METABOLISME DELS CARBOHIDRATS (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Enfermería - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2016
Páginas 14
Fecha de subida 16/04/2016
Descargas 27
Subido por

Vista previa del texto

BIOQUÍMICA| @mroca-terry METABOLISME DELS CARBOHIDRATS v PRINCIPALS RUTES METABÒLIQUES DELS GLÚCIDS: 1.
2.
3.
4.
5.
6.
• • • • GLUCÒLISI: Catabolisme anaerobi citoplasmàtic de la glucosa.
FERMENTACIÓ LÀCTICA I ALCOHÒLICA.
GLUCONEOGÈNESI: Síntesi de glucosa a partir de substrats no glúcidics.
RESPIRACIÓ CEL·LULAR: Cadena transportadora d’electrons +ATP sintasa.
GLUCOGÈNESI/GLUCOGENÒLISI: Síntesi/degradació del glucogen.
RUTA DE LA HEXOSA MONOFOSFAT O DE LES PENTOSES FOSFAT: Via metabòlica citoplasmàtica. i alternativa del metabolisme de glucosa-6-fosfat.
Mantenir els nivells de glucosa en sang(glucèmia) és importantíssim. Qualsevol defecte en aquests nivells de glucosa genera una patologia i en casos extrems la mort.
Hi ha teixits que requereixen el subministrament constant de glucosa. Ex: SNC, eritròcits...
La glucosa és necessària per a l’obtenció d’energia. Nosaltres l’obtenim a partir de polímers de la dieta( almidó, format per cadenes de glucosa) o per productes emmagatzemats(glucògen). Un cop tenim la glucosa en sang, tindrem assegurat el requeriment d’energia als teixits.
Aquesta glucosa pot ser catalitzada o anabolitzada per diferents vies.
1 BIOQUÍMICA| @mroca-terry v VIES: 1.
• • • • • • • • • • • • GLUCÒLISI: Es pot produir en condicions aeròbiques o anaeròbiques.
Té lloc a nivell citoplasmàtic.
Ruta universal: Consisteix en la incorporació de glucosa dins la cèl·lula.
Balanç de la glucòlisi: lisi de la glucosa (6C) en 2 molècules de piruvat (3C) , 2 d’ATP i 2 NADH.
+O2: piruvat i NADH entren al mitocondri : glucòlisi aeròbia.
-O2: es regenera NAD+ per reducció del piruvat a lactat (o etanol): fermentació.
10 reaccions de glucosa a piruvat: Etapa 1: Activació i escissió de la glucosa en dues molècules: Dihidroxiacetona i Gliceraldehid 3-fosfat.
Etapa 2 : oxidació de 2 gliceraldehid-3-fosfat a 2 molècules de piruvat (3C) amb obtenció de ATP i NADH.
Rendiment energètic: exergònica : - 90kj /mol (22 kcal/mol).
Altres monosacàrids s’hi incorporen a la etapa 1.
La reacció neta de transformació de la glucosa en piruvat és: GLUCOSA + 2PI+ 2ADP+ 2NAD+ 2 PIRUVAT + 2ATP+ 2NADH + 2 H+ + 2 H2O A aquesta imatge podem veure les dues fases de la glucòlisi: FASE PREPARATÒRIA : Fosforilació i conversió de la glucosa a dos trioses fosfat.
És una via catabòlica exergònica.
• • • • • • • La glucosa que entra a la cèl·lula és marcada per un grup fosfat.
La fosforilació es produeix per l’hexoquinasa i la glucoquinasa( molt present al fetge).
La diferència entre aquests dos enzims és que la glucoquinasa té una Km més elevada, és a dir, menys afinitat. Això li permetrà anar introduint glucosa al fetge per a fer reserves en forma de glucogen.
Posteriorment una isomerasa( fosfoglucosa isomerasa) convertirà a un monosacàrid, l’aldosa glucosa-6-P , a una fructosa-6-P.
La fosfofructoquinasa-1 tornarà a fosforilarar a aquesta fructosa-6-P.
Finalment, mitjançant una aldolasa, la fructosa-1,6-bisP passarà a dues molècules( triosesP-isomerasa) amb tres carbonis cada una.
Hem de tenir en compte que hem gastat 2ATP.
2 BIOQUÍMICA| @mroca-terry FASE DE RENDIMENT: Conversió del gliceraldehid 3-P a piruvat.
• • • • • D’una glucosa hem obtingut 2 molècules de gliceraldehid-3-P, que tindrà interconversió amb la dihidroxiacetona-P.
El primer enzim que actua és el gliceraldehid-3-P deshidrogenasa, en el qual es formarà poder reductorà NADH+H ( indispensable per a la formació d’ATP).
La fosfoglicerat quinasa possibilitarà la fosforilació a nivell de substrat del bisfofoglicerat, amb el qual obtindrem 2 ATP.
Actuarà la fosfoglicerat mutasa, la qual canviarà grups fosfat i donarà lloc al 2-fosfoglicerat.
Posteriorment, l’enolasa el deshidratarà donant lloc al fosfoenolpiruvat.
Per últim lloc, el piruvat quinasa ens tornarà a donar ATP per fosforilació a nivell de substrat.
BALANÇ GLOBAL DE LA GLUCÒLISI: 3 BIOQUÍMICA| @mroca-terry ALTRES MONOSACÀRIDS S’INCORPOREN A LA GLUCÒLISI • DISACÀRIDS: - Lactosa: Disacàrid reductor format per lactosa i glucosa. Aquests dos monosacàrids que la formen s’uneixen per un enllaç 1-4 que presenta un extrem reductor.
- Sacarosa: Disacàrid no reductor format per fructosa i glucosa.
MONOSACÀRIDS: • § Fructosa: - Es metabolitza principalment al fetge, incorporant-se a la glucòlisi a traves de la fructosa-1-P.
- Pot entrar a nivell de dos passos: A nivell de la glucosa-6-P gràcies a l’enzim hexoquinasa, o bé pot passar a fructosa 1-P i entrar a nivell del fetge fromant gliceraldehid-3-P.
- Bona part de la fructosa es transforma en glicerol i àcids grassos (TAG).
§ Galactosa: - Requereix 4 passos enzimàtics per incorporar-se a la via.
- També es metabolitza al fetge, entrant a la glucòlisi com glucosa -6-P a quatre reaccons successives.
- La galactosa es convertirà a glucosa mitjançant UDP(nucleòsid difosfat), el qual aprofitarà l’energia dels enllaços fosfat per passar a glucosa-1-P i incorporar-se a la via a nivell de glucosa-6-P.
- § Manosa: Metabolitzada pel fetge però el seu destí principal és la síntesi de glicoproteïnes.
S’incorpora a la glucòlisi a nivell de la fructosa-6-P.
S’utilitza poc per a obtenir rendiment energètic.
4 BIOQUÍMICA| @mroca-terry Utilitzem un NAD+ per que es produeixi tot el procés. Aquest NAD+ l’obtenim gràcies a les fermentacions, les quals ens ajuden a que tornem a obtenir NAD+ per què la glucòlisi segueixi funcionant.
Hi ha dos tipus de fermentacions: La fermentació làctica( en animals) i la fermentació alcohòlica( a bacteris i llevat). Aquestes fermentacions ens possibilitaran que tornem a obtenir NAD+.
2. FERMENTACIÓ LÀCTICA I ALCOHOLICA: FERMENTACIÓ LÀCTICA O GLUCÒLISI ANAERÒBICA - A partir del piruvat obtenim lactat/àcid làctic gràcies a l’acció d’un enzim que és diu lactat deshidrogenasa. Aquesta reacció ens donarà NAD+.
Es produeix en condicions d’hipòxia per dos motius: perquè múscul necessita energia ràpida i perquè el múscul entra molt fàcilment en hipòxia.
FERMETNACIÓ ALCOHOLICA: - El piruvat, mitjançant l’enzim piruvat descarboxilasa, desprèn CO2 i forma cetaldehid.
Aquest cetaldehid, mitjançant una reacció irreversible, qual es transformarà en alcohol.
ÍNGRÉS AL MITOCONDRI I DESCARBOXILACIÓ OXIDATIVA: - En condicions aeròbiques el piruvat entra al mitocondri.
Mitjançant el complex enzimàtic piruvat deshidrogenasa, el piruvat passarà a formar acetil coA o acetil coenzim A. Per què això es produeixi, es necessita l’entrada de el coenzim A( que requereix la vitamina B5).
3. GLUCONEOGÈNESI: - - En condicions de dejú, la via es produirà al revésà GLUCONEOGÈNESI.
Comparteix moltes vies en comú amb la glicòlisi( excepte els enzims irreversibles).
Es defineix com la síntesi de glucosa a partir de substrats no glúcics=> Lactat, aminoàcids( els quals passaran a piruvat).
Hi ha tres reaccions irreversibles a la glucòlisi: 1. Hexoquinasa---Glucosa-6-fosfatasa 2. Fosfofructoquinasa---Fructosa 1,6-bisfosfatasa 3. Piruvatquinasa---Fosfoenolpiruvat carboxilasa o piruvat carboxilasa.
4. Els enzims irreversibles de la gluconeogènesi són exclusius de la ruta i es sintetitzen en resposta a un augment de cortisol i glucagó circulants.
La gluconeogènesi completa només té lloc a dos teixits: FETGE i RONYONS.
ΔG >0 El motiu pel qual no es pugui produir en altres teixits és perquè la glucosa-6-fosfatasa no s’expressa. La glucosa-6- fosfatasa és troba al REL dels hepatòcits i cèl·lules renals.
La fructosa-1,6-bifosfatasa és un dels punts claus de la gluconeogènesi.
5 BIOQUÍMICA| @mroca-terry - La insulina activa la glucòlisi i frena la gluconeogènesi.
- L’ adrenalina i el glucagó activen la gluconeogènesi i frenen la glucòlisi.
- Aquestes dues vies tenen una regulació recíproca, de manera que quan una està activa l’altre està inhibida.
- La fructosa -1-6-bidfosfat no està presenta a la via de la glucòlisi ni la gluconeogènesi. Es forma gràcies a l’activitat hormonal del glucagó o adrenalina. Aquestes hormones senyalitzen una falta d’energia. Aquesta activarà la glucòlisi.
6 BIOQUÍMICA| @mroca-terry CICLE DE CORI: - El cicle de cori és la recirculació de lactat i glucosa entre el fetge i el múscul actiu.
Es produeix en condicions d’hipòxia.
El lactat no torna un altre cop a piruvat, perquè no hi ha oxigen i, per tant, tampoc Cicle de Krebs.
El lactat serà utilitzat com a combustible metabòlic per les cèl·lules musculars cardíaques.
CICLE DE KREBS( cicle d’acid cítric o àcid tricarboxílic) - - Cicle principal per a l’obtenció d’energia.
Es produeix íntegrament al mitocondri, tant en plantes com en bacteris, no només animals.
És una ruta amfibòlica: Paper catabòlic: Obtenció de GTP i poder reductos( NADH+H+FADH2).
Paper anabòlic: Subministrament d’intermediaris per la síntesi de sucres, lípids i aminoàcids.
Oxida les restes d’acetil fins a CO2 alliberant equivalents de reducció i nucleòtids trifosfat en 8 reaccions.
El primer metabòlit és el citrat.
L’oxalacetat està format per 4C. Gràcies a l’acetil CoA tindrem el primer compost de 6C.
(Primer pas important del cicle de Krebs).
Primer enzim importantà Isocitrat deshidrogenasa: Formarà NADH, important per ala formació d’ATP.
El succinat deshidrogenasa és l’únic enzim del cicle integrat en la membrana mitocondrial interna. Conté FAD/FADH2 que transfereix equivalents de reducció a la ubiquinona o CoQ o Q.
7 BIOQUÍMICA| @mroca-terry - Acetil-CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoA-SH - Els metabòlits intermediaris són precursors de glucosa, porfirina, aminoàcids, àcids grassos i isoprenoides.
El pas de succinil-CoA a succinat també és important perquè es produeix la formació d’un GTP o ATP.
L’enzim succinat deshidrogenasa és rellevant perquè està unida a la cadena transportadora d’electrons del mitocondri. En comptes de generar NA ens fenera FAD+.
El malato deshidrogenasaà Formarà NADH.
- - - 8 BIOQUÍMICA| @mroca-terry 4. CADENA TRANSPORTADORA D’ELECTRONS: - El mitocondri està format per una membrana externa, una membrana interna, un expai intermembranal i una matriu, equivalent al citoplasma de la cèl·lula.
Es troba a la membrana mitocondrial interna.
Esta composada per 4 grups enzimàtics( I,II, III, VI).
Complex I o NADH- ubiquinona oxidoreductasa conté 1 FMN y 6 centres de Fe-S Complex II o Succinat-ubiquinona oxidoreductasa, conté 1 FAD, 3 centres Fe-S i cit b Complex III o Ubiquinol-citocrom c oxidoreductasa, conté cit b, cit C1 y 1 centre Fe-S Complex IV o Citocrom c oxidasa, conté 1 cit a+a3 y 2 Cu2+ 2 molècules de transferència mòbils: ubiquinona o Co Q i citocrom C - - - Tot el NADH que s’ha format s’oxidarà. Els seus electrons aniran passant a través de la cadena transportadora d’electrons fins l’últim complex, el complex IV, on es produirà la recucció de l’O2 per dormar H20.
Els electrons viatgen desde complexes amb menys afinitat, fins a complexes amb més afinitat per una raó, per no perdre l’energia en forma de calor. Aquesta energia d’aprofita perquè certs protons vagin en contra de gradient a l’espai intermembranal.
Aquests hidrogens/protons sintetitzats contra gradient són els que s’utilitzaran per a formar ATP.
Els complexos de la cadena respiratòria mitocondrial són associacions d’enzims, coenzims i cofactors que transfereixen equivalents de reducció (procés espontani) dels coenzims reduïts a l’O2 al mateix temps que creen un gradient quimiosmòtic de H+ a ambdós costats de la membrana mitocondrial interna, del que depèn la síntesi de ATP.
9 BIOQUÍMICA| @mroca-terry ATP SINTASA: - Constituïda per un canal de H+(F0) i una unitat catalítica(F1).
- La porció F1 conté enzims encarregats de formar ATP a través del fluxe de protons.
- La porció F0 són canals per què passin els protons. Quan passin els protons, aquestes subunitats rotaran i generaran ATP.
- Sintetitza ATP segons la hipòtesi quimiosmòtica de Mitchell, procés denominat fosforilació oxidativa( al mitocondri) i fotofosforilació( al cloroplast).
- El conjunt de processos oxidatius mitocondrials responsables de la producció del 95% de l’ATP cel·lular es coneix com ‘’respiració cel·lular’’.
RESUM DE L’OXIDACIÓ AERÒBICA DE LA GLUCOSA: • El balanç total és de 32 o 34 ATP. En altres llibres el balanç et diu que es de 30 o 32 ATPs però el més exacte es que per cada nad 2,5 ATP i èr cada fad 1,5 ATP.
• No es pot definir exactament quants ATP es formen perquè la membrana mitocondrial no es permeable al NAD+ generat al citoplasma. Per tant, hi ha sistemes de llançament, com ara el malato-espartato que depenent de quin s’utilitzi, es gastarà un NAD+ o no.
10 BIOQUÍMICA| @mroca-terry 5. GLUCOGÈNESI/GLUCOGENÒLISI: GLUCÒGEN: • Homopolisacàrid (α1→4), ramificat (α1→6), de fins a 50.000 residus de glucosa. Forma grànuls citoplasmàtics.
• Reservori de glucosa en cèl·lules animals.
• Síntesi: glicogen-sintasa i enzim ramificant degradació, glicogen-fosforilasa i enzim desramifican.
• Les ramificacions augmenten els punts on poden actuar els enzims • Glucogen total en l’organisme humà: 450g • Glucogen hepàtic: 160 g aprox, manté la glucèmia en la fase postabsortiva.
• Glucogen muscular: 300 g. No manté la glucèmia, és per ús exclusiu del múscul.
GLUCOGÈNESI: 1. Glucosa-6-P isomeritza a Glucosa-1-P.
2. Glucosa-1-P s’activa amb UTP(uridin trifosfat) formant UDPglucosa.
3. Glucogen sintasa catalitza l’adició de la resta de glucosa activada a un extrem no reductor del glucogen.
11 BIOQUÍMICA| @mroca-terry REGULACIÓ HORMONAL: REGULACIÓ ALOSTÈRICA: MECANISME D’ACCIÓ DEL GLUCAGÓ I L’ADRENALINA: La hipoglucèmia activa la secreció del glucagó i la adrenalina, aquestes hormones interactuen amb els seus receptors en les cèl·lules diana i provoquen l’augment de segons missatgers: cAMP i Ca2+ que (activen quinas) activen la glucogen fosforilasa i inhibeixen la glucogen sintasa, també activen els enzims de la gluconeogènesi i inhibeixen els de la glucòlisi.
12 BIOQUÍMICA| @mroca-terry 6. VIA DE LES PENTOSES FOSFAT ( NO S’HAN D’APRENDRE, ÉS UNA VIA MOLT COMPLEXA) Es una via que també ens permet oxidar la glucosa. Ens forma poder reductor en forma de NADPH.
FUNCIONES: Permite enlazar la glucosa con la síntesis de pentosas (ribosa, ribulosa y otros azucares)
Gran flexibilidad por tanto funciones diversas: . 1) Principal vía de síntesis de NADPH+H+ .
.
2) Vía de síntesis de intermediarios pentosas-P en ribosa-P y desoxirribosa. 
 .
3) Reversibilidad de reacciones por tanto: degradación de ribosa y desoxirribosa. 
 .
4) Permite interconversión de tipos muy diversos de monosacáridos de diferente números de carbonos (desde 3 a 8). 
 .
5) Es la fuente de eritrosa 4-fosfato (azúcar de cuatro carbonos importante como precursor de compuestos aromáticos como fenilalanina, tirosina y triptófano. 
 CARACTERÍSTICAS: 1) No hay compartimentación entre las reacciones de la vía y todas ellas pasan en el citoplasma, NO HAY MITOCONDRIA.
2) Todas las enzimas implicadas en la vía son solubles 3) La fase oxidativa es irreversible. Por el contrario en la fase no oxidativa todas las enzimas catalizan reacciones reversibles salvo F 1,6 bisfosfatasa
.
4) Las enzimas implicadas no son todas exclusivas de esta ruta.
5) La ruta de las pentosas es una vía abierta.
DOS CONCEPTES QUE ENS HAN DE QUEDAR CLARS: • • Es una via molt flexible i molt versàtil.
És una via oberta, no circular. ( No fer cas de la foto).
A la malària tenim un paràsit que colonitza diferents tipus cel·lulars, un d’ells als eritròcits. Aquesta via es antioxidant, molt important per als eritròcits. Si l’hemoglobina s’oxida provocarà la desnaturalització de la molècula.
13 BIOQUÍMICA| @mroca-terry DEFINICIONS: • • • • • • • Fosforilació(def.): La fosforilació és l'addició d'un grup fosfat (PO43-) a una proteïna o qualsevol altra molècula, en general petita.
Aldolasa(def.): Enzim que trenca dos enllaços C-C.
Mutases(def.): Enzim que pertany a la classe de les isomerases, les quals que canvien grups fosfats.
UDP: Nucleosido difosfato que activa a la glucosa.
GTP: Sínonim d’energia intracel·lular. És intercanviable amb l’ATP.
Alosterisme: Quan tenim un substrat que s’uneix a un enzim, la qual cosa farà canviar l’afinitat de l’enzim per el lligand. Ex: L’hemoglobina.
L’AMP és el precursor de l’ATP. Si a una cèl·lula hi ha molt AMP significa que no s’ha format ATP i per tant ens falta energia. De manera que s’ha d’activar la glucòlisi ( antagònica a la gluconeogènesi).
EXAMEN ü A l’examen hem de saber diferenciar una fructosa d’una glucosa.
ü També hem de saber que hi ha enzims reversibles i irreversibles( fletxes de color rosa). Als enzims irreversibles és on es controla tota la via de la glucòlisi. Per tant, hauríem de saber quins són els enzims irreversibles, així com els substrats que catalitza.
ü Necessari saber quin és el balanç de la glucòlisi!.
ü Saber en quin pas s’integra la galactosa, fructosa i manosa a la via de la glucòlisi.
ü Repassar conceptes de reductor i no reductor.
ü La gluconeogènesi completa només té lloc a dos teixits: FETGE i RONYONS.
ü La piruvatocarboxilasa té lloc a nivell mitocondrial.
ü La reacció d’oxalacetat a fosfoenolpiruvat por produir-se tant al mitocondri com al citoplasma.
ü La regulació de la glucòlisi i gluconeogènesi és al·lostèrica i antagònica.
ü No confondre la glucosa-1,6-bisfosfat amb la fructosa-6-fosfat.
ü No cal saber detalladament tots els passos del Cícle de Krebs. Si important aprendre les reaccions irreversibles i les que produeixen poder reductor.
ü No confondre ATP sintasa amb ATP sintetasa. L’ ATP sintasa no requereix energia.
ü No cal aprendre la via de les pentoses fosfat perquè és molt complexa. Ara bé, si que vol que ens fixem en la glucosa-6-P- deshidrogenasa( que té implicacions clíniques) i l’eritrosa.
14 ...