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METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS

CONSIDERACIONES GENERALES

• Los hidratos de carbono, principalmente el almidón, es el principal componente de la dieta humana.

• El proceso de digestión degrada los carbohidratos de los alimentos hasta monosacáridos, se absorbe y es metabolizado en las células.

• La glucosa predomina entre los monosacáridos resultantes de la digestión de alimentos comunes. La fructosa, la Galactosa.


• Después de su absorción, son transportados hacia el hígado por la vena porta.

• Tanto la galactosa como la fructosa pueden ser transformadas en metabolitos idénticos a los derivados de la glucosa.

• La principal función de la glucosa es servir como combustible.


• Su oxidación produce energía utilizable, es materia prima para algunas síntesis.

• El hígado, órgano central en los procesos metabólicos, capta buena parte de la glucosa.

• La incluye en moléculas poliméricas formando (glucógeno) almacenadas como material de reserva. La síntesis de glucógeno.


• La absorción intestinal de una comida, especialmente si ésta es rica en glúcidos, el hígado no alcanza a capturar toda la glucosa que le llega y transformarla en glucógeno.

• Parte de ella pasa a la circulación, general.

• En un individuo normal se mantiene entre 80 a 120 mg por 100 ml. Hay aumento transitorio después de las comidas.


• Todos los tejidos reciben un aporte continuo de glucosa. • Los tejidos tienen capacidad para sintetizar y almacenar

glucógeno, particularmente en hígado y músculo.

• Del total de glucógeno en el organismo de un adulto, una tercera parte se encuentra en hígado y casi todo el resto en músculos, muy pequeña la cantidad existente en otros tejidos.


• El glucógeno hepático es desdoblado para dar glucosa a la circulación general.

• Se denomina glucogenólisis se realiza en hígado.

• La glucogenólisis hepática es un importante mecanismo para mantener el nivel de glucosa en sangre (glucemia) es vital, especialmente para el sistema nervioso central.


• El glucógeno del músculo sirve como reserva energética utilizada por el propio tejido cuando realiza trabajo contráctil.

• A diferencia del hígado, el músculo no cede glucosa libre a la circulación.

• En músculo la degradación de glucógeno da piruvato y lactato como productos finales.

• El catabolismo de la glucosa y glucógeno se realiza fundamentalmente a través de las siguientes vías:


• 1.- La glucólisis o vía de Embden-Meyerhof, cuyo producto final es piruvato.

• Este se reduce a lactato cuando la provisión de oxígeno es insuficiente.

• Es particularmente importante en músculo, que puede contraerse en anaerobiosis gracias al ATP producido por la glucólisis.


• El aumento de lactato detectado en sangre y orina después de un ejercicio intenso es expresión de la actividad glucolítica.

• 2.- En presencia de oxígeno el piruvato generado durante la glucólisis es oxidado a C02 y H20.

• Primero es sometido a descarboxilación; se desprende C02 y queda un resto de dos carbonos (acetato).


• Este resto ingresa en un ciclo metabólico llamado ciclo del ácido cítrico, de los ácidos tricarboxílicos o de Krebs, de gran rendimiento energético.

• Existe una vía anabólica, llamada gluconeogénesis, que permite al organismo sintetizar glucosa a partir de metabolitos de distinto origen de sustancias no glucídicas.

CICLO DE CORI

CICLO DE CORI

• El Lactato formado por degradación de glucógeno o glucosa en músculo es oxidado a C02 y H2O en el propio tejido, previo paso a piruvato cuando el suministro de oxígeno es suficiente.

• Sin embargo, en condiciones de actividad contráctil intensa, la provisión de oxígeno no alcanza las necesidades de oxidación.

• Gran parte del lactato pasa a la sangre y es captado por el hígado, donde se convierte en glucosa y glucógeno.

CICLO DE CORI

• Cuando la glucemia desciende, el hígado degrada su glucógeno y envía glucosa a la circulación.

• Lo toma el músculo para cubrir sus necesidades o restaurar sus reservas de glucógeno.

• Así como compuestos de origen no glucídico pueden generar glucosa o glucógeno, productos derivados de la glucosa sirven para sintetizar lípidos o esqueletos carbonados de algunos aminoacidos.

CICLO DE CORI

Glucogeno Glucosa Glucogeno

(Hepatico) (Sanguinea) (Muscular)

Lactato Lactato Lactato

(Hígado) (Sangre) (Músculo)

METABOLISMO DE GLUCIDOS

INGRESO DE GLUCOSA

EN LAS CÉLULAS

INGRESO DE GLUCOSA EN LAS CÉLULAS

• Al considerar la absorción intestinal de glucosa requiere de un sistema de cotransporte Na+/glucosa (Na+, K+-ATPasa).

• Este proceso permite acumular glucosa en el citosol.

• Una vez en la sangre, la glucosa llega a las células y penetra por difusión facilitada mediante transportadores que permiten el paso a favor del gradiente.

INGRESO DE GLUCOSA EN LAS CÉLULAS

• Por esta razón la concentración de glucosa en el citosol, con excepción de células de mucosa intestinal y túbulos renales que disponen de sistemas de transporte activo, no puede ser mayor que la existente en sangre y líquido intersticial.

• Los transportadores de glucosa por difusión facilitada forman una familia de proteínas integrales de membrana.

FOSFORILACION DE LA

GLUCOSA

FOSFORILACION DE LA GLUCOSA

• La reacción de fosforilación es él paso inicial de todas las vías de utilización de monosacáridos.

• Cualquiera sea el destino de la glucosa, la primera transformación es su esterificación con ortofosfato para formar glucosa-6-fosfato (G-6-P).

• Esta reacción es catalizada por hexoquinasa, enzima presente en todas las células.


• Existen cuatro isozimas de hexoquinasa. Las isozimas I, II y III se encuentran en variadas proporciones en distintos tejidos.

• Son un tanto inespecíficas; fosforilan en el carbono 6 a otras hexosas además de glucosa.

• Las hexoquinasas I a III son inhibidas alostéricamente por G-6-P, producto de la reacción.

• La isozima IV, denominada glucoquinasa, se encuentra exclusivamente en hígado y en células de islotes de Langerhans en páncreas.


• La formación de glucosa-6-fosfato, además de convertir la glucosa en un compuesto más reactivo, apto para futuras transformaciones, cumple otro papel importante.

• Las membranas celulares son impermeables a G-6-P y ésta no puede salir hacia el exterior.

• Una vez fosforilada, la glucosa queda atrapada dentro de la célula, obligada a seguir las alternativas metabólicas que allí se le ofrecen.


• Por otra parte, la rápida conversión de glucosa en G-6-P mantiene baja la concentración intracelular de glucosa y el gradiente favorable para el ingreso de más glucosa.

• La glucosa-6-fosfato es un metabolito muy importante.

• Constituye una encrucijada metabólica, de la cual parten y a la cual llegan distintas vías:

VÍAS METABOLICAS DE LA GLUCOSA

• 1. Glucógeno-génesis.- Conversión de glucosa en glucógeno.• 2. Glucogenólisis.- Liberación de glucosa a partir de glucógeno.• 3. Glucólisis o vía de Embden-Meyerhof.- Degradación de glucosa a

piruvato y lactato.• 4. Descarboxilación oxidativa de piruvato.- El piruvato formado en la

glucólisis es convertido en un resto de dos carbonos (acetato).• 5. Ciclo del ácido cítrico, o de Krebs, o de los ácidos tricarboxílicos.

Los restos acetato son finalmente oxidados a C02 y H20.• 6. Vía de pentosa fosfato o hexosa monofosfato.- Vía alternativa de

oxidación de glucosa.• 7. Gluco-neogénesis.- Formación de glucosa o glucógeno a partir

de fuentes no glucídicas. Los principales sustratos son aminoácidos glucogénicos, lactato y glicerol.

GLUCOGENO-GENESIS

GLUCOGENO-GENESIS

• La síntesis de glucógeno a partir de glucosa se realiza en muchos tejidos, por su función, es realmente importante en hígado y músculo.

• En el ser humano, el hígado contiene hasta 5% de su peso en glucógeno. En músculo esquelético, representa aproximadamente 1% de su peso.

• La glucogeno-génesis es un proceso anabólico que requiere energía.

• Las etapas de esta síntesis son las siguientes:

GLUCOGENO-GENESIS

• 1.- Fosforilación de glucosa.-

La primera etapa en la síntesis de glucógeno es la conversión de glucosa en glucosa-6-fosfato. Esta reacción catalizada por hexoquinasas (glucóquinasa entre ellas.

• 2.- Formación de glucosa-1-fosfato.-

En la segunda etapa, la fosfoglucomutasa cataliza la transferencia intramolecular del grupo fosfato desde carbono 6 a carbono 1. La glucosa-6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato. La fosfoglu-6-comutasa requiere Mg2+ y glucosa-1,6-bisfosfato como cofactor.

La reacción es reversible.

GLUCOGENO-GENESIS

• 3.- Activación de glucosa.-

• La glucosa-1-fosfato reacciona con el nucleótido de alta energía uridin-trifosfato (UTP) para dar uridin-difosfato-glucosa (UDPG) y pirofosfato inorganico(PP).

• La reacción es catalizada por uridin-difosfato-glucosa pirofosforilasa, es irreversible.

• Su inclusión en el nucleótido-azúcar (UDPG) dota a la glucosa de la reactividad necesaria para participar en la síntesis de glucógeno; La glucosa se "activa" por su unión a UDP.

GLUCOGENO-GENESIS

• 4.- Adición de glucosas a la estructura polimérica.-

• En esta etapa la glucosa ''activada“ del UDPG es transferida a la cadena de glucógeno preexistente.

• Se establece una unión glucosídica con el carbono 4 de una

glucosa terminal en las cadenas del glucógeno.

• Esta reacción es catalizada por glucógeno sintetasa o glucosil transferasa que requiere la presencia de una estructura polimérica sobre la cual seguir agregando glucosas en unión a 1-4. La reacción es prácticamente irreversible

GLUCOGENO-GENESIS

• Formación de ramificaciones.-

• Cuando la acción de la glucógeno sintetasa ha alargado una cadena hasta diez o más residuos de glucosa, interviene otra enzima que secciona un segmento terminal de no menos de seis glucosas para insertarlo, mediante unión glucosídica I-6. La enzima es la oligo (l,4)(l,6) glucanotransferasa enzima ramificante.

• De este modo, la molécula de glucógeno va siendo modelada por acción conjunta de glucógeno sintetasa y enzima ramificante.

• Costo energético de la síntesis de glucogeno.-

• La incorporación de una molécula de glucosa al glucogeno, es un proceso endergonico, requiere energía.

• La energía utilizada son ATP, UDP, UTP. La unión utiliza 2 ATP.

GLUCOGENO-GENESIS

GLUCOGENOLISIS

GLUCOGENOLISIS

• La glucogenólisis no es simplemente el proceso inverso de la glucogenogénesis.

• Las etapas de glucogenólisis son las siguientes:

• 1.- Fosforólisis de glucógeno.-

• La degradación de glucógeno es iniciada por la acción de la fosforilasa, que cataliza la ruptura de uniones glucosídicas alfa (l-4) por inserción de fosfato en el C1 de los restos de glucosa.

• El ortofosfato utilizado en esta reacción proviene del medio (P¡) no hay gasto de ATP.

GLUCOGENOLISIS

• La fosforilasa actúa a partir del extremo de las ramificaciones y libera glucosa 1-fosfato.

• La acción enzimáticá se detiene cuatro restos glucosa antes de la próxima unión a-l-6.

• Aquí interviene otra enzima, oligo-a(1-4), a(1-4) glucanotransferasa, que desprende el trisacárido terminal de la ramificación y lo transfiere al extremo de una rama vecina, al cual lo une por enlace alfa (l-4).

• La ramificación queda con una sola glucosa con unión alfa l-6.

GLUCOGENOLISIS

• 2.-Hidrólisis de uniones glucosídicas a l-6.-

• La ruptura de este enlace es catalizada por alfa(1-6) glucosidasa o enzima desramificante, deja glucosa libre.

• La cadena es de nuevo atacada por la fosforilasa, que continúa liberando glucosa-l-P hasta que la próxima unión a(l-6) se encuentre a una distancia de cuatro restos glucosa.

• Entonces se repite la participación de las otras enzimas.

GLUCOGENOLISIS

• En promedio, se produce una glucosa libre por cada nueve glucosas-1-P.

• Sólo, unidades glucosa en la posición de ramificación son liberadas como glucosa libre.

• Todas las otras aparecen como G-l-P.

GLUCOGENOLISIS

• 3.-Formación de gIucosa-6-fosfato.-

• La glucosa-1-fosfato es convertida en glucosa-6-fosfato por la fosfoglucomutasa. Es la misma reacción de la glucogenogénesis, en sentido inverso.

• 4.-Formación de glucosa libre.-

• La última etapa es la hidrólisis de glucosa-6-fosfato a glucosa y fosfato inorgánico, catalizada por glucosa -6-fosfatasa. Esencialmente irreversible.

GLUCOGENOLISIS

• La glucosa-6-fosfatasa se encuentra en hígado, riñón e intestino, pero no en músculo.

• Esto explica por qué pueden ceder glucosa a la circulación y el músculo no.

• En músculo, el glucógeno inicia su degradación con etapas similares.

• La glucosa-6-fosfato formada no puede hidrolizarse por falta de glucosa-6-fosfatasa y sigue su camino catabólico en el propio músculo, principalmente por vía, de la glucólisis.

GLUCOGENOLISIS

• Papel funcional del glucógeno. Es una reserva a la cual se recurre para obtener glucosa durante períodos de hipoglucemia.

• El hígado cumple un rol muy importante como regulador de la glucemia, asegurando la provisión constante de glucosa a todos los tejidos.

• El hígado degrada su glucógeno y libera glucosa a la sangre.

• En músculo el glucógeno actúa como reserva rápidamente movilizable.

ENFERMEDADES GENÉTICASRELACIONADAS CON EL METABOLISMO

DEL GLUCÓGENO

• Son trastornos genéticos de una determinada actividad enzimática relacionada con las vías de síntesis o degradación de glucógeno.

• Genéricamente se las denomina glucogénosis.

• Se caracterizan por acumulo de cantidades anormalmente elevadas de glucógeno en tejidos, o por la presencia de glucógeno de estructura anómala.

ENFERMEDADES GENÉTICASRELACIONADAS CON EL METABOLISMO

DEL GLUCÓGENO

• Se han descrito más de diez tipos de glucogénosis debidas a deficiencias de diferentes enzimas.

• En general, los cuadros patológicos son de incidencia poco frecuente, pero es importante conocer su existencia derivar los pacientes a centros especializados.

• Algunos de ellos son muy graves, llevan a la muerte a edad temprana; otros permiten una mayor sobre vida.

GLUCOLISIS

DESCARBOXILACIÓN

OXIDATIVA DEL PIRUVATO

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO

• Cuando existe adecuada provisión de oxígeno, el piruvato producido en la vía glucolítica es oxidado a dióxido de carbono y agua.

• Incluso el lactato formado en anaerobiosis sigue el

mismo destino cuando hay disponibilidad de oxígeno; para ello debe ser convertido en piruvato por acción de la lactato deshidrogenasa.

• De esta manera el lactato resultante de la actividad muscular intensa puede ser utilizado como combustible.

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO

• El piruvato formado en el citosol como producto de la vía de la glucolisís es degradado oxidativamente dentro de las mitocondrias.

• Aquí se cumple el primer paso de su degradación por descarboxilación oxidativa, en la cual pierde el grupo carboxilo, se desprende C02 y queda un resto de dos carbonos (acetilo o acetato).

• La descarboxilación oxidativa de piruvato es catalizada por un sistema multienzimático denominado complejo piruvato deshidrogenasa.

CICLO DEL ACIDO CÍTRICO,

DE ÁCIDOS TRICARBOXILICOS

O DE KREBS

CICLO DEL ACIDO CÍTRICO, DE ÁCIDOS TRICARBOXILICOS O DE KREBS

CICLO DE LAS HEXOSAS

MONOFOSFATO O VÍA DE

LAS PENTOSAS

CICLO DE LAS HEXOSAS MONOFOSFATO O VÍA DE LAS PENTOSAS

GLUCONEOGÉNESIS

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