Upload
alarico-guardia
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.
BOLILLA 3 (Lic. en Biol. Molec.): METABOLISMO. Vías metabólicas. Catabolismo, anabolismo y vías anfibólicas. Recambio metabólico. Regulación del metabolismo. Carbohidratos: Digestión y absorción. Ingreso de glucosa a las células. Familia de transportadores METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS. GLICOLISIS. Vía de Embden-Meyerhof. Fases de la glucólisis. Enzimas y cofactores que participan. Regulación enzimática. Rendimiento energético. Distintos tipos de fermentaciones. Utilización de fructosa y galactosa.
BOLILLA 4 (Ing. en Alim): METABOLISMO: Catabolismo y anabolismo. Vías metabólicas: secuencias lineales y ramificadas. Regulación de las vías metabólicas Catabolismo de los hidratos de carbono. Digestión y absorción. Sistemas de transporte. Importancia de los carbohidratos en la alimentación. GLICOLISIS. Vía de Embden-Meyerhof. Fases de la glucólisis. Regulación. Fermentación alcohólica y láctica. Balance energético.
METABOLISMO DE METABOLISMO DE CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS
• Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. • Vía Glicolítica.• Fermentación• Transformación del piruvato en Acetil-CoA• Ciclo de los ácidos tricarboxílicos o Ciclo de Krebs• Degradación de glucógeno o de Almidón.
CATABOLISMO
ANABOLISMO
• Gluconeogénesis.• Síntesis de glucógeno en animales (o de almidón en plantas). • Síntesis de sacarosa en plantas.
GLUCOSA-6-P
Destinos metabólicos de la Glu-6-P Destinos metabólicos de la Glu-6-P
Glucógeno-génesis(principalmente en hígado y músculo)
Glucógeno
Via de las PentosasRibosa-5-P
Piruvato
Via Glicolitica
Glucosa
Glucosa-6-fosfatasa(sólo en hígado)
•FASE I. Fase preparatoria en la que la glucosa es fosforilada, isomerizada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs.
•FASE II. Las dos moléculas anteriormente formadas se convierten en dos moléculas de piruvato, con la producción de 4 ATPs y 2 NADH.
Vía GlicolVía Glicolííticatica
Citoso
l cel
ular
Citoso
l cel
ular- Vía Universal. Ejemplo de unidad del mundo biológico.
- Todos los intermediarios se encuentran fosforilados.
- El NAD+ es el agente oxidante.
- No requiere O2
(anaerobiosis).
- Es el mecanismo proveedor de E mas antiguo desde el punto de vista evolutivo.
Hexoquinasa
Fosfogluco-isomerasa
Fosfofructo-quinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
VIA GLICOLITICA- FASE I
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
H H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
23
4
5
6
1 1
6
5
4
3 2
ATP ADP
Mg2+
glucosa glucosa-6-fosfato
Hexoquinasa
•Las reacciones las dos fases de la glucólisis pueden desglosarse en sus 10 reacciones:
Reacción 1. Fosforilación de la glucosa a partir del consumo del primer ATP.
Hexoquinasa
Fosfogluco-isomerasa
Fosfofructo-quinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
VIA GLICOLITICA- FASE I
Reacción 2. Isomerización. Conversión de G-6-P (isómero aldosa) a fructosa-6-fosfato (F-6-P, isómero cetosa) catalizada por la Fosfoglucoisomerasa. Primero debe abrirse el anillo para que ocurra la isomerización, con posterior ciclación de la fructosa.
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
1
6
5
4
3 2
CH2OPO32
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O6
5
4 3
2
1
glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato Fosfoglucoisomerasa
Mg2+ o Mn2+
Hexoquinasa
Fosfogluco-isomerasa
Fosfofructo-quinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
VIA GLICOLITICA- FASE I
Reacción 3. Consumo del segundo ATP. La fosfofructoquinasa fosforila la F-6-P para formar fructosa-1,6-bifosfato (FBP).
CH2OPO32
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O6
5
4 3
2
1 CH2OPO32
OH
CH2OPO32
H
OH H
H HO
O6
5
4 3
2
1
ATP ADP
Mg2+
fructosa-6-fosfato fructosa-1,6-bisfosfato
Fosfofructoquinasa
La Fosfofructoquinasa es una enzima alostérica y esta reacción es el principal sitio de control de la velocidad de la vía glicolítica.
Hexoquinasa
Fosfogluco-isomerasa
Fosfofructo-quinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
VIA GLICOLITICA- FASE I
Reaccion 4. Formación de triosas fosfato. La aldolasa cataliza la rotura de la F-1,6-BP en dos triosas, el gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y la dihidroxiacetona fosfato (DHAP).
Dos moléculas de 3 carbonos
6
5
4
3
2
1CH2OPO32
C
C
C
C
CH2OPO32
O
HO H
H OH
H OH
CH2OPO32
C
CH2OH
O
C
C
CH2OPO32
H O
H OH+
fructosa-1,6- bisfosfato
Aldolasa
dihidroxiacetona gliceraldehído-3- fosfato fosfato
1
2
3
4
5
6
Hexoquinasa
Fosfogluco-isomerasa
Fosfofructo-quinasa
Aldolasa
Triosa fosfato isomerasa
VIA GLICOLITICA- FASE I
Reacción 5. Isomerización. Sólo uno de los productos de la rotura aldólica, el GAP, continúa la vía glucolítica. La interconversión entre éste y la DHAP es catalizada por la Triosa fosfato isomerasa.
Dos moléculas de 3 carbonos
6
5
4
3
2
1CH2OPO32
C
C
C
C
CH2OPO32
O
HO H
H OH
H OH
CH2OPO32
C
CH2OH
O
C
C
CH2OPO32
H O
H OH+
fructosa-1,6- bisfosfato
Aldolasa
dihidroxiacetona gliceraldehído-3- fosfato fosfato
Triosafosfato-isomerasa
Gliceraldehído-3-Pdeshidrogenasa
Fosfogliceratoquinasa
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvatoquinasa
Reacción 6. Formación del primer intermediario de "alta energía”. La gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación y fosforilación del Gli-3-P, por el NAD+ y fosfato inorgánico (Pi), para producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG).
fosfato inorgánico
C
C
CH2OPO32
H O
H OH
C
C
CH2OPO32
O OPO32
H OH+ Pi
+ H+
NAD+ NADH 1
2
3
2
3
1
gliceraldehído- 1,3-bisfosfo- 3-fosfato glicerato
Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa
2 + 2 2 2
2
Gliceraldehído-3-Pdeshidrogenasa
Fosfogliceratoquinasa
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvatoquinasa
Reacción 7. Primera producción de ATP. Se forma el primer ATP por fosforilación a nivel de sustrato, rindiendo además 3-fosfoglicerato en una reacción catalizada por la fosfoglicerato quinasa (PGK).
C
C
CH2OPO32
O OPO32
H OH
C
C
CH2OPO32
O O
H OH
ADP ATP
1
22
3 3
1
Mg2+
1,3-bisfosfo- 3-fosfoglicerato glicerato
Fosfoglicerato quinasa
2
2 2
2
Gliceraldehído-3-Pdeshidrogenasa
Fosfogliceratoquinasa
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvatoquinasa
Reacción 8. La fosfogliceromutasa cataliza la transferencia intramolecular de fosfato y la conversión de 3PG a 2-fosfoglicerato.
C
C
CH2OH
O O
H OPO32
2
3
1C
C
CH2OPO32
O O
H OH2
3
1
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
Fosfogliceromutasa
2 2Mg2+
Gliceraldehído-3-Pdeshidrogenasa
Fosfogliceratoquinasa
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvatoquinasa
Reacción 9. Formación del segundo intermediario de "alta energía”. La enolasa cataliza la deshidratación del 2-PG a fosfoenolpiruvato (PEP), formando un complejo activo por la presencia del catión magnesio.
C
C
CH2OH
O O
H OPO32
2
3
1C
C
CH2
O O
OPO32
2
3
1
+ H2O
2-fosfoglicerato fosfoenolpiruvato
Enolasa
2 2Mg2+
~
Gliceraldehído-3-Pdeshidrogenasa
Fosfogliceratoquinasa
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvatoquinasa
Reacción 10. Producción del segundo ATP. La piruvato quinasa cataliza el acoplamiento de la energía libre de la hidrólisis del PEP a la síntesis de ATP (fosforilación a nivel de sustrato) para formar piruvato.
C
C
CH3
O O
O2
3
1ADP ATPC
C
CH2
O O
OPO32
2
3
1 C
C
CH2
O O
OH2
3
1
fosfoenolpiruvato enolpiruvato piruvato
Piruvato quinasa
2 2 2
2 2Mg2+ o Mn2+
~
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/glycolysis.swf
ADP
ADP Acetil-CoA
Pi (+)
Regulación de la vía glicolítica
HK: HexoquinasaPFK: FosfofructoquinasaPK: Piruvato quinasa
- La velocidad de la glucólisis depende de la disponibilidad de sustrato y el estado de oxidorreducción de la célula. Se requieren GLU, ADP, Pi, y NAD+.
- En particular, existen tres puntos de control en la via glicolitica:
- En todos estos puntos la insulina activa, mientras que el glucagón inhibe, la actividad enzimática, en forma indirecta, controlando la fosforilación-desfosforilación de dichas enzimas reguladoras.
Aumenta afinidad por F-6-P y disminuye la inhibición por ATP
¿Cómo la Fructosa-2,6-difosfato regula la glucólisis en hígado?
Algo más sobre la Piruvato quinasa…
Degradación de otros azúcares a través de la vía glicolítica. Fructosa.
Degradación de otros azúcares a través de la vía glicolítica Galactosa.
D-Galactosa
Galactoquinasa ATP
ADP
Galactosa-1-P
Gal-1-Puridiltranferasa
UDP-Glu
UDP-Galactosa
UDP-Glucosa
4-Epimerasa
Glucosa-1-P +
Fosforilasa a
Glucógeno
Pi
Fosfoglucomutasa
Glucosa-6-fosfato
D-Glucosa
ATP
ADP
Hexoquinasa
Fructosa-6-fosfato
Fosfomanosaisomerasa
Manosa-6-fosfato
D-Manosa
ATPADP
Hexoquinasa
Fosfofructoquinasa ATP
ADP
Fructosa1,6 difosfato
Gliceraldehído-3-fosfato
D-Fructosa
ATP ADP
Hexoquinasa
Fructoquinasa
Fructosa-1-fosfato
Glceraldehído Fosfato dedihidroxiacetona
+
Fructosa 1-fosfatoaldolasa
ATP ADP
Triosaquinasa
Triosafosfatoisomerasa
O
OH
HH
OH
H
OH
H OH
H
CH2OH
O
OH
HH
H
OH
OH
H OH
H
CH2OH
O
OHOH
HH
OHOH
H H
H
CH2OH
O CH2
OH
H
OH
OH
H
CH2
H
OH OH
ATP
ADP
FosfoglucoIsomerasa
Aldolasa
Degradación de otros azúcares a través de la vía glicolítica. Fructosa, Galactosa y Manosa
GLUCOSA
2 PIRUVATO
VG
AerobiosisO2
Anaerobiosis
O2
Fermentación Alcohólica
(levaduras, algunosvertebrados marinos)
Fermentación Láctica
(músculo en contracción
vigorosa, eritrocitos, bacterias lácticas)
2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2
4 CO2+ 4 H2O
CK
Células animales (excepción eritrocitos),
vegetales y muchos microorganismos.
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
A. Fermentación lácticaA. Fermentación láctica•En el músculo, especialmente durante el ejercicio intenso, cuando la demanda de ATP es elevada y se ha consumido el oxígeno, la lactato deshidrogenasa (LDH) cataliza la reducción del piruvato para dar lactato, utilizando el NADH provisto por la G-3-P deshidrogenasa. También en eritrocito y en las bacterias lácticas.
C
C
CH3
O
O
O
C
HC
CH3
O
OH
ONADH + H+ NAD+
Lactato deshidrogenasa
piruvato lactato
•La mayor parte del lactato, producto final de la glucolisis anaeróbica, es exportado de las células musculares por la sangre hasta el hígado, donde vuelve a convertirse en glucosa.
Ciclo de Cori
O2
GLUCOSA
2 PIRUVATO
VG
AerobiosisO2
Anaerobiosis
O2
Fermentación Alcohólica
(levaduras, algunosvertebrados marinos)
Fermentación Láctica
(músculo en contracción
vigorosa, eritrocitos, bacterias lácticas)
2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2
4 CO2+ 4 H2O
CK
Células animales (excepción eritrocitos),
vegetales y muchos microorganismos.
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
B. Fermentación alcohólica •En levadura (Sac. cerevisiae), el NAD+ se regenera en condiciones anaeróbicas mediante un proceso de gran importancia para la industria alimenticia: la conversión de piruvato a etanol y dióxido de carbono a través de las siguientes reacciones:
C
C
CH3
O
O
O
C
CH3
OHC
CH3
OH H
H
NADH + H+ NAD+CO2
Piruvato Alcohol descarboxilasa deshidrogenasa
piruvato acetaldehído etanol
PPT
Fermentación acéticaFermentación acética(Gluconobacter y Acetobacter)
CH3-CH2-OH Etanol
NAD(P)+ NAD(P)H + H+
Alcohol deshidrogenasa
CH3-CHOAcetaldehído
O2
NAD(P)+ NAD(P)H + H+
CH3-COOHAc. acéticoAcetaldehído
deshidrogenasa
O2
¿Cuánta energía rinde un mol de glucosa en anaerobiosis?Balance energético de la vía glicolítica
GLUCOSA
2 PIRUVATO
VG
Anaerobiosis
O2
Fermentación Alcohólica
(levaduras, algunosvertebrados marinos)
Fermentación Láctica
(músculo en contracción
vigorosa, eritrocitos,
lactobacilos)
2 Etanol + 2 CO22 Lactato
Gasto de ATP:- Hexoquinasa………...............… -1ATP- Fosfofructoquinasa…………..… -1ATP
Producción de ATP:- Fosfoglicerato quinasa …. + 1ATP (x2)- Piruvato quinasa ………... + 1ATP (x2) +4 ATP
- 2ATP
Balance o rendimiento en ATP…. +2 ATPBalance o rendimiento en ATP…. +2 ATP
Bibliografía
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010). 4- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis.
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).2- DONALD NICHOLSON, International Union of Biochemistry & Molecular Biology (IUBMB), IUBMB-Nicholson Metabolic Maps, Minimaps & Animaps. Department of Biochemistry and Microbiology, The University, Leeds, England. (http://www.iubmb-nicholson.org).3- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).4- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.