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LIC. NUTRICIÓN QUÍMICA BIOLÓGICA 2016 UNSL-LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN TEMA 12 INTEGRACIÓN METABÓLICA Relaciones entre las principales vías metabólicas Regulación metabólica: mecanismos generales. Regulación coordinada Papel regulador del ATP Utilización de NADPH como agente reductor Encrucijadas metabólicas-Conexiones clave: Glucosa-6-fosfato, Piruvato y Acetil-CoA Perfil metabólico de órganos y tejidos: hígado, músculo, cerebro, tejido adiposo. Homeostasis de la glucosa- Ciclo alimentación-ayuno. Adaptaciones metabólicas: estado postabsortivo, ayuno, inanición y en el ejercicio. Repasemos…. METABOLISMO Conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en las células ENERGÍA QUÍMICA BIOSÍNTESIS Catabolismo DEGRADACIÓN Estructuras complejas Estructuras simples (Anabolismo: del griego ana “hacia arriba” y ballein “lanzar”) (Catabolismo: del griego kata “hacia abajo” y ballein “lanzar”) Anabolismo Repasemos…. Nutrientes Contenedores de Energía Carbohidratos Lípidos Proteínas VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa) NAD+ NADP+ FAD ADP+HPO42- Macromoléculas Celulares Polisacáridos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos Productos finales carentes de Energía CO2 H2O NH3 NADH NADPH Energía Química FADH2 ATP Moléculas Precursoras VIAS ANABOLICAS (Síntesis reductora) Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Bases nitrogenadas MAPA METABÓLICO Reacciones del Metabolismo celular • El metabolismo posee aspectos comunes en la gran cantidad de reacciones que se producen en todos los organismos vivos • Reacciones metabólicas Numero de reacciones: muy grande Clases de reacciones: pocas Mecanismos de regulación: similares • Vías metabólicas Están interrelacionadas asegurando así un comportamiento funcional, unitario del organismo RUTAS METABOLICAS Vías catabólicas convergentes Compuestos de muy distinto origen y naturaleza pueden llegar a formar los mismos metabolitos y alcanzar igual destino. Vías anabólicas divergentes A partir del mismo compuesto pueden originarse sustancias muy diversas. Ejemplo general de convergencia BLANCO A. y BLANCO G., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 9a edic. Ejemplos de Interrelaciones Metabólicas PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE Y EN EQUILIBRIO POSEE MECANISMOS DE CONTROL ASEGURAN: DIRECCIÓN CANTIDAD ADECUADA DEL FLUJO METABÓLICO ESTO SE DENOMINA REGULACIÓN METABÓLICA REGULACIÓN DEL METABOLISMO - [SUSTRATO] ACTIVIDAD DE LA ENZIMA - MODULADORES ALOSTERICOS - MODIFICACION COVALENTE (RÁPIDA) REGULACIÓN DE ENZIMAS VELOCIDAD DE SÍNTESIS • TRANSCRIPCION CANTIDAD DE ENZIMA (LENTA) • TRADUCCION VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN CITOSOL COMPARTIMENTALIZACIÓN MITOCONDRIA PEROXISOMA RETIC. ENDOPLASM. LISOSOMA PAPEL REGULADOR DEL ATP Glucógeno Grasas (-) (+) (-) (+) Glucosa-6-P Ácidos Grasos (-) Proteínas (+) (-) (-) Biosíntesis Purinas y Pirimidinas NH3 Ciclo Urea CICLO DE KREBS Transporte activo Contracción Muscular (-) Aminoácidos Acetil-CoA (-) Acidos Nucleicos (-) ATP Procesos generadores de energía (Degradación) Vías que consumen (+) energía (Biosíntesis) PAPEL REGULADOR DEL ATP Ejemplifique en cada caso de qué manera el ATP actúa como regulador • Vía Glicolítica • Ciclo de Krebs Inhibidor alostérico de enzimas reguladoras • Desaminación oxidativa de aminoácidos Inhibidor alostérico de la enzima GDH • Activador Biosíntesisalostérico de nucleótidos púricos de la enzima que sintetiza GTP Flujo del Poder Reductor para la síntesis de ATP • NADH Y FADH2 transfieren su poder reductor a la cadena respiratoria, para finalmente dar ATP por fosforilación oxidativa. • El CICLO DE KREBS y la β-OXIDACION de Acs. Grasos suministran NADH y FADH2. COMPARTIMENTALIZACION CITOSOL Glicólisis Metabolismo del glucógeno Vía de las pentosas fosfato Síntesis de ácidos grasos MATRIZ MITOCONDRIAL Ciclo del ácido cítrico Fosforilación oxidativa b-oxidación de los ácidos grasos Formación de cuerpos cetónicos INTERRELACIÓN ENTRE AMBOS COMPARTIMIENTOS Gluconeogénesis Síntesis de la urea -Acción de malonil-CoA sobre acilcarnitina transferasa I En el metabolismo de los lípidos (Biosíntesis y Degradación) la compartimentalización de ambos procesos permite su regulación. Explique Intermediarios de Vías metabólicas sintetizados en mitocondrias pueden regular vías Citrato metabólicas que tienen lugar --Intermediarios: (mitoc) inhibe la enzima en citosol. Ejemplifique ……….…………….. de la Vía Glicolítica (citosol) VÍA GLICOLÍTICA: Regulación de Enzimas Alostericas: Hexoquinasa LÍPIDOS (-) Glucosa 6 P y ATP (+)Glucosa Fosfofructoquinasa (-) ATP, NADH, Citrato y AG de cadena y (+) ADP ó AMP • Metabolismo de larga Hidratos de Carbono Acetil-CoA carboxilasa: (+) Citrato ; (-) Palmitoil-CoA Piruvato quinasa(-) ATP y (+) Fruc-1,6-bis-P (-) A.G. poliinsaturados GLUCONEOGÉNESIS: • Metabolismo de Lípidos AMINOÁCIDOS Piruvato carboxilasa: (+) Acetil-CoA Fructosa-1,6 bisfosfatasa: (-) AMP y ADP Glutamato deshidrogenasa (-) ATP y NADH • Metabolismo de Aminoácidos CICLO DE KREBS: NUCLEÓTIDOS PIRIMIDÍNICOS Citrato Sintasa • Metabolismo de Nucleótidos Isocitrato Deshidrogenasa (-) ATP y NADH y (+) ADP Aspartato transcarbamilasa alfa-cetogltarato deshidrogenasa (-) CTP Regulación Covalente METABOLISMO DE LIPIDOS METABOLISMO DE HIDRATOS DE CARBONO • Metabolismo de Hidratos de Carbono Piruvato quinasa (Se activa x desfosforilación) Lipasa Hormona Sensible (Se activa x fosforilación) Piruvato Deshidrogenasa (Se activa x desfosforilación) • Metabolismo de Lípidos acetil-CoA Carboxilasa activa x desfosforilación) Glucógeno fosforilasa (Se(Se activa x fosforilación) Glucógeno Sintasa (Se activa x desfosforilación) Regulación a nivel de la Transcripcion ó de la Traducción • Metabolismo de Hidratos de Carbono Glucoquinasa, Glucógeno sintasa, Enzimas de las reacciones irreversibles de la vía glicolítica y enzimas específicas de la gluconeogénesis • Metabolismo de Lípidos: Acetil-CoA carboxilasa , HMG-CoA reductasa, Enzima biosíntesis ácido graso y de NADPH • Metabolismo de Aminoácidos: Enzimas del Ciclo de la Urea 2) El NADPH es un agente reductor importante utilizado en Lípidos 3-Cetoacil-ACP reductasa rutas anabólicas. 1)Biosíntesis Vía de las de Pentosas + Colesterol Acetoacil-ACP + NADPH 3-OH Butiril-ACP + NADP Glucosa-6-Fosfato deshidrogenasa CITOCROMO P-450 reductasa (Fe-S) + 6-P-gluconolactona +NADPH • Glucosa-6-P a) Ejemplifique conHidroximetil reacciones de 3 víasreductasa glutaril-CoA CITOCROMO P-450(ox) + hidroxilasa NADPH + O2 + RH + Reacción de la Fenilalanina HMG-CoA + 2 NADPH + 2H donde se utilice este metabólicas diferentes 6-fosfogluconato deshidrogenasa + + +P-450 ++ (red) compuesto CITOCROMO + R-OH + H-OH + NADP 6-Fosfogluconato + NADP Mg Ribulosa 5-fosfato CO + NADPH 2 Dihidropterina reductasa + H2•-biopterina + Mevalonato NADPH reacciones + NADP+ + CoA-SHdonde +H 2NADP b) Esquematice se reponga 4-biopterina -Hidroxilación de esteroides en Corteza suprarrenal NADPHmálica a partir de la forma oxidada 2) Enzima Reacción de la Ribonucleótido reductasa • c) Indique la importancia de ese compuesto en + + -Hidroxilación de xenobióticos: Barbitúricos carcinógenos L-malato + NADP + H2O Piruvatofármacos, + NADPH+ H +HCO3 Tiorredoxina reductasa reacciones de detoxificación. (recuerde la ambientales Tiorredoxina (S-S) + NADPH Tiorredoxina (SH2) + NADP+ importancia del citocromo P450) NADP+ Encrucijadas metabólicas • GLUCOSA-6-P • PIRUVATO • ACETIL-CoA GLUCONEOGENESIS GLUCOSA Hígado SANGUINEA GLUCOGENOGENESIS GLUCOGENOLISIS GLUCOSA-6-FOSFATO VIA DE LAS PENTOSAS VIA GLICOLITICA La síntesis de Glucosa 6-fosfato se considera una encrucijada metabólica, su destino depende de las necesidades de la célula ¿Cuáles serían los destinos de la misma 1.1.Glucogenogénesis. en un estado de buena nutrición? 2. Via Pentosas para la síntesis de Ribosa-5-fosfato 2. en una célula en división celular ? en la glándula mamaria lactante ? 3.3.Síntesis de ácidos grasos Origen y destinos metabólicos del Piruvato Otros monosacáridos Glucosa-6-fosfato Lactato PIRUVATO C.K. Oxalacetato Alanina CO2 CO2 ACETIL-CoA Procedencias del Piruvato • VIA GLICOLITICA • VIA GLICOLITICA Fuente exógena (Almidón, Glucosa, fructosa, galactosa) Fuente endogéna (glucógeno) AMINOACIDOS • AMINOACIDOS Por transaminación (alanina) Durante la Degradación (serina,triptofano) Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA PIRUVATO CO2 Biosíntesis 3-Hidroxi-3metil-glutarilCoA (HMG-CoA) Colesterol ACETIL-CoA Ciclo Krebs Cuerpos cetónicos CO2 Acidos grasos Degradación Aminoácidos cetogénicos Procedencia de la Acetil-CoA Hidratos de Carbono Aminoácidos PIRUVATO ACETIL-CoA b-Oxidación de ácidos grasos Cuerpos cetónicos LIC. NUTRICIÓN QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN TEMA 13 INTEGRACIÓN METABÓLICA Papel regulador del ATP Requerimiento de poder reductor en procesos de biosíntesis Regulación enzimática. Regulación del metabolismo- Puntos de control de las principales vías metabólicas: glicólisis, ciclo de Krebs, vía de las pentosas, gluconeogénesis, metabolismo del glucógeno y de lípidos Encrucijadas metabólicas-Conexiones claves: Glucosa-6-fosfato, Piruvato y Acetil-CoA Perfil metabólico de los órganos más importantes: hígado, músculo, tejido adiposo, cerebro. Homeostasis de la glucosa: Ciclo ayuno-alimentación, nutrición normal. Adaptaciones metabólicas al ayuno, ayuno prolongado, inanición y en el ejercicio. INTERRELACIONES METABÓLICAS integración entre todos los ÓRGANOS usan y generan combustibles e interactúan para mantener un equilibrio dinámico adecuado a las diversas situaciones metabólicas que enfrenta el organismo en el transcurso de la vida PERFILES METABÓLICOS DE LOS ÓRGANOS MAS IMPORTANTES CADA TEJIDO Y CADA ÓRGANO TIENE UNA FUNCIÓN ESPECIALIZADA QUE SE PONE DE MANIFIESTO EN SU ACTIVIDAD METABÓLICA - TEJIDO MUSCULAR UTILIZA ENERGÍA METABÓLICA PARA PRODUCIR MOVIMIENTO - TEJIDO ADIPOSO ALMACENA Y LIBERA GRASAS USADAS COMO COMBUSTIBLE - CEREBRO UTILIZA ENERGÍA METABÓLICA PARA BOMBEAR IONES Y PRODUCIR SEÑALES ELÉCTRICAS - HÍGADO PAPEL CENTRAL PROCESA Y DISTRIBUYE METABOLITOS A LOS OTROS ÓRGANOS A TRAVÉS DE LA SANGRE HÍGADO: Metabolismo de carbohidratos Gluconeogénesis ----Precursores de Glucosa Lactato y Alanina de músculo, Glicerol de tej.adip. y Aas glucogénicos de la dieta Glucosa (DIETA) Glucógeno Glucosa-6-P Vía Pentosas Glucosa-6-fosfatasa Glucogenolisis Vía Glicolítica Glucosa en Sangre PIRUVATO Síntesis de Acidos grasos Acetil-CoA C. de Krebs HÍGADO: Metabolismo de Ácidos Grasos Tejido Adiposo Lipoproteínas Plasmáticas (VLDL) Triacilglicéridos E s t e r i f DIETA abundante Ácidos grasos Ácidos grasos (principal fuente de energía en el hígado) (unidos a albúmina llegan de la sangre) HMG-CoA b-oxidación NADH, FADH2 (a cadena respiratoria) ACETIL-CoA cetogénesis Colesterol Cuerpos Ayuno cetónicos HMG-CoA: hidroxi-metil-glutaril-CoA) Ciclo de Krebs ATP (fosforilac. CO2 oxid.) + H 2O HÍGADO: Metabolismo de los Aminoácidos El hígado prefiere como combustible los α-cetoácidos derivados de la degradación de AAs antes que la Glucosa Nucleótidos Hormonas Porfirinas Proteínas plasmáticas Proteínas tisulares BIOSÍNTESIS Aminoácidos DIETA Aminoácidos en el hígado Aminoácidos Proteínas musculares Circulación general Proteínas hepáticas Aminoácidos en sangre DEGRADACION NH3 Glucosa Urea Circulación general PIRUVATO CICLO KREBS gluconeogénesis Acetil-CoA ATP TEJIDO ADIPOSO: Metabolismo de Triglicéridos Glucosa (Del hígado) VLDL (Del hígado) ADIPOCITO Acidos grasos Glucosa Glicólisis Glicerol3-fosfato BIOSÍNTESIS Acil-CoA TRIGLICERIDOS DEGRADACIÓN Glicerol Glicerol Acidos grasos HIGADO El nivel de glucosa en las células adiposas es el factor que determina la liberación de AG al plasma Complejos ácido graso-albúmina MÚSCULO: selección del combustible Actividad intensa Combustible: Glucógeno muscular Glicólisis anaeróbica Lactato Actividad ligera o reposo Combustibles: Ácidos grasos Cuerpos cetónicos Glucosa en sangre CO2 Ciclo de Krebs Combustible de reserva Fosfocreatina ADP+Pi ATP -CICLO DE CORI (Glu-Lactato) Contracción muscular REPONEN Glucosa al Musculo ATP Creatina HÍGADO: -CICLO Glu-Ala Hígado (Ciclo de Cori) Para Actividad media ATP de fosforilación oxidativa Velocidad de formación de ATP Creatina -fosfato>>> Glicólisis anaeróbica >>> C. Krebs y fosf. oxidativa CEREBRO: fuentes de energía AYUNO prolongado Cuerpos cetónicos Combustible único DIETA NORMAL Glucosa ADP+Pi CO2 ATP -Transporte electrogénico por la Na+ K+ ATPasa - Metabolismo celular Los AG no atraviesan la barrera hematoencefálica, circulan por sangre unidos a albúmina no sirven como combustible En estado de reposo utiliza el 60% de la glucosa total consumida por el organismo HOMEOSTASIS DE LA GLUCOSA LOS NIVELES DE GLUCOSA EN SANGRE SON ESTABLES Glucemia en ayunas, sangre venosa (70-110 mg/dl) PERIODO POSPRANDIAL MAXIMA GLUCEMIA 2-3 h NIVEL NORMAL 30´- 1 h después Sistema regulatorio integrado por hormonas Asegura suministro de Glucosa permanente a los tejidos (SNC ppl/) PARA EL MANTENIMIENTO DEL NIVEL NORMAL DE GLUCOSA….. INDIQUE: PROCESOS HIPERGLUCEMIANTES PROCESOS HIPOGLUCEMIANTES Ingesta de H.de C Glucogenólisis Gluconeogénesis Ayuno Glucogenogénesis Glucolisis Conversión de glucosa en lípidos INDIQUE SOBRE QUE VIAS METABÓLICAS Inhibe: Glucogenólisis, gluconeogénesis INTERVIENEN IAS HORMONAS PARA MANTENER LA HOMEOSTASIS GLUCOSA Activa: DE Vías de Utilización de Glucosa, INSULINA Glucogenogénesis, Lipogénesis, HIPOGLUCEMIANTE GLUT 4, Glucoquinasa • GLUCAGON • ADRENALINA • GLUCOCORTICOIDES (CORTISOL) Inhibe : Glucogenogénesis HIPERGLUCEMIANTE Activa: Glucogenólisis, Gluconeogénesis HIPERGLUCEMIANTE Inhibe :Vías de Utilizac, Glucosa (tej. extrahepát.) HIPERGLUCEMIANTE Activa: Gluconeogénesis ESTADOS METABOLICOS CICLO AYUNO-ALIMENTACION Estado Curso temporal POSPRANDIAL AYUNO 0 – 4 hs 4 – 12 hs Principales combustibles usados GLUCOSA: la mayoría de los tejidos GLUCOSA: CEREBRO ACIDOS GRASOS: MÚSCULO, HÍGADO INANICION (a) 12 hs – 16 días GLUCOSA y C.CETÓNICOS: CEREBRO AC. GRASOS y C.CETÓNICOS: MÚSCULO C.CETÓNICOS: CEREBRO INANICION (b) > 16 días AC. GRASOS: MÚSCULO Control Hormonal INSULINA Captación glucosa por tejidos periféricos Síntesis glucógeno, TG, proteínas GLUCAGON Y ADREN. Se estimula la degradación de glucógeno hepático y TG GLUCAGON Y ADREN. Hidrólisis TG y Cetogénesis CORTISOL GLUCAGON Y ADREN. Degradación de proteína muscular (aminoácidos p/gluconeogénesis) Estados de la homeostacia de la Glucosa Relación de los tejidos en ESTADO DE ABSORCIÓN (Imagen tomada de Bioquímica 4ta edic. Champe Pamela y Richard Harvey) Relación de los tejidos en ESTADO DE AYUNO PROLONGADO (Imagen tomada de Bioquímica 4ta edic. Champe Pamela y Richard Harvey) BIBLIOGRAFÍA PROBLEMAS QUE VIAS METABOLICAS ESTAN ACTIVAS EN LAS SIGUIENTES SITUACIONES??? Cuando se están consumiendo alimentos ricos en hidratos de carbono Durante una carrera de 100 m? Durante una maratón? Cuando se están consumiendo alimentos ricos en hidratos de carbono • Glucogenogénesis • Lipogénesis • Vía de las pentosas • Glicólisis en hígado Durante una carrera de 100 m? • Glucogenolísis Durante una maratón? • Glucogenolisis • Lipólisis, beta-oxidación de ácidos grasos ACIDOS GRASOS DE NUMERO IMPAR DE ATOMOS DE CARBONO grasostiene de número par no aportan • -Los Queácidos beneficios la utilización de ácidos carbonos para la gluconeogénesis grasos de número impar frente a los de -Los ácidos grasos de número impar producen número par que de átomos de carbonos. Succinil-CoA puede ingresar al C-K y luego a la Gluconeogénesis. • Que vitaminas son necesarias para que -Biotina y Vitamina B12. puedan degradarse los últimos tres carbonos. Tejido adiposo: El tejido adiposo tiene un metabolismo dinámico, llevando a cabo biosíntesis de triglicéridos en periodos de prevalencia de sustratos y degradando los mismos en situación de ayuno. Con respecto al proceso de degradación explique: -Hormonal: Adrenalina ó Glucagón Cuál ó cuales son los estímulos que puede recibir el tejido adiposo parayactivar enzimadeclave paralarga la -Se libera Glicerol Acidoslagrasos cadena lipólisis -El ¿Que productos se liberan a sangre y cual/cuales son glicerol en hígado: Gluconeogénesis su/sus destinos? grasos: Músculo y otros tejidos como fuente -Acidos ¿Enumere situaciones metabólicas: fisiológicas ó de energía que activen este proceso patológicas -Ayuno prolongado, diabetes no tratada Diferencia metabólica en el hígado y músculo en situación de “ataque o huída”: Durante una situación de “ataque o de huída” la adrenalina pone en marcha la degradación de glucógeno en el hígado, corazón y músculo esquelético. El producto final de la degradación del glucógeno en el hígado es la glucosa. En cambio, el producto final en el músculo esquelético es el piruvato. a) Hígado: Organo encargado de mantener la glucemia, libera glucosa a sangre a)- ¿ Por qué se observan diferentes productos de degradación del b)Músculo: la glucosa como fuente de glucógeno enUtiliza los dos tejidos? energía b)- ¿ Cuál es los la ventaja para el organismo en una situación de “ataque -Mantener niveles normales de glucosa en o huída” de tener estas rutas específicas para la degradación del sangre glucógeno? -Disponer de fuente de energía para la contracción muscular Cuerpos Cetónicos en el Ayuno LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008) Formación y exportación de Cuerpos Cetónicos desde el Hígado Diabetes no tratada Dieta estricta Ayuno Gluconeogénesis Ciclo de krebs Cetogénesis Acetoacetato y de D-3-Hidroxibutirato en sangre pH sanguíneo provoca ACIDOSIS ó CETOSIS El hígado es el principal tejido para la síntesis de novo de ácidos grasos. El consumo excesivo de sacarosa activa esta síntesis debido a que la ingesta energética de la dieta supera las necesidades del organismo. Estos ácidos grasos servirán para la síntesis de triglicéridos que serán transportados por las VLDL hacia tejido adiposo y tejido muscular. Explique el mecanismo por el cuál el excesivo consumo de sacarosa conduce a un aumento del depósito de grasas en tejido adiposo. REGULACION DE LA BIOSINTESIS de Ac. GRASOS Citrato Insulina Citrato liasa + + - Acetil-CoA Acetil-CoA carboxilasa Malonil-CoA Carnitina Aciltransferasa I (Degradación de Agrasos) - Palmitoil-CoA - Ac. Grasos de cadena larga Glucagón, Adrenalina Relación entre el Metabolismo de los H. de C. y la Biosíntesis de Acidos Grasos Acidos grasos Carbohidratos GLICOLISIS Piruvato Acil-CoA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS CITOSOL Piruvato Acil-CoA Acil-Carnitina b-oxidación Cuerpos cetónicos Acetil-CoA Acetil-CoA Cetogénesis Citrato MITOCONDRIA Citrato Oxalacetato