03-Metabolismo de Hidratos de Carbono - MARIO EDHER SANCHEZ DIAZ

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METABOLISMO
DE
HIDRATOS DE CARBONO
12
DIGESTION Y ABSORCION DE HIDRATOS DE CARBONO
Luz intestinal Superficie celular Enterocito
Capilar
sanguíneo
Lactosa
Almidón
Glucógeno
Sacarosa
Maltosa
Maltotriosa
Dextrinas límites
Lactasa
a-glucosidasas
Sacarasa
Galactosa
Glucosa
Fructosa
Glucosa
Galactosa
Fructosa
Adaptado de Devlin TM, “Biochemistry”, 5th edition, A John Wiley and Sons Eds, 2002.
a-amilasa
GLUT-5
SGLT-1 Na
+
ATP
ADP
K
+
K
+
Na
+
GLUT-2
2Na
+
13
GLUCOLISIS
Glucosa
Glucosa 6-fosfato
Fructosa 6-fosfato
Fructosa 1,6-bisfosfato
Dihidroxiacetona
Fosfato
Gliceraldehído 3-fosfato2
2 1,3-Bisfosfoglicerato
2 3-Fosfoglicerato
2 2-Fosfoglicerato
2 Fosfoenolpiruvato
2 Piruvato
ATPATP
ATP
ADP
ADP
2 NAD + 2 P+ i
2 2NADH + H+
ATP
2 ADP
2 ATP
2 H O2
2 ADP
2 ATP
Hexoquinasa
Fosfogluco
isomerasa
Fosfofructo
quinasa
Aldolasa
Triosa fosfato
isomerasa
Gliceraldehído 3-fosfato
deshidrogenasa
Fosfoglicerato
quinasa
Fosfoglicerato
mutasa
Enolasa
Piruvato
quinasa
Etapa
Preparativa
Etapa de
oxidación
fosforilante
Etapa de
reconversión final
y ganancia de energía
( - ) G 6-P
( + ) AMP , F 2,6 bisP
( - ) ATP , citrato
( + ) F 1,6-bisP
( - ) ATP, alanina, Acetil-CoA
Iodoacetato (inhibidor)
Fluoruro (inhibidor)
14
Glucógeno
Glucosa 1-P
Hexoquinasa
D-Glucosa D-Glucosa 6-Fosfato D-Fructosa 6-P
Mg 2+
ATP ADP
Mg 2+
ATP
ADP
D-Fructosa 1,6-bisfosfato
Dihidroxiacetona fosfato
Gliceraldehído 3-P
deshidrogenasa
Aldolasa
Fosfoglicerato-
quinasa
Mg 2+
3-Fosfoglicerato
ATP ADP
1,3-Bisfosfoglicerato
NADH + H NAD+ +Gliceraldehído 3-fosfato
Fosfoglicerato mutasa
Enolasa
Espontánea Lactato
deshidrogenasa
2-Fosfoglicerato
Fosfoenol-
piruvato
(Enol)
piruvato
ANAEROBIOSIS
NADH + H NAD+ +
(Ceto)
piruvato
L-Lactato
H O2
ADP
ATP
Los átomos de carbono 1 a 3 de la fructosabisfosfato forman dihidroxiacetona fosfato; en tanto que los carbonos 4 a 6
forman gliceraldehído 3-fosfato.
GLUCOLISIS
Fosforilasa
Triosafosfato isomerasa
Adaptado de Murray R., Granner D., Mayes P., Rodwell V., “Bioquímica de Harper”, 15º edición, El Manual Moderno, 2001.
H HH
H
H
H
H
H
HO
O O
O O
2
2
C
C
O PH2C O P
O
HH
HH
H H
H H
H
OOO
O
H2C OH
O
O O O
O
H HH
H
H H
HH H
Fosfogluco
isomerasa
H2C O P
O
O O
O
H2C O P
*
HHHH
HH H2C O P
C
CH2OH
O
2
C
OH
P
CH
COO
H O
2CH O P
C
C
H OH
O
O
P~ Pi C
C
CH
O
OH
O2
H
H
P
2CH
P
COO
C O~
COO
C
2CH
COO
C
CH
OH O
3
COO
C
CH3
HHO
H2C O P
CH
COO
OH
Piruvato
quinasa
Fosfofructoquinasa
15
Lactato
Fructosa
1,6-bisfosfatasa
Glucosa 6-fosfatasa
GLUCONEOGENESIS
Glucosa
Glucosa 6-P
Fructosa 6-P
Fructosa
1,6-Bisfosfato
Gliceraldehído 3-P Dihidroxiacetona P
1,3-Bisfosfoglicerato
3-Fosfoglicerato
2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato (PEP)
Piruvato
Oxalacetato
Oxalacetato
Piruvato
GDP + CO2
NADH + H
NAD
+
+
NADH + H
NAD
+
+
NADH + H +
NADH + H NAD+ +
ADP
ATP
ADP
Pi
Pi
Pi
ATP + CO2
ADP + Pi
CICLO DE KREBS
H O2
H O2
Glicerol 3-fosfato
deshidrogenasa
Glicerol
quinasa
Glicerol 3-P
Glicerol
Malato Malato
Fumarato Succinil-CoA Propionato
Lactato deshidrogenasa
Vías principales de gluconeogénesis en el hígado. Los puntos de entrada de aminoácidos glucogénicos después
de la transaminación se indican con el símbolo . Las enzimas claves se indican con doble recuadro.O
a. -Cetoglutarato
NADH + H +
NAD +
Mg+2
Adaptado de Murray R., Granner D., Mayes P., Rodwell V., “Bioquímica de Harper”, 15º edición, El Manual Moderno, 2001.
Citosol
Mitocondria
PEP
Retículo
endoplasmático
Fosfoenolpiruvato
carboxiquinasa
Piruvato carboxilasa
ATP
GTP
NAD +
16
GLUCOLISIS Y GLUCONEOGENESIS
REGULACION POR METABOLITOS
Pi Glucosa
Glucosa 6-P
Fructosa 6-P
Fructosa 1,6-bisP
Gliceraldehido 3-P
1,3 Bisfosfoglicerato
3-P Glicerato
2-P Glicerato
Fosfoenolpiruvato
Oxalacetato
Piruvato
ATP
ADP
DHAP
ATP
ATP
ADP
ADP
ADP
ADP + Pi
ATP
ATP
(-) ATP (-) Citrato
(+) AMP (+) F 2,6-bisP
(-) G - 6 - P
(-) AMP (-) F 2,6-bisP
[G - 6 - P]
(+) F 1,6-bisP
(-) ATP (-) Acetil-CoA (-) Alanina
H O2
H O2
CO2
CO2
(+) Acetil-CoA
GTP
GDP
Pi
17
REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LA ENZIMA BIFUNCIONAL
FOSFOFRUCTOQUINASA -2 FRUCTOSA 2,6 BISFOSFATASA
Fructosa 6-fosfato (+)
Enzima bifuncional no fosforilada
(actividad quinasa)
(+)Bajo nivel de
glucos en sangre
H O2
Fructosa 6-fosfato Fructosa 2,6-bisfofato
Enzima bifuncional fosforilada
(actividad fosfatasa)
ATP
ADP
Fructosa 6-fosfato (-)
Adaptado de Stryer L., “Bioquímica”, 4º edición, Ed Reverté. 1995.
Pi
CONTROL DE METABOLISMO
DE LA GLUCOSA POR F 2,6 bisP
CONTROL DE LA
SINTESIS DE 2,6 -bisP
G 6-P
F 6-P
Fructosa 2,6
-bisfosfato
Fructosa 1,6 -
bisfosfatasa
F1,6-bisP
DHAP + G 3-P
F 6-P
Fructosa 2,6-bisfosfatasa
- O - P
AMPc
ATP Pi
-OH
Fosfofructoquinasa-2
F 6-P
Fosfofructo-
quinasa-1
Fructosa
6- fosfato
Adaptapo de Matheus, “Biochemistry”, The Benjamin, 1990.
18
CICLO DE LAS PENTOSAS
Glucosa 6-fosfato 6-Fosfogluconolactona
6-Fosfogluconato
Ribulosa 5-fosfato
Ribulosa 5-fosfato Enediol
Isomerasa
Ribosa 5-fosfato
Ribulosa 5-fosfato Xilulosa 5-fosfato
Segunda fase
Primera fase
NADP + NADPH + H+
CO 2
NADP + NADPH + H+ H O2
Epimerasa
H+
6-Fosfogluconato
Deshidrogenasa
Deshidrogenasa
HC - OH
HC - OH
HOCH
HC - OH
HC
Ch - O - P2
C = O
HC - OH
HOCH
HCOH
HC
CH - O - P2
O
CH - OH
C = O
HC - OH
HC - OH
CH - O- P
2
2
O
C - O
HC - OH
HO - CH
HC -OH
HC - OH
CH - O- P
-
2
CH - OH
C = O
HC - OH
HC - OH
CH - O - P
2
2
HC - OH
C - OH
HC - OH
HC - OH
CH - O - P2
HC = O
HC - OH
HC - OH
HC - OH
CH - O - P2
CH - OH
C = O
HC - OH
HC - OH
CH - O - P
2
2
CH - OH
C = O
HO - CH
HC - OH
CH - O - P
2
2
O
C - O
HC - OH
HOCH
HC - O
HC - OH
CH - O - P
-
2
Lactonasa
O
19
Tercera Fase
Transcetolasa:
Transaldolasa:
Transcetolasa:
Rendimiento final:
Xilulosa 5-P Ribosa 5-P Seudoheptulosa 7-P Gliceraldehído 3-P
Transcetolasa
Transaldolasa
Seudoheptulosa 7-P Fructosa 6-P Eritrosa 4-P
Transcetolasa
Eritrosa 4-P Fructosa 6-PXilulosa 5-P Gliceraldehído 3·-P
C + C = C + C
C + C = C + C
C + C = C + C
3 C = C + 2 C
5 5 3 7
7 3 4 6
5 4 3 6
5 3 6
CH OH
C - O
HOCH
HCOH
H CO - P
2
2
CHO
HCOH
HCOH
HCOH
H CO - P2
CH OH
C = O
HOCH
HCOH
HCOH + CHO
HCOH HCOH
H CO - P H CO - P
2
2 2
CH OH
C = O
HOCH
HCOH
HCOH + CHO
HCOH HCOH
H CO P H CO P
2
2 2
CH OH
C = O
HOCH CHO
HCOH + HCOH
HCOH HCOH
H2 CO - P H CO - P
2
2
CH OH
C = O CHO
HOCH + HCOH
HCOH HCOH
H CO - P H CO - P
2
2 2
CH OH
C = O
HOCH
HCOH + CHO
HCOH HCOH
H CO - P H CO - P
2
2 2
R 5-P + 2 Xu 5-P 2 F 6-P + G 3-P«
La suma de estás tres reacciones sería:
20
DIAGRAMA DE FLUJO DEL CICLO DE LAS PENTOSAS
Deshidrogenasa
Deshidrogenasa
Transcetolasa
Transaldolasa
Transcetolasa
Fases
1a
2a
3a
Glucosa 6-P
NADP
NADPH
NADP
NADPH
NADPNADP
NADPHNADPH
Glucosa 6-P Glucosa 6-P
6- Fosfogluconato 6- Fosfogluconato 6- Fosfogluconato
NADP+
NADPHCO2
NADP
NADPHCO2 CO2
Ribulosa 5-P Ribulosa 5-P Ribulosa 5-P
Epimerasa Isomerasa Epimerasa
Xilulosa 5-P Ribosa 5-P Xilulosa 5-P
Gliceraldehído 3-P Seudoheptulosa 7-P
Fructosa 6-P Eritrosa 4-P
Gliceraldehído 3-P
Xilulosa 5-P
Fructosa 6-P
21
GLUCOGENOLISIS
En hígado:
En músculo:
G 1-P G 6-P
Fosfoglucomutasa
G 6-P + H O Glucosa + P2 i
Glucosa 6
fosfatasa
G 6-P Piruvato Anaerobiosis Lactato
Aerobiosis CO + H O
Vía
Glucolítica
2 2
Adaptado de Stryer L., “Bioquímica””, 4º edición, Ed Reverté, 1995.
a -1,6- Glucosidasa
Glucosa
libre
Transferasa
Fosforilasa
Glucogeno (n) + P Glucogeno (n-1) + G 1-Pi
Fosforilasa
+
22
ESQUEMA DE LA GLUCOGENO FOSFORILASA
Centro activo
Centro de unión
al glucógeno
Centro de unión
de nucleótidos
Centro de unión
de nucleótidos
Centro de unión de
piridoxal fosfato
Centro activo
Centro de unión
al glucógeno
Centro de unión de
piridoxal fosfato
Centro de
simetría
Adaptado de Rawn J., “Bioquímica”. Ed. Patterson (1989)Control de la fosforilasa en : la enzima puede adoptar una conformación T (tensa: inactiva) o
R (relajada: activa). El equilibrio entre R y T de la fosforilasa a esta desplazado hacia la forma R (activa).
En cambio la fosforilasa b está principalmente en la forma T a menos que el nivel de AMP (efector positivo) sea
elevado y los niveles de ATP y G 6-P (efectores negativos) sean bajos.
músculo esquelético
Adaptado de Stryer L., “Bioquímica””, 4º edición, Ed Reverté, 1995.
REGULACION DE LA ENZIMA EN MUSCULO ESQUELETICO
P
PP
P
AMP
ATP
G-6-P
Fosforilasa b
(Forma R activa)
Forforilasa b
(Forma T inactiva)
Fosforilasa a
(Forma T inactiva)
Fosforilasa a
(Forma R activa)
Proteinfosfatasa I
Fosforilasa b quinasa
2 ATP 2 ADP
2 Pi 2 H O2
23
GLUCOGENOGENESIS
ACCION DE LA ENZIMA RAMIFICANTE
REGULACION DE LA GLUCOGENO SINTASA
G 1-P + UTP UDP-Glucosa + P P~Pirofosforilasa
P P + H O~ 2 2 PiPirofosfatasa
UDP-Glucosa + Glucogeno (n) UDP + Glucogeno (n+1)
Glucógeno Sintasa
UDP + ATP UTP + ADPDi-fosfoquinasa
Glucosa G 6-PHexoquinasa
ATP ADP
G 6-P G 1-PFosfoglucomutasa
E.ramificante
P P
Pi H O2
ATP ADP
Proteinfosfatasa I
Quinasas*
Glucógeno sintasa a
(Forma R activa)
Glucógeno sintasa a
(Forma T inactiva)
*Proteínquinasa A, Ca Quinasas, Glucogeno sintasa 3-Quinasa++
Glucógeno sintasa b
(Forma R activa) Glucógeno sintasa b(Forma T inactiva)
Glucosa-6-fosfato
24
EFECTO DE LA GLUCOSA EN LA ACTIVIDAD
DE LA GLUCOGENO FOSFORILASA Y GLUCOGENO SINTASA
EN HIGADO
Adaptado de Stryer L., “Bioquímica””, 4º edición, Ed Reverté, 1995.
P
P P
P
P
Glucosa
2 Pi2 H O2
PiH O2
Glucógeno Fosforilasa a
(Forma R activa)
Glucógeno Fosforilasa a
(Forma T inactiva)
Glucógeno Fosforilasa b
(Forma T inactiva)
PPI PPI PPI
Glucógeno Sintasa b
(Forma T inactiva)
Glucógeno Sintasa a
(Forma T inactiva)
Glucógeno Sintasa a
(Forma R activa)
PPI: Proteinfosfatasa I
Gliceraldehido Gliceraldehido 3-P
Gliceraldehido
Quinasa
Fructosa F 1-PFructoquinasa
ATP ADP
F 1-P Gliceraldehido + DHAPAldolasa B
ATP ADP
METABOLISMO DE LA FRUCTOSA EN HIGADO
25
METABOLISMO DE LA GALACTOSA
G 1-P + UTP UDP-G + P P~Pirofosforilasa
P P + H O~ 2 2 Pi
Pirofosfatasa
UDP-G UDP-Gal
Epimerasa
UDP-Gal + Glucosa UDP + Lactosa
Lactosa Sintasa
Hexoquinasa
ATP ADP
G 6-P G 1-P
Fosfoglucomutasa
SINTESIS DE LACTOSA EN LA GLANDULA MAMARIA
UDP + ATP UTP + ADP
Di-fosfoquinasa
Glucosa G 6-P
ATP ADP
Gal 1-P G 1-P
Transferasa
UDP-G UDP-Gal
Epimerasa
METABOLISMO DE LA GALACTOSA EN EL HIGADO
Galactosa Gal 1-P
Galactoquinasa
26