Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
3.Ciclo de Krebs No importa lo lento que vayas, lo importante es que no te detengas. Anónimo. Introducción El Ciclo de Krebs (ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico); está relacionado con el catabolismo de carbohidratos, y como vía final del metabolismo de lípidos y aminoácidos para ser oxidados a CO2 y H2O, con la consecuente producción de equivalentes reducidos de NADH, FADH2, los cuales entran a la cadena respiratoria para generar grandes cantidades de ATP por fosforilación oxidativa. El Ciclo de Krebs, también participa en reacciones anabólicas como la gluconeogénesis, transaminación, desaminación y lipogénesis, por lo que es considerado como un ciclo anfibólico. Las enzimas participantes en este ciclo se encuentran en la matriz mitocondrial a excepción del succinato deshidrogenasa que se localiza embebida en la membrana interna mitocondrial, cercana a la cadena respiratoria, lo que facilita el acoplamiento de ambos procesos. El Ciclo de Krebs inicia con la condensación del oxalacetato (4C) con el residuo acetilo (2C) de la acetil-CoA formando el citrato de 6C que a través de la transformación a intermediarios pierde por descarboxilación dos moléculas de CO2 para regenerar oxalacetato, permitiendo que el ciclo funcione de manera continua mientras sea alimentado por la acetil-CoA. 1. Dibuja el ciclo de Krebs apoyándote en la bibliografía: Murray K. Mayes A. Granner K. Rodwell W. Haper. (2004) Bioquímica lustrada. 16ª edición. Ed. Manual Moderno, México. y complementa lo siguiente: A) Colorea las siguientes características del ciclo: 1. ROJO: Reacciones irreversibles. 2. AZUL: La participación de las moléculas de agua. 3. CAFÉ: La formación de CO2. 4. VERDE: Los activadores (minerales que participan). 5. NARANJA: Las vitaminas que participan. 6. MORADO: Encierra en un círculo los intermediarios anfibólicos. 7. AMARILLO: El recuadro de las enzimas que regulan al ciclo. B. Analizar las reacciones del ciclo de Krebs y complementa la siguiente tabla, describiendo la importancia de la reacción: por ejemplo: ¿son irreversibles, productoras de energía, requieren de agua, tienen relación con la cadena respiratoria, descarboxila, permiten reiniciar el ciclo?, etc. Importancia de la reacción Reacción 1 Formación de Citrato Isomerización, el ácido cítrico sufre este proceso para convertirse en ácido isocítrico, que tiene la misma fórmula molecular que el citrato. Sin embargo, el grupo hidroxilo (-OH) se encuentra unido a un carbono diferente (aconitasa). Reacción 2 Formación de Oxalosuccinato Descarboxilación oxidativa, el ácido isocítrico se oxida y pierde una molécula de CO2, y forma una molécula de cinco carbonos llamada ácido cetogutárico- alfa. El H- de la oxidación se pasa a un NAD+, que se reduce a NADH + H+. Esta es la segunda reacción en la respiración celular que libera CO2 (deshidrogenasa isocítrica). Reacción 3 Formación de Succinil CoA Descarboxilación oxidativa, el ácido cetoglutárico-alfa se oxida, pierde una molécula de CO2 y capta CoA para formar una de cuatro carbonos llanada succinil CoA. Se trata de la tercera reacción en la respiración celular que libera CO2 (deshidrogenasa cetoglutarato-alfa). Reacción 4 Formación de Succinato Fosforilación en el nivel de sustrato, en este punto del ciclo, ocurre una fosforilación en el nivel de sustrato. CoA es desplazada por un grupo fosfato, que luego se transfiere a difosfato de guanosina (GDP) para formar trifosfato de guanosina (GTP), que es similar al ATP y puede donar un grupo fosfato a ADP para integrar ATP. Estas reacciones también convierten succinil CoA en ácido succínico (sintetasa succinil CoA) Reacción 5 Formación de Fumarato Deshidrogenación, el ácido succínico se oxida en ácido fumárico cuando dos de sus átomos de hidrogeno se transfieren a la coenzima nucleótido flavina adenina (FAD), que se reduce a FADH2 (deshidrogenasa succinato) Reacción 6 Formación de oxalacetato Deshidrogenación, es el paso final del ciclo, el ácido málico se oxida para volver a formar ácido oxalacético, en el proceso se retiran dos átomos de hidrogeno y uno se transfiere a NAD+, que así se reduce a NADH + H+. El ácido oxalacético regenerado puede combinarse con otra molécula de acetil CoA, e iniciar un nuevo ciclo (deshidrogenasa málica). 2. Pega una imagen del ciclo de Krebs y en la reacción que corresponda, dibuja o pega imágenes de vida saludable que corresponden al ciclo: a. Consumo de agua. b. Hacer ejercicio. c. Alimento(s) que provee de Vitamina B1, B2, B3, B5 y Ácido lipoico. d. Alimento(s) que provee de Consumo Fe2+, Mn2+, Mg 2+. 3. Realiza el balance energético del ciclo de Krebs ¿Cuántas de estas moléculas se formaron? ¿Cuántos ATP formó? ¿Método de producción?: ¿Nivel de sustrato (NS) o Fosforilación oxidativa (FO)? ¿Total de ATP? NADH+H 3 2.5 Fosforilación oxidativa (FO) 7.5 FADH2 1 1.5 Fosforilación oxidativa (FO) 1.5 ATP 1 1 Nivel de sustrato 1 4. ¿Total de ATP formado por molécula de acetil-CoA, que entra al ciclo de Krebs: 24 5. Complementa la siguiente tabla de anabolismo del ciclo del Krebs Intermediario, características e importancia en la vía. Producto 1. Intermediario: CoA Característica de la vía: Por cada ciclo se produce una molécula 2. Intermediario: CO2 Característica de la vía: La energía que tenía acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor 3.Intermediario: Succinato deshidrogenasa Característica de la vía: El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la coenzima Q 4.Intermediario: Coenzima Q Característica de la vía: El FADH2 se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona la enzima a) Lista por lo menos tres características catabólicas del ciclo de Krebs: Degrada, oxida intermediarios, genera energía. b) Lista por lo menos tres características anabólicas del ciclo de Krebs Sintetiza, reduce intermediarios, consume energía c) ¿Por qué se dice que el ciclo de Krebs es una ruta anfibólica? El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos, por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo. d) ¿Cuál fue la importancia de la ruta anaplerótica? El ciclo del ácido cítrico, es una vía catabólica en la que la acetil-CoA se descompone en oxalacetato para producir energía y varios intermedios biosintéticos. Estas moléculas intermedias se utilizan para sintetizar otros tipos de compuestos presentes en el cuerpo (a medida que se produce el ciclo del ácido cítrico, algunos intermedios se “extraerán” de esta vía y se utilizarán como sustratos en otras vías biosintéticas). e) ¿Tiene el Ciclo de Krebs importancia en el metabolismo celular? Explicar por qué. El ciclo de Krebs ocurre completamente en la matriz mitocondrial, y su función principal es actuar como moléculas orgánicas a través del acetil-CoA y sus sustratos. El acetil-CoA se deriva principalmente del glucolisis, la β-oxidación de aminoácidos y cuerpos cetónicos en eventos fisiológicos. El ciclo cítrico es un “cruce metabólico” en el que se llevan a cabo la mayoría de la oxidación celular y la producción de energía. f) ¿Para qué se utiliza el ATP formado en el metabolismo? El ATP es la molécula básica de varios procesos importantes, principalmente utilizado como fuente de energíapara la síntesis de macromoléculas complejas (como ADN, ARN o proteínas). En otras palabras, el ATP proporciona el exceso de energía necesaria para provocar ciertas reacciones químicas en el cuerpo. g) Complementa la siguiente tabla, escribiendo el nombre de las enzimas que regulan el ciclo de Krebs, y el correspondiente activador e inhibidor. Enzima Activada por…. Inhibida por…… CITRATO SINTASA ADP ATP, NADH, succinil-CoA ISOCITRATO DESHIDROGENASA Ca++, ADP ATP α-CETOGLUTARATO DESHIDROGENASA Ca++ Succinil-CoA, NADH Referencias Harvey R.A., Ferrier, D.R. 2013. Revisión Ilustrada de Lippincott: Bioquímica. Edit. Lippincott Williams & Wilkins. China. Laguna J., Piña E., 2013. Bioquímica de Laguna. 7ª. Edición. Edit. Manual Moderno. México. Stryer y col. 2013. Bioquímica con aplicaciones clínicas. 7ª. Edición Ed. Reverté. México. Vasudevan, D.M. 2011. Bioquímica. 6ta. Edición. Ed. Cuéllar-Ayala.Jaypee- Highlights.México. Material de consulta para ampliar el tema http://www.todonatacion.com/ciclo-dekrebs/) ver YouTube http://themedicalbiochemistrypage.org/es/amino-acid-metabolism-sp.php#glutamate (http://www.indstate.edu/thcme/mwking/home.html) 2004. Indiana State University, Karl J. Miller.” The Metabolic Pathways of Biochemistry” http://laguna.fmedic.uanm.mx https://www.youtube.com/watch?v=mJ_kEeqQ2Fw 4.Metabolismo de carbohidratos No se mide el valor de un hombre por su vestimenta o bienes que posee, el verdadero valor de un hombre es su carácter, sus ideas y la nobleza de sus ideales. Charles Chaplin. Introducción Al hablar de metabolismo de carbohidratos lo primero en que se suele pensar es en glucólisis, oxidación del piruvato, glucogénesis, glucogenólisis, vía de las pentosas fosfato y gluconeogénesis, entre otras. Sin embargo, el metabolismo de los glúcidos comienza desde que estos entran en nuestro cuerpo, es decir, inicia con el proceso de digestión, posteriormente se llevan a cabo la absorción, la distribución y una vez en las células, estas realizan las vías antes mencionadas, pero no termina ahí, lo último es la eliminación de los productos del metabolismo, como el CO2 y el H2O. La digestión de la glucosa comienza en la boca, desde el momento en que la saliva se mezcla con el alimento. Por ejemplo, si lo que se está masticando son polisacáridos como el almidón (pieza de pan), en cada mordida la α-amilasa, que es una enzima presente en la saliva comienza por romper los enlaces α-1,4 presentes en ese alimento. La hidrólisis de este polisacárido genera oligosacáridos, como la maltosa, los cuales pasan junto con la enzima al estómago. En este sitio la digestión continúa hasta que el pH ácido termina por inactivar la enzima. A continuación, el quimo pasa al intestino delgado, en donde una buena cantidad de αamilasa pancreática es vertida y esta continúa con la digestión que comenzó su colega en la boca, realizando la liberación de monosacáridos, como la glucosa. Después viene el proceso de absorción, el cual se da en el intestino en las vellosidades de este. Son dos los mecanismos de absorción de los monosacáridos: la difusión facilitada y transporte activo secundario, el primero sin gasto de energía a favor del gradiente de concentración y el segundo este acoplado al transporte de Na+ y es contra el gradiente de concentración. La difusión facilitada se da gracias a unos transportados especializados llamados GLUT, de los cuales existen muchos subtipos, algunos dependientes de insulina y otros independientes. Estos transportadores son expresados sobre la superficie de todas las células de cuerpo y son altamente específicos, de tal manera que algunos transportan glucosa, otros fructosa o galactosa. La absorción de monosacáridos a través del transporte secundario dependiente de sodio utiliza las proteínas SGLT, estos son los encargados de introducir la glucosa y galactosa al interior de las células del intestino. Una vez absorbidos los azúcares por las células intestinales, los monosacáridos pasan al torrente circulatorio, el cual se encarga de llevarlos a cada una de las células del organismo. Niveles altos de insulina ayudan a abrir las compuertas (GLUT insulino-dependientes) para que la glucosa pase al interior de las células, en donde será utilizada como sustrato para las diferentes vías y ciclos del metabolismo de los carbohidratos. La insulina no es la única hormona implicada en la regulación hormonal de los glúcidos, también juegan un papel importante el glucagón y la adrenalina. Nuestro organismo es una perfecta maquina bioquímica capaz de obtener energía a través de moléculas complejas como carbohidratos y lípidos. El principal combustible para toda nuestra maquinaria es la glucosa, un monosacárido de seis átomos de carbono, el cual puede oxidarse completamente hasta CO2 y H2O para obtener energía en forma de ATP y equivalentes reductores como NADH+H+ y FADH2. A lo anterior se le denomina vía central de la glucosa y comprende las vías de glucólisis (aerobia), oxidación del piruvato, ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa. No obstante, no todos los carbohidratos que consumimos en nuestra dieta son quemados para obtener energía. Cuando las necesidades energéticas de nuestro cuerpo son cumplidas, el resto de los carbohidratos son almacenados en forma de un polisacárido conocido como glucógeno (estado posprandial). Son dos los lugares estratégicos de su almacenamiento: el hígado y los músculos. Durante los periodos de ayuno prolongado o inanición, los depósitos de glucógeno hepático son saqueados para proveer de glucosa a todas las células del cuerpo, en especial a aquellas en las que su alimento principal es este carbohidrato, como neuronas y eritrocitos. Las reservas del músculo se emplean para abastecer solo la actividad de este tejido, es decir, el preciado alimento no es exportado a la sangre como lo hace el hígado. La reserva de glucógeno presente en el hígado no es una fuente inagotable de monosacáridos, por el contrario, se estima que solo dura de 12 a 24 horas. Después de este tiempo es necesario buscar nuevas fuentes de combustibles como los ácidos grasos. No obstante, existen células que solo pueden metabolizar glucosa como sustrato para obtener energía, tal es el caso de los eritrocitos, o bien, hay células que son incapaces de quemar los ácidos grasos como combustible, como es el caso del cerebro. En estas situaciones tener glucosa disponible es de vital importancia, y si no existe aporte exógeno, el cuerpo posee un mecanismo para sintetizarla de forma endógena a partir de fuentes que no son carbohidratos, como los ácidos grasos, el ácido propiónico, los aminoácidos, el ácido láctico o el piruvato; Esta vía se denomina gluconeogénesis. La glucosa es un sustrato primordial para nuestro metabolismo, ya que no solo se emplea como primera fuente de energía o como reserva en el caso del glucógeno, sino que también se utiliza como reactivo base para la síntesis de las otras biomoléculas como ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos. Estos últimos formados por una base nitrogenada (adenina, guanina, citocina, timina y uracilo), un azúcar de cinco carbonos (ribosa o desoxirribosa) y tres grupos fosfato. La síntesis de la pentosa se lleva a cabo a través de la vía de las pentosas fosfato y cuyo sustrato es la glucosa 6-P. Esta vía también provee equivalentes reductores en forma de NADPH+H+ que se emplean para la síntesis de ácidos grasos, colesterol, entre otras. En este apartado, se presentan ejercicios en relación al metabolismo de los carbohidratos; desde la digestión de los mismos pasando por todas las víasy ciclos mencionados anteriormente. En algunos casos, será necesaria la consulta de material complementario para resolver los cuestionamientos presentados. Al final del capítulo también se encuentra la bibliografía utilizada para la elaboración del mismo, así como una lista de material de consulta para ayudar a ampliar el conocimiento adquirido. 1. De la lectura “Mecanismos moleculares que intervienen en el transporte de la glucosa”. Elaborar un mapa conceptual. 2. De la lectura anterior dibujar o pegar los mecanismos de transporte que corresponda y explica sus características, especificar en cuáles tejidos se llevan a cabo. Figura o esquema SGLUT: Necesita una proteína transportadora, consume energía ATP, se lleva a cabo en el intestino, túbulos renales y plexo coroideo. Fosforilación irreversible: Activa la molécula, para poder utilizarla en otros procesos. Para que se rompa el esqueleto carbono es necesario la hidrolisis de una molécula de ATP de la reserva celular. Es una reacción irreversible y catalizada por una enzima denominada hexoquinasa. GLUT 1: Mayoría de las células y eritrocitos. El metabolismo de la producción de energía en los glóbulos rojos depende del suministro continuo de glucosa en el plasma, donde la concentración de glucosa plasmática se mantiene a un nivel de aproximadamente 5 mM. GLUT 4: Músculos y adipocitos (insulina dependiente). Son la única isoforma regulada, además de por la insulina, por la contracción muscular 10. Es el mayor responsable de la captación de glucosa en el músculo esquelético, responsable de hasta un 80% de ella. 3. Complementa en el cuadro, la fuente de carbohidratos en la dieta Azúcar Alimentos que nos lo proporcionan Glucosa Pan blanco, chocolate, miel, zanahoria, copos de maíz, arroz, tortilla, pasteles, pasta y remolacha, entre otros. Galactosa Leche y sus derivados, en polisacáridos de origen vegetal abundantes en algunos cereales y leguminosas y en moléculas complejas presentes en legumbres secas Fructosa Se encuentra presente de manera natural de las frutas, jugos de frutas, algunas verduras y la miel. 4. Escribe las características de la digestión de carbohidratos que se te piden Lugar de digestión ¿Qué sucede en este sitio con la digestión de carbohidratos? Boca Durante la masticación, ya que en la saliva se encuentra una hidrolasa, que recibe el nombre de amilasa salival, la cual, introduciendo una molécula de agua, rompe el enlace glucosídico α - 1 —> 4, que mantiene unidas a las moléculas de glucosa en el polímero. Estómago En el estómago los carbohidratos no sufren ninguna transformación química. Intestino Es en el intestino delgado en donde ocurre la mayor parte de la digestión de los carbohidratos, ya que ahí se secretan los fluidos producidos por el páncreas y algunas células de las paredes del intestino, que llevan en solución enzimas específicas para hidrolizar carbohidratos. 5. Contesta las siguientes preguntas A) En el metabolismo de carbohidratos, tras entrar en una célula la glucosa se fosforila, menciona dos razones por las que se requiere esta reacción. ¿Qué implica que exista una diferencia de Km entre glucocinasa y hexocinasa? ¿En qué tejidos actúan? Las células normales se someten a glucólisis para obtener energía por lo que tienen hexocinasa que tiene un valor de KM más bajo, lo que resulta en una mayor afinidad por la enzima por la glucosa, lo que permite una glucolisis más rápida y eficiente. Para producir eficazmente glucógeno, las células hepáticas deben reducir el glucolisis, de modo que tengan un valor de Km más alto de glucoquinasa, lo que conduce a un glucolisis cada vez más lenta. B) ¿Qué enzima de la glucólisis aerobia y anaerobia cataliza una reacción redox? Fosfohexosa isomerasa C) ¿Qué característica o requisitos debe cumplir una vía para considerarse lanzadera? Generar en el citosol, pares de átomos de hidrogeno D) ¿Qué reacción de la glucólisis requiere de este proceso? La reacción del glucolisis es la fosforilación de la glucosa, para activarla (aumentar la energía) E) Escribe la estructura de la fructosa 1, 6 bifosfato, enumera sus carbonos ¿este azúcar producirá 1 piruvato? Explica La descomposición de la fructosa 1,6-disfosfato produce dos azúcares de tres carbonos: fosfato de dihidroxiacetona y gliceraldehiso-3-fosfato. Estas moléculas son isómeras entre sí, pero solo el glisealdehido-3-fosfato puede pasar directamente al siguiente paso del glucolisis F) ¿Qué relación hay entre la enzima gliceraldehído 3-P deshidrogenasa con el lactato deshidrogenasa? El gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa es una enzima involucrada en una de las reacciones más importantes en la glucólisis de la vía Embden-Meyerhof, porque cataliza el paso de generar el primer intermedio de alta energía y también genera un par de reducción equivalente. El lactato deshidrogenasa (LDH) es una enzima catalítica que se encuentra en muchos tejidos del cuerpo humano, pero el mayor contenido se encuentra en el corazón, hígado, riñón, músculo, glóbulos rojos, cerebro y pulmón. 6. Escribe dentro del paréntesis el número que corresponda: 1. Glut-4 2. Aeróbica 3. Fase I 4. Hexocinasa 5. Fase II 6. Anaeróbica 7. Fructosa 1, 6 Bifosfato 8. Glicerol 9. Glut 1 10. Fosfofructocinasa (10) Además de piruvatocinasa, hexocinasa- glucocinasa, qué otra enzima cataliza la reacción irreversible en la glucólisis. (9) Glut presente en la mayoría de las células. (5) Fase de la glucólisis que consiste en la producción de energía. (8) La degradación de glucosa por este tipo de glucólisis forma lactato. (1) Glut insulinodependiente que actúa en músculo y tejido adiposo. (2) Tipo de glucólisis que continua con la vía de oxidación de piruvato. (7) A partir de la ruptura de este intermediario la vía de glucólisis se duplica. (4) Enzima que cataliza la primera reacción de la glucólisis en el músculo. (3) Fase de la glucólisis que implica la inversión de 2 ATPs. 7. Desarrolla las siguientes temáticas del papel del 2,3 DFG (ciclo de Rapoport) ¿Cuál es el papel de 2,3 DFG en la hemoglobina? Es un ligando de la hemoglobina y tiene un efecto alostérico sobre ella. Debido a ciertos cambios espaciales, su afinidad con la desoxihemoglobina cerca del tejido es mayor que su afinidad con el oxígeno en los pulmones ¿Cuáles son los principales efectos fisiológicos? a) En la hemoglobina fetal La falta de peróxido de hidrógeno estimula la producción de 2,3-DPG en los glóbulos rojos, lo que conduce a un aumento en la liberación de peróxido de hidrógeno en la hemoglobina. Hipoxia: En condiciones hipóxicas, la concentración de 2,3-DPG en los glóbulos rojos aumenta debido al aumento de la glucólisis. b) Durante la aclimatación de la latitud El porcentaje de hemoglobina saturada con oxígeno determina la cantidad de oxígeno en la sangre humana. Cuando el cuerpo humano alcanza una altitud de unos 2100 metros, la saturación de oxihemoglobina comienza a caer bruscamente. c) ¿Cuál es su significado clínico? Su significado clínico es el porcentaje de hemoglobina elevada. 8. Balance energético. Explicar y contabilizar de que vía provienen y cómo obtuviste el total de ATPs de la oxidación aeróbica (hasta el ciclo de Krebs) y anaeróbica de la glucosa (a nivel sustrato, por producción de (NADH+H, FADH2,) Para iniciar la secuencia glucolítica es necesaria la energía delos enlaces fosfato de dos moléculas de ATP. Posteriormente se producen dos moléculas de NADH a partir de dos de NAD+ y cuatro de ATP a partir de cuatro de ADP. 9. Además de producir y contribuir a la producción de energía la glucólisis es fuente de sustratos para otras Oxidación aerobia ATPs Formados Oxidación anaeróbica ATPs formados Glucolisis aerobia 8 Glucolisis anaerobia 8 Total= 8 Total= 10 ¿Nombres de los intermediarios que son puertas de salida en la glucólisis? ¿Qué producto forma? Fructosa 1, bifosfato y fructosa 6-fosfato. Cataliza la conversión de fructosa 1,6 bifosfato en fructosa 6-fosfato, para la conversión de la glucosa. Glucosa 6-fosfato y glucosa. Cataliza la conversión de glucosa 6-fosfato en glucosa. Piruvato y fosfoenolpiruvato La reversión de la reacción catalizada por el piruvato Cinasa en la glucólisis involucra dos reacciones endotérmicas. Piruvato a oxalacetato El piruvato forma oxalacetato Piruvato a malato El piruvato forma malato deshidrogenasa. Piruvato ADP, ATP, piruvato quina. 10. ¿Con cuáles vías metabólicas tiene relación la glucólisis? Con la formación de acetil coenzima A, ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones. 11. ¿Cómo es que las levaduras pueden producir alcohol? ¿Cómo los bacilos lácticos forman el yogurt? La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso, las levaduras obtienen energía disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y CO2. El yogurt resulta de la fermentación de la leche por una flora bacteriana compuesta de Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus. Los estreptococos remueven el oxígeno y los lactobacilos transforman el azúcar lactosa en ácido láctico. 12.Consultar el libro de Appleton A, Vanbergen O. Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. 4a ed. Madrid: Elsevier; 2013. Elaborar una síntesis de las siguientes temáticas del catabolismo del etanol: Catabolismo del etanol El etanol es metabolizado a acetaldehído por el alcohol deshidrogenasa en la mucosa gástrica e hígado, y por el sistema microsomal dependiente de citocromo P-450 (más concretamente la enzima CYP2E1) y catalasa en el hígado. Efectos metabólicos Relacionado con el metabolismo (el conjunto de todos los cambios químicos que ocurren en una célula o un organismo para producir la energía y los materiales básicos necesarios para importantes procesos vitales). Significado clínico de su ingesta excesiva Material alimenticio o lípidos que se incorporan al organismo por la boca en un periodo determinado 13. ¿Qué concluyes de la ingesta de etanol? El consumo de grasas y de alcohol (términos alcohol, etanol y bebidas alcohólicas se emplean indiferentemente en este trabajo) en exceso está directamente relacionado con diferentes hepatopatías. Las grasas saturadas e insaturadas juegan un papel importante en la explicación de las rutas metabólicas del alcohol y los daños hepáticos que causa. 14. Consultar el libro de Vasudevan DM, Sreekumari S, Kannan V. (2011). Texto de Bioquímica. 6ta. Edición. Ed. Cuellar Ayala, México. El tema: “Metabolismo del Etanol” y elaborar un mapa conceptual de las alteraciones bioquímicas del alcoholismo y alcoholismo crónico. Mapa Conceptual Alteraciones Bioquímicas del Alcoholismo Mapa Conceptual Alteraciones Bioquímicas del Alcoholismo Crónico 15.Realiza un pequeño mapa metabólico donde señales las reacciones que convierten o ingresan la fructosa y galactosa a la glucólisis. 16.El mecanismo de oxidación del piruvato, es exactamente igual a la reacción catalizada por la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa del ciclo de Krebs… La oxidación del piruvato es la etapa previa al ciclo de Krebs, ambos se llevan a cabo en la matriz mitocondrial, pero es relativamente corta en comparación con las largas vías de la glucólisis o la del ácido cítrico, por lo tanto, no es exactamente igual. ¿Explica por qué un consumo adecuado de las vitaminas hidrosolubles: tiamina, ácido lipoico, niacina, riboflavina y ácido pantoténico, ¿permiten que obtengamos energía (ATP) en esta vía? Estas vitaminas al convertirse en coenzimas tienen una función energética. La tiamina se convierte a su forma activa de coenzima por la adición de dos grupos fosfato con ayuda de ATP, su papel principal está en el metabolismo de los carbohidratos, por lo tanto, el requerimiento se incrementa con una mayor ingesta de carbohidratos. El ácido lipoico es un antioxidante universal cuya principal acción es intervenir en el proceso de respiración celular donde se genera el ATP. j El destino del ácido pirúvico que se produce durante la glucolisis depende de la disponibilidad de oxígeno. Si el oxígeno es escaso, entonces el ácido pirúvico se reduce mediante la vía aerobia por adición de dos átomos de H para formar ácido láctico Entrada al ciclo de Krebs El niacina actúa en el metabolismo celular formando parte de la coenzima NAD y NADP. Sus derivados, NADH y NAD+, y NADPH y NADP+, son esenciales en el metabolismo energético de la célula y en la reparación del ADN. La riboflavina ayuda a convertir los alimentos que se consumen en energía. El ácido pantoténico es parte de la Coenzima A. 17. ¿Cuál es su producto si oxida 1 molécula de glucosa? Piruvato ¿Con los productos anteriores, ¿cuántos ATPs produciría la vía de oxidación del piruvato? 2 18. ¿Cuáles pueden ser sus destinos? 19. Ordena la secuencia de reacciones de ambas vías… Glucogénesis Glucogenólisis (2) Glucógeno sintetasa. (3) Enzima ramificaste. (1) UDG-Pirofosforilasa. (2) Glucógeno sintetasa. (1) Glucógeno fosforilasa. (3) Desramificante. (4) Fosfoglucomutasa. (1) Glucógeno fosforilasa. (2) Transferasa. Marca con una cruz los enunciados incorrectos (x) La vía requiere vitamina B5 (Piridoxal fosfato). (x) No requiere glucógeno cebador o glucogenina. (x) La vía degrada la glucosa. () Una vez que los tejidos recibieron la glucosa que necesitaban, posteriormente esta vía se activa cuando existe un exceso de glucosa en sangre. () La vía es inhibida por el glucagón. () Es una vía anabólica. Marca con una cruz los enunciados incorrectos (x) La vía requiere agua. (x) Su producto en músculo es glucosa libre. (x) Se activa cuando la glucosa sérica disminuye en sangre. () El producto glucosa 6-P, es exportado por el hígado a la sangre. () La vía es inhibida por la insulina. (x) Es posible degradar todo el glucógeno almacenado. 20. Dibujar o pegar la gráfica que muestra la variación aproximada de los depósitos de glucógeno en el hígado y el nivel de glucosa en sangre a las distintas horas del día, consultar el libro Amber Appleton; Olivia Vanbergen, (2013). Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. 4ta. edición. Ed. Elsevier, Barcelona España. Analizar la gráfica y explicar tu interpretación de la concentración de glucosa en sangre. El rango normal del nivel de azúcar en la sangre mantenido por el cuerpo para su buen funcionamiento es de 70 a 150 mg / dL. Los niveles de glucosa son más bajos en las mañanas, y en su mayoría tienden a subir pasadas un par de horas después de las comidas, según la cantidad de carbohidratos consumidos. Nuestro cuerpo regula efectivamente los niveles normales de azúcar, en caso de una caída. La glucosa extra se almacena en el hígado enforma de glucógeno y fácilmente se reabsorbe en el torrente sanguíneo. La glucosa se mide con el estómago vacío, después de seis a ocho horas de la última comida. 21. De la misma gráfica de la pregunta anterior, explica tu interpretación de la concentración de glucógeno hepático Una dieta deficiente en carbohidratos rápidamente agota el glucógeno muscular y hepático y, por consiguiente, afecta al rendimiento en los ejercicios cortos además de en las actividades de resistencia sus máximas prolongadas. Si el ejercicio se realiza hasta el punto en que el glucógeno del hígado y de los músculos específicos llega a ser severamente reducidos, aunque haya suficiente oxígeno para los músculos y la energía potencial de las grasas almacenadas siga siendo casi ilimitada, además sobreviene por la falta de glucosa para el cerebro, dependiente casi exclusivamente de ésta para sus necesidades energéticas. 22. A partir de lo antes contestado marca con una cruz si el enunciado es falso. (X) Como amanecemos con un almacén repleto de glucógeno, el desayuno se puede omitir. () Las colaciones son necesarias ya que entre comidas disminuye la glicemia. () Después de las comidas se activa la glucogenólisis. (X) Después de comer podemos almacenar todo el exceso de glucosa en sangre en forma de glucógeno. () Durante el día entre comidas hacemos glucogenólisis. () El mayor nivel de glicemia es después de la comida. (X) El mayor almacén de glucógeno es por la noche. (X) Después del desayuno presentamos el nivel de glucógeno es más bajo. () En caso de inanición por más de 24 horas, se puede obtener glucosa a partir del glucógeno. (X) Después de desayuno, comida y cena se activa la gluconeogénesis. () Entre el desayuno, comida y cena se activa la glucogénesis. () La gráfica demuestra que ante una elevación de la glicemia se activa la glucogénesis. (X) También demuestra que ante una disminución de la glicemia se activa la degradación del glucógeno. () La gráfica hace referencia que después de comidas la reserva de glucógeno aumenta y entre comida disminuye. 23. ¿Cuántas horas dura la reserva de glucógeno? 24 a 48 horas ¿Son necesarias dos colaciones durante el día? Si ¿Por qué? La necesidad de las colaciones se debe a que nuestro organismo debe regular los niveles de azúcar en la sangre. Al mantener constantes estos niveles, el cerebro recibe las señales de saciedad y, por lo tanto, produce esa sensación de bienestar. 24. Complementa los siguientes enunciados de la vía de gluconeogénesis y escribe dentro de cada cuadro el nombre del sustrato que puede iniciar esta ruta La gluconeogénesis se lleva a cabo en el hígado y Riñones, y consiste en la formación de glucosa a partir de moléculas que no son carbohidratos. El sustrato glucosa-6-P inicia la ruta cuando se requiere de energía o baja de peso o ya no existe glucógeno disponible. El sustrato glucosa inicia la ruta cuando se hace ejercicio. También el eritrocito como parte de su metabolismo. Este ciclo se denomina glucolisis. El ciclo de Krebs puede recibir aminoácidos para formar 4 de sus intermediarios, ésta ruta se activa, ante estados de inanición, desnutrición o diabetes, dichos sustratos provienen De aminoácidos ¿Qué sustrato forma más rápidamente glucosa? Glicerol, cuáles enzimas gluconeogénicas utilizó Fosfoenolpiruvato carboxicinasa, Glucosa-6-fosfatasa, Frutosa- 1-6 bifosfatasa Considerando que es una ruta anabólica, ordena la forma de participación de las enzimas (1, 2, 3) (1) Glucosa 6 fosfatasa (3) Fosfoenolpiruvato carboxicinasa (2) Fructosa 1,6 bifosfatasa 25. Lee los siguientes enunciados y subraya lo incorrecto de la vía de las pentosas, escribiendo sobre la línea lo que corresponda: • Fase 1 se denomina oxidativa irreversible (FOI). Genera ribulosa-5-fosfato: No forma CO2: Si forma CO2 Forma 5 ATPs: No forma ATP´s ya que la vía solo funciona como fuente de sustratos para otras vías Es la etapa degradativa: La vía forma dos moléculas de NADPH+H: Toda la ruta forma en total 6, pero por cada 3 moléculas de glucosa forma 2 Requiere de 2 moléculas de Glucosa 6-P: Requiere 3 moléculas Requiere de Mg+2, Mn+ o Ca++: • Escribe sobre la línea cómo se denomina La Fase 2: No oxidativa reversible (FOR). Forma 2 glucosas y una triosa: No requiere de Tiamina (B1): Si requiere de tiamina. Etapa de interconversiones: Forma ribosa Forma tetrosas, heptosas, hexosas: Solo hexosas Requiere de Mg+: 26. Escribe dentro del rectángulo ¿Cuáles son sus destinos? 1. Ribosa Síntesis de nucleótidos 2.NADPH+H Biosíntesis reductora 3.GLUCOSA 6-P Piruvato 4.GLICERALDEHIDO 3-P Glucolisis 27. ¿Con qué otras rutas metabólicas están conectadas la vía de las pentosas fosfato? Glucólisis, biosíntesis de ácidos grasos y colesterol. 28. ¿Quién activa la vía de las pentosas? La glucosa-6-fosfato. 29. Consultar el libro de Vasudevan DM, Sreekumari S, Kannan V. (2011). Texto de Bioquímica. 6ta. Edición. Ed. Cuellar Ayala, México. El tema “Significado Biológico de la Vía de las Pentosas”. Y elaborar un resumen de los puntos dos al nueve. 2. Metahemoglobina: aunque las personas no padezcan cianosis, las que tienen deficiencia de GPD tienen un aumento de metahemoglobina en la circulación. 3. Deficiencia de tiamina: se puede deber al síndrome de Wernicke’s Kosakoff ya que cuando es observada en alcohólicos y en deficiencia de tiamina, se debe a un defecto genético en la enzima transacetolasa. 8. Actividad bactericida de los macrófagos: los macrófagos requieren de NADPH para producir especies reactivas derivadas de oxígeno (ROS) para matar a las bacterias. 9. Disponibilidad de ribosa: El ADN y ARN requieren de ribosa y desoxirribosa, La ribosa es necesaria para las enzimas nucleotídicas y siempre está disponible. 30. Consultar el libro de Vasudevan DM, Sreekumari S, Kannan V. (2011). Texto de Bioquímica. 6ta. Edición. Ed. Cuellar Ayala, México. El tema “Funciones del NADPH+H” y elabora una síntesis que incluya los siguientes subtemas: 1. Función del NADPH+H en la biosíntesis de lípidos. 2. En la producción de glutatión. 3. En el metabolismo del glutatión (importancia en hematíes, inactivación enzimática y no enzimática). 4. Prevención de la oxidación de la hemoglobina. 5. Metabolismo de medicamento. El NAD tiene una reductora y cumple con la propiedad de fosforilar. Junto con el FAD funcionan como antioxidantes para la vía. La principal fuente de NADH es la vía de la pentosa fosfato. La función principal del glutatión es proteger las células y las mitocondrias del daño oxidativo y peroxidación, así como antioxidante, neuromodulador y neuromodulador. El hígado y el riñón son los principales órganos involucrados en la síntesis y degradación de GSH, como así también en la circulación inter-órgano de la cual también participan el bazo, los eritrocitos, los leucocitos y el cristalino. Cuando se administra un inhibidor de la síntesis de GSH se observa una rápida disminución en los niveles de GSH en plasma, hígado y riñón. Esto refleja la rápida circulación de GSH en estos tejidos. El hígado es el órgano que posee las concentraciones más altas de GSH y es un órgano central en dos aspectos importantes para la biosíntesis de GSH: 1. Los hepatocitos son las únicas células que tienen la habilidad de utilizar metionina para la síntesis de GSH a través de la vía de la transulfuración, en la cual la metionina es convertida a cisteína y luego esta última es utilizada en la síntesis de GSH. 2. La síntesis hepática de GSH depende de la velocidad de exportación de GSH al plasma, bilis y mitocondria mediante los distintos sistemas de transporte. La metahemoglobina (ferri hemoglobina) es un derivado de la hemoglobina en que el hierro ferroso seoxida a su forma férrica. La metahemoglobina forma parte de la hemoglobina "inactiva"; es incapaz de combinarse de modo reversible con el oxígeno y monóxido de carbono, además desvía la curva de disociación oxígeno en el sentido de un aumento de su afinidad por este y entorpece por tanto su transporte desde la sangre a los tejidos. Así, cantidades anormales de metahemoglobinemia, causarán una "anemia" funcional con cianosis (debido a la capacidad reducida de la sangre para transportar oxígeno). Para prevenir su aparición, debe evitarse el consumo de verduras con alto contenido en nitratos en menores de un año, así como, conservarlas de forma adecuada. El metabolismo de los fármacos es el proceso por el cual ocurre una biotransformación en el cuerpo de modo que puedan ser eliminadas más fácilmente. La mayoría de los procesos donde se lleva a cabo el metabolismo de fármacos se produce en el hígado, debido a que en ese órgano se producen las enzimas que facilitan la biotransformación. Los fármacos se metabolizan a través de diversas reacciones, las cuales son: Oxidación: La oxidación es la pérdida de electrones por un átomo, molécula. Por lo tanto, una molécula pobre en electrones es más difícil de oxidar que una molécula rica en electrones. Una de las principales enzimas en el hígado encargadas de metabolizar moléculas por oxidación son la familia del citocromo P450 o enzimas Cyp. La reacción de oxidación aumenta la polaridad de las moléculas, haciéndolas más solubles en agua y facilitando su excreción. Generalmente, si un fármaco se oxida fácilmente, se eliminará más rápidamente dentro del cuerpo en comparación con un fármaco difícil de oxidar. Una característica relevante de un fármaco es que debe ser metabólicamente estable, lo que significa que debe permanecer en el cuerpo durante un período de tiempo suficiente, a fin de ser eficaz. Reducción: es la ganancia de electrones o una disminución en el estado de oxidación por una molécula, átomo o ion. Hidrólisis: es una reacción química entre una molécula de agua y el fármaco, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Conjugación: En las reacciones de conjugación, los productos de la transformación metabólica de los fármacos son combinados con compuestos endógenos hidrosolubles (agentes conjurantes). Estas reacciones son catalizadas por enzimas como las transferasas. Isomerización: es el proceso por el cual una molécula se transforma en otra molécula, pero el producto tiene exactamente los mismos átomos, pero una disposición diferente. 31. ¿En qué lugar de la célula eucariota se llevan a cabo las siguientes vías y en que tejidos? Vía Lugar de la célula Tejido Vía Lugar de la célula Tejido Glucólisis aerobia Citoplasma Músculos Glucólisis Citoplasma Hígado y tejidos Oxidación del piruvato Matriz mitocondrial Glucogénesis Matriz extracelular Hígado y músculo Glucogenólisis Citosol Hígado y músculo Gluconeogénesis Hígado y riñón 32. Regulación del metabolismo de carbohidratos. a) Escribe qué moléculas activan e inhiben a la glucólisis. b) Enlista quiénes activan o inhiben la vía de oxidación del piruvato. INHIBICIÓN ALOSTÉRICA POR METABOLITOS El complejo enzimático esta inhibido por ATP y activado por AMP. Por fosforilación / desfosforilación sobre la E1. Fosforilada es < activa. Defosforilada > activa. La PDH fosforilada (PDH-P) es inactiva y la desfosforilación la activa de nuevo. La PDH es estimulada (PDH a) por la insulina, fosfo-enol- piruvato y AMP, que inhiben a la PDH-quinasa. Es inhibida (PDH b) por el ATP, NADH y acetilCoA, que activan a la PDH-quinasa. c) El glucagón, adrenalina, insulina y calcio en el metabolismo del glucógeno ¿Activan o inhiben la vía? Activan d) Complementa la siguiente tabla ¿Qué efectos tienen las siguientes moléculas sobre la gluconeogénesis? ¿ACTIVA? ¿INHIBE? ATP X Piruvato X Glicerol X Vía de las pentosas Citosol Hígado, tejido adiposo, corteza adrenal, glándulas mamarias, testículos y ovarios, eritrocitos y cristalino del ojo. Enzima Activa Inhibe Hexoquinasa Activa G-6-P Glucoquinasa Insulina Glucagón Fosfofructoquinasa Insulina, AMP, F-6-P, PFK-2, F2,6-BP. Glucagón, ATP, Citrato, Bajo PH, AMP cíclico. Piruvato quinasa Insulina, F1,6-BP G. Glucagón, ATP, AMP cíclico. Piruvato deshidrogenasa CoA, NAD. Acetil CoA, NADH. AMP X Acetil CoA X Lactato X Insulina X Etanol X 33. Consultar los libros de bioquímica de los autores Amber Appleton; Olivia Vanbergen, Harpery Vasudevan y complementa el siguiente cuadro de algunas patologías del metabolismo de carbohidratos. ¿A qué vía del metabolismo de carbohidratos pertenece? ¿A qué se debe? -características clínicas Deficiencia de tiamina La carencia de tiamina puede ser causada por malnutrición, alcoholismo o una dieta rica en alimentos que son fuente de tiaminasa (factor antitiamina, presente en pescados de agua dulce crudos, crustáceos crudos, y en bebidas como el té, café). Síndrome de MC Ardle es causada por la ausencia de fosforilasa muscular que provoca intolerancia al ejercicio, rabdomiólisis por mioglobinuria e insuficiencia renal aguda. Enfermedad Pompe ocurre debido a una mutación (un cambio) en un gen que ayuda a producir una enzima llamada alfaglucosidasa. Esta enzima descompone un tipo de glucosa llamada glucógeno. Cuando la producción de esta enzima no es adecuada, el glucógeno se acumula en las células del cuerpo. Deficiencia de piruvato Cinasa es un error congénito del metabolismo de los hematíes (eritrocitos o glóbulos rojos), que causa una anemia hemolítica crónica. Este trastorno provoca que los glóbulos rojos se destruyan más rápido de lo que la médula ósea puede producirlos. Deficiencia de glucosa 6-p deshidrogenasa ocurre cuando una persona carece o no tiene suficiente cantidad de una enzima llamada glucosa-6- fosfato deshidrogenasa. Esta enzima ayuda a que los glóbulos rojos trabajen apropiadamente. Una cantidad muy baja de G-6-PD lleva a la destrucción de los glóbulos rojos. 34. De la lectura de glucólisis y cáncer ¿qué aspectos bioquímicos existen en este binomio? El cáncer es una importante causa de mortalidad a nivel mundial y el número de personas que se ven afectadas por esta condición va en aumento. Se sabe que las células cancerígenas tienen una mayor actividad de la vía glucolítica respecto a las células normales, y esto se debe a una sobre expresión de los genes que codifican las enzimas que intervienen en esta ruta metabólica. Se ha visto que este metabolismo aberrante permite a las células cancerígenas cumplir su objetivo: proliferar velozmente y a su vez tener una fuente constante de energía. De esta manera se tiene una ventaja significativa con respecto a las células de los tejidos sanos. A pesar de que es ampliamente aceptada la importancia funcional del glicólisis en el cáncer poco se conoce acerca de la influencia de la expresión genética en las elevadas tasas de esta ruta metabólica. En esta revisión se trata de recopilar los datos que sustenten el hecho de que existe una sobre expresión de los genes que codifican las enzimas de la vía glicolítica en células cancerígenas, determinar cuáles son estas enzimas y describir algunas de las técnicas empleadas en el estudio de la sobre expresión génica. Referencias Appleton A, Vanbergen O.Lo Esencial en Metabolismo y Nutrición. 4a ed. Madrid: Elsevier; 2013. Mueckler M, thorens. The SLC2 (GLUT) family of membrane transporters. Molecular Aspects of Medicine 2013; 34:121-138. Timberlake K.C. Química General, Orgánica y Biológica, estructuras de la vida. 10a ed. Madrid: Pearson Educación; 2013 Vasudevan DM, Sreekumari S, Kannan V.Texto de Bioquímica. 6 a ed. México: Cuellar Ayala; 2011. Material de consulta para ampliar el tema Adekora K, Rosen ST, Shanmugam M. Glucose transporters in cancer metabolism. Current Opinion in Oncology 2012; 24(6): 650-654. American diabetes association. http://www.diabetes.org Asociación Mexicana de diabetes. http://amdiabetes.org De la Barrera AK, De la Barrera AA. Luda y Sercho En: Diabetes, un cómic digestivoNo. 5.México: Comité Asesor de Salud, Protección Civil Y Manejo Ambiental de la UNAM. http://www.diabetes.org/ http://amdiabetes.org/ www.alimentos.unam Martinez Montes F. Programa interactivo de integración Médica. Facultad de Medicina, UNAM. http://bq.unam.mx/wikiped/pmwiki.php/Main/piim (último acceso 2 de septiembre 2015). ¿Qué es la diabetes y cómo se controla? [Programa de TV on line]. Mirador Universitario CUAED, UNAM. México. Coordinación de Universidad Abierta y Educación a distancia. 2 de Junio del 2014. Wright EM. Glucose transport families SLC5 and SLC50. Molecular Aspects of Medicine 2013; 34:183-196. Sobre expresión de genes de las enzimas de la vía glicolítica en células Cancerígenas: http://www.scielo.org.pe/pdf/amp/v24n3/v24n3a11 Glucólisis y cáncer: https://prezi.com/xmcc60wjed7f/glucolisis-y-cancer/ http://www.alimentos.unam/ https://prezi.com/xmcc60wjed7f/glucolisis-y-cancer/
Compartir