecursores y tambin de mantenerlas concentraciones sanguneas deglucosa dentro de los lmitesestrechos, tanto para elfuncionamiento adecuado de estostejidos como para proporcionar losprecursores para la sntesis deglucgeno. Cuando las reservas deglucosa sufren una rpida disminucinse inicia la sntesis de glucosa a partirde precursores no carbohidratados(sustratos gluconeognicos), procesoconocido como gluconeognesis. Lossustratos gluconeognicos son:lactato, aminocidos, glicerol,propionato, la gluconeognesis tienelugar principalmente en el citosol,aunque algunos precursores segeneren en las mitocondrias y debenser transportados al citosol parautilizarse. El principal rganogluconeognico es el hgado, con unacontribucin menor, aunque ansignificativa, de la corteza renal, losprincipales destinos de la glucosaformada en la gluconeognesis son eltejido nervioso y el msculoesqueltico. En la gluclisis la glucosase convierte a piruvato y en lagluconeognesis el piruvato seconvierte a glucosa. Sin embargo, lagluconeognesis no es el procesoinverso de la gluclisis. En la gluclisislas reacciones irreversibles 18. catalizadas por la hexoquinasa,fosfofructoquinasa y la piruvatoquinasa, son salvadas en lagluconeognesis por las enzimas:Piruvato carboxilasa yfosfoenolpiruvato carboxiquinasa: 19. Piruvato + CO2 + ATP +H2Ooxaloacetato + ADP + Pi + 2H+Oxaloacetato +GTPfosfoenolpiruvato + GDP +CO2Fructosa 1,6-bisfosfatasa:Fructosa1.6-bisfosfatofructosa 6-fosfatoGlucosa 6-fosfatasa:Glucosa 6-fosfatoglucosa + PiLa estequiometrade la gluconeognesis es:2 Piruvatos+ 4 ATPA + 2 NADH + 6 H2Oglucosa +4 ADP + 2 GDP + 6 Pi +2 NADH + 2 H+Como se puede observar, el costoenergtico para la gluconeognesis esmayor que el de la gluclisis. El lactatose incorpora a la gluconeognesis vasu conversin a piruvato y el glicerolentra a nivel de las triosas fosfato.VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATOEste proceso enzimtico estdiseado para satisfacer lasnecesidades celulares de NADPH, elcual es empleado en la sntesisreductora de cidos grasos, colesterol,nucletidos y glutatin, entre otrasmolculas. La va de las pentosasfosfato se inicia con la oxidacin detres molculas de glucosa 6-fosfato ypor lo tanto, tres de 6-fosfogluconatopor las enzimas glucosa 6-fosfatodeshidorgenasa y 6-fosfogluconatodeshidrogenasa respectivamente,para generar el nmerocorrespondiente de NADPH y ribosa5-fosfato. La ribosa 5-fosfato, esutilizada por la clula para la sntesisde RNA, DNA, ATP, NADH, FAD ycoenzima A. Con la finalidad deconvertir el exceso de monosacridode cinco tomos de carbonofosforilados producidos en este