Hidratos de carbono
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Generalidades Carbohidratos
MTA NC. Lupitha Flores R.
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Hidratos de carbono
Biomoléculas formadas por–(CnH2nOn)-
Compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza.
Ejemplos: el azúcar, el almidón, la dextrina, la celulosa y el glucógeno, sustancias que constituyen una parte importante de la dieta de los humanos y de muchos animales.
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Funciones biológicas
Constituyen la principal fuente de energía celular. También forman parte de moléculas más
complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleicos.
Funciones estructurales.Permite el reconocimiento célula - célula
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CLASIFICACIÓN
Moléculas Nombre Unión Presente en:
Monosacáridos 1 Glucosa - Animales y plantas
Fructosa - Frutas
Galactosa - Leche
Disacáridos
2 Sacarosa Glucosa + fructosa Azúcar de caña
Lactosa Glucosa + galactosa Leche
Maltosa Glucosa + glucosa Azúcar de malta
Polisacáridos
>10 Celulosa n-glucosas Madera, algodón
Almidón n-glucosas Cereales, papa
Glucógeno n-glucosas Musculo, hígado
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Monosacáridos:
Moléculas simples constituidas por átomos de C H OConstituidos por un azúcar simpleFormados por una sola molécula que tiene 5 ó 6 CSon hidrosolubles y de sabor dulce. Ejemplos: glucosa, galactosa, fructosa, ribosa y
desoxirribosa.
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Funciones biológicas monosacáridos
Principal fuente de energía celularTambién forman parte de moléculas más
complejas. Por ejemplo la ribosa y desoxirribosa, componentes de los ácidos nucleicos.
Funciones estructurales.
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Oligosacáridos/Disacáridos:
Resultantes de la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos.
Combinación de dos moléculas de monosacáridos con separación de una molécula de agua
Hidrosolubles y de sabor dulce
Los más importantes: Sacarosa (glucosa+fructosa ) Lactosa (glucosa+galactosa) Maltosa (glucosa+glucosa)
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Funciones biológicas disacáridos
Son formas de transporte en los vegetales y en algunos animales.
Forman parte de moléculas más complejas, como las glucoproteínas y glucolípidos.
Intervienen en la estructura de la membrana plasmática, participando en el reconocimiento celular.
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Polisacáridos
Muchas unidades de monosacáridos (más de 10). Lineales o ramificadas.
Gran número de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos
Homopolímeros o heteropolímerosSon insolubles en agua y no tienen sabor.
Ejemplos: almidón, el glucógeno y la celulosa.
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Glucógeno
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El glucógeno constituye una importante reserva de energía para los animales y se almacena principalmente en el hígado y en los músculos
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Metabolismo de carbohidratos
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Glucógeno
Glucosa
Lactato
Glucogenólisis
Glucolisis
Glucogenogénesis
Gluconeogénesis**
*Hígado y riñón
** almacén
*
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Glucosa
Es la forma principal en la que los glúcidos que provienen del tracto gastrointestinal son presentados al resto de las células corporales.
Metabolismo deficiente:
Obesidad y diabetes
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GLUCÓLISIS
Secuencia de 10 reacciones que rompen 1molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato con la generación de 2 moléculas de ATP y NADH
Localización: Todas las célulasZona: Citosol
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RESPIRACIÓN AEROBIA Y ANAEROBIA
La glucólisis puede producir ATP en condiciones aerobias y anaerobias.
Aerobias: Piruvato mitocondria ATC y la fosforilación oxidativa a CO2 y H2O = grandes cantidades de energía
AnaerobiaPiruvato reducido por NADHLactato en citosol. = pequeña cantidad de energía
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Funciones e importancia de la Glucólisis
Vía de producción de E de “urgencia” limitante O2
Glóbulos rojos no mitocondria Músculo esquelético activo. (demanda > E)Encéfalo (120g/día)
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Fases
2 Fases
1. Acumulo E
Fosforilación y división de la glucosa en 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Se utilizan 2 ATP
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Fases
2.- Generación de E
2 gliceraldehidos-3-fosfato2 piruvato=generación de 4 ATP
Glucosa+2NAD+2ADP+2Pi2NADH+2Piruvatos+2ATP+2H2O+2H
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Glucólisis Anaerobia
Glucosa+2Pi+2ADP2 lactato +2ATP+2H2O
Generan 2 ATP por 1 glucosa No hay NADH porque es utilizado por el lactato
hidrogenasa para reducir el piruvato a lactato
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Glucólisis Aerobia
Glucosa+2Pi+2NAD+2ADP2Piruvatos+2 ATP+2NADH+2H+H2O
2 NADH por 1 GlucosaCada NADH se va cadena transportadora de
electrones para producir 2.5 ATP
Ganancia NETA ATP = 7
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Destinos del Piruvato
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1.- Anaerobias: Piruvato reducido a lactato por medio lactato deshidrogenasa con la oxidación simultanea de NADH a NAD+
Citosol Reversible
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Anaerobias: Levadura (fermentación alcohólica) Piruvato se descarboxila a CO2 y acetaldehído, que entonces es reducido por NADH para producir NAD+ y etanol.
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Glucólisis Aerobia
Descarboxilación oxidativa del Piruvato y formación de Acetil-CoA
Matriz mitocondrial
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Regulación Alostérica 3 reacciones irreversibles (1, 3 y 10)
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Hexocinasa: los niveles ↑ de G6P la inhiben
[ ] ↑AMP activa PFK-1 y piruvato cinasa
[ ] ↑ATP inhibe PFK-1 y piruvato cinasa
Enzima Activador Inhibidor
Hexocinasa Glucosa 6 Fosfato, ATP
PFK-1 Fructosa-2,6 difosfato, AMPInsulina aumenta su síntesis
Citrato, ATPGlucagón diminuye sus intesis
Piruvato Cinasa Fructosa-1,6 difosfato, AMP
Aceitl CoA, ATPGlucagon inactiva
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Estadios de la glucólisis
FASE I: Acopio de Energía
Paso Enzima Tipo de reacción
1 Hexocinasa Fosforilación Paso regulatorio irreversible
2 Fosfoglucosa isomerasa IsomerizaciónAldosaCetosa
3 Fosfofructocinasa-1 (PFK-1) Fosforilación Paso irreversible limitante de la velocidad de la glucolisis
4 Aldolasa Escisión FBP-(6C)DHAP (3C)+GAP (3C)
5 Triosa Fosfato isomerasa Isomerización = 2 Moleculas de Gliceraldehido 3 fosfato
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Estadios de la glucólisis
Fase II: Generación de Energía (x2)
6 Glcieraldehido-3-fosfato deshidrogenasa
Fosforilación oxidativa se generan 2 NADH por molécula de glucosa oxidada
7 Fosfoglicerato cinasa
Fosforilación a nivel sustrato
8 Fosfoglicerato mutasa
Transferencia del grupo fosfato de C3 a C2
9 Enolasa Deshidratación
10 Piruvato cinasa Fosforilación a nivel sustrato Paso regulatorio irreversible
Todas las cinasas requieren Mg como cofactor
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GLUCONEOGÉNESIS
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METABOLISMO DEL GLUCÓGENO
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Glucógeno
Exceso glucosa se almacena glucógeno
Glucosa se mueve de forma rápida dependiendo la necesidad
Entre comidasEjercicio
Glucógeno es un excelente material de deposito a corto plazo, pudiendo proporcionar E de manera inmediata
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Depósitos de glucógeno
Principalmente en:
No puede abandonar el musculo y por tanto no puede contribuir a la concentración de glucosa en sangre.
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Funciones del glucógeno hepático y muscular
Glucógeno hepático Glucógeno muscular
Función principal
Mantenimiento de glucosa en sangreTras las comidas
Primeras fases de ayuno
Combustible de reserva para la
contracción muscular
Ostras funciones
Utilizado como combustible por cualquier tejido, el hígado contiene glucosa-6-
fosfatasa, que elimina el grupo fosfato de la glucosa-6-fosfato permitiendo que la glucosa
abandone el hígado
Ninguna. No enzima
Tamaño depósitos
10% peso hígado 1-2% peso músculo
Control hormonal
Glucagón y adrenalina estimulan la su degradación
Insulina estimula sintesis
Adrenalina estimula degradación
Insulina síntesis
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Estructura del glucógeno
Polímero de moléculas de glucosa muy ramificado
Enlaces α1,4 cadenas rectasα 1,6 puntos ramificación
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SÍNTESIS DE GLUCÓGENOGlucogenogénesis
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Sintesis de glucógeno: glucogenogénesis
Citoplasma
El proceso requiere 4 enzimas
1. Fosfoglucomutasa
2. Uridina difosfato (UDP)-glucosa pirofosforilasa
3. Glucógeno sintasa
4. La enzima ramificadora, amilo (1-41,6)
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El proceso requiere
El donante de glucosa UDP-glucosa Un cebador para iniciar la sintesis de glucógeno si no
hay una molécula de glucógeno preexistente (Glucogenina)
ATP
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4 Estadíos
Fase 1: formación de glucosa 1 fosfato:
La glucosa 6 fosfato se convierte en glucosa 1 fosfato por la fosfoglucomutasa
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Fase 2. Formación de glucosa activada (UDP-glucosa)Se forma glucosa activada UDP glucosaEnzima uridil tranferasa Une la glucosa 1 fosfato y un UTP.
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Fase 3. Elongación: Enzima glucógeno sintasa Transfiere la glucosa-UDP a
una cadena de glucógeno que contenga como mínimo 4 glucosas.
Si esta cadena no está presente la pega al cebador glucogenina.
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Fase 4. Formación de ramas:
La enzima ramificadora forma los enlaces que hacen las ramificaciones (enlaces 1-6)
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DEGRADACIÓN DEL GLUCÓGENO
Glucogenólisis
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Degradación del glucógeno: Glucogenólisis
Degradación del glucógeno90% = Glucosa-1-Fosfato10% = Glucosa libre
Citosol 2 Fases
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Fase 1. Acortamiento de la cadena
Glucógeno fosforilasa ((PLP) piridoxal fosfato como cofactor)
Rompe unión α 1,4 Liberar glucosa 1 fosfato. Rompe hasta que encuentra 4 residuos de
glucosa
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Fosforólisis de los enlaces a-1,4 del glucógeno
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Dextrina límite
Libera residuos unidos linealmente en una cadena hasta llegar al 4° residuo
Polisacárido con 4 unidades en cada rama
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Fase 2. Eliminación de las ramificaciones
Enzima desramificadoraTransfiere 3 residuos glucosa terminal desde una rama
exterior a otra, exponiendo el punto de ramificación α 1,6
Enzima amilo α1,6 glucosidasa Hidroliza la unión α1,6 para liberar glucosa
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2) Eliminación de ramificaciones: enzima
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2) Eliminación de ramificaciones: enzima Amilo 1,6 glucosidasa
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Glucosa 1-P Glucosa-6-P
Fosfoglucomutasa
Glucólisis
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Regulación del metabolismo del glucógeno
Se almacena en momentos de plenitud.
Se utiliza en tiempos de necesidad p.e. ayuno, lucha, huida.
Regulación de glucógeno
Enzima Activador Inhibidor Glucógeno sintasa (glucogenogénesis)
Insulina Glucosa (hígado)
Glucagón Adrenalina Fosforilación
Glucógeno fosforilasa (glucogenólisis)
GlucagónAdrenalina Fosforilación Iones Ca+ (músculo)AMP músculo)
Insulina Glucosa (hígado)
Fuente: Horton D y Dominiczak M. Lo esencial en metabolismo y nutrición. 4° ed. Elsevier, 2013
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Regulación hormonal: Insulina
Secretada por las células b del páncreas en respuesta a elevaciones en la glucosa sanguínea
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Regulación hormonal: Glucagón
Secretada por las células a del páncreas (islotes de Langerhans) en respuesta a disminuciones en la glucosa
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Regulación hormonal: Epinefrina/Adrenalina
Liberada por las glándulas adrenales
En respuesta a señales neurales que disparan conductas de lucha o huida.
Estimula la ruptura del Glucógeno a G-6-P
Inhibe la síntesis de glucógeno
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CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS
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Formación de Acetil-CoA a partir de Piruvato
Descarboxilación oxidativa del Piruvato y formación de Acetil-CoA
Matriz mitocondrial
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Complejo de la piruvato deshidrogenasa
Enzimas Nombre enzima Coenzimas
E1 Piruvato descarboxilasa
TTPPirofosfato de tiamina
E2 Dihidrolipoil transacetilasa
Ácido lipoicoCoA
E3 Dihidrolipoil deshidrogenasa
FADNAD+
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Papel central que desempeña el acetil CoA en el metabolismo
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Ciclo krebs
Constituye una vía eficiente de aprovechamiento de E proveniente de los nutrimentos de la dieta.
Ciclo anfibólico (anabólico y catabólico).
Serie de 8 reacciones que oxidan 1 molécula acetil CoA, dando 2 moléculas de CO2, generando E en forma ATP o equivalentes reductores (NADH o FADH2)
Localización: Todas las células mitocondria
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La producción de ATP por cada molécula de acetil CoA oxidada (cada vuelta)
1 ATP directamente por fosforilación oxidativa
9 ATP indirectamente mediante la fosforilación oxidativa de 3 NADH (3x2.5ATP=7.5) y un FADH2 (1x1.5ATP) por la cadena transportadora de electrones. = 9 ATP
= 10 ATP
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1.-Formación de citrato
Condensación de acetilCoA con oxaloacetato para dar citrato
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2.-Formación del Isocitrato
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3.-Formación del a-cetoglutarato + NADH
Isocitrato se oxida para formar NADH y CO2
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4.-Oxidación del a-cetoglutarato a Succinil-CoA + NADH
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*Nucleotido difosfocinasa transfiere su E al ADP para formar ATP
*
5.-Transformación del Succinil-CoA en Succinato
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6.-oxidacion de succinato para la Síntesis del Fumarato y obtención del FADH2
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7.-Hidratacion de fumarato para la Formación de Malato
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8.-Oxidacion de malato para la Reconstrucción del oxalacetato.
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Ciclo del acido cítrico anfibólico
Vías anfibólicas =procesos anabólicos o catabólicos
CatabólicosGrupos acetilo se oxidan para dar CO2
AnabólicoOxaloacetato se utiliza en gluconeogenesis y en
síntesis aa lisina treonina isoleucina y metionina α cetoglutarato glutamina, glutamato prolina y arginina Sintesis de porfirinas como el hem Sintesis de acidos grasos y colesterol
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Regulación a nivel del ciclo: regulación alostérico de las
actividades enzimáticas
3 enzimas clave catalizan reacciones irreversibles
CITRATO SINTASA ISOCITRATO DESHIDROGENASA α CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA
Todas se activan con Ca2+
Contracción muscular ↑ Ca2+ = ↑ ACT y ATP↑ ATP y NADH= ↑ estado energético = < necesidad de
E= inhibe ACT
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http://www.youtube.com/watch?v=56tu7sKFh0w&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=xQccszInm6U
http://www.youtube.com/watch?v=OVP54YmShzE&NR=1
http://www.youtube.com/watch?v=KTUkaNnotao&feature=related