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CUESTIONARIO DE INTEGRACIÓN METABÓLICA Es importante saber: • Qué vías están más activas en los diferentes estados metabólicos • Cómo se regulan estos procesos en cada tejido • Cómo se coordinan esas regulaciones en general en diferentes estados metabólicos (ayuno, saciedad) • PREGUNTA 1 • Responda los siguientes items con respecto a los mecanismos de regulación de una vía metabólica. • a) La beta oxidación y la biosíntesis de ácidos grasos ocurren en diferentes compartimentos subcelulares. Discuta la importancia de estos hechos desde el punto de vista regulatorio de ambas vías. REGULACIÓN POR COMPARTIMENTALIZACIÓN CELULAR b) ¿En que consiste la modificación covalente de enzimas? Plantee tres ejemplos de enzimas cuya regulación ocurre por este mecanismo. REGULACIÓN DEL METABOLISMO DE GLUCÓGENO EN HÍGADO 1- Glucagon Dieta ↑Glúcidos y sin grasa Aumenta la síntesis de enzima Ayuno y ↑grasa Disminuyen la síntesis de enzima Insulina Glucagon OH Fosfofructoquinasa 2 (hepática) ++ fosfatasa PKA + FFQ1 Dejo de + FFQ1 Dejo de – FbiFasa1 [Fru 2,6 diP] [Fru 2,6 diP] - FbiFasa1 FFQ2 FFQ2 FBiFasa2 FBiFasa2 hipoglucemia hiperglucemia FFQ2……………………………FBiFasa2 Fructosa 2,6 difosfato Fructosa 6 fosfato c) La reacción catalizada por la enzima Fosfofructoquinasa I es un punto clave en regulación de la glucólisis. Describa que tipos de regulación experimenta la enzima mencionada. H+ d) Explique el significado de la frase: “ el glucagon promueve la inducción de enzima piruvato carboxilasa” . Describa la secuencia completa de eventos por el cual el glucagon regula, por una acción genómica, la gluconeogénesis El mecanismo por el cual el GLUCAGON promueve la inducción de estas enzimas implica la fosforilación y activación de factores de transcripción específicos, por ejemplo el factor CREB (cAMP‐response element binding protein). La unión del GLUCAGON a su receptor promueve el incremento intracelular de AMPc y la activación de la PKA. Esta quinasa cataliza la fosforilación del CREB, el cual se dirige al núcleo donde interviene en la transcripción del gen que codifica por ejemplo para la piruvato carboxilasa. e) Explique qué significa REPRESION ENZIMATICA La REPRESIÓN ENZIMÁTICA es un tipo de Mecanismo de Regulación Enzimática. Este mecanismo provoca una disminución en la cantidad de enzima presente, debido a una modificación en la expresión génica de la enzima como consecuencia de una cascada de señalización intracelular generada por un mensajero químico, que inhibe su expresión. Es un mecanismo lento y se manifiesta en respuesta a diferentes estímulos (hormonas, cambios en el medio, etc.) PREGUNTA 2. Considerando los siguientes ejemplos de regulación metabólica: Indique, colocando el número correspondiente, cual de los ejemplos se aplica a cada una de los siguientes modos de regulación metabólica: 1) La oxidación de ácidos grasos en mitocondrias esta disminuida cuando la biosíntesis de ácidos grasos en el citosol es activa debido a la inhibición de carnitina aciltransferasa I por malonil CoA. 2) La síntesis de HMGCoA reductasa en varios tipos celulares es inhibida por lipoproteínas de baja densidad 3) La glucosa 6 fosfatasa está presente en el hígado y riñones pero no en el músculo 4) La amidofosforibosiltransferasa, enzima limitante de la biosíntesis de purinas, es inhibida por todos los nucleótidos de purina 5) La enzima que cataliza la síntesis y degradación de fructosa 2,6 bifosfato es fosforilada y defosforilada en respuesta a una señal hormonal. 6) La insulina induce la expresión de la glucoquinasa 7) La piruvato quinasa hepática se inactiva por fosforilación ante un aumento de glucagon 8) Altas concentraciones de protones inhiben a la fosfofructoquinasa I (a) interacción alostérica (b) modificación covalente (c) niveles enzimáticos (inducción‐represión) (d) Compartimentalización (e) especialización metabólica de órganos 1 1 4 8 5 7 2 6 3 PREGUNTA 3. a) ¿Cómo es la regulación de la fosfofructoquinasa II en el hígado y en el músculo? Describa la regulación de ambas enzimas. FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 2,6 DI - P ATP ADP FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II QuinasaQuinasa FosfatasaFosfatasa PP GlucagonGlucagon En HIGADO hipoglucemiahipoglucemia gluconeogénesis glucólisis + ↑↑AMPcAMPc→→PKAPKA FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 2,6 DI - P ATP ADP FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II QuinasaQuinasa FosfatasaFosfatasa En HIGADO hiperglucemiahiperglucemia InsulinaInsulina fosfodiesterasafosfodiesterasa de de AMPcAMPc AMPcAMPc gluconeogénesis glucólisis+ →→ PKAPKA FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 2,6 DI - P ATP ADP FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II QuinasaQuinasa FosfatasaFosfatasaPP ↑↑AMPcAMPc→→PKAPKA En MUSCULO CARDIACO AdrenalinaAdrenalina glucólisis EnergEnergííaa parapara la la huhuíídada PREGUNTA 3 b) Las catecolaminas y el glucagon inician la respuesta a una disminución de la glucemia. Las catecolaminas estimulan la glucólisis en el músculo, mientras que el glucagon inhibe la glucólisis en el hígado. Explique este hecho. Hipoglucemia: liberación de GLUCAGON El principal órgano blanco es el HIGADO, donde interactúa con receptores específicos acoplados a la adenilato ciclasa produciendo el incremento en los niveles de AMPc. ‐Por fosforilación de la FFQ2 disminuye su actividad de quinasa y aumenta su actividad de fosfatasa, con lo que se hidroliza la fructosa‐2,6‐difosfato, se inhibe la glucólisis y se activa la gluconeogénesis. ‐Inhibe a la piruvato quinasa hepática causando una acumulación de PEP y una disminución en los niveles de piruvato. La acumulación de PEP promueve la gluconeogénesis, mientras que la inhibición de la piruvato quinasa disminuye la actividad de la vía glucolítica. ‐Induce la expresión de enzimas de la GLUCONEOGENESIS: la glucosa‐6‐fosfatasa, la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa , la fructosa‐1,6‐difosfatasa y la piruvato carboxilasa. El músculo no posee receptores para esta hormona !!! Hipoglucemia: liberación de CATECOLAMINAS Las catecolaminas, adrenalina y noradrenalina, funcionan como hormonas al liberarse a la sangre por la médula adrenal. En el músculo, sus receptores están acoplados a la adenilato ciclasa y se produce un incremento en los niveles de AMPc activando la glucogenólisis. Al degradarse el glucógeno, se estimula la utilización de la glucosa entrando en glucólisis. FUNCIÓN DEL GLUCÓGENO EN HÍGADO Y MÚSCULO ESQUELÉTICO MÚSCULO: combustible disponible rápido para la generación de ATP HÍGADO: fuente inmediata de glucosa para el mantenimiento de los niveles de glucosa sanguínea GlucogenolisisGlucogenolisis y y glucglucóólisislisis se se activanactivan simultaneamentesimultaneamente GlucogenolisisGlucogenolisis y y gluconeoggluconeogéénesisnesis se se activanactivan simultaneamentesimultaneamente GlucosaGlucosa 6 6 fosfatasafosfatasa permitepermite liberarliberar glucosaglucosa a a sangresangre PREGUNTA 4. ‐ En cuál de los siguientes compuestos NO se convierte la glucosa 6‐fosfato en el tejido adiposo? a)piruvato b)glucosa c)ribosa 5‐fosfato X NO SE CONVIERTE EN GLUCOSA. ADIPOCITO GLUCOSA GLUCOSA 6‐P GLUCOLISIS VIA DE LAS PENTOSAS SINTESIS DE ACIDOS GRASOS y TAG PREGUNTA 5.‐ ¿Qué destinos tiene la glucosa que llega al hígado? Indique todos, independientemente de la ingesta. Señale las diferencias entre ayuno y saciedad. Suponemos queestamos en situación de POST‐INGESTA: El hígado es el primer tejido que tiene la oportunidad de utilizar la glucosa que proviene de la dieta que le llega por la circulación porta. En saciedad, el hígado oxida glucosa para satisfacer sus necesidades inmediatas y su exceso se almacena como glucógeno. La glucosa puede convertirse en glucógeno; en piruvato y lactato (por glucólisis) o puede utilizarse en la vía de las pentosas. El piruvato puede oxidarse a acetilCoA, que a su vez se convierte en ácidos grasos y luego en triacilglicéridos, u oxidarse a CO2 y agua en el ciclo de Krebs (TCA). ‐En situación de AYUNO: El hígado no puede retener la glucosa que entra porque NO SE FOSFORILA, ya que la Glucoquinasa no está activa. La glucosa puede pasar por los transportadores de membrana plasmática, pero vuelve a salir para ser capturada en tejidos que necesitan glucosa como cerebro y eritrocitos. 6.‐ ¿Qué ocurre con las proteínas hidrolizadas en la digestión? Intestino ‐Algunos de los aminoácidos de la dieta son utilizados por las células intestinales para obtener energía, el resto llega al hígado a través de la vena porta. ‐ El intestino metaboliza aspartato, asparagina, glutamato y glutamina y libera alanina a la sangre portal. Hígado ‐ En el hígado, sólo se metabolizan aminoácidos cuando su concentración es muy alta dado que las transaminasas hepáticas tienen un Km alto, lo que permite “priorizar” el uso de aminoácidos para la síntesis de proteínas ‐ Los esqueletos carbonados de los aminoácidos degradados en el hígado pueden ser oxidados completamente a CO2 y H2O o bien utilizarse como sustrato para la lipogénesis, y el grupo amino se convierte en urea. Otros tejidos‐En los demás tejidos, los aminoácidos provenientes de la dieta pueden utilizarse para la síntesis de proteínas o para obtener energía, lo que dependerá del estado metabólico, es decir, de la disponibilidad de energía. ‐ El hígado tiene baja capacidad para transaminar aminoácidos ramificados que son fácilmente degradados en el músculo esquelético. De esta forma, el músculo transamina aminoácidos ramificados y libera los cetoácidos a la sangre, de donde son captados y oxidados en el hígado. ‐ En el músculo, los aminoácidos ramificados se utilizan para sintetizar alanina y glutamina, que se liberan a la sangre. 7.‐ ¿Qué procesos ocurren para que los lípidos de la dieta se incorporen al metabolismo a)en la luz del tubo digestivo, en el enterocito, en la circulación, y en el hígado? PREGUNTA 6. ¿Cómo se regula la gluconeogénesis durante el ayuno? Cuáles son sus sustratos y su fuente de energía? ‐A partir de que sustrato gluconeogénico se requiere la menor cantidad de energía para sintetizar glucosa ? ‐Compare el efecto regulador del glucagon y del cortisol. ADP + Pi Glucosa Glucosa-6-P Fructosa-6-P Fructosa-1,6-diP 1,3- difosfoglicerato Gliceraldehído-3-P NAD+ NADH + H+ Glucoquinasa Hexoquinasa Fosfofructo Quinasa I Fructosa 1,6-difosfatasa Glucosa 6-fosfatasa Fosfoenolpiruvato PiruvatoOxaloacetato GDP GTP CO2 Piruvato quinasa Fosfoenolpiruvato carboxi-quinasa ATP ADP ATP ADP ADP ATP Pi Pi CO2 GLUCONEOGÉNESIS GLUCÓLISIS ATPPiruvato carboxilasa ADP ATP 3- difosfoglicerato 2- difosfoglicerato Activ fosfatasa FFKII ↓Fructosa 2,6 dP (inh xP) Glucagon y glucocorticoides Glucagon y glucocorticoides AYUNO SUSTRATOS GLUCONEOGÉNCOS Glicerol Piruvato Aminoácidos glucogénicos (TODOS menos Lisina y Leucina) Lactato Los ácidos grasos de cadena par NO son sustratos gluconeogénicos ORIGEN‐FUENTE DE ENERGÍA Hidrólisis de triglicéridos Transaminación de aminoácidos Glucólisis anaeróbica (Ej. Glóbulo Rojo) Catabolismo de aminoácidos SUSTRATO Catabolismo de ácidos grasos de cadena impar Acido Propiónico SUSTRATOS GLUCONEOGENICOS Requiere menos energía ADP + Pi Glucosa Glucosa-6-P Fructosa-6-P Fructosa-1,6-diP 1,3- difosfoglicerato Gliceraldehído-3-P NAD+ NADH + H+ Fructosa 1,6-difosfatasa Glucosa 6-fosfatasa Fosfoenolpiruvato PiruvatoOxaloacetato GDP GTP CO2 Fosfoenolpiruvato carboxi-quinasa Pi Pi CO2 GLUCONEOGÉNESIS ATPPiruvato carboxilasa 3- difosfoglicerato 2- difosfoglicerato ADP ATP Lactato Alanina glicerol Aa y ácido propionicoKrebs GLUCAGON Alrededor de 4 horas luego de una comida, el hígado produce glucosa que libera a la sangre no sólo por glucogenolisis, sino también por gluconeogénesis. Los cambios hormonales activan la liberación de precursores para la gluconeogénesis desde los tejidos periféricos, específicamente lactato, aminoácidos y glicerol. En particular, en el hígado, durante el ayuno se inactivan las enzimas glucolíticas, piruvato quinasa, fosfofructoquinasa 1 (FFQ1) y glucoquinasa promoviendo el flujo de carbonos por la vía gluconeogénica. El piruvato (derivado de lactato y alanina) se convierte por la vía gluconeogenética a PEP. Este no se reconvierte a piruvato (ciclo fútil) porque el glucagon promueve la fosforilación e inhibición de la piruvato quinasa. El PEP se transforma en fructosa 1,6 difosfato (reversión de las reacciones de la glucólisis). Conversión de fructosa 1,6 bifosfato en fructosa 6 fosfato. Dados los bajos niveles del regulador alostérico fructosa 2,6 bifosfato, la enzima glicolítica FFQ1 es relativamente inactiva. Por lo tanto, la fructosa 6 fosfato no se convierte en fructosa 1,6 bifosfato y se evita así un segundo ciclo fútil. Efecto regulador del GLUCAGON y CORTISOL • GLUCAGON ‐Activa la glucogenólisis e inhibe la glucogenogénesis. ‐Por fosforilación de la FFQ2 disminuye su actividad de quinasa y aumenta su actividad de fosfatasa, con lo que se hidroliza la fructosa‐2,6‐difosfato, se inhibe la glucólisis y se activa la gluconeogénesis. ‐Inhibe a la piruvato quinasa hepática causando una acumulación de PEP y una disminución en piruvato. La acumulación de PEP promueve la gluconeogénesis, mientras que la inhibición de la piruvato quinasa disminuye la glucólisis. ‐Se inducen las enzimas clave de la gluconeogénesis: glucosa‐6‐fosfatasa, fosfoenolpiruvato carboxiquinasa y la fructosa‐1,6‐difosfatasa. ‐En el tejido adiposo promueve la movilización de los depósitos de TAG por activación de la lipólisis . ‐Al aumentar el nivel de ácidos grasos libres y su captación por el hígado, los acilCoA inhiben alostéricamente la acetilCoA carboxilasa, que también se inhibe por fosforilación inducida por glucagon. Como resultado, la síntesis de ácidos grasos en el hígado se inhibe • CORTISOL • Induce la expresión de las enzimas de la gluconeogénesis. • Por sus efectos catabólicos sobre las proteínas tisulares en condiciones de estrés, aporta sustratos para la gluconeogénesis. • Facilitan la lipólisis inducida por otros agentes como glucagón y catecolaminas. PREGUNTA 7. Durante el ayuno se estimula la lipólisis. Describa el proceso, indicando el o los estímulos que disparan el proceso y la forma de transporte sanguíneo y el destino final de los productos. Degradación de molécula de Triglicérido Lipólisis Lipasas Sangre (une con albúmina) Músculo, hígado y otros tejidos Ácido graso →CO2 + H2O ATP β‐oxidación Sangre hígado Gluconeogénesis Triglicérido 3 Ac Grasos + 1 glicerol Activación de ácidos grasos Entra a la mitocondria para hacer Beta oxidación PREGUNTA 8. A qué compuestos se denomina cuerpos cetónicos ? ¿En qué condiciones metabólicas/patológicas se forman ? Por qué ? En que tejidos se sintetizan ? Qué destino tienen ? CUERPOS CETÓNICOS ‐Son lipidos de cadena corta. ‐Son ACETONA, ACETOACETATO y BETAHIDROXIBUTIRATO‐Se sintetizan en el hígado, en la mitocondria. ‐Se sintetizan siempre, pero en grandes concentraciones en ayuno (fisiológico) y en diabetes tipo I (patológico). ‐Son captados y aportan energía para todos los tejidos. El cerebro puede captarlos cuando no hay glucosa disponible. Síntesis de cuerpos cetónicos Gluconeogénesis piruvato Piruvato carboxilasa + Degradaciòn de Ácidos grasos Cuerpos cetónicos AYUNO 0,07 mM en comida 8 mM en ayuno de 28 dias 20 mM en cetoacidosis diabética DIABETES TIPO I Tejido Adiposo: LHS está activa No hay INSULINA y se observan efectos del GLUCAGON Hìgado: está activa la Gluconeogénesis Hìgado: está activa la Cetogénesis PREGUNTA 9‐ Parte a Cuál es el principal destino metabólico del piruvato en el hígado en a)luego de un ayuno y b) durante el consumo de una dieta abundante y equilibrada? Escriba la primera reacción en la que el piruvato se transforma en a) y en b) y mencione la enzima correspondiente. a) En Ayuno: Gluconeogénesis b) En saciedad: Se transforma en Acetil‐CoA y entra al ciclo de Krebs. Puede desde citrato formar ácidos grasos y desde Acetil CoA forma Colesterol.‐ PIRUVATO DESHIDROGENASA PREGUNTA 9 Parte b. Cuál es el destino del piruvato en el glóbulo rojo? Escriba la reacción y mencione la enzima. Qué consecuencia tiene para el glóbulo rojo la presencia de un compuesto que inhiba irreversiblemente a esta enzima? Explique Al inhibir esta enzima no se regenera la coenzima oxidada NAD+, de modo que la glucólisis se interrumpe. Dado que la metabolización de la glucosa por esta vía es la única por la cual el eritrocito obtiene energía, el eritrocito no puede cumplir sus funciones vitales dependientes de ATP (por ejemplo no funciona Na/K ATPasa). La membrana del eritrocito se hace permeable, entra agua y se produce la lisis. PREGUNTA 10. Responda las siguientes preguntas con respecto al metabolismo en el cerebro: a)¿El cerebro utiliza ácidos grasos como fuente de energía en el estado de ayuno? Justifique b) ¿Que combustibles metabólicos puede usar durante periodos de inanición? a) El cerebro debe generar grandes cantidades de ATP para mantener el potencial de membrana, lo que resulta esencial para la transmisión de los impulsos nerviosos. En condiciones normales, el cerebro sólo usa glucosa como combustible, oxidándola a través de la glucólisis aeróbica. No utiliza ácidos grasos, pues éstos no atraviesan la barrera hematoencefálica. De hecho, el 60% del total de glucosa consumida por el organismo es utilizado por el cerebro. b) El metabolismo del cerebro es totalmente aeróbico, consume el 20% del total del oxígeno consumido por el organismo. No posee reservas apreciables de glucógeno u otros combustibles, por lo que requiere del aporte constante de oxígeno y glucosa que atraviesan la barrera hematoencefálica con facilidad. Después de 5‐10 días de ayuno, el cerebro comienza a utilizar cuerpos cetónicos además de glucosa, reduciendo notoriamente el consumo de glucosa. Las células gliales se alinean con los vasos sanguíneos que irrigan el cerebro y forman una barrera que los ácidos grasos no pueden cruzar. Las células gliales captan glucosa y la metabolizan por glucólisis anaeróbica a lactato, que es exportado hacia las regiones más internas del cerebro. Allí, el lactato sirve como sustrato para el metabolismo aeróbico. Por lo tanto, las células de la glía parecen ser parcialmente dependientes del metabolismo anaeróbico y los cuerpos cetónicos no son sustratos de esta vía metabólica. Esto bien puede explicar la dependencia del SNC por glucosa, además de los cuerpos cetónicos, aun en estado de inanición. PREGUNTA 11.‐ ¿En qué situaciones la concentración de lactato en sangre aumenta? ¿Qué problema puede acarrear una concentración elevada de lactato en sangre? ¿Qué tejidos sintetizan y que tejidos consumen lactato? ¿Qué destino puede tener el lactato? ACIDOSIS LÁCTICA La acidosis láctica →niveles de lactato en sangre son superiores a 5 mM y el pH sanguíneo está por debajo del valor normal. Producido por una sobreproducción de lactato y/o por una disminución en el consumo de lactato. La causa más común de la acidosis láctica es una producción exacerbada de lactato, por ejemplo durante el ejercicio en el músculo. Cuando la oxidación de la glucosa ocurre por glucólisis anaeróbica, el rendimiento energético es mucho menor que el obtenido por glucólisis aeróbica. Esto significa que para generar la energía necesaria, el organismo debe incrementar la velocidad de consumo de glucosa, y por ende la producción de lactato. Además, el hecho que en condiciones anaeróbicas está disminuído el consumo de lactato incrementa aún más la concentración de lactato en sangre. Esto se explica porque los dos procesos que consumen el lactato, es decir su oxidación a CO2 y H2O o bien su reconversión a glucosa, ambos procesos requieren oxígeno. La oxigenación de los tejidos permite controlar este tipo de acidosis. PRODUCEN LACTATO CONSUMEN LACTATO ERITROCITOS MÚSCULO EN EJERCICIO INTENSO CÉLULAS DE LA GLÍA HÍGADO PARA GLUCONEOGÉNESIS MÚSCULO CARDÍACO COMO COMBUSTIBLE PREGUNTA 12.‐ La síntesis de triacilglicéridos por los ADIPOCITOS no puede proceder sin el aporte externo de glucosa. Justifique. ¿Qué diferencia existe entre la síntesis de TAG en el Tejido Adiposo y en el Hígado ? En HÍGADO únicamente, NO en TEJIDO ADIPOSO En HIGADO y en TEJIDO ADIPOSO •La función principal del tejido adiposo es almacenar combustibles lipídicos en forma de TAG. El transporte de glucosa a los adipocitos es un mecanismo que depende de insulina. •Los ácidos grasos se sintetizan a partir del acetilCoA que proviene del piruvato y de NADPH (procedente de la vía de las pentosas). El glicerol 3 fosfato necesario para la síntesis de TAG proviene de la reducción de un intermediario de la glucólisis, la dihidroxiacetona fosfato, ya que los adipocitos carecen de la capacidad de fosforilar al glicerol, por no expresar la enzima glicerol quinasa. • Por lo tanto, la síntesis de TAG depende absolutamente de glucosa. La glucosa funciona como sensor del metabolismo del tejido, cuando sus niveles son adecuados, se produce glicerol 3 fosfato para la síntesis de TAG y cuando los niveles son bajos, los ácidos grasos sintetizados se liberan de los adipocitos y son utilizados por otros tejidos. PREGUNTA 13.‐ ¿Qué sucede con el metabolismo del TEJIDO ADIPOSO en el AYUNO PROLONGADO ? ¿Qué sucede con el metabolismo del tejido adiposo en caso de ayuno prolongado? Lipasa hormono sensible Glucagon Catecolaminas Hormona de crecimiento ACTH Corticosteroides Insulina + - Regulación de la LHS 14.- Marque con la letra E los siguientes procesos metabólicos que son estimulados por insulina y con la letra I aquellos procesos que son inhibidos por la hormona. a) Gluconeogénesis en hígado… …… b) Entrada de glucosa al músculo y tejido adiposo…… c) Glucólisis en el hígado… d) Degradación proteica intracelular……… e) Síntesis de glucógeno en hígado y músculo…. f) Captación de amino ácidos ramificados en músculo………… g) Síntesis de TG en tejido adiposo…………… Inhibida Estimulado Inhibida Estimulado Estimulado Estimulado Estimulado 14.- Marque con la letra E los siguientes procesos metabólicos que son estimulados por insulina y con la letra I aquellos procesos que son inhibidos por la hormona. a) Gluconeogénesis en hígado… …… b) Entrada de glucosa al músculo y tejido adiposo…… c) Glucólisis en el hígado… d) Degradación proteica intracelular……… e) Síntesis de glucógeno en hígado y músculo… . f) Captación de amino ácidos ramificados en músculo………… g) Síntesis de TG en tejido adiposo…………… Inhibida Estimulado Inhibida Estimulado Estimulado Estimulado Estimulado ADP + Pi Glucosa Glucosa-6-P Fructosa-6-P Fructosa-1,6-diP 1,3- difosfoglicerato Gliceraldehído-3-P NAD+ NADH + H+ Glucoquinasa Hexoquinasa Fosfofructo Quinasa I Fructosa 1,6-difosfatasa Glucosa 6-fosfatasa Fosfoenolpiruvato PiruvatoOxaloacetato GDP GTP CO2 Piruvato quinasa Fosfoenolpiruvato carboxi-quinasa ATP ADP ATP ADP ADP ATP Pi Pi CO2 GLUCONEOGÉNESIS GLUCÓLISIS ATPPiruvato carboxilasa ADP ATP 3- difosfoglicerato 2- difosfoglicerato REGULACIÓN DE LA PIRUVATO CARBOXILASA Glucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina CH2 C C O- O O C O- O C C O- O O CH2 CO2 GTP GDP FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA P Oxaloacetato Fosfoenolpiruvato REACCIÓN CATALIZADA POR LA ENZIMA FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA Glucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina -P H2 O Pi GLUCOSA 6 FOSFATASA (en retículo) Glucosa 6 Fosfato Glucosa REACCIÓN CATALIZADA POR LA ENZIMA GLUCOSA 6 FOSFATASA OJO! Unicamente en hígado, riñón e intestino Glucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Alpha-D-Glucopyranose.svg http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Alpha-D-Glucopyranose.svg FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 2,6 DI - P ATP ADP FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II QuinasaQuinasa FosfatasaFosfatasa PP GlucagonGlucagon En HIGADO hipoglucemiahipoglucemia gluconeogénesis glucólisis + ↑↑AMPcAMPc→→PKAPKA 14.- Marque con la letra E los siguientes procesos metabólicos que son estimulados por insulina y con la letra I aquellos procesos que son inhibidos por la hormona. a) Gluconeogénesis en hígado… …… b) Entrada de glucosa al músculo y tejido adiposo…… c) Glucólisis en el hígado… d) Degradación proteica intracelular……… e) Síntesis de glucógeno en hígado y músculo… . f) Captación de amino ácidos ramificados en músculo………… g) Síntesis de TG en tejido adiposo…………… Inhibida Estimulado Inhibida Estimulado Estimulado Estimulado Estimulado Insulina y transportador de glucosa GLUT4: GLUT4: abundanabundan en en tejidotejido muscular y muscular y adiposoadiposo 14.- Marque con la letra E los siguientes procesos metabólicos que son estimulados por insulina y con la letra I aquellos procesos que son inhibidos por la hormona. a) Gluconeogénesis en hígado… …… b) Entrada de glucosa al músculo y tejido adiposo…… c) Glucólisis en el hígado… d) Degradación proteica intracelular……… e) Síntesis de glucógeno en hígado y músculo… . f) Captación de amino ácidos ramificados en músculo………… g) Síntesis de TG en tejido adiposo…………… Inhibida Estimulado Inhibida Estimulado Estimulado Estimulado Estimulado ADP + Pi Glucosa Glucosa-6-P Fructosa-6-P Fructosa-1,6-diP 1,3- difosfoglicerato Gliceraldehído-3-P NAD+ NADH + H+ Glucoquinasa Hexoquinasa Fosfofructo Quinasa I Fructosa 1,6-difosfatasa Glucosa 6-fosfatasa Fosfoenolpiruvato PiruvatoOxaloacetato GDP GTP CO2 Piruvato quinasa Fosfoenolpiruvato carboxi-quinasa ATP ADP ATP ADP ADP ATP Pi Pi CO2 GLUCONEOGÉNESIS GLUCÓLISIS ATPPiruvato carboxilasa ADP ATP 3- difosfoglicerato 2- difosfoglicerato FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 1,6 BI - P ATP ADP ATP CITRATO AMP, ADP FRUCTOSA 2,6 DI P Regulación coordinada Con la gluconeogénesis REGULACIÓN DE LA ENZIMA FOSFOFRUCTOQUINASA I H+ Insulina FosfofructoquinasaFosfofructoquinasa II CicloCiclo de Krebs con de Krebs con excesoexceso de ATPde ATP REGULACIÓN DE LA ENZIMA PIRUVATO QUINASA PEP PIRUVATO ATP ALANINA Piruvato quinasa ADP ATP Fructosa 1,6 bi fosfato Insulina 14.- Marque con la letra E los siguientes procesos metabólicos que son estimulados por insulina y con la letra I aquellos procesos que son inhibidos por la hormona. a) Gluconeogénesis en hígado… …… b) Entrada de glucosa al músculo y tejido adiposo…… c) Glucólisis en el hígado… d) Degradación proteica intracelular……… e) Síntesis de glucógeno en hígado y músculo… . f) Captación de amino ácidos ramificados en músculo………… g) Síntesis de TG en tejido adiposo…………… Inhibida Estimulado Inhibida Estimulado Estimulado Estimulado Estimulado UDP-glucosa Uracilo Extremo no reductor Glucógeno elongado con n + 1 residuos Extremo no reductor de la cadena de glucógeno con n residuos (n > 4) GLUCOGGLUCOGÉÉNESISNESIS UDP ATP ADP Nucleósido difosfato quinasa UTPGlucógeno sintasa Extremo no reductor Núcleo de glucógeno GLUCOGGLUCOGÉÉNESISNESIS 1234567891011 Enzima ramificante (amilo-4:6-transferasa) Punto de ramificación Núcleo de glucógeno Extremo no reductor Extremo no reductor • Se transfieren fragmentos de 6 – 8 unidades • Distancia entre ramificaciones: por lo menos 4 residuos (gral. 8 - 10) Enzimas clave: se regulan por fosfo/ defosforilación y por control alostérico Glucógeno SINTASA a Activa Glucógeno SINTASA b Menos activa P P P Glucógeno FOSFORILASA b Menos activa Activa PP Glucógeno FOSFORILASA a Fosforilasa Quinasa a Múltiples quinasas Proteína fosfatasa 1 (PP-1) Glucosa: inhibe a fosforilasa a hepática (la convierte en mejor sustrato para fosfatasas) Glu 6P: activa alostericamente a sintasa b (la convierte en mejor sustrato para fosfatasas) AMP: activador alostérico de fosforilasa muscular (ATP es inhibidor) MecanismosMecanismos regulatoriosregulatorios del del MetabolismoMetabolismo del GLUCdel GLUCÓÓGENOGENO Ca++ P 14.- Marque con la letra E los siguientes procesos metabólicos que son estimulados por insulina y con la letra I aquellos procesos que son inhibidos por la hormona. a) Gluconeogénesis en hígado… …… b) Entrada de glucosa al músculo y tejido adiposo…… c) Glucólisis en el hígado… d) Degradación proteica intracelular……… e) Síntesis de glucógeno en hígado y músculo… . f) Captación de amino ácidos ramificados en músculo………… g) Síntesis de TG en tejido adiposo…………… Inhibida Estimulado Inhibida Estimulado Estimulado Estimulado Estimulado LIPOGENESIS 15.- Cual de las siguientes afirmaciones es incorrecta en relación a la utilización de combustible metabólico después de 3 días de ayuno a) más glucosa es consumida por el cerebro b) los TG del tejido adiposo son degradados para proveer ácidos grasos a la mayoría de los tejidos c) el cerebro empieza a usar cuerpos cetónicos como combustible d) las proteínas son degradadas para proveer precursores de 3 carbonos para la síntesis de glucosa PREGUNTA 15.‐ ¿ Cuál de las siguientes afirmaciones es incorrecta en relación a la utilización de combustible metabólico después de 3 días de ayuno ? a)más glucosa es consumida por el cerebro . No, porque a partir de 3 días de ayuno el cerebro comienza a consumir cuerpos cetónicos. b) los TAG del tejido adiposo son degradados para proveer ácidos grasos a la mayoría de los tejidos c) el cerebro empieza a usar cuerpos cetónicos como combustible d) las proteínas son degradadas para proveer precursores de 3 carbonos para la síntesis de glucosa 16.- Ordene los siguientes caminos metabólicos o fuentes en orden decreciente de velocidad de producción de ATP durante un ejercicio vigoroso a) glucógeno muscular a CO2 b) glucógeno hepático a CO2 c) glucógeno muscular a lactato d) ácidos grasos del tejido adiposo a CO2e) creatina fosfato muscular e) creatina fosfato muscular c) glucogeno muscular a lactato a) glucógeno muscular a CO2 b) glucogeno hepático a CO2 d) ácidos grasos del tejido adiposo a CO2 17.-Dadas las fuentes de energía de la pregunta anterior, ordénelas en orden decreciente de la producción total potencialmente disponible de ATP (a) Una carrera de 100 metros (atletas en 10seg) (b) Una carrera de 1000 metros (aprox 5 minutos) (c) Una maratón Después de 5-10 min 30-40 seg PREGUNTA 18. Parte a) Las concentraciones en sangre de diferentes metabolitos varían drásticamente a lo largo de un período de ayuno. En el caso de los ácidos grasos se observa que: i) Después de una comida, la concentración es 0,14 mM ii) A las 12 hs de ayuno: 0,6 mM iii) Alos 3 días de ayuno: 1,2 mM Explique qué ocurre metabólicamente para que se produzcan cada una de estas situaciones. Parte b) Ud. espera que la concentración de Piruvato en sangre experimente las mismas variaciones? Justifique Parte a) El Piruvato se encuentra en muy bajas concentraciones en sangre. El que sale es el lactato. Sus concentraciones estarán disminuidas porque ya no se degrada tanto glucosa en glucolisis, sino que se estimulan otras vias como de beta‐ oxidación. PREGUNTA 19. Enumere los efectos de la insulina en el tejido adiposo e indique el mecanismo involucrado en cada caso. En términos generales la INSULINA promueve: ‐El almacenamiento de combustibles como lípidos (TAG). ‐Activación de la glucólisis y de la vía de las pentosas en el tejido adiposo por inducción de las enzimas clave (fosfofructoquinasa y glucosa‐6‐fosfato deshidrogenasa, respectivamente), lo que permite la generación de energía y de precursores para la síntesis de AG (NADPH y acetilCoA) y de TAG (glicerol‐3‐fosfato, proveniente de la reducción de la dihidroxiacetona fosfato). ‐Activación de la síntesis de ácidos grasos y triacilglicéridos en tejido adiposo, al aumentar el aporte de precursores y por inducción de la enzima acetilCoA Carboxilasa. ‐Efecto antilipolítico debido a la disminución en los niveles de AMPc intracelular por activación de fosfodiesterasas. También contribuye la activación de fosfatasas. En consecuencia, se inactiva la lipasa hormono sensible y se reduce la hidrólisis de TAG en tejido adiposo. LIPOGENESIS PREGUNTA 20. Parte a) En el hígado la insulina promueve la síntesis de ácidos grasos. Indique que enzimas o procesos son activados por la insulina para llegar a provocar este efecto. Efectos de la insulina • Induce las enzimas claves de la glucólisis: fosfofructoquinasa1 y piruvato quinasa • Activa al complejo piruvato deshidrogenasa. • Induce las enzimas claves de la vía de las pentosas: glucosa 6P DH y P‐gluconato DH CONVERSION DE GLUCOSA EN ACETILCoA CITOSÓLICA Lanzadera del citrato Utilizado en la síntesis de ácidos grasos Dieta ↑Glúcidos y sin grasa ayuno y ↑grasa Insulina glucagon Insulina induce a la ácido graso sintetasa • Recordar que insulina activa a fosfatasas que mantienen defosforilada a LHS (inactiva). Parte b) ¿La insulina afecta mayormente la captación de glucosa por el hígado? Justifique -La captación de glucosa por el hígado es independiente de la conc de insulina pero ésta es capáz de bloquear la salida de la glucosa hepática porque induce a la glucoquinasa PREGUNTA 21. ¿Qué efectos metabólicos produce la adrenalina en a) el músculo y en b) el tejido adiposo? Indique las enzimas involucradas en esta regulación y el mecanismo regulatorio correspondiente FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 2,6 DI - P ATP ADP FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II QuinasaQuinasa FosfatasaFosfatasaPP ↑↑AMPcAMPc→→PKAPKA En MUSCULO CARDIACO AdrenalinaAdrenalina glucólisis EnergEnergííaa parapara la la huhuíídada Regulación de la LHS PREGUNTA 22. El citrato funciona como un importante regulador del metabolismo. Al respecto indique a)¿que enzima del metabolismo de hidratos de carbono es regulada por citrato? ¿Que efecto produce sobre la actividad de la misma? b) ¿Que otra vía metabólica es regulada por citrato? Sobre qué enzima actúa y que efecto produce sobre la actividad de la misma? ¿En que compartimento subcelular ocurre esta regulación? ¿En que condiciones energéticas el citrato alcanza este compartimento? CITRATO: a)Enzima del metabolismo de Hidratos de Carbono: Inhibe a la Fosfofructoquinasa I a)Enzima de la síntesis de Acidos Grasos: Estimula a la Acetil CoA carboxilasa en forma alostèrica en CITOSOL en Post‐ingesta. Acetil‐CoA carboxilasa (dímero inactivo) Citrato Acil‐CoA de cadena larga (palmitoil CoA) ‐+ Acetil‐CoA carboxilasa (polímero activo) Acetil‐CoA Malonil‐CoA CONVERSION DE GLUCOSA EN ACETILCoA CITOSÓLICA Lanzadera del citrato Utilizado en la síntesis de ácidos grasos PREGUNTA 23. Indique la característica distintiva de la Diabetes. Explique la causa bioquímica de esta característica. ¿Cómo se diagnostica la diabetes ? Una vez diagnosticado, que estudios de laboratorio puede indicarle al paciente para su control ? DIABETES - Característica distintiva: falta de Insulina (Diabetes Tipo I) o Resistencia a la Insulina por falla en los Receptores de Insulina (diabetes tipo II). - Causa bioquímica: Al no tener Insulina, se manifiestan los efectos del Glucagon sobre el hígado (gluconeogénico y cetogénico) y el tejido adiposo (lipolítico). - Diagnóstico: Niveles altos de glucosa en sangre en ayunas (mayor a 125 mg%) - Estudios para control: Glucemia en ayunas, Test de Fructosamina, Test de Hemoglobina glicosilada. PREGUNTA 24. Un paciente diabético tipo I no tratado puede entrar en coma por descenso del pH sanguíneo y deshidratación. Explique porqué la falta de insulina promueve estos dos efectos. Falta de INSULINA= efecto del Glucagon -En HÍGADO: El Glucagon estimula la Gluconeogénesis a partir de Oxalacetato, Glicerol y Piruvato, y la Cetogénesis a partir de Acetil CoA. El aumento de cuerpos cetónicos disminuye el pH sanguíneo. -En TEJIDO ADIPOSO: El Glucagon estimula la Lipólisis, liberando Acidos Grasos que van a la sangre y en el hígado se degradan hasta Acetil Coa y Glicerol que van a higado a la sìntesis de Glucosa. La deshidratación se debe al aumento en la producción de orina (poliuria). PREGUNTA 25. Explique a nivel bioquímico como se altera la regulación de la gluconeogénesis y la glucólisis en la diabetes tipo I y las consecuencias de esta alteración sobre el estado del paciente. DIABETES TIPO I o dependiente de Insulina - Ausencia de Insulina: efecto del Glucagon - Hígado Gluconeogénico y cetogénico -Músculo y Tejido Adiposos no pueden captar glucosa porque los GLUT4 son dependientes de Insulina. - En Músculo hay degradación de proteínas, los aminoácidos van a Higado para la Gluconeogénesis. - En Tejido adiposo hay exacerbada lipólisis, el glicerol va al hígado para gluconeogénesis. Los ácidos grasos van al hígado donde producen Acetil CoA para la síntesis de cuerpos cetónicos. - -Si los cuerpos cetónicos no se utilizan rápidamente se produce cetoacidosis diabética. - Hiperglucemia en ayuno. - Hipertrigliceridemia (VLDL) y hiperquilomicronemia (Qm) porque la LPL no puede degradarlos por falta de Insulina. - Los tejidos están en estado catabólico, a pesar de que la persona se esté nutriendo. Esto lleva a la destrucción de los tejidos que puede ocasionar la muerte. ADP + Pi Glucosa Glucosa-6-P Fructosa-6-P Fructosa-1,6-diP 1,3- difosfoglicerato Gliceraldehído-3-P NAD+ NADH + H+ Glucoquinasa Hexoquinasa Fosfofructo Quinasa I Fructosa 1,6-difosfatasa Glucosa 6-fosfatasa Fosfoenolpiruvato PiruvatoOxaloacetato GDP GTP CO2 Piruvato quinasa Fosfoenolpiruvato carboxi-quinasaATP ADP ATP ADP ADP ATP Pi Pi CO2 GLUCONEOGÉNESIS GLUCÓLISIS ATPPiruvato carboxilasa ADP ATP 3- difosfoglicerato 2- difosfoglicerato FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 1,6 BI - P ATP ADP ATP CITRATO AMP, ADP FRUCTOSA 2,6 DI P Regulación coordinada Con la gluconeogénesis REGULACIÓN DE LA ENZIMA FOSFOFRUCTOQUINASA I H+ Insulina FosfofructoquinasaFosfofructoquinasa II CicloCiclo de Krebs con de Krebs con excesoexceso de ATPde ATP FRUCTOSA 6 P FRUCTOSA 2,6 DI - P ATP ADP FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II QuinasaQuinasa activaactiva FosfatasaFosfatasa inactivainactiva FOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA IIFOSFOFRUCTOQUINASA II PP QuinasaQuinasa inactivainactiva FosfatasaFosfatasa activaactiva Glucagon Glucagon →↑→↑AMPcAMPc→→PKAPKA En HIGADO hipoglucemiahipoglucemia gluconeogénesis glucólisis + REGULACIÓN DE LA ENZIMA PIRUVATO QUINASA PEP PIRUVATO ATP ALANINA Piruvato quinasa ADP ATP Fructosa 1,6 bi fosfato Insulina Piruvato Quinasa -OH Piruvato Quinasa –O-P ACTIVA INACTIVA Pi H2 O ATP ADP Proteína quinasa Proteína fosfatasa REGULACIÓN COVALENTE DE LA PIRUVATO QUINASA (L) glucagon ↓↓ glucosaglucosa en en sangresangre →↑→↑glucagonglucagon→↓→↓glucglucóólisislisis hephepááticatica →↑→↑disponibilidaddisponibilidad de de glucosaglucosa parapara otrosotros tejidostejidos El El fosfoenolfosfoenol piruvatopiruvato eses desviadodesviado haciahacia gluconeoggluconeogéénesisnesis REGULACIÓN DE LA PIRUVATO CARBOXILASA Glucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina CH2 C C O- O O C O- O C C O- O O CH2 CO2 GTP GDP FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA P Oxaloacetato Fosfoenolpiruvato REACCIÓN CATALIZADA POR LA ENZIMA FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA Glucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina FRUCTOSA 1,6 BI FOSFATO FRUCTOSA 6 P H2 O Pi FRUCTOSA 2,6 BI P FRUCTOSA 1,6 BI FOSFATASA REGULACIÓN DE FRUCTOSA 1,6 BI FOSFATASA POR FRUCTOSA 2,6 BI FOSFATO AMPGlucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina -P H2 O Pi GLUCOSA 6 FOSFATASA (en retículo) Glucosa 6 Fosfato Glucosa REACCIÓN CATALIZADA POR LA ENZIMA GLUCOSA 6 FOSFATASA OJO! Unicamente en hígado, riñón e intestino Glucagon Adrenalina Glucocorticoides Insulina http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Alpha-D-Glucopyranose.svg http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Alpha-D-Glucopyranose.svg CUESTIONARIO �DE �INTEGRACIÓN METABÓLICA Es importante saber: Slide Number 3 Slide Number 4 Slide Number 5 Slide Number 6 Slide Number 7 Slide Number 8 Slide Number 9 Slide Number 10 Slide Number 11 Slide Number 12 Slide Number 13 Slide Number 14 Slide Number 15 Slide Number 16 Slide Number 17 Slide Number 18 Slide Number 19 Slide Number 20 Slide Number 21 Slide Number 22 Slide Number 23 Slide Number 24 Slide Number 25 Slide Number 26 Slide Number 27 Slide Number 28 Slide Number 29 Slide Number 30 Slide Number 31 Slide Number 32 Slide Number 33 Slide Number 34 Slide Number 35 Slide Number 36 Slide Number 37 Slide Number 38 Slide Number 39 Slide Number 40 Slide Number 41 Efecto regulador del GLUCAGON y CORTISOL Slide Number 43 Slide Number 44 Slide Number 45 Slide Number 46 Slide Number 47 Slide Number 48 Slide Number 49 Slide Number 50 Slide Number 51 Slide Number 52 Slide Number 53 Slide Number 54 Slide Number 55 Slide Number 56 Slide Number 57 Slide Number 58 Slide Number 59 Slide Number 60 Slide Number 61 Slide Number 62 Slide Number 63 Slide Number 64 Slide Number 65 Slide Number 66 Slide Number 67 Slide Number 68 Regulación de la LHS Slide Number 70 Slide Number 71 Slide Number 72 Slide Number 73 Slide Number 74 Slide Number 75 Slide Number 76 Slide Number 77 Insulina y transportador de glucosa Slide Number 79 Slide Number 80 Slide Number 81 Slide Number 82 Slide Number 83 Slide Number 84 Slide Number 85 Slide Number 86 Slide Number 87 Slide Number 88 Slide Number 89 Slide Number 90 Slide Number 91 Slide Number 92 Slide Number 93 Slide Number 94 Slide Number 95 Slide Number 96 Slide Number 97 Slide Number 98 Slide Number 99 Slide Number 100 Efectos de la insulina Slide Number 102 Slide Number 103 Slide Number 104 Slide Number 105 Slide Number 106 Slide Number 107 Slide Number 108 Slide Number 109 Slide Number 110 Slide Number 111 Regulación de la LHS Slide Number 113 Slide Number 114 Slide Number 115 Slide Number 116 Slide Number 117 Slide Number 118 Slide Number 119 Slide Number 120 Slide Number 121 Slide Number 122 Slide Number 123 Slide Number 124 Slide Number 125 Slide Number 126 Slide Number 127 Slide Number 128 Slide Number 129 Slide Number 130 Slide Number 131 Slide Number 132 Slide Number 133 Slide Number 134 Slide Number 135 Slide Number 136
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