IntegraciÃ³n del Metabolismo obj 1 y 2

7/24/2019 Integracin del Metabolismo obj 1 y 2

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Integracin del

Metabolismo

Profa. Milagro LenCtedra de Bioqumica, FCV-UCV

Ao lectivo 2014


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Recomendaciones generales

1 Puntual asistencia al horario de dictado de la asignatura

Teora: 9:00 9:45 am (Martes, Mircoles y Viernes)

Prctica: 10:00 am 12:45 pm (Martes, Mircoles y Jueves)

02:00

04:45 pm

2 Prestar atencin y no perturbar el desarrollo del contenido

del tema

3 Repasar todos los das los contenidos impartidos en las

sesiones de teora

4 Preparar y estudiar el contenido de los seminarios a ser

discutidos durante las sesiones prcticas en las Semanas de

Docencia Nro 7 y 8


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UNIDAD 7 INTEGRACION DEL METABOLISMO

OBJETIVO TERMINAL: Explicar la interrelacin entre elmetabolismo de los glcidos, lpidos, aminocidos ynucletidos y la interrelacin de sus mecanismos globales de

regulacin.

I. Explicar la relacin entre el metabolismo de los glcidos, lpidosaminocidos y nucletidos. (1 H)

1. Generalidades de la Integracin Metablica

2. Esquema de las principales rutas metablicas y puntos de regulacin

3. Esquema general de la interrelacin entre las principales rutas metablicas,y conexiones claves


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II. Explicar la interrelacin de los mecanismos globales de regulacin del

metabolismo de glcidos, lpidos, aminocidos y nucletidos. (1 H)

1. Reguladores hormonales del metabolismo: Insulina, Glucagn,Adrenalina, Noradrelina

2. Principales mecanismos de regulacin enzimtica: Alosterismo,Modificacin covalente reversible, Induccin Represin,Compartimentacin


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III. Explicar la interrelacin entre rganos y la regulacin integrada en

las diferentes fases del ciclo ayuno- alimentacin y susalteraciones. (6 H)

1. Funciones y contribuciones metablicas de los rganos

2. Ciclo ayuno alimentacin.

3. Interrelacin entre rganos y regulacin integrada de las principalesrutas metablicas en las fases de Alimentacin y Ayuno.

4. Alteraciones del ciclo ayuno alimentacin bajo condicionesfisiolgicas: Ejercicio, Embarazo, Lactancia. Caractersticasmetablicas especficas de los rumiantes y diferencias con los no

rumiantes

5. Alteraciones del ciclo ayuno alimentacin bajo condicionespatolgicas: Obesidad, Diabetes, Enfermedad heptica


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Visin general delmetabolismo energtico


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Alimento

Polisacridos Protenas Lpidos

glucosa aminocidoscidosgrasos

Absorcin

Digestin

Transporte

Metabolismoaminocidos

cidos grasos

glucosa


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Metabolismo: Conjunto de reacciones qumicas (anablicas y

catablicas) que suceden en las clulas de los seres vivos. Puedesubdividirse en las siguientes categoras:

Anabolismo: Conjunto de reacciones bioqumicas de sntesis demolculas complejas a partir de molculas simples, con consumode energa.

Catabolismo: Conjunto de reacciones bioqumicas en donde lasmolculas complejas se degradan a molculas simples liberandoenerga.

Rutas Anfiblicas: Conjunto de reacciones bioqumicas cuyosintermediarios pueden ser punto de partida para la sntesis demolculas mas complejas o productos de la degradacin demolculas ms complejas.

Ruta:Es una secuencia especfica de reacciones.


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Oxaloacetato

Citrato

CO2

CO2

Acetil-CoAPiruvatoGlucosaGlucogeno

Almidn

Sacarosa

Alanina

Serina

Fenilalanina

Leucina

Isoleucina

cidos grasosTriacilgliceroles

Fosfolpidos

Acetoacetil-CoA Cuerpos cetnicos

cidos grasos Triacilgliceroles

FosfolpidosCDP-diacilglicerol

Mevalonato

Isopentenilpirofosfato

Colesterol cidosbiliares

Hormonasesteroideas

steres decolesterol

CATABOLISMO:Rutas convergentes

ANABOLISMO:Rutas divergentesANFIBLICA:

Ciclo de Krebs (Ruta cclica)

Rutas metablicas

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Eicosanoides


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Nutrientes:Carbohidratos

ProtenasLpidos

EnergaQumica

Energa calrica y

productos finalesCO2H2ONH3

Molculasprecursoras como

AminocidosAzcares

cidos grasosbases

nitrogenadas

Macromolculas:Protenas

PolisacridosLpidos

cidos nucleicos

Catabolismo

ATPNADH

NADPHFADH2

ADP+PiNAD+

NADP+FAD

Anabolismo

Visin general del metabolismo

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Protenas Polisacridos cidos Nucleicos Lpidos

Aminocidos GlucosaBases

PentosasTriacilgliceroles Isoprenoides

cidos grasosGlicerol

ATP NADPH

NADH

Piruvato

Acetil-CoA

O2 H2O CO2 Productos de DesechosUrea

ATP

NADH

FADH2

ATPNH3

NADH

FADH2

Otrasreacciones de

biosntesis

Cuerpos cetnicos

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12


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Glucosa 6 fosfato Lactato

Oxalacetato

Acetil CoA

Alanina

CO2 cidos

grasos

Colesterol Cuerpos

cetnicos

Conexiones clave:

Piruvato


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Glucosa 1 fosfato Fructosa 6 fosfato 6 fosfogluconato

Glucgeno Piruvato Ribosa 5 fosfato

Conexiones clave:

Glucosa

Glucosa 6 fosfato


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Piruvato

Glucosa

Productos netos: 2ATP ; 2NADH y 2piruvato

Gluclisis

ATP ATP

ATP

ATP

ATP

ATP

NADH

NADH


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CH3C COO

O

CH3CH TPP

OH

CH3C S Lip SH

O CH3C SCoA

O

CoASHTPP

Piruvato

deshidrogenasa

CO2

LipS

S

LipSH

SH

FAD

FADH2

NADH+H+

NAD+

Devlin, 2004

Complejo de la Piruvato deshidrogenasa


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Ciclo de Krebs


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Cadena de Transporte de Electrones yFosforilacin Oxidativa


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38 ATP


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Triacilglicerol

cidos grasos

Acetil-CoA

2 CO2

Alimentacin

Esterificacin Liplisis

Lipognesis -OxidacinCarbohidratosAminocidos

Colesterol

Esteroides

CuerposCetnicos

Ciclo delcido ctrico

Esquema general del metabolismo de los lpidos


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- Oxidacin de los cidos grasos


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Lipognesis


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Visin general del metabolismo de los aminocidos

GluconeognesisCetognesisSntesis de lpidosOxidacin

CetocidoAminocido

PROTENASDE LA DIETA

PROTENASENDOGENAS

Bases

nitrogenadasColinaCreatinaPorfirinasNeurotransmisoresNiacinacidos biliares

Ciertas hormonas

GlutatinOtros pequeos

pptidos NeurotransmisoresPoliaminas

Cetoglutarato L-Glutamato

L-Aspartato Oxalacetato

Urea NH4+

L-GlutaminaSNTESIS

ENDGENA


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Aminocido

NH3 Esqueleto carbonado

Urea

CO2+ H2O Glucosa Acetil-CoA Cuerposcetnicos

Catabolismo de los aminocidos


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Interrelacin de los

mecanismos globales deregulacin del metabolismode glcidos, lpidos,

aminocidos y nucletidos


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Impulso nervioso

Clulasdianas

Impulsonervioso

Contraccin Secrecin

Cambiometablico

SealizacinNeuronal

Sealizacin

Endocrina

Esquema de funcionamiento del sistema neuroendocrino

(Nelson y Cox, 2005)


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Funciones de las hormonas

1. Mantener la Homeostasis calricaLa insulina y el glucagn, mantienen la glicemia dentrode lmites muy estrechos durante los estadospostprandial y ayuno.

2. Responder a una amplia variedad de estmulos externos.

La preparacin para luchar o huir por accin de laAdrenalina y Noradrenalina.

Ciclo ayuno alimentacin, ciclo estral, etc.

3. Seguir diversos programas cclicos y de desarrollo


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Pptido Insulina, glucagn Modificacin proteolticade una prohormona

Catecolamina Adrenalina A partir de la tirosina

Eicosanoide PGE1 Del araquidonato

Receptores de membranaPlasmtica.Segundos mensajeros

Esteroide Testosterona Del colesterol

Vitamina D 1,25-OHcolecalciferol Del colesterol

RetinoideAc. retinoico A partir de Vit.A

Tiroidea Triyodotironina (T3) Tyroglobulina

Oxido ntrico Oxido ntrico Arg + O2

Receptores nucleares.Regulacin transcripcional

Receptor citoslico(Guanilato ciclasa)Segundo mensajero (GMPc)

Tipo Ejemplo Ruta de sntesis Modo de accin


Tipos de hormonas


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Hormonas hidrosolubles

Receptor

Adenilato

ciclasa

Protena Ginactiva

Protena G

activa

GTP GDP

ATPAMPc

Activacin de lasProtenas cinasas A

Segundomensajero

GlucagnPrimermensajero


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Mensajero primario

Segundo mensajero

Enz. 1(I)

Enz. 1(A)

Enz. 2

(I)

Enz. 2

(A)

Enz. 3

(A)

Enz. 3

(I)

Enz. 4

(I)

Enz. 4

(A)

Mltiples dianasde Enz 2

Mltiples dianasde Enz 4

mplificacin cataltica

Cascada enzimtica de Amplificacin


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Hormonas esteroideas


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Reguladores hormonales del metabolismo energtico

Insulina

Glucagn

Adrenalina y Noradrenalina

Hormona de naturaleza proteica secretada por las Clulas del pncreas.

Hormona de naturaleza proteica secretada por las Clulasdel pncreas.

Cuando se liberan de las terminaciones nerviosaspresinpticas actan como neurotransmisores.

Cuando son liberadas por la mdula suprarrenal actan comohormonas.


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Hormonas Pancreticas


Clulas

Clulas

Clulas

Insulina

Glucagon

Somatostatina

Vasossanguneos


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Insulina:Es caracterstica del estado de alimentacin

Estimula el almacenamiento de combustibles en el tejido adiposo y msculo.

Aumenta la sntesis de protenas, ADN, ARN Sntesis de glucgeno y TAG

Promueve la Gliclisis heptica

Inhibe la produccin heptica de glucosa

Captacin de aminocidos ramificados por el msculo

Disminuye la liplisis, la protelisis y la glicemia

Regulador primario de la Glicemia

Promueve la captacin de glucosa en las clulas del msculo, corazn,tejido adiposo, cerebro, bazo y leucocitos

Estimula el crecimiento y la diferenciacin celular


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Clula -pancretica Espacio extracelular

Glucosa

Glucosa

Glucosa 6-P

Hexoquinasa I V

[ATP]

GluclisisCKCR y FO

GLUT2

Canal de K+decompuertaregulada porvoltaje

K+

K+

Canal de Ca+2dependiente de voltaje

+ -

+ -+ -+ -+ -+ -

Vm

Despolarizacin

Secrecinde insulina

Ncleo

Grnulosde insulina

[Ca+2]

Ca+2

Nelson y Cox, 2005

Regulacin de la secrecin de insulina


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Efecto metablico Efecto en el metabolismo de glucosa Enzima diana

Glucogenolisis hepaticaGlucogeno fosforilasa

Glucogenognesis hepatica Glucogeno sintasa

Glucolisis hepatica

PFK-1

Gluconeogenesis hepaticaF2,6BPasaPiruvato quinasaPEP carboxiquinasa

Disminucin del depsito deglucosa

Menor uso de glucosa comocombustible

Uso de Aminocidos, gliceroly oxaloacetato para lasntesis de glucosa

Movilizacin de los cidosgrasos del tejido adiposo

Ahorro de glucosa comocombustible en hgado ymsculo

Triacilglicerol lipasaFosforilacin de perilipina

CetognesisFuente energtica alternativapara el cerebro

Acetil-CoA carboxilasa

Nelson y Cox, 2005 (adaptado)

Efectos del glucagn sobre los niveles de glucosa sangunea


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Adrenalina y Noradrenalina

Son caractersticas del estado de ayuno

La degradacin y movilizacin de TAG en el tejido adiposo

Aumentan la concentracin de AMPc en el msculo

Estimulan la glucogenlisis muscular

Inhiben la captacin de glucosa en el msculo

Inhiben la sntesis de glucgeno y la secrecin de insulina

AUMENTAR La concentracin de glucosa en sangre


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Efectos hormonales sobre el metabolismo energtico

Tejido Insulina Glucagn Adrenalina

Msculo

Tejido Adiposo

Hgado

Captacin de glucosa

Glucgeno gnesis

Captacin de glucosa

Lipognesis

Lipognesis

Glucgeno gnesis

Liplisis

Gluconeognesis

Liplisis

Glucgeno gnesis

Glucogenlisis

Liplisis

Glucgeno gnesis

Glucogenlisis

Gluconeognesis

GlucogenlisisSin efecto

Voet et al., 2007


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A. Regulando el nmero de molculas de enzimas

1. Induccin-Represin de la sntesis enzimtica.2. Degradacin de las enzimas.

B. Regulando la eficiencia cataltica de las enzimas1. Disponibilidad de sustratos y cofactores.

-Asociaciones multienzimticas.

2.Regulacin alostrica.

3.Modificacin covalente.

- Compartimentacin.

- Homoalosterismo.

- Heteroalosterismo.

-Zimgenos o proenzimas

-Fosforilacin y desfosforilacin

Control enzimtico


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Control por regulacin del nmero de molculas de enzimas

1. Induccin - Represin de la sntesis enzimtica.

La sntesis de enzimas se produce en respuesta a lasvariaciones de las necesidades metablicas, lo cual permiteque la clula responda a las variaciones del ambiente.

El producto final de una ruta metablica puede inhibir lasntesis de enzimas claves de dicha ruta, en un procesodenominado represin enzimtica.


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2. Hidrlisis o degradacin de las enzimas:

Implica la hidrlisis por enzimas proteolticas, este procesodepende de la ausencia de sustrato y cofactores lo cual vaafectar la conformacin de la enzima hacindola susceptiblea la protelisis.

Control por regulacin del nmero de molculas de enzimas

ENZIMA

Precursores(aminocidos)


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Control por regulacin de la eficiencia cataltica de las enzimas

Consiste en la separacin espacial de enzimas, sustratos ymolculas reguladoras en diferentes regiones o

compartimentos celulares, permitindole a la clula usar deforma eficaz recursos relativamente escasos.

Compartimentacin:

1. Disponibilidad de sustrato y cofactores

Asociaciones multienzimticas:

Son organizaciones de varias enzimas que participan en unamisma va metablica en asociaciones que pueden ser denaturaleza diversa, con el fin de lograr sistemas de mximorendimiento energtico.


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2. Regulacin Alostrica:

Las enzimas alostricas son invariablemente protenas, conmltiples lugares activos, presentan cooperatividad de uninde sustrato (homoalosterismo) y una regulacin de suactividad por otras molculas efectoras (heteroalosterismo)

El homoalosterismo permite un control ms estricto a nivel delsustrato, ya que la unin de una molcula de sustrato a uno delos sitios catalticos modifica la estructura de la enzima,aumentando la afinidad de los otros sitios por el sustrato

En el heteroalosterismo los efectores pueden ser inhibidores oactivadores, ya sea que produzcan una disminucin o aumentoen la afinidad de la enzima por su sustrato, respectivamente


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Un incremento de la concentracin del producto final de unaruta conduce al descenso en la velocidad de reaccin al inhibirel primer paso de la ruta o un paso temprano dentro de la vaen cuestin.

Control por retroaccin o retroalimentacin:

Regulacin Alostrica

A B C D E

Adems de la regulacin dentro de la va puede ocurrir

que el producto de una ruta puede actuar comoinhibidor o activador de enzimas presentes en los pasosiniciales de otra ruta, por ejemplo la regulacin de lasntesis de ribonucletidos


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3. Modificacin covalente:


Algunas enzimas se sintetizan en una forma

catalticamente inactiva, llamada proenzima o zimgeno.Para pasar a la forma activa la proenzima debe sufrir unaprotelisis parcial, en la que pierde un fragmento de sumolcula y vara su conformacin, de tal manera que seorganiza su sitio cataltico.

Zimgenos o proenzimas:


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Algunas enzimas se regulan porla interconversin reversibleentre sus formas activa einactiva. Estos cambios sonproducidos por diversasmodificaciones covalentes. Laactividad de estas enzimaspuede ser controlada por launin reversible de gruposfosforilo (en mamferos) o de

nucletidos (en bacterias) enresiduos especficos de serina ytreonina.

Modificacin covalente reversible:

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