II SEMESTRE DE ENFERMERIATEMAs UNIDAD II, Iii, IV DE Bioquímica SOBRE EL METABOLISMO LIPIDOS FACILITADORA: JOSELYN PELAYO TEMA I: METABOLISMO DE LAS PROTEINAS. Contenidos: 1. 2. 3. 4. 5. Ciclo del Nitrógeno en la naturaleza. Digestión y absorción de los aminoácidos en las proteínas. Pool de aminoácidos. Reacciones generales de los aminoácidos. Aminoácidos esenciales y no esenciales. Valor biológico de las proteínas. Vías de eliminación de NH3. Metabolismo de nucleótidos. Síntesis de nucleótidos. Formación de derivados di y trifosfatados. Metabolismo de las proteínas. Bilirrubina. Icteros. 6. 7. 8. 9. 10. Relación de los compuestos nitrogenados con otras áreas del metabolismo. 2 METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS. El nitrógeno es muy abundante en la naturaleza, se presenta como nitrógeno molecular (N2) formando parte del aire, en los suelos se encuentra en forma de nitratos, amoniaco. ¿Cómo obtienen el nitrógeno los organismos animales? Nosotros no podemos utilizar las formas inorgánicas de nitrógeno y requerimos la utilización de este elemento en formas de compuestos nitrogenados. Las plantas absorben los nitratos y el amoniaco del suelo y sintetizan aminoácidos, así los animales dependen de las plantas para la obtención de nitrógeno metabólicamente útil. Esta transformación que sufre el nitrógeno destaca la relación entre los seres vivos y el medio, constituyendo el ciclo del nitrógeno en la naturaleza. La forma de obtención de nitrógeno metabólicamente útil lo constituye el nitrógeno aminoacídico. Formas de ingreso: A diferencia de los carbohidratos y lípidos la variedad de proteínas que ingresan al organismo es superior y proviene de los tejidos animales y vegetales, así si las proteínas de los alimentos aportan los aminoácidos que contienen el nitrógeno metabolitamente útil al organismo, determina que estas proteínas de las dietas son un requerimiento nutricional que permite mantener el equilibrio metabólico y posibilita una adecuada reposición de las pérdidas de nitrógeno. Digestión y absorción: Las proteínas que forman parte de las dietas son degradadas por la acción de enzimas proteolíticas (proteinazas y peptidasas) presentes en el aparato digestivo, las cuales las convierten en aminoácidos. Las proteinazas son las que hidrolizan enlaces peptídico localizados en el interior de las cadenas de proteínas, suelen actuar sobre sustratos de alto peso molecular y su acción produce fragmentos peptídico de 3 longitud variables. Las peptidasas hidrolizan enlaces peptídico localizados en los extremos de las cadenas de proteínas o próximos a ellas, suelen atacar péptidos de bajo peso molecular y en su acción se liberan tripéptidos, dipéptido y aminoácidos libres. Los aminoácidos obtenidos de la degradación de las proteínas son absorbidas por la mucosa intestinal mediante mecanismos de transporte activo que consume ATP y la presencia de iones sodio. Pool aminoácido: Es el conjunto de todos los aminoácidos libres presentes en el organismo. Este proceso se encuentra en equilibrio dado por los procesos que aportan y sustraen. APORTAN - Absorción intestinal. - Catabolismo de las proteínas hísticas - Síntesis de estos compuestos nitrogenados. SUSTRAEN - Síntesis de proteínas - Síntesis de otros compuestos Nitrogenados. -Metabolismo de los aminoácidos Reacciones generales de los aminoácidos de importancia en el metabolismo. 1. 2. 3. Desaminación oxidativa: Es la reacción que consiste en la separación del grupo amino de los aminoácidos en forma de amoníaco quedando el cetoácido homólogo al aminoácido desaminado. Transaminación: Consiste en la transferencia del grupo amino, de un aminoácido es transferido a un cetoácido, formándose un nuevo aminoácido y un nuevo cetoácido. Descarboxilación: Es la separación del grupo carbóxilo del aminoácido en forma de CO2 Aminoácidos esenciales y no esenciales: Aminoácidos esenciales: Aquellos que el organismo no pueden sintetizarlos y son necesarios adquirirlos por las dietas. Aminoácidos no esenciales: Aquellos que el organismo los sintetiza. Valor biológico de las proteínas: Es el grado de eficiencia de las proteínas para satisfacer las necesidades del organismo. Vías de eliminación de amoníaco: El metabolismo de los aminoácidos y otros compuestos nitrogenados de bajo peso molecular, origina amoníaco (NH3). El mismo se reincorpora al metabolismo, aunque las cantidades que se producen son superiores a la que se elimina por un mecanismo de excreción urinaria. Se hace necesaria una eliminación eficaz, ya que es una sustancia tóxica cuyo aumento en la sangre y los tejidos puede crear lesiones en el tejido nervioso. Dentro de los mecanismos que dispone el organismo humano para la eliminación del amoníaco se encuentran: La excreción renal El ciclo de la urea. Excreción renal: El riñón es capaz de eliminar amoníaco por la orina en forma de sales de amonio. En este órgano, el amoníaco obtenido se combina con iónes H+ formando amonio que se elimina combinado con aniones. 4 La excreción urinaria de sales de amonio consume H +, por lo que estas reacciones dependen de los mecanismos renales de regulación del pH sanguíneo. Síntesis y excreción de Urea. Es el mecanismo más eficaz que dispone el organismo para la eliminación del amoníaco. La síntesis de la Urea se lleva a cabo en el hígado y de este órgano alcanza al riñón, donde se elimina por la orina. La Urea es un compuesto de baja toxicidad. En este proceso 2 moléculas de amoníaco y una de CO 2 son convertidas en urea. Es un proceso cíclico que consta de varias etapas que al final se obtiene arginina que al hidrolizarse libera Urea. Metabolismo de los Nucleótidos. Los nucleótidos ocupan importantes y variadas funciones en el organismo, dentro de las que se pueden citar su papel como precursores de los ácidos nucleicos. El pool de nucleótidos lo constituyen los nucleótidos libres en el organismo, en el que hay procesos que aportan y que sustraen. Aportan absorción intestinal catabolismo de polinucleótidos síntesis de nucleótidos Sustraen la síntesis de polinucleótidos La formación de compuestos que contienen nucleótidos Catabolismo de los nucleótidos Absorción intestinal. Los polinucleótidos de los alimentos son degradados en el intestino delgado por los las ribonucleosas y desoxirribonucleosas presentes en las secreciones pancreáticas, las cuales se convierten en oligonucleótidos. Estos por la acción de las fosfodiesterasas producen una mezcla de mononucleótidos que por la acción de las nucleótidasas intestinales los descomponen en nucleósidos y fosfato inorgánico, así los nucleósidos son absorbidos por la mucosa intestinal. Síntesis de nucleótidos. Existen 2 vías para llevar a cabo la síntesis de nucleótidos. 1. La síntesis de novo: que implica la formación de bases nitrogenadas a partir de ciertos precursores. En el caso de los nucleótidos pirimidínicos, los precursores son el aminoácido aspártico y el carbamilfosfato y para los nucleótidos purínicos intervienen varios compuestos (glutamina, glicina, ácido aspártico), que en forma secuencial van aportando los elementos requeridos. 5 2. La recuperación de bases: consiste en la formación de nucleótidos a partir de bases preformadas. Tanto la síntesis de novo como la recuperación de bases requieren en forma activa de la ribosa, el 5 fosforibosil – 1 – pirofosfato (PRpp), el cual se obtiene de las ribosas 5 p. Formación de derivados di y trifosfatados. La elevación del grado de fosforilación de los nucleósidos monofosfatados, se produce por la transferencia de grupos fosfatos provenientes del ATP. Las enzimas nucleósidas monofosfatoquinasas catalizan estas reacciones. La conversión del nucleósido difosfatado a trifosfatado ocurre de igual forma y por la acción de la nucleósida difosfatoquinasa. Metabolismo de las porfirinas. Las porfirinas son biomoléculas que realizan funciones coenzimáticas y que pertenecen a los compuestos tetrapirrólicos y poseen un núcleo central constituido por 4 anillos del pirrol mediante puentes monocarbonados. La porfirina constituyente del grupo hemo en la protoporfirina 1X con una distribución de sustituyentes y un átomo de hierro al estado ferroso (Fe2+) en el centro de la molécula. Dentro de sus funciones están: 1. Transporte de oxígeno. 2. Transporte electrónico 3. La eliminación de peróxidos. 4. La oxidación directa de algunos sustratos. Bilirrubina. Formación de Icteros. El grupo tetrapirrólíco de la protoporfirina 1X sufre una apertura entre 2 anillos además de reacciones de reducción que lo convierten en un tetrapirrol lineal de intenso color amarillo que es la bilirrubina. Ictero: Cuando la bilirrubina se produce en cantidad excesiva o cuando los mecanismos se hallan defectuosos, su concentración plasmática se eleva. La ictericia o íctero es la acumulación del pigmento amarillo de la esclerótica en las membranas mucosas y la piel en cantidades suficientes para ser visualizadas. Relaciones de los compuestos nitrogenados con otras áreas del metabolismo. Numerosos aminoácidos pueden ser convertidos en glucosa, por ejemplo el Ácido pirúvico y otros intermediarios del ciclo de Krebs. - La relación entre glúcidos y nucleótidos (ribosa). Un derivado glucídico del ácido glucorónico interviene en la eliminación de bilirrubina. - Los aminoácidos se convierten en acetil coA y otros participan en la síntesis de lípidos nitrogenados. Alteraciones en el metabolismo de los compuestos nitrogenados. PROCESO 1. Catabolismo aminoácidos. 2. Ureogénesis de de los DENOMINACION Fenilutonuria Encefalopatía hepática La gota Porfirias CONSECUENCIAS Provoca retardo mental “ Aumento de la concentración de ácido úrico Dolores, trastornos mentales, dermatitis. 3.Catabolismo de nucleótidos 4. Metabolismo de las porfirinas. 6 Cuestionario de preguntas: 1. 2. 3. Valore la importancia del nitrógeno en los organismos vivos. ¿Cuál es la forma de ingreso de nitrógeno al organismo? ¿Cuál es su importancia? Establezca una comparación entre las enzimas proteolíticas que degradan las proteínas de las dietas en cuanto a: sustrato sobre el que actúan localización del enlace resultado de su acción. ¿Cuáles son los mecanismos que dispone el organismo para la eliminación de NH 3? ¿Cuál es el más eficaz? ¿Cuál es el producto final de la degradación de las proteínas? ¿Cómo se absorbe? ¿Cuáles son las reacciones fundamentales que sufren los aminoácidos? ¿A qué llamamos pool de aminoácidos? Enumere 2 procesos que aportan y 2 que sustraen al mismo. ¿Cuáles son las vías que dispone el organismo para la síntesis de nucleótidos? ¿Qué son las porfirinas? ¿Cuál es la porfirina que forma el grupo hemo? 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. ¿Cómo se forma la bilirrubina? 11. ¿Qué es la ictericia? 7 Ácidos nucleícos De acuerdo a la composición química, los ácidos nucleicos se clasifican en ácidos desoxiribonucleicos (ADN) que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos organelos, y en ácidos ribonucleicos (ARN) que actúan en el citoplasma. Se conoce con considerable detalle la estructura y función de los dos tipos de ácidos. Estructura. El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió la elucidación del código genético, la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a las células hijas. A las unidades químicas que se unen para formar los ácidos nucleicos se les denomina nucleótidos y al polímero se le denomina polinucleótido o ácido nucleico. Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar; ribosa en caso de ARN y desoxiribosa en el caso de ADN. Las bases nitrogenadas son las que contienen la información genética y los azúcares y los fosfatos tienen una función estructural formando el esqueleto del polinucleótido. En el caso del ADN las bases son dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A (Adenina) y G (Guanina). Las pirimidinas son T (Timina) y C (Citosina) . En el caso del ARN también son cuatro bases, dos purinas y dos pirimidinas. Las purinas son A y G y las pirimidinas son C y U (Uracilo). Figura 1.1.1.D.-Estructura de las Bases Nitrogenadas. Las bases se unen al carbono 1' del azúcar y el fosfato en el carbón 5' para formar el nucleótido. 8 Figura 1.1.1.E.-Estructura de un Nucleótido. Los nucleótidos se unen para formar el polinucleótido por uniones fosfodiester entre el carbono 5' de un nucleótido y el carbono 3' del siguiente. Figura 1.1.1.F.-Unión Fosfodiester en los Ácidos Nucleicos. Un dinucleótido en el que se unieron un nucleótido con la base A con un nucleótido con la base G y el enlace fosfodiester se formó entre el carbono 3'del nucleótido con base A y el 5'del nucleótido con base G, se representa simplemente como AG. Si a este dinucleótido se le agrega otro nucleótido en el carbono 3' y este nucleótido tiene una base T, el trinucleótido resultante se representará por AGT. Ésta es la forma simplificada en que se acostumbra representar los polinucleótidos. El ADN está formado por dos cadenas muy largas de polinucleótidos unidas entre sí por puentes de hidrógeno específicos entre las bases de las dos cadenas. La base de una cadena que se une por los puentes de hidrógeno con la base de la otra cadena se dice que forman un par de bases. A se parea con T y G con C (Figura 1.1.1.G.). Las dos cadenas se encuentran arregladas en una estructura helicoidal alrededor de un eje común por lo que recibe el nombre de doble hélice. Las bases se encuentran acomodadas hacia el eje de la doble hélice, mientras que el azúcar y los fosfatos se encuentran orientados hacia el exterior de la molécula. 9 Figura 1.1.1.G.-Estructura de los Pares de Bases. El dimensiones de la hélice, independientemente de la especie, son las siguientes: diámetro 20 Angstrom y la longitud del paso 34 Angstrom el cual está constituido por 10 residuos de nucleótidos. El tamaño de la molécula de ADN de doble hélice se expresa en miles de bases o kb. La longitud de 1kb es entonces 0.34 micras. Una molécula de ADN de un milímetro de longitud estará formado de 3 mil kb o sea tres millones de bases. Así pues la molécula de ADN es un largo filamento de 20 Angstrom de diámetro cuya longitud depende del número de kb, el cual a su vez depende de la especie. El rango de tamaño va desde 2 micras (5 kb) en el virus SV40, hasta casi un metro (3 x 106 kb) en cromosomas humanos. El genoma de E. coli, no tiene extremos, o sea forma un círculo, y el perímetro tiene una longitud de 1.4 mm (4000kb). El genoma de los animales superiores no forma círculos, es una estructura lineal abierta. 10 Figura 1.1.1.H.- Estructura de la Doble Hélice En los cromosomas estas moléculas se arreglan en estructuras más compactas en las que la doble hélice se enrolla sobre sí misma. En el caso de las bacterias, la molécula de ADN de más de un milímetro de longitud se arregla dentro de la bacteria que sólo tiene una longitud de una micra (o sea es una longitud mil veces menor). El ARN es un filamento de una sola cadena, no forma doble hélice. La presencia de un oxígeno en la posición 2' de la ribosa impide que se forme la doble cadena de la manera en que se forma en el ADN. El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula. Existen varios tipos de ARN cada uno con función distinta. Los que forman parte de las subunidades de los ribosomas se les denomina ARN ribosomal (rARN), los ARN que tienen la función de transportar los aminoácidos activados, desde el citosol hasta el lugar de síntesis de proteínas en los ribosomas; se les conoce por ARN de transferencia (tARN) y los ARN que son portadores de la información genética y la transportan del genoma (molécula de ADN en el cromosoma) a los ribosomas son llamados ARN mensajero (mARN). El tamaño de las moléculas de ARN es mucho menor que las del ADN. En el caso de E. coli va de menos de 100 nucleótidos en los tARN hasta casi 4000 (4kb) en rARN. Información genética. La estructura de la doble hélice para el ADN fue originalmente propuesta por Watson y Crick (WyC) en 1953, postulando que la secuencia en la cual se encuentran las bases a lo largo de la molécula de ADN es lo que contiene la información genética. No existe ningún impedimento estérico que limite la secuencia de bases, cualquier base puede seguir a cualquier otra. Transmisión.- Con estas bases, WyC propusieron el mecanismo de duplicación del ADN por medio del cual, las dos células hijas provenientes de una división celular contienen copias idénticas del ADN presente en la célula que se dividió. A la duplicación del ADN se le conoce con el nombre de replicación. Durante la replicación, las dos cadenas se van separando y cada una de ellas sirve de patrón para la síntesis de su cadena complementaria. Las bases se van agregando una a una y la selección de cuál base entra en un sitio 11 específico de la cadena en formación, queda determinada por la base en la cadena patrón con la que se va a aparear. Donde hay una A en la cadena patrón, se inserta una T en la cadena en proceso de formación y, donde hay una T se inserta una A, y lo mismo sucede con el apareamiento de G y C. La nueva cadena tiene una secuencia de bases complementaria a la cadena original. El modelo de duplicación del ADN se dice que es semi-conservado, porque la mitad del ADN de un cromosoma, una cadena completa, proviene de la célula paterna y la otra mitad, la otra cadena, se sintetiza durante el proceso de replicación. Este es el mecanismo propuesto por Watson y Crick para explicar la transmisión de la información genética de una generación a otra. La formación de las uniones fosfodiester está catalizada por la ADN polimerasa. La ADN polimerasa no formará la unión fosfodiester, a menos que la base que está entrando a la molécula, sea complementaria a la base existente en la cadena patrón. La frecuencia con la que se inserta una base equivocada es menor a 1 en 100 millones. Flujo. El apareamiento de bases es también el mecanismo para enviar la información genética desde el núcleo hasta los ribosomas y dirigir la síntesis de proteínas. En este caso una porción de una de las cadenas del ADN sirve de patrón para la síntesis de ARN y la secuencia de bases en el ARN es complementaria a la que se presenta en la porción de la cadena que se está copiando. Al ARN que se sintetiza en esta forma se le denomina ARN mensajero o mARN. La síntesis del ARN es catalizada por la ARN polimerasa, que al igual que la ADN polimerasa es una enzima patrón-dependiente. El mARN se une, en el citoplasma, a las dos subunidades ribosomales, constituyendo el ribosoma activo, que es la estructura celular responsable de la síntesis de proteínas. Es en este organelo donde el mARN especifica la secuencia en que deben de insertarse los aminoácidos en la síntesis de polipéptidos. Ésta es la forma en que la información contenida en los cromosomas se traduce en la especificación de la estructura primaria de las proteínas. Como ya se mencionó, la estructura primaria determina la estructura tridimensional de la proteína, la que a su vez determina su funcionalidad. Al proceso de copiado de la información genética contenida en el ADN cromosomal durante la síntesis del mARN se le llama transcripción. Al proceso de lectura, en el ribosoma, de la información transportada por mARN, durante la síntesis de proteína, se le conoce como traducción. Figura 1.1.1.I.- Mecanismo de replicación, transcripción y traducción La porción de ADN que contiene la información para codificar una proteína determinada se le da el nombre de gene y normalmente recibe el mismo nombre de la proteína que codifica, usando casi siempre, una abreviación de tres letras. A la porción de ADN que codifica un conjunto de proteínas que entran en un paso del 12 metabolismo se le llama operón. Por ejemplo; al conjunto de genes que intervienen en la codificación de las proteínas que intervienen en la utilización de lactosa se les llama lac operón. El lenguaje utilizado para describir el proceso de dirección de la síntesis de proteínas por los genes del cromosoma refleja la interpretación de que se trata de un flujo de información. El mensaje que está contenido en el genoma se encuentra escrito en un lenguaje de 4 letras (las cuatro bases), el cual se transcribe usando el mismo lenguaje, al sintetizar el mARN. La síntesis de proteínas se le denomina traducción porque ahora se pasa del lenguaje de 4 letras a otro con 20 letras (los 20 aminoácidos). Para pasar de un lenguaje a otro se necesita un código para hacer la traducción y se le denomina código genético. Las equivalencias entre los dos lenguajes se presentaron en la tabla anterior. Tres bases contiguas (un triplete) codifican un aminoácido, así como también para la puntuación del mensaje. Se determinó qué tripletes codifican cada aminoácido y qué tripletes indican el inicio y la terminación del mensaje. Al triplete se le dio el nombre de codón. Se encontró que algunos aminoácidos podían ser codificados por más de un codón, o sea hay codones que son sinónimos. Por esta razón se dijo que el código genético es degenerado. Modificaciones. Al estudio de las bases moleculares de la herencia se le conoce como genética molecular o biología molecular y a las modificaciones artificiales del ADN con el fin de cambiar el mensaje genético que contiene se le conoce como ingeniería genética. Se pueden agregar porciones de ADN que contienen genes que no están presentes en el cromosoma incrementando el número de genes de la célula, o bien se pueden inducir cambios que eliminen genes activos presentes en la célula haciendo en este caso que la célula pierda cierta capacidad genética. Cuando se modifica la molécula de ADN de un organismo agregándole porciones de ADN provenientes de otro organismo se dice que se hizo una recombinación del ADN y al resultado se le llama ADN recombinante. Esta técnica se usa para producir organismos capaces de hacer funciones que el organismo original no tenía. Por ejemplo se puede introducir en una bacteria el gene de la insulina humana y la bacteria adquirirá la capacidad de sintetizar ese polipéptido. Tabla 1.1.1.B- Mutaciones del ADN. Tipo de mutación Secuencia del ADN Secuencia del polipéptido Cadena superior Asn Arg Val Asn Arg (fin) Asn Arg Lis Ninguna AAT CGG GAG TTA GCC CTC Transversión AAT CCG TAG (GC:TA) TTA GCC ATC Transición GC:AT AAT ACC AAG TTA GCC TTC Incerción, cambio de marco AXA TCG GGA T T AGC CCT Produce la sig. secuencia ATA TCG CCT TAT AGC CCT Ileu Ser Gli En párrafos anteriores se mencionó que la replicación del ADN se hace con gran fidelidad, con una frecuencia de errores del orden de 10-8, sin embargo, sí ocurren errores. Si se substituye una purina por otra, o una pirimidina por otra, al cambio se le llama transición; si se substituye una purina por una pirimidina al cambio se le llama transversión; si se agrega o elimina una base 13 entonces se produce lo que se llama un cambio de marco. En este último caso, se lee en forma errónea todo el mensaje que sigue al punto de cambio. En algunas ocasiones, cuando se modifica una de las bases y la ADN polimerasa no la identifica, entonces introduce una A y el cambio final será la introducción de una T en la cadena patrónLa célula tiene mecanismos para eliminar los errores o cambios que ocurren en el ADN, bien sea durante la síntesis o cuando ya está formado. Si la célula no repara los cambios y entra en el proceso de duplicación con el ADN modificado, el cambio se fija y se vuelve permanente. El gene modificado puede ahora codificar una proteína diferente, y si este es el caso, se dice que tuvo lugar una mutación. En la Tabla 1.1.1.B se presenta el efecto de los cambios en el ADN sobre la estructura primaria del polipéptido que codifica. Existen varias substancias que incrementan significativamente la frecuencia con la que ocurren cambios en las bases que se introducen en el ADN que se está sintetizando y se les denomina mutágenos. La mayoría de los cancerígenos son mutágenos. Tabla1.1.1.C- Mutágenos y su Efecto sobre el ADN. Mutágeno Mecanismo Resultado en el ADN Agentes alquilantes Se une covalentemente y Transición y transversión (nitrosourea,nitrosoguanidina) forma sitios apurínicos Agentes desaminantes Adenina-hipoxantina Transición (ácido nitroso) y citosina-uracilo Base análoga Substitución durante Transición (2-aminopurina) la replicación del ADN Agente intercalante Inserción o eliminación de Cambio de cuadro (antridinas, antraciclinas) pares de bases Fraccionadores de las cadenas Translocación cromosomal Cambio de una o más bases (radiaciones ionisantes) Si la substitución, inserción o eliminación de una base tuvo lugar en alguna parte del ADN que codifica una proteína, entonces puede cambiar un codón y dar lugar a una modificación que produzca la introducción de un aminoácido diferente o se codifique por terminación de la cadena peptídica. Las mutaciones se clasifican de acuerdo al efecto que tienen sobre el producto del gene modificado. Se dice que la mutación es: 1) sin sentido, si el producto es inactivo o incompleto, 2) de pérdida del sentido, si el producto es defectuoso y 3) silenciosa, si no se altera ni la función ni la cantidad del producto activo. 1.1.1.4 Metabolismo Todas las formas de vida están basadas en prácticamente las mismas reacciones bioquímicas. Cada uno de los compuestos que se generan en este conjunto de reacciones se le denominan compuestos endógenos o metabolitos y al conjunto de todas las reacciones que suceden en una célula se le denomina metabolismo. Las bacterias y los animales superiores usan: • • • básicamente las mismas reacciones para producir la energía que necesitan para sostener los procesos vitales, los mismos tipos de compuestos y mecanismos para construir sus macromoléculas y los mismos conjuntos de reacciones para sintetizar los compuestos que intervienen en las diferentes reacciones bioquímicas. Se puede generalizar diciendo que todas las células tienen básicamente el mismo metabolismo, aunque obviamente hay diferencias entre ellas. Algunas células tienen mayor capacidad bioquímica que otras: 14 • • • • hay bacterias que sintetizan todos sus metabolitos a partir de compuestos inorgánicos y se les denomina autótrofos. Las células vegetales también pueden vivir a base de solo precursores inorgánicos. hay microorganismos que necesitan que en el medio de cultivo existan fuentes de carbono orgánico (azúcares) y se les denomina heterótrofos, otros microorganismos necesitan que se les suministren además otros compuestos orgánicos que ellos no tienen la capacidad de sintetizar (a estos compuestos se les denomina factores de crecimiento) las células de los animales necesitan un gran número de compuestos preformados los cuales deben estar en la dieta (se le denominan vitaminas, aminoácidos esenciales o ácidos grasos esenciales). En el proceso de diferenciación celular, durante la formación de un nuevo organismo, las distintas células que constituyen el embrión se especializan y sólo expresan parte de la información genética que contienen pasando a formar los distintos tejidos y órganos. El conjunto de reacciones que suceden en forma secuencial y que dan lugar a un compuesto o a una función integran un camino metabólico y se le da un nombre específico. Por ejemplo, 1) la glicólisis, es el camino metabólico por medio del cual se oxidan los azúcares produciendo piruvato y equivalentes reducidos NADH; 2) la transformación de la acetil-coenzima A, proveniente de la descarboxilación del piruvato o de la betaoxidación de los ácidos grasos, en anhídrido carbónico y equivalentes reducidos se le denomina ciclo de Krebs; 3) la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP, se le llama cadena de transporte de electrones o fosforilación oxidativa. Este último proceso está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones. Figura 1.1.1.J.- Metabolismo Energético. Al conjunto de los caminos metabólicos mencionados en el párrafo anterior y representados en la Figura 1.1.1.J, son todos procesos de oxidación y se le denomina metabolismo energético porque, produce la energía que necesita la célula para todas sus necesidades, tanto para hacer posibles las reacciones del metabolismo sintético como para llevar a cabo todos los trabajos físicos que hace la célula. Todas las células heterótrofas tienen metabolismos energéticos muy similares. El ATP al hidrolizarse en P y ADP sede alrededor de 12 000 calorías/mol en condiciones fisiológicas, energía que es usada por los procesos metabólicos que no son termodinámicamente favorables. El ATP es el compuesto que se considera el producto útil de los procesos de oxidación. Los siguientes procesos son ejemplos de pasos metabólicos que no son termodinámicamente favorables y que se llevan a cabo usando la energía almacenada en el ATP: • transporte a través de membranas en contra del gradiente de concentración, 15 • reacciones con energía libre positiva en condiciones fisiológicas, tales como la síntesis de proteínas, síntesis de ácidos nucleicos, reacciones de óxido-reducción en contra del gradiente de potencial, etc. La mayoría de las reacciones de óxido/reducción que se efectúan en el organismo no involucran la participación directa del oxígeno molecular, sino que los electrones son transferidos a/o desde moléculas específicas (por ejemplo NAD+ se reduce a NADH). Cuando estas moléculas están en su forma reducida, producto de haber aceptado electrones de un metabolito que se oxidó, se dice que son equivalentes reducidos y son los que se oxidan por la cadena de transporte de electrones que sí tiene al oxígeno molecular como aceptor final de electrones. Este mismo tipo de substancias se usan para reducir metabolitos mediante la transferencia de un ion hidruro (NADPH se oxida a NADP+). Las reacciones bioquímicas de oxido/reducción involucran la transferencia de un par de electrones. A las enzimas que catalizan las reacciones de reducción del NAD se les llama deshidrogenasas y a las que catalizan la oxidación del NADPH se les llama reductasas. Las enzimas que transfieren átomos de oxígeno a un substrato directamente del oxígeno molecular, tal cómo se mencionó antes, se les denominan oxigenasas. Cuando transfieren uno solo de los átomos del oxígeno molecular se les llama oxigenasas de función mixta o monooxigenasas. Ejemplos de estas enzimas son los citocromos P 450 y las amino monooxigenasas. Se conoce como metabolismo sintético al conjunto de procesos bioquímicos por medio de los cuales se sintetizan todos los compuestos que conforman una célula. Se incluye en este término la síntesis de lípidos, coenzimas, todas las macromoléculas como las proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos, así como, la síntesis de los compuestos que se polimerizan para dar lugar a esas macromoléculas, etc. En toxicología se le denomina biotransformación al conjunto de reacciones que transforman los compuestos tóxicos exógenos o xenobióticos que penetran al organismo. La biotransformación se considera formada por dos grupos de reacciones, las de oxido-reducción (Fase I) y las de conjugación (Fase II). Estos conjuntos de reacciones son catalizadas por enzimas que normalmente existen en el organismo para llevar a cabo otras funciones metabólicas, en las que transforman compuestos endógenos que se forman en el metabolismo normal de las células. 16 TEMA III: METABOLISMO DE LIPIDOS. Contenidos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Digestión y absorción de lípidos. Etapas. Transporte de lípidos. Lipogénesis. Desbalance en la regulación. Lipólisis Metabolismo de cuerpos cetónicos. Otros lípidos de importancia biológica. Fosfátidos de glicerina, efingolípidos y esteroides. LíPIDOS Metabolismo y Síntesis de los Lípidos La grasa de la dieta es un componente esencial en la alimentación de los humanos. Es una fuente concentrada de energía, y los ácidos grasos esenciales son portadores de otros nutrientes, también esenciales, como las vitaminas liposolubles (A, D, E y K). La disponibilidad de los componentes solubles en los lípidos de la dieta depende de la capacidad de absorción de las grasas 17 Gran parte de los lípidos de la dieta se encuentran como triglicéridos. Como promedio, un 40% de los requerimientos energéticos de la dieta de los humanos de los países industrializados son proporcionados por los triglicéridos, los cuales se hidrolizan en el intestino a ácidos grasos y a monoacilglicéridos, moléculas que se absorben, se reesterifican y se transportan por la sangre, llegando al hígado y al tejido adiposo. Los lípidos son moléculas de estructura y funciones diversas, que presentan como características comunes: ser altamente solubles en solventes orgánicos o apolares y poco solubles en H2O. Esta propiedad tiene sus consecuencias en el proceso de digestión, absorción y transporte de esta sustancia, cuyos aspectos abordaremos en el estudio de este tema. Uno de los componentes fundamentales de la dieta humana son los lípidos y precisamente los nutrientes de mayor contenido energético, pues rinden el doble de calorías que los glúcidos. Una persona adulta debe consumir por día por vía exógena de 60 – 100 g de lípidos, de estos el 90% son TRIGLICERIDOS también abreviados como TAG, el resto lo constituyen los fosfolípidos, fosfátidos de glicerina y efingolípidos, colesterol libre y esterificado, ácidos grasos libres y vitaminas liposolubles. Podemos afirmar que los dietas. TRIGLICERIDOS (TAG) son los lípidos más abundantes en nuestras - Digestión y absorción de lípidos. La digestión de los TAG se lleva a cabo por la fragmentación hidrolítica gradual a diferentes niveles del tubo digestivo, comenzando principalmente por el estómago con ayuda de los movimientos peristálticos. Esta desintegración de los TAG de glóbulos grandes en glóbulos pequeños se denomina: emulsificación de las grasas. La emulsión obtenida solo se estabiliza gracias a la acción detergente de las sales biliares Las sales biliares se encuentran contenidas en la BILIS y su función principal es: -Favorecer la formación de micelas para aumentar el grado de dispersión. -Activar las enzimas lipasas. Finalmente es en el intestino delgado donde ocurre la digestión y absorción de los Triglicéridos (TAG), donde actúa sobre ellos una poderosa Enzima llamada Lipasa Pancreática o Esteapsina, esta enzima se segrega por el páncreas exocrino como Zimógeno, y es activada en la luz intestinal indirectamente por el Ca2+. - Transporte. Algunos lípidos constituyen componentes estructurales de las membranas celulares, las cuales están en constante renovación, otros se almacenan y se movilizan según las condiciones metabólicas del organismo y otros cumplen diversas funciones biológicas en distintos sitios, de modo que puede comprenderse la importancia de su transporte de unos tejidos a otros, ya sea a partir de su absorción o desde órganos como el hígado. La insolubilidad de los lípidos en solventes polares como el H2O es una característica de estos, por lo cual su transporte a través de los líquidos corporales y en particular del plasma constituiría un serio problema biológico, gracias a que pueden asociarse entre sí y con proteínas les ha permitido interactuar con el medio acuoso. 18 Existen 2 formas de transporte de los lípidos en el plasma: 1. 2. 3. Complejo albúmina- ácidos grasos no esterificados. Es decir transporta ácidos grasos. Lipoproteínas de Alta, Muy Alta, y Baja Densidad (LDL, VLDL, HDL). Es decir transporta Triglicéridos (TAG), fosfolípidos y colesterol. Esta vía de transporte es más compleja, pues se forma por la unión de diferentes tipos de lípidos con proteínas globulares específicas llamadas apoproteínas. Las lipoproteínas se pueden clasificar según el coeficiente de flotación en 5 tipos principales. 1. 2. 3. 4. 5. Quilomicrones (Q) Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) Lipoproteína de baja densidad (LDL) Lipoproteína de alta densidad (HDL) Lipogénesis: Es un proceso metabólico complejo, en el cual se sintetizan los TAG. Cuyos precursores inmediatos son ácidos grasos activados y el glicerol -3- fosfato. Ambos pueden incorporarse a partir de los lípidos de la dieta, sin embargo, su origen principal es mediante fuentes carbonadas que proporcionan los glúcidos. Con el siguiente esquema general podemos comprender mejor cómo ocurre la síntesis de los TAG. La lipogénesis puede ocurrir a partir de fuentes lipídicas y no lipídicas. - - Esquema general del Proceso de la lipogénesis. Lípidos aa acetil coA ácidos grasos glúcidos fosfodihidroxiacetona glicerol -3- fosfato glicerol TAG Triacilgliceroles Este proceso es regulado por mecanismos precisos de manera tal que es posible incrementar o disminuir su almacenamiento según sea la cantidad, calidad de los alimentos y estado fisiológico del individuo. La lipogénesis es regulada fundamentalmente en los siguientes puntos: • • acetil – coA carboxilasa y ácido graso sintetasa. La hormona Insulina actúa favoreciendo el proceso. El glucagón inactivando el mismo. Cuando ocurre un desbalance en la lipogénesis, puede suceder que si es por defecto casi siempre por insuficiencias alimentarias o de absorción se conduce a una desnutrición protéico-calórica, en su forma más pura aparece el marasmo nutricional, enfermedad que padecen muchos países del 3er mundo. También puede observarse la diabetes mellitus tipo I. Sin embargo, un desbalance por exceso conduce a la obesidad, enfermedad que posee varias causas y complicaciones que podrán ser estudiadas con posterioridad. Lipólisis: Es un conjunto de procesos metabólicos, mediante los cuales se obtiene gran cantidad de energía como producto de la degradación completa de los TAG en sus componentes: glicerol y ácidos grasos y estos últimos hasta CO2 y H2O. 19 Este proceso es de gran importancia para nuestro organismo, basta comprender que muchos tejidos como el hígado, el músculo esquelético y el cardíaco utilizan ácido graso como fuente preferencial para obtener energía y el propio tejido adiposo puede en condiciones determinadas obtener energía a partir de estos. Incluso el cerebro en situaciones especiales como el ayuno prolongado puede utilizar los cuerpos cetónicos procedentes de la degradación de los ácidos grasos como fuente de energía. La importancia de la lipólisis desde el punto de vista cuantitativo radica en que la oxidación total de 1 g de TAG libera 9 kcal, lo cual difiere de los glúcidos, de las proteínas que aportan solamente 4 kcal. G-1 El esquema que representamos a continuación es el esquema general de la lipólisis con sus etapas. Tejido adiposo TAG Lipasas Glicerol Hígado glicerol NADH. H+ glicerol -3- fosfato FADH2 fosfodihidroxiacetona vía glucolítica Acetil coA C. Krebs ácidos grasos Hígado, músculo, etc. ácidos grasos NADH.H+ FADH2 Cadena respiratoria ATP La regulación de la lipólisis se produce en primer lugar a nivel de la primera hidrólisis de los TAG, catalizada por la lipasa hormonosensible. 20 El otro sitio de regulación es la β oxidación de los ácidos grasos. Las hormonas adrenalina y glucagón, favorecen la fosforilación de la enzima, de esta manera se activa la lipólisis, mientras que la insulina realiza la función opuesta. Metabolismo de cuerpos cetónicos. Para comprender el tema en cuestión es necesario definir a qué denominamos cuerpos cetónicos y qué es la cetogénesis y cetólisis. Se denomina cetogénesis al proceso mediante el cual ocurre la formación de acetona, ácido-acetil-acético y Acido- Beta-hidroxibutírico y al conjunto de estas sustancias se les nombra: cuerpos cetónicos. Este proceso ocurre particularmente en el hígado y las enzimas que intervienen en el proceso se localizan en la matriz mitocondrial. El tejido hepático no contiene todas las enzimas necesarias para poder degradar los cuerpos cetónicos, de manera que estos difunden a la sangre y alcanzan diferentes tejidos extrahepáticos, en los cuales se produce su degradación (cetólisis) hasta acetil-coA que es utilizado como fuente de energía en la respiración celular. La regulación de la cetogénesis depende: 1. 2. 3. grado de movilización de los ácidos grasos desde el tejido adiposo. regulación de su transporte hacia el interior de la mitocondria. distribución del acetil-coA entre la vía cetogénica y el ciclo de Krebs, según la disponibilidad de oxalacético. La cetosis puede tener diferentes causas y niveles de gravedad. Existen 2 modelos metabólicos diferentes que pueden servir de ejemplo. El ayuno prolongado Diabetes Mellitus descompensada. En el 1er caso: la ausencia de ingestión de alimentos constituye el origen. Esto conduce a una disminución de la glucólisis y por tanto se produce un déficit en la formación del oxalacético a partir del pirúvico, debido a esto tiene lugar una disminución de la actividad del ciclo de Krebs de manera que la acumulación del acetil coA proveniente de la β – oxidación de los ácidos grasos favorece su condensación dentro de la mitocondria y por ende aumenta la cetogénesis. En el 2do caso: la causa es un déficit de la actividad insulínica, lo que conduce a una incapacidad de utilización de glucosa por el hepatocito y a un incremento de la β – oxidación en este tejido que condiciona el aumento de la cetogénesis. De los 2 casos el más grave es la Diabetes mellitus, debido a que en este último no se produce la adaptación del cerebro a utilizar los cuerpos cetónicos en la situación de hipoglicemia. Otros lípidos de importancia biológica. Dentro de este grupo se encuentran los fosfátidos de glicerina y los efingolípidos que forman parte de la membrana biológica y por supuesto tienen sus vías particulares de formación y degradación. Actualmente se estudia con ahínco estas clases de lípidos. Por último en el metabolismo de los esteroides equivale a decir que su máximo representante es el colesterol y sus derivados, compuesto vital que tiene sometida su síntesis a un exquisito y múltiple control, sin embargo, su ubicuidad y lo complejo de su metabolismo han provocado que se halle entre los principales elementos de azote de la humanidad contemporánea: La aterosclerosis. El Colesterol como ejemplo de esteroides: lípido con estructura de anillos ciclopentanoperhidrofenantreno. 21 - de origen animal con 27 carbonos derivados del acetato. no es imprescindible ingerirlo. en el organismo la biosíntesis de este compuesto consta de 5 etapas. el colesterol posee varios destinos en dependencia de la especialización celular. Ácidos biliares - hígado Vitaminas D3 o colecalciferol - testículos - ovarios androgenos Estrógenos Progesterona glucocorticoides mineralocorticoides Andrógenos - glándulas suprarrenales - piel - riñón Pre-Vitamina D3 Calcitriol La regulación de la síntesis produce un balance con la ingestión de dieta adecuada. Altas concentraciones plasmáticas dan origen a la aterosclerosis y enfermedades coronarias. Es importante formar desde niño un estilo de vida que evite poseer estas enfermedades. GUIA DE EJERCICIOS. TEMA III. 1. 2. 3. 4. Explique cómo ocurre la digestión, transporte y absorción de los lípidos. ¿ Cómo pueden clasificarse las lipoproteínas según el coeficiente de flotación? Explique por medio de un esquema la formación de los TAG. La lipólisis es un proceso metabólico de gran importancia: a) b) c) d) 5. 6. 7. Argumente el siguiente planteamiento desde el punto de vista cuantitativo. Explique en qué consiste este proceso y de cuántas etapas consta. Como proceso debe ser regulado. Mencione en qué lugares específicamente. Explique qué efectos produce la insulina sobre este proceso. ¿Qué consecuencias trae para el organismo un desbalance de la lipogénesis? ¿Considera usted que la cetogénesis es un proceso beneficioso o perjudicial para el organismo? Defina los conceptos de : cuerpos cetónicos Cetogénesis Cetólisis ¿De qué factores depende la regulación de la cetogénesis? La cetosis puede tener diferentes causas y niveles de gravedad. Explique a través de modelos metabólicos la siguiente afirmación. 8. 9. 10. ¿Cuáles son los destinos del Colesterol? 11. ¿Qué repercusión tiene un estilo de vida saludable en las enfermedades coronarias y aterosclerosis? 22 TEMA II: METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS O GLUCIDOS. Contenidos: 1. Digestión de los principales glúcidos de la dieta: Enzimas. Incorporación celular. Metabolismo del glucógeno: glucogénesis, glucogenólisis; Enzimas, regulación. Glucólisis: conjunto de reacciones. Etapas, regulación. Ciclo de las pentosas: Intermediarios. Relación con otros procesos. Gluconeogénesis: concepto. Caracterísicas generales e importancia. Alteraciones del metabolismo de los glúcidos: glucogenosis, galactocemia. 2. 3. 4. 5. 6. DIGESTIÓN DE LOS PRINCIPALES GLÚCIDOS DE LA DIETA Composición glucídica de la dieta. Independientemente de la dieta ingerida, la composición glucídica de la misma podemos resumirla en: Polisacáridos: Almidón, celulosa y glucógeno. Disacáridos: Sacarosa, lactosa y maltosa. Monosacáridos: glucosa, fructosa. La ingestión enzimática de los glúcidos comienza en la boca y termina en la mucosa intestinal con la acción de los disacáridos ACCION ENZIMATICA DIETA Polisacáridos Disacáridos Monosacáridos BOCA Amilasa salivar ESTOMAGO INTESTINO DELGADO Amilasa pancreática Disacaridasas SANGRE 23 ALMIDONPOLISACARIDO BOCA GLÁNDULAS SALIVALES= α-AMILASA BOLO ALIMENTICIO INACTIVA AMY X HCL EN ESTOMAGO DUODENO: UNION ENTRE ESTOMAGO E INTESTINO DELGADO AMILASA PANCREÁTICA POR ACCIÓN DE LA ENZIMA FORMANDOSE: PASAN AL SISTEMA PORTA (VIA SANG) SE DIRIGEN AL HIGADO PARA SER TRANSPORTADOS 7 DISTRIBUIDOS7ALMACENADO EN LOS DIFERENTES TEJIDOS: CEREBROS – ERITROCITOS – MÚSCULOTEJ. ADPOSO – RINONES…ENTRE OTROS LA GLUCOSA ES UTILIZADA POR LAS CÉLULAS DE LOS TÉJIDOS PARA: PRODUCIR ENERGÍAS, ALMACENARSE COMO GLUCOGENO O TRANSFORMARSE EN GRASA, A SU VEZ ESTA ES INCORPORADA A LAS CELULAS DE LOS DISTINTOS TÉJIDOA A TRAVES DE UNA DE LAS SIGUIENTES (4) RUTAS: 1. Glucogénesis, 2. Glucogenolisis, 3. Glucolisis, 4. Oxidación Directa ó Ciclo de las Pentosas. 24 Incorporación celular. La glucosa es el producto principal de la degradación de los glúcidos de la dieta. Este monosacárido se absorbe en la membrana intestinal por un mecanismo de transporte activo secundario asociado al cotransporte de sodio, una vez dentro del epitelio la glucosa es transportada directamente hacia la sangre. Desde la sangre los distintos monosacáridos alcanzan los tejidos. La incorporación de los monosacáridos al interior de los tejidos se efectúa por un mecanismo de transporte facilitado, que difiere según el tejido. La incorporación intracelular de la glucosa depende de la presencia de transportadores específicos: las proteínas transmembranales. Fosforilación inicial de la glucosa. Los monosacáridos dentro de la célula, la primera reacción que experimentan es la formación de un derivado fosforilado, las fosfotranspiradas son las enzimas que fosforilan a los monosacáridos, para la glucosa y otros hexosas dicha enzima es la hexoquinasa. ATP Glucosa ADP Glucosa – 6 - fosfato Hexoquinasas La glucosa 6 – P es un compuesto central en el metabolismo de los glúcidos. Destinos metabólicos de la glucosa 6 – P. GLUCOGENO (1) (2) ATD GLUCOSA ADD GLUCOSA 6-P (4) 1. Glucogénesis 2. Glucogenolisis 3. Glucolisis 4. Oxidación CICLO DE directa LAS PENTOSAS (3) ACIDO PIRUVICO Acido 25 Láctico CO2 + H2 0 Metabolismo del glucógeno. El glucógeno es una forma eficiente de almacenamiento energético principalmente en hígado y músculo. Este puede ser rápidamente movilizado y su degradación puede rendir energía aún en ausencia de oxígeno; contribuye al mantenimiento de la glicemia. Glucogénesis. El proceso mediante el cual se sintetiza glucógeno se denomina glucogénesis, ocurre en el citoplasma de todas las células animales especialmente en el hígado y músculos. Este proceso requiere 2 enzimas: la glucógeno sintasa y la ramificante y de UDP – glucosa molécula donadora de grupos glucosilos. Glucogenólisis. La glucogenólisis consiste en la degradación del glucógeno por incisión fosforolítica secuencial y da como producto fundamental glucosa 1-P, la cual se transforma rápidamente en glucosa 6-P. En este proceso participan igualmente 2 enzimas: la glucogeno fosforilasa y la desramificante. - En condiciones de ingestión de glúcidos en exceso se favorecerá la glucogénesis. Del glucógeno almacenado podrá disponer el organismo cuando las condiciones lo requieran. Los mecanismos de regulación de síntesis y degradación del glucógeno son complejos e incluyen regulación por modulación covalente y alostérica de las enzimas principales, las cuales forman parte de las cascadas enzimáticas, desencadenadas por hormonas. El glucagón y la adrenalina favorecen la glucogenólisis. La insulina favorece la glucogénesis. - Alteraciones en el metabolismo del glucógeno. Las glucogenosis son enfermedades hereditarias que se caracterizan por el almacenamiento de glucógeno en uno o más órganos y se debe al déficit de algunas de las enzimas involucradas en su metabolismo. Glucólisis. Es el proceso mediante el cual la glucosa se degrada hasta ácido pirúvico. Es un proceso catabólico que aporta energía al organismo. Se lleva a cabo en el citoplasma soluble de la mayoría de los tejidos. La glucólisis ocurre en 2 etapas, participan 11 enzimas 1ra etapa: Desde glucosa hasta las 2 triosas fosfatadas 2da etapa: Desde 3 fosfogliceraldehido o gliceraldehido 3 fosfato hasta ácido pirúvico. - A partir del pirúvico los procesos ulteriores dependen de ciertas condiciones metabólicas. 26 - En condiciones aerobias, el pirúvico se convierte en Acetil-CoA y este se incorpora a los procesos de la respiración celular: los productos finales son CO2 y H2O, con liberación de gran cantidad de energía rinde 32 ATP. En condiciones anaerobias el producto final en los organismos superiores es el ácido láctico y el rendimiento energético es mucho menor, rinde 2 ATP. - Gluconeogénesis. Es el proceso mediante el cual se forma glucosa a partir de compuestos no glúcidos. Los principales precursores son algunos aminoácidos, el ácido láctico, el glicerol y cualquiera de los metabolitos intermediarios del ciclo de Krebs. Este proceso solo ocurre en el hígado. Este proceso es de gran importancia, ya que en estado de ayuno los organismos superiores son capaces de sintetizar glucosa a partir de otras sustancias. La mayoría de las reacciones por las que procede la gluconeogénesis son catalizadas por las mismas enzimas de la vía glucolítica con excepción de las 3 reacciones irreversibles. De glucosa a glucosa 6-P, de fructosa -6-P a Fructosa -1,6- bisfosfato, De fosfoenolpirúvico a pirúvico estas 3 reacciones condicionan rodeos metabólicos. Ciclo de las pentosas. Conocido también como vía de oxidación directa de la glucosa, reviste especial importancia en algunos tejidos, como los eritrocitos, el tejido adiposo, el cristalino y otros. La energía que se libera en el proceso no se conserva en forma de ATP, sino de equivalentes de reducción en forma de NADPH, consta de 2 etapas: - la oxidativa de glucosa -6-P a ribulosa 5-P - la no oxidativa de ribulosa – 5-P a fructosa 6-P más gliceraldehido -3-P. La importancia de este ciclo descansa, principalmente en la formación de equivalentes de reducción en forma de NADPH, los que serán utilizados en la síntesis reductora de diversos tipos de lípidos y en la obtención de ribosa -5-P sustancia precursora en la síntesis de nucleótidos y por ende de los ácidos nucleicos y ciertos cofactores. También es importante la interconversión entre monosacáridos de distintos números de átomos de carbono. El déficit de algunas enzimas de las diferentes vías metabólicas de glúcidos origina distintas enfermedades: Una de ellas, la galactosemia, es provocada por déficit en la enzima galactosa -1-P uridil transferasa, impide la utilización de dicho monosacárido, el cuadro clínico presenta cirrosis, catarata y trastornos mentales, debido al acúmulo de la galactosa -1-P y galactiol. Ejercicios. 1. 2. Haga una lista de los glúcidos más abundantes de la dieta humana. Especifique en cada caso si es oligosacárido o polisacárido y señale los monosacáridos constituyentes. Teniendo en cuenta las características de los glúcidos: a) b) Justifique por qué son los nutrientes más importantes desde el punto de vista cuantitativo. ¿Por qué son los nutrientes menos importantes desde el punto de vista cualitativo? 3. 4. Haga una lista de las distintas enzimas digestivas de los glúcidos y especifique localización y el tipo de enlace que hidrolizan. Haga un esquema donde represente la multiplicidad de utilización de la glucosa -6-P en el metabolismo de los glúcidos. Señale en cada caso el nombre del proceso. 27 5. Establezca una comparación entre los procesos de glucogénesis y glucogenólisis en cuanto a: - localización - consideraciones energéticas - etapas - enzimas participantes 6. 7. Compare la importancia del metabolismo del glucógeno en hígado y músculo. Explique la ventaja biológica del almacén de glucógeno en forma de gránulos. Compare a las hormonas Insulina, glucagón y Adrenalina en cuanto a sus efectos sobre el metabolismo del glucógeno. De la vía glicolítica: a) b) c) Represente cada una de las reacciones. Represente la vinculación de esta vía con la respiración celular. Haga el balance energético en moles de ATP para la oxidación de 1 mol de glucosa en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. 8. 9. 10. Represente mediante un esquema la participación de la vía glicolítica en la síntesis de glúcidos a partir de otros compuestos (gluconeogenesis). a) Tome de ejemplo el ácido láctico (lactato) b) Tome de ejemplo un aminoácido. c) Analice la trascendencia del mismo para el organismo. 11. Señale las características generales del ciclo de las pentosas y su importancia biológica. 12. Analice las especificidades hísticas en relación con la vía glucolítica entre el hígado, cerebro y músculo esquelético. 13. En una dieta carente de glúcidos, pero abundante en aminoácidos ¿se afectará la glicemia? Explique. 28 29
Report "Sintésis y Metabolismos (Carbohidratos, Lípido y Proteínas). Prof Joselyn Pelayo"