QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas

1. QUIMICA BIOLOGICALic. y Prof. en Ciencias Biológicas • BOLILLA 3: -.Metabolismo. Principales nutrientes de autótrofos y heterótrofos. Catabolismo. Anabolismo. Metabolismo de Carbohidratos en los distintos organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes. Estructuras especializadas. Distribución de glucosa en una célula animal y una célula vegetal. Degradación de glucosa: glicólisis. Localización celular. Etapas. Producción de energía. Regulación. Balance energético en condiciones de anaerobiosis. Destino del piruvato. Fermentaciones. Degradación de otras hexosas. • BOLILLA 4: Destino del piruvato en condiciones aeróbicas. Complejo de la piruvato deshidrogenasa. Ciclo de Krebs. Localización celular. Balance energético del ciclo. Regulación. Reacciones anapleróticas según el tipo de célula o tejido. Naturaleza anfibólica del ciclo. Sistemas de lanzaderas: Lanzadera del glicerofosfato y lanzadera del malato-aspartato. Balance energético de la degradación de glucosa en condiciones de aerobiosis. Efecto Pasteur. Vía de las pentosas. Localización. Importancia metabólica. • BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas. Regulación. Costo energético. Ciclos fútiles. Biosíntesis del glucógeno. Regulación coordinada entre la degradación y la síntesis del glucógeno. Costo energético.Biosíntesis de almidón.Síntesis fotosintética de glúcidos. Reacciones de fijación y reducción fotosintética del carbono, ciclo de Calvin. Regulación. Fotorrespiración y ruta C4. Biosíntesis de almidón, sacarosa y celulosa en vegetales.

2. GLUCONEOGENESIS • Es una vía por la cual se puede sintetizar glucosa y glucógeno a partir de precursores no glucídicos: • - Glicerol (proveniente de la degradación de ácidos grasos). • - Aminoácidos (derivados del recambio de proteínas). • - α-cetoácidos (productos de la degradación de aminoácidos). • - Lactato (del metabolismo anaerobio). • - Acetil-CoA (sólo en plantas y algunas bacterias) • En los mamíferos, ocurre principalmente en hígado y riñón. • Revierte las tres reacciones irreversibles de la vía glicolítica a través de las reacciones (de desvío) catalizadas por: • - Piruvato carboxilasa (mitocondrial). • - PEP carboxiquinasa (isoenzimas, citosólica y mitocondrial). • - Fru-1,6- fosfatasa (citosólica). • - Glu-6-fosfatasa (citosólica, solo en hígado). • - Es un proceso que consume energía metabólica.

3. Glucosa Acs. Grasos

4. Gluconeogénesis Glucólisis

5. 2 piruvato (3C) 1 Glu (6C) 1 ATP (x 2) = 2 ATP PC PEPCQ 1 GTP (x 2) = 2 GTP PGQ 1 ATP (x 2) = 2 ATP 2 glicerol (3C) 1 Glu (6C) GQ 1 ATP (x 2) = 2 ATP Gluconeogenesis Costo energético - A partir de piruvato GQ (ATP) Reacciones reversibles de la VG PGQ (ATP) - A partir de glicerol

6. REGULACION DE LA GLUCONEOGENESIS • HORMONAL: • GLUCAGON Y ADRENALINA  ACTIVAN LAS ENZIMAS REGULADORAS DE LA GLUCONEOGENESIS • ALOSTERICA: • FRUCTOSA-1,6-BISFOSFATASA • PIRUVATO CARBOXILASA • FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA

7. Ciclos fútiles Los ciclos fútiles, son ciclos metabólicos “inútiles” que producen un derroche de energía (ATP). Se producen cuando no existe una regulación o control adecuado de las reacciones involucradas. Por ejemplo: G L U C O N E O G E N E S I S G L U C O L I S I S ó Citrato En ambos casos, de no existir regulación metabólica: ATP + H2O → ADP + Pi

8. Regulación de la Gluconeogenesis ¿Cuándo se activa la gluconeogénesis? • Ingesta de una dieta pobre en carbohidratos. Disminución de la glucemia (↑ Glucagón). • Durante y luego de una actividad muscular intensa. • (↑ Adrenalina)

9. Glucosa-6-fosfatasa (solo en hígado) Via de las Pentosas Glucosa Ribosa-5-P Destinos metabólicos de la glucosa Glucógeno Glucógeno- génesis Glucógeno- lisis GLUCOSA-6-P Gluconeo- genesis Via Glicolitica Piruvato

10. Unión α-1,6 Extremos no reductores Unión α-1,4 Estructura del Glucógeno

11. El Glucógeno • abunda en el hígado (10% peso) y en músculo esquelético (3% peso), • es un polímero de la glucosa y, por tanto, una forma de almacenamiento de glucosa dentro de la célula que le sirve de reservorio energético, • es de elevado peso molecular, y sin embargo es soluble en agua, • una función similar la desempeña el almidón en el mundo vegetal. El hepatocito muestra abundantes gránulos de glucógeno Tinción de PAS Micrografía electrónica

12. BIOSINTESIS DEGRADACION GLUCOGENOGENESIS GLUCOGENOLISIS METABOLISMO DEL GLUCOGENO La síntesis y degradación de glucógeno están cuidadosamente reguladas entre sí para cumplir con las necesidades energéticas de la célula.

13. GLUCOGENOGENESIS (Síntesis de glucógeno) El exceso de glucosa es convertido en formas poliméricas (reserva)

14. GLUCOGENOGENESIS La biosíntesis del glucógeno consiste en la adición sucesiva de unidades de glucosa, utilizando una molécula donadora de glucosa: la UDP-glucosa.

15. GLUCOGENOGENESIS • En la síntesis de glucógeno intervienen tres enzimas: • UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) • Glucógeno sintasa • Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

16. Activación de las unidades de glucosa a UDP-Glucosa Fosfoglucomutasa Glu-6-P UDP-glucosa pirofosforilasa

17. GLUCOGENOGENESIS • Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: • UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) • Glucógeno sintasa • Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

18. Tyr194 El cebador de la glucógeno sintasa es una cadena corta de residuos de glucosa ensamblados por una proteína denominada Glucogenina. GLUCOGENINA + Protein-Tyr glucosil transferasa GLU-Glucogenina UDP

19. GLUCOGENINA Tyr194 O UDP UDP UDP

20. Glucógeno sintasa Polimerización: adición de las unidades de glucosa

21. GLUCOGENOGENESIS • Se necesitan tres enzimas diferentes para sintetizar glucógeno: • UDP-glucosa pirofosforilasa (glucosa-1-P uridil transferasa) • Glucógeno sintasa • Amilo α(1,4→1,6) glucosil transferasa o Enzima ramificante del glucógeno

22. Amilo α(1,4 →1,6)-glucosil transferasa Punto de ramificación (α-1,6) Extremos no reductores Ramificación:una enzima ramificante (amilo (1,4 →1,6)- glucosiltransferasa) traslada una cadena terminal de unos seis o siete residuos de glucosa, a un grupo hidroxilo situado en la posición 6 de un residuo de glucosa en el interior del polímero formandoseenlaces (1->6) en los puntos de ramificación.

23. glucogenina Glucogenina Proteína-Tyr glucosil transferasa (glucogenina) Glucógeno sintasa glucogenina Glucógeno sintasa Glucógeno sintasa y Enzima ramificante glucogenina Partícula de Glucógeno

24. GASTO ENERGETICO EN LA SINTESIS DE GLUCOGENO . Fosforilación de Glu a Glu-6-P  1 ATP . Activación de Glu-1-P a UDP-Glu  1 UTP . Hidrólisis PP a 2 Pi (se rompe una unión de alta energía) Por cada unidad de GLU que se utiliza en la síntesis de glucógeno, se gastan: 2 ATP y 3 uniones ricas en energía.

25. REGULACION DE LA GLUCOGENOGENESIS • REGULACION ALOSTERICA: Glu-6-P (+), Ca++ (-), Glucogeno (-) la Glucógeno sintasa. • REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno sintasa. • REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

26. P (+) Sintasa B (poco activa) P (+) ATP ADP REGULACIÓN HORMONAL Y POR MODIFICACIÓN COVALENTE Cuando la Glucógeno sintasa (GS) está fosforilada es poco activa (GSb), mientras que cuando se encuentra desfosforilada es muy activa (GSa). Esta regulación está sometida a control hormonal. Fosfatasa INSULINA Sintasa A (muy activa) Quinasa ADRENALINA GLUCAGÓN

27. DEGRADACION DEL GLUCOGENO (GLUCOGENOLISIS) • SE ACTIVA CUANDO LA CELULA NECESITA ENERGIA Y NO DISPONE DE GLUCOSA. • TIENE LUGAR EN EL CITOPLASMA CELULAR. • PROCESO MUY ACTIVO EN HIGADO Y MUSCULO ESQUELETICO .

28. GLUCOGENOLISIS NECESIDAD DE GLUCOSA: ENTRE COMIDAS ACTIVIDAD MUSCULAR VIGOROSA. HIGADO Y MÚSCULO: DEPOSITOS O RESERVA DE GLUCÓGENO

29. GLUCOGENOLISIS Requiere de dos reacciones: 1) Eliminación de GLUCOSA del extremo no reductor (uniones α-1,4) 2) Hidrólisis de los enlaces glucosídicos en los puntos de ramificación (uniones α-1,6) • Y precisa de la acción combinada de tres enzimas diferentes: • Glucógeno fosforilasa • 2) Enzima desramificante o Amilo-α (1,6)-glucosidasa • 3) Fosfoglucomutasa

30. Glucógeno fosforilasa (dímero)

31. Glucógeno fosforilasa Fosfogluco- mutasa Enzima desramificante (1,41,4) glucanotransfersa n Glu-6-P (16) glucosidasa Enzima desramificante Hexoquinasa Glu-6-P

32. REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS • REGULACION ALOSTERICA: AMP (+), ATP(-), Glu-6-P (-) la Glucógeno fosforilasa. • REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE: FOSFORILACION/DESFOSFORILACION de la Glucógeno fosforilasa. • REGULACION HORMONAL: INSULINA, GLUCAGON (Hepatocitos), ADRENALINA (Cels. Musculares).

33. Glucagón (higado) (+) Fosforilasa fosfatasa (PPT) Insulina Fosforilasa quinasa Adrenalina Ca2+, AMP (músculo) REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE Consiste en modificar la actividad de la glucógeno fosforilasa mediante fosforilación: la fosforilasa B (poco activa) no está fosforilada, mientras que la fosforilasa A (muy activa) se encuentra FOSFORILADA. Esta regulación está sometida a control hormonal.

34. Debido al diferente papel del glucógeno muscular y el hepático, la regulación hormonal es diferente en estos órganos.

35. REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS MUSCULAR El glucógeno del músculo esquelético tiene como finalidad suministrar glucosa para que sea degradada oxidativamente (VG) y se pueda obtener ATP para la actividad muscular. Cuando se precisa realizar trabajo muscular, el SNC estimula la médula adrenal (glándula adrenal), que secreta ADRENALINA

36. REGULACION DE LA GLUCOGENOLISIS HEPATICA El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, incluido el músculo esquelético, así el hígado mantiene la glucemia. Ante un descenso de la glucemia el páncreas libera GLUCAGÓN. Mientras que ante un aumento de la glucemia, el páncreas libera INSULINA.

37. Adrenalina (músculo) Glucagón (hígado) Célula hepática o muscular

38. Músculo Hígado

39. Glucemia Luego de una comida PANCREAS Insulina Fosforilasa fosfatasa Regulación por Insulina

40. Hígado y Músculo Glu-6-P (+) Glu-6-P (-) ATP (-) Ca++ (+) AMP (+) Hígado y Músculo Músculo

41. SNC MEDULA ADRENAL PANCREAS Glucemia Entre comidas Dieta libre de carbohidratos Músculo Hígado Carrera Estrés emocional Agresión física Escape de un predador Activación de la Glucogenolisis Inhibición de la Glucogenogénesis

42. METABOLISMO DEL GLUCOGENO HEPATICO Y CONTROL DE LA GLUCEMIA Cuando se ingieren carbohidratos con la dieta y los niveles de glucemia aumentan, la actividad de la glucógeno fosforilasa-A hepática disminuye rápidamente y, después de un tiempo (o tiempo de latencia) aumenta rápidamente la actividad glucógeno sintasa.

43. Bibliografía 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010). Bibliografía Complementaria 1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005). 2- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994). 3- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.