TEMA 4. Metabolismo de los glúcidos (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Bioseñalización y metabolismo
Año del apunte 2014
Páginas 27
Fecha de subida 17/11/2014
Descargas 24
Subido por

Descripción

Apuntes realizadas con el soporte de clase y con las explicaciones del docente.

Vista previa del texto

BIOSENYALITZACIÓ I METABOLISME Tania Mesa González 2º CURS BIOLOGIA UAB TEMA 4: METABOLISME DELS GLÚCIDS.
GLICÒLISI: És una ruta metabòlica que permet la ràpida obtenció d’energia durant l’exercici intens a partir de la glucosa.
És la primera ruta metabòlica descrita i la que millor es coneix. Els primers experiments es van realitzar a principis del segle XX. També es coneix com a ruta de Embden-Meyerhoff.
 Glicòlisi = trencament de sucres.
És una de les vies més antigues, perquè es pot dur a terme sense la presencia d’oxigen i per tant es va poder desenvolupar en l’atmosfera primitiva.
És una via quasi universal. En les cèl·lules eucariotes té lloc al citosol.
Molts teixits animals obtenen la gran part de la seva energia de la glucosa. Es dona per exemple en el cas del cervell i dels eritròcits.
La glucosa conté una elevada energia potencial. La seva oxidació total a CO2 i H2O suposa una ΔGº’= ‐2840 KJ/mol. La glicòlisi permet obtenir un 3-5% d’aquesta energia.
Si considerem la glicòlisi associada al metabolisme oxidatiu i a la cadena de transport electrònic obtindrem aproximadament 900 KJ/mol, recuperant-se així un 30% de l’energia.
A partir de D-glucosa s’obtenen dos molècules de piruvat. El procés permet la síntesi d’ATP i NADH.
En condicions aeròbiques el piruvat es oxidat via cicle de Krebs i cadena de transport electrònic fins a CO2 i H2O.
En condicions anaeròbiques es produeix un procés anomenat fermentació, on el piruvat es converteix a lactat (fermentaciò làctica) o a etanol (fermentació alcohòlica).
Principals rutes d’utilització de la glucosa:  La glucosa ocupa una posició central en el metabolisme de les cèl·lules.
 Si hi ha excés d’energia es pot emmagatzemar en forma de polisacàrids (midó i glicògen).
 Si cal energia ràpidament, la glucosa es pot oxidar via glicòlisi.
Estratègia i etapes de la ruta: Fase preparativa: Fase productiva: FASE PREPARATIVA: 1. Fosforilació de la glucosa  és un procés molt exergònic. Pot anar cap a la glucòlisi o cap a la síntesi de glicogen.
Primer pas d’activació, irreversible i punt important de control de la via.
L’energia alliberada es el trencament del γ-fosfat de l’ATP s’utilitza per formar un enllaç ester fosfat en la glucosa.
La glucosa fosforilada queda retinguda dins de la cèl·lula (no té transportador de membrana).
La glucosa 6-P també pot anar cap a la síntesi de glicogen.
Tenim dos isoenzims, hexoquinassa i glucosinassa, amb propietats catalítiques i funcionals ben diferenciades aquesta reacció.
que poden catalitzar 2. Isomerització aldosa-cetosa  És una etapa reversible.
La conversió d’aldosa a cetosa, i el reordenament dels grups carbonil i hidroxil en C1 i C2, prepara el substrat per a la següent etapa de fosforilació, que facilitarà el trencament de la hexosa en dues trioses.
Queda el grup OH del C1 lliure per fosforilar-se posteriorment.
La reacció està catalitzada per l’enzim glucosafosfat isomerassa  mecanisme catalític on el grup carbonil passa del C1 al C2 i es forma un anell de furanosa.
 ΔGº’ = 1.7 KJ/mol.
3. Fosforilació de la fructosa 6-P  etapa irreversible.
La fructosa 1,6-biP és solament substrat de la glicòlisi.
Etapa limitant i principal punt de regulació de la glicòlisi.
Regulació al·lostèrica de l’enzim. La fosfofructoquinasa està negativament regulada per l’ATP.
 Si hi ha ATP no utilitza glucosa perquè es un inhibidor al·lostèric.
4. Escissió de la hexosa en dos trioses  És una reacció reversible, malgrat la seva ΔGº’.
La aldosa dóna lloc a un aldehid i una cetona.
La reacció és endergònica en condicions Standard, però en les concentracions cel·lulars de substrat i producte tindria una ΔG <0.
Es desplaça a la dreta gràcies a la ràpida metabolització dels productes.
5. Isomerització aldosa-cetosa: Només el gliceraldehid 3-P continuarà la via de la glicòlisi.
La dihidoroxiacetona fosfat és convertit a gliceraldehid 3-P.
La reacció està propera a l’equilibri, però la ràpida metabolització del gliceraldehid 3-P en les properes fases de la glicòlisi, disminueix la seva concentració i desplaça la reacció cap a la dreta.
 És un mecanisme enzimàtic de la triosa fosfat isomerassa (TIM) a través d’un intermediari enediol la dihidroxiacetona fosfat és convertit a gliceraldehid 3-P.
FASE PRODUCTIVA: Es produirà un guany net de 2 molècules d’ATP i 1 de NADH.
6. Oxidació i fosforilació acoblades: La reducció de NAD+ a NADH, els nivells de NAD+ al citosol es baix i serà limitant.
S’incorpora el fosfat inorgànic.
La reacció d’oxidació (exergònica), està acoblada a la reducció de NAD+.
L’nergia alliberada durant l’oxidació permet el procés de fosforilació a partir de fosfat inorgànic (PI).
El producte resultant és; 1,3-bifosfoglicerat que té un potencial de transferència del grup fosforil.
 És un mecanisme catalític del Gliceraldehid 3-P deshidrogenasa. Es forma un intermediari tio-ester amb una Cys de l’enzim. Reducció de l’energia d’activació.
7. Fosforilació a nivell de substrat: En la reacció de transferència del grup fosforil i síntesi de ATP.
És una reacció exergònica.
El nom de la reacció fa referència a la reacció reversa, que té lloc en altres vies com la glucogènesi.
El nom de la fosforilació a nivell de substrat es degut a que es dóna la síntesi de ATP per un mecanisme diferent a l’obtenció de ATP per la cadena de oxidativa).
transport electrònic (fosforilació 8. Isomerització per canvi de posició del grup fosfat: És una reacció reversible.
L’enzim mutasa catalitza la relacalització intramolecular del grup fosfat. Llavors es forma transitòriament 2,3-bifosfoglicerat, en que els eritròcits tenen una funció de regulació de la hemoglobina important.
9. Deshidratació: És una etapa reversible on s’elimina una molècula d’aigua i es forma un doble enllaç.
La redistribució interna de la molècula augmenta moltísim l’energia potencial de transferència del grup fosforil.
El fosfoenolpiruvat (PEP) té una molt elevada energia de transferència del grup fosfat (-61.9 KJ/mol).
10. Fosforilació a nivell de substrat: En la reacció es produeix una transferència del grup fosforil i síntesi d’ATP. Procés possible gràcies a l’enllaç ric en energia del PEP.
És una etapa irreversible. El nom de l’enzim posat abans de conèixer la seva funció a la cèl·lula. Etapa important per a la regulació.
BALANÇ ENERGÈTIC DE LA GLICÒLISI:  Equació global:  Oxidació total de la glucosa:  Rendiment energètic de la glicòlisi: És del 5,2 % Les molècules de piruvat encara mantenen la major part de la energia potencial de la molècula de glucosa. L’energia restant del piruvat s’extrau per les reaccions oxidatives del cicle de Krebs i de la cadena respiratòria.
La concentració dels reactants dins de la cèl·lula determina la direcció de la reacció enzimàtica.
DESTINS METABÒLICS DEL PIRUVAT: 1. Via aeròbica  procés d’oxidació i descarboxilació, Les reaccions d’oxidació estan finalment acoblades a la cadena de transport electrònic.
2. Via anaeròbica de fermentació làctica  Aquesta via té lloc en el múscul esquelètic i alguns microorganismes. Es dóna la reducció de piruvat a lactat.
3. Via anaeròbica de fermentació alcohòlica  Es dóna en teixits vegetals, i alguns microorganismes com el llevat. Tenim una etapa de descarboxilació prèvia a l’etapa de reducció. Es forma etanol a partir del piruvat.
FERMENTACIONS: La fermentació és la degradació anaeròbica de la glucosa per a l’obtenció d’energia. En un inici es va definir com un canvi químic amb efervescència.
Louis Pasteur en el 1856 va descobrir que la fermentació depèn de la presència de microorganismes.
El 1897 Hans Büchner va demostrar que la fermentació pot tenir lloc en absència de cèl·lules.
Les fermentacions impliquen un procés de reducció i no hi ha consum d¡oxigen. A més estan acoblades a la glicòlisi mantenint invariable la relació [NAD+]/[NADH].
1. Fermentació làctica: Té lloc en els animals i en alguns microorganismes, com Lactobacillus que realitzen la fermentació làctica. En condicions d’exercici muscular intens, on la disponibilitat d’oxigen és limitant (condicions d’hipòxia) la glicòlisi s’acobla a la fermentació làctica.
La glicòlisi anaeròbica (glicòlisi + fermentació làctica) és un procés que proporciona menys energia que la glicòlisi aeròbica (glicòlisi + metabolisme oxidatiu), però és un procés més ràpid i per tant adient en situacions d’exercici intens.
Durant un procés d’exercici molt intens, es dóna una acidificació en el múscul i la sang, resultat de l’acumulació d’àcid làctic, i això limita el període d’exercici intens.
En els eritròcits, no trobem mitocondris, per tant no es realitza el metabolisme oxidatiu, llavors en ells també es dóna la glicòlisi anaeròbica.
2. Fermentació alcohòlica: Dóna com a resultat final l’etanol. És una via que permet l’obtenció de vi, cervesa i pa.
Inclou una primera etapa de descarboxilació, que serà la responsable de l’alliberament de CO2 (gas del cava, cervesa o l’esponja del pa).
La piruvat descarboxilasa únicament es troba en les microorganismes i plantes que realitzen aquesta fermentació.
VIA DE LES PENTOSES FOSFAT: La via de les pentoses és una via minoritària quantitativament però important qualitativament.
Genera a partir del material de partida Ribosa5-P, necessari per la síntesi de nucleòtids, i NADPH, amb poder reductor processos anabòlics.
per als La via de les pentoses fosfat té com a principals objectius: a) Síntesi de Ribosa-5P  s’utilitzarà per a la síntesi de nucleòtids i àcids nuclèics.
Important en teixits en creixement i divisió ràpida: mucoses, pell, medul·la òssia.
b) Síntesi de NADPH  “Capacitat reductora” per a determinades vies biosintètiques (per ex.
per a la síntesi d’àcids grassos). Tenim activitat elevada en glàndula mamària. Teixit adipós o fetge i també en teixits de síntesi de colesterol i hormones esteroides.
“Capacitat reductora” protectora dels radicals de superòxid. Important en cèl·lules molt exposades a l’oxigen com els eritròcits.
Presenta dues fases: Etapes de la fase oxidativa: És un procés d’oxidació i descarboxilació de la glucosa-6P. L’enzim glucosa 6P deshidrogenasa és el punt de regulació de la via. La regulació dependrá dels nivells de NADP+/NADPH.
Glucosa 6P + 2NADP+ + H2O  Ribosa 5P + CO2 + 2NADPH + 2H+ Via de destoxificació de radicals de superòxid  Activitat de la glucosa6P deshidrogenasa.
El NADPH protegeix les cèl·lules front a radicals de superòxid que es formen en presència de reactius oxidants.
Durant el procés de destoxicació s’elimina el peròxid d’hidrogen gràcies a la glutatió peroxidasa, que requereix glutatió reduït.
El NADH proporciona poder reductor per a l’obtenció de glutatió reduït.
Activat Glucosa-6P deshidrogenasa: Una deficiència en l’activitat glucosa.6P deshidrogenasa (G6Pdh) redueix la capacitat protectora de la cèl·lula front l’estrès oxidatiu.
Els eritròcits, on manquen altres sistemes de destoxicació front l’estrès oxidatiu, són més sensibles a la deficiència genètica de G6Pdh i això indueix a l’anèmia hemolítica.
 Els eritròcits malmesos per la manca de G6Pdh no poden ser infectats pel paràsit de la malària.
El dèficit en G6Pdh pot arribar al 25% de la població en algunes àrees on hi ha elevada incidència de malària.
Una major resistència a la malària confereix un avantatge evolutiu en algunes àrees geogràfiques.
Reaccions no oxidatives: Es catalitzen una sèrie de intercoversions reversibles de sucres. A partir de ribosa-5P podem obtenir de nou glucosa-6P.
Es donen una sèrie de reordenacions dels esquelets de carboni. A partir de 6 pentoses P, obtenim 5 hexoses: 6 x 5C  5x6C.
Reaccions no oxidatives d’interconversio entre sucres: La via de les pentoses fosfat serveix per adaptar-se a necessitats cel·lulars canviants. Està acoblada a la glicòlisi a través de GADH3P i Fructosa-6P. En cèl·lules proliferats hi ha una gran necessitat de ribosa 5P per la síntesi d'àcids nucleics.
TEIXITS DEPENENTS DE GLUCOSA: La gluconeogènesi és la síntesi de glucosa a partir de piruvat i altres precursors c3 (lactat, alanina, glicerol).
La síntesi de glucosa requereix un aportació energètica, ja que la glucosa és el principal combustible per alguns tipus cel·lulars com les cèl·lules nervioses o els eritròcits. En ella intervenen enzims de diferents compartiments (citosol, mitocondris i RE).
En els animals superiors la gluconeogènesi té lloc principalment en el fetge i a l’escorça adrenal.
PRECURSORS DE LA GLUCONEOGÈNESI: Les reserves de glicogen de l’organisme permet l’aportació de glucosa per aproximadament 24h.
Si es produeix un dejuni superior a un dia, o després d’un exercici intens, serà necessari sintetitzar glucosa a partir dels seus precursors:  Piruvat.
 Lactat  producte de la fermentació làctica.
 Esquelets de carboni dels aminoàcids (importants en el dejuni).
 Intermediaris del cicle de l’àcid cítric.
 Glicerol dels triglicèrids.
 CO2 en plantes.
GLICÒLISI VS. GLUCOGÈNESI: Ambdós comparteixen les etapes reversibles. En canvi les etapes irreversibles reguladores de la glucòlisi es donen per vies alternatives irreversibles que també estan regulant a gluconeogènesi.
Aquestes últimes són les etapes bypass o desviament i són necessàries per a evitar que es donin cicles fútls.
La gluconeogènesi és una via compartida entre el citosol, mitocondris i el RE.
ETAPA BYPASS GLUCONEGÈNESI: Hi ha 3 etapes de bypass, específiques de la gluconeogènesi, que corresponen a 3 etapes irreversibles de la glicòlisi. Estan catalitzades per enzims diferents.
 De piruvat a fosfoenolpiruvat  matriu mitocondrial-citosol.
 De fructosa 1,6 biP a fructosa 6P  citosol.
 De glucosa-6P a glucosa  RE.
1ª E.Bypass: Puruvat  fosfoenolpiruvat (PEP): La fosforilació del piruvat, etapa enèrgicament desfavorable, és facilitada per una etapa prèvia de carboxilació.
L’oxalacetat representa una forma activada del piruvat per carboxilació, de forma que l¡etapa següent de descarboxilació es veu afavorida i permet així acoblar l’etapa de fosforilació, formantse PEP.
 Piruvat carboxilasa  Reacció de carboxilació del piruvat. Utilitza ATP. És un enzim de la matriu mitocondrial.
 Mecanisme catalític de la Piruvat carboxilasa: La biotina (vitamina H) és un transferidor universal dels grups carboxils (-COOH). Com a grup protètic s’enllaça al e-amino d’una lisina de la piruvat carboxilasa.
 PEP carboxiquinasa  Utilitza GTP-. S’elimina de nou el CO2 incorporat en l’etapa anterior. Tenim isoenzims, un citosòlic i un mitocondrial, que actuen en funció de quina via alternativa s’utilitzi.
Etapa que té lloc entre el citosol i la matriu mitocondrial. En el citosol tenim generalment una [NADH]<<[NAD+], cosa que serà útil ja que la glucosa requereix el NADH en el citosol.
La sortida de malat de la matriu mitocondrial representa un mètode d’exportació de poder reductor al citosol. D’altra banda, la mitocòndria no té un transportadior d’oxalacetat, però sí de malat.
El poder reductor exportat al citosol s’utilitzarà així per a continuar la gluconeogènesi.
Hi ha dues vies alternatives de piruvat a PEP en funció de la disponibilitat de NADH al citosol.
 2ª via alternativa: si iniciem la via a partir de lactat, el pas de lactat a piruvat en el citosol produeix NADH, i ja no necessitarem el pas d’oxalacetat a malat, que era necessari per a exportar el poder reductor des de la matriu mitocondrial.
2ª i 3ª ETAPES BYPASS: 2ª etapa  Fructosa 1,6biP a Fructosa 6P, en el citosol.
3ª etapa  glucosa-6P a Glucosa, es dona en el RE. Acostuma a tenir lloc en el fetge i minoritàriament en el ronyó (teixits principals que realitzen la gluconeogènesi,, des d’on exporten la glucosa als altres teixits).
BALANÇ DE LA GLUCONEOGÈNESI: La síntesi d’una molècula de glucosa implica una despesa de:  4ATP  2 GTP  2 NADH CICLE DE CORI: El Cicle de Cori és un cicle entre el teixit muscular i el fetge, en el que participen la glucosa i el lactat.
Únicament s’activa durant l’etapa de recuperació després d’un exercici intens.
El piruvat s’acumula en el teixit muscular i es transportat al fetge, on es reoxida a piruvat. El piruvat entra a la via de la gluconeogènesi. La glucosa es sintetitzada al fetge on es podrà tornar a exportar al múscul, per recuperar les seves reserves energètiques.
En el múscul la glucosa en excés es podrà utilitzar també per sintetitzar de nou les reserves.
...