METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS
Se define como metabolismo de los carbohidratos a los procesos bioquímicos de formación,. ruptura y conversión de los carbohidratos en los organismos vivos. Los carbohidratos son las principales moléculas destinadas al aporte de energía, gracias a su fácil metabolismo. El carbohidrato más común es la glucosa; un monosacarido metabolizado por casi todos los organismos conocidos. La oxidación de un gramo de carbohidratos genera aproximadamente 4 kcal de energía; algo menos de la mitad generada desde lípidos.
GLUCOLISIS:
* IMPORTANCIA BIOMEDICA: Gran cantidad de tejidos requieren por lo menos de cierta cantidad de glucosa. El requerimiento es sustancia en el cerebro. La glucolisis, la via principal para el metabolismo de la glucosa, ocurre en el citosol de todas las células Es única en cuanto a que funciona en forma aerobica o anaerobica dependiendo de la disponibilidad de oxigeno y del canal transportador de electrones. Los eritrocitos, que carecen de mitocondrias, dependen por completo de la glucosa como combustible metabólico y la metabolizan mediante glucolisis anaerobia. Sin embargo, para oxidar la glucosa mas halla del piruvato (el producto final de la glucolisis) se requiere oxigeno y sistemas enzimáticos mitocondriales, como por ejemplo piruvato deshidrogenasa, el ciclo del ácido cítrico y la cadena respiratoria.
La glucolisis es la vía principal tanto para el metabolismo
de la glucosa como para el metabolismo de fructosa, galactosa y otros
carbohidratos derivados de la dieta.La capacidad de la glucolisis para proveer
ATP en ausencia de oxigeno es importante en particular por que permite que el
musculo esquelético funcione a niveles muy altos cuando el suministro
de oxigeno es insuficiente y porque permite que los tejidos sobrevivan a
periodos anoxicos. No obstante el musculo cardiaco qu esta adaptado para el
funcionamiento aerobico, tiene actividad glucolitica baja y mala supervivencia
en condiciones de isquemia. Las enfermedades en las que hay deficiencia de
enzimas (p. ej. piruvato cinasa) para la glucolisis se consideran sobre todo
como anemias hemoliticas, o bien, si la deficiencia afecta a el musculo
esqueletico (p. ej. fosfofructocinasa) como fatiga.
* LA GLUCOLISIS FUNCIONA EN CONDICIONES ANAEROBICAS: En investigaciones iniciales de la glucolisis se comprobo que la fermentacion de los hongos es similar a la regeneracion de glucogeno en el musculo. Se noto que cuando un musculo se contrae en medio anaerobico, es decir, uno desprovisto de oxigeno, desaparece el glucogeno y aparece el lactato, como producto final principal. Cuando se adquiere oxigeno, tiene lugar la recuperacion aerobica y desaparece el lactato. Sin embargo si la contraccion ocurre en condiciones aerobicas, el lactato no se acumula y el piruvato es el producto final principal de la glucolisis. El piruvato se oxida hasta CO2 y agua. Cuando es escaso el suministro de oxigeno, impide la reoxidacion mitocondrial del NADH que se forma a partir del NAD durante la glucolisis, y el NADH se vuelve a oxidar al reducirse el piruvato a lactato; de esta manera se permite que proceda la glucolisis. Entonces, la glucolisis puede ocurrir en condiciones anaerobicas, pero esto tiene un precio por que se limita la cantidad de ATP que se forma por mol de glucosa oxidada, asi que se tiene que metabolizar mas glucosa en condiciones anaerobicas que en aerobias.
La ecuacion global para la glucolisis a partir de la glucosa hasta el lactato es como se indica a continuacion:
Glucosa + 2ADP + 2Pi ----> 2 Lactato + 2ATP + 2H2O
* GENERALIDADES DE LA VIA GLUCOLITICA:
- Conversion de la glucosa a Gliceraldehido - 3 - fosfato
- Convesion de Gliceraldehido - 3 - fosfsto a piruvato
- Reacciones anaerobicas del piruvato
* ETAPAS DE LA GLUCOLISIS:
1. Fosforilización:
Glucosa ---- Hexoquinasa ----> Glucosa - 6 - fosfato
2. Isomerización:
Glucosa - 6 - fosfato --- Glucosafosfato isomerasa ----> Fructosa - 6 - fosfato
3. Fosforilizaciòn:
Fructosa - 6 - fosfato --- Fosfofructoquinasa ----> Fructosa - 1,6 - difosfato + ADP
4. Escisión:
Fructosa - 1,6 - difosfato ---- Aldosa ---> Gliceraldehido - 3 - fosfato + fosfato de dihidroxiacetona
5. Isomerización:
Fosfato de dihidroxiacetona --- Triosafosfato isomerasa ----> Gliceraldehido - 3 - fosfato (2)
6. Oxidación y fosforilización:
Gliceraldehido - 3 - fosfato + NAD + Pi -- Gliceraldehido - 3 - fosfato deshidrogenasa ----> NADH + 1,3 - Bifosfoglicerato + H
7. Transferencia de un grupo fosfato:
1,3 - Bifosfoglicerato + ADP <---- Fosfoglicerato cinasa ----> 3 - Fosfoglicerato + ATP
8. Isomerizacion:
3 - fosfoglicerato <--- Fosfogliceromutasa ----> 2 - fosfoglicerato
9. Deshidratacion:
2 - fosfoglicerato <------ Enolasa ------> Fosfoenolpiruvato + H2O
10. Transferencia de un grupo fosfato:
Fosfoenolpiruvato + ADP <------ Piruvato quinasa -----> Piruvato + ATP
* LA GLUCOLISIS SE REGULA EN TRES ETAPAS EN LAS QUE INTERVIENEN REACCIONES QUE NO ESTAN EN EQUILIBRIO: Aunque la mayor parte de de las reacciones de la glucolisis son reversibles, tres son marcadamente exergonicas y, por tanto deben considerarse irreversibles desde el punto de vista fisiológico. Estas reacciones, cuyos catalizadores son la hexocinasa (y glucocinasa), la fosfofructocinasa y la piruvato cinasa, son los sitios principales de regulacion de la glucolisis.
CICLO DE KREBS - CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO:
* IMPORTANCIA BIOMEDICA: El ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo del ácido tricarboxilico) consiste en una serie de reacciones en las mitocondrias que oxidan residuos acetilo de la AcetilCoA y reducen coenzimas que, son reoxidadas mediante la cadena transportadora de electrones, relacionada con la formacion de ATP.
El ciclo del ácido cítrico es la via comun final para la oxidacion aerobica de carbohidratos,lipidos y proteinas porque la glucosa, los acidos grasos y la mayor parte de los aminoacidos se metabolizan a acetil-CoA o a intermediarios del ciclo. Tambien tiene como funcion fundamental en la gluconeogenesis, la lipogenesis y la interconversion de aminoacidos. Muchos de esos procesos ocurren en la mayor parte de los tejidos, pero el higado es el unico tejido en el que ocurre en un grado importante. Por tanto las repercusiones son profundas cuando, por ejemplo, se dañan cantidades grandes de celulas hepaticas como en la hepatitis aguda, o son reemplazadas por tejido conjuntivo (como la cirrosis). Algunos defectos geneticos de las enzimas del ciclo del ácido cítrico que fueron reportados estan asociados con daños neurologicos severos como resultado de formacion alterada del ATP en el sistema nervioso central.
* PROPORCIONA SUSTRATOS PARA LA CADENA RESPIRATORIA: El ciclo empieza en la reaccion entre la parte acetilo de la acetil-CoA y el oxaloacetato, acido dicarboxilico de cuatro carbonos, produciendose el citrato de un acido tricarboxilico de seis carbonos. En las reacciones posteriores se liberan dos moleculas de CO2 y se regenera el oxaloacetato. Solo se necesita una pequeña cantodad de oxaloacetato para oxidar una gran cantidad de acetil-CoA; se podria considerar que el oxaloacetato desempeña un papel catalitico.
El ciclo del acido citrico es una parte del proceso mediante el cual queda disponible la oxidacion de nutrientes. Durante la oxidacion de la acetil-CoA, las coenzimas se reducen y luego se oxidan de nuevo en la cadena respiratoria, para producir ATP. Este proceso es aerobico y requiere de oxigeno como oxidante final de las coenzimas reducidas. Las enzimas del ciclo del acido citrico se localizan en la matriz mitocondrial, libres o unidas a la membrana mitocondrial interna, que tambien contiene a las enzimas de la cadena respiratoria.
*ENZIMAS:
(1) citrato sintasa
(2) aconitrato hidrolasa
(3) isocitrato deshidrogenasa
(4) 2- Oxoglutarato deshidrogensa
(5) succinato deshidrogenasa
(6) succinato deshidrogenasa
(7) fumarato hidrotasa
(8) malato deshidrogenasa
* ETAPAS DEL CICLO DE LAS ACIDOS TRICARBOXILICOS (TCA)ç
1. Hidrolisis:
Acetil + oxalacetato --- Citrato sintasa ---> Citrato
2. Escision de isomero
Citrato <----> Cis-Aconitrato <-------> Isocitrato
3. Oxigenacion y descarboxilacion:
Isocitrato ------ Isocitrato deshidrogenasa -----> a-Cetoglutarato
4. Descarboxilacion y captura de energia:
a-Cetoglutarato o 2-oxoglutarato -----------> Succinil CoA + CO2
5. Fosforilizacion:
Succinil CoA ------ Sintasa Acetil CoA ---------> Succinato
6. Oxidacion y deshidrogenacion:
Succinato --------------> Fumarato
7. Hidratacion:
Fumarato ----- Fumarasa ------> Malato
8. Oxidacion del grupo hidroxilo:
Malato ----- Malato deshidrogenasa -------->Oxalacetato
- Se forma 3 NADH (entre isocitrato y a-Cetoglutamato)
- Se forma 1 FADH2 (entre succinato y fumarato)
- Se forma 1 GTP (entre succinil CoA y Succinato)
- Se libera 2 CO2 (el primero entre isocitrato y a -Cetoglutarato y el segundo entre a -Cetoglutarato y Succinil CoA)
* POR CADA VUELTA DEL CICLO DE KREBS SE FORMAN DOCE ATP: Como resultado de las oxidaciones catalizadas por las deshidrogenasas del ciclo de krebs se producen tres moleculas de NADH y una de FADH2 por cada molecula de acetil-CoA que se catabolizan en una vuelta del ciclo. Estos equivalentes reductores se transfieren a la cadena respiratoria, donde la reoxidacion de cada NADH produce 3 ATP y la reoxidacion de FADH2 da 2 ATP. Ademas se forma un ATP (o GTP) en la fosforilacion a nivel de sustrato catalizada por la succinato tiocinada.
FOSFORILIZACION OXIDATIVA - CADENA TRANSPORTE DE ELECTRONES:
La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana plasmatica de bacterias, en la membrana interna mitocondrial o en las membranas tilacoidales, que mediante reacciones bioquímicas producen adenosin trifosfato (ATP), que es el compuesto energético que utilizan los seres vivos . Sólo dos fuentes de energía son utilizadas por los organismos vivosorganismos vivos: reacciones de óxido-reducción (redox) y la luz solar (fotosintesis). Los organismos que utilizan las reacciones redox para producir ATP se les conoce con el nombre de quimioautotrofos, mientras que los que utilizan la luz solar para tal evento se les conoce por el nombre de fotoautotrofos . Ambos tipos de organismos utilizan sus cadenas de transporte de electrones para convertir la energía en ATP.
La transferencia de electrones en la cadena de transporte de electrones es energéticamente favorable porque el NADH es un poderoso donador de electrones y el Oxígeno molecular es un potente aceptor de electrones. De hecho el flujo neto de electrones desde el NADH hasta el Oxígeno resulta en la síntesis de ATP. La fosforilación oxidativa es una serie de eventos químicos que llevan a la síntesis de ATP :
ADP + Pi ® síntesis del ATP
fosforilación del ADP
El evento vital se lleva a cabo en la membrana plasmatica bacteriana, en la membrana interna mitocondrial y en los tilacoides de los cloroplastos.
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