3. carbohidratos

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Carbohidratos Generalidades Química de carbohidratos Digestión y absorción Distribución

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3. Carbohidratos

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Page 1: 3. Carbohidratos

Carbohidratos

Generalidades Química de carbohidratos

Digestión y absorción Distribución

Page 2: 3. Carbohidratos

GeneralidadesLos carbohidratos son los nutrientes más difundidos en la naturaleza.Son responsables de atender las mayores necesidades calóricas de los seres vivos.El carbohidrato más difundido e importante para el metabolismo humano es la glucosa y dentro de los alimentos es el almidón.El almidón y todos los otros carbohidratos que ingerimos en la dieta se transforman en glucosa antes de ser metabolizados.Químicamente los carbohidratos son polialcoholes con un grupo aldehído o cetona, diferenciándose por lo tanto en aldosas y cetosas.Son componentes estructurales de muchos organismos incluyendo bacterias y algas, el exoesqueleto de los insectos y la celulosa de las plantas.

Page 3: 3. Carbohidratos

Estructura básica de un carbohidrato

Los monosacáridos son polialcoholes (mínimo dos OH) con un grupo alde-hídico o cetónico.

Cuando se unen para formar di, oligo o poli-sacáridos lo hacen me-diante un enlace gluco-sídico.

CHO

H-C-OH

OH-C-H

H - C-OH

H - C-OH

CH2OH

CH2OH

C=O

OH-C-H

H - C-OH

H - C-OH

CH2OH

Page 4: 3. Carbohidratos

Los carbonos asimétricos de los monosacáridos

Un carbono asimétrico es aquel que tiene cuatro diferentes compuestos unidos a sus cuatro enlaces.

La glucosa tiene cuatro carbonos asimétricos, el 2, 3, 4 y 5

CHO

H-C-OH

OH-C-H

H - C-OH

H - C-OH

CH2OH

Page 5: 3. Carbohidratos

Isómeros, epímeros

Compuestos con la misma fórmula global pero distinta fórmula espacial. Casi todos los monosacáridos de seis carbonos tienen la fórmula C6H12O6 :glucosa, fructosa, manosa, galactosa.Cuando la diferencia radica en un solo átomo de carbono se les llama epímeros (también son isómeros): glucosa y galactosa.

CHO

H-C-OH

OH-C-H

H - C-OH

H - C-OH

CH2OHglucosa

CHO

H-C-OH

OH-C-H

OH-C-H

H - C-OH

CH2OHgalactosa

Page 6: 3. Carbohidratos

Clasificación de carbohidratosSe clasifican de acuerdo a su complejidad en :

monosacáridosdisacáridosoligosacáridospolisacáridos

Los monosacáridos de acuerdo al número de carbonos se clasifican en:

triosastetrosaspentosashexosasheptosas

AZÚCARES COMUNES EN EL METABOLISMO

aldehido cetonaTriosas gliceraldehido dihidroxicetona

Tetrosas eritrosa eritrulosa

Pentosas

ribosa xilosa arabinosa

ribulosa xilulosa

Hexosas

glucosa manosa galactosa

fructosa

Heptosas sedoheptulosa

Page 7: 3. Carbohidratos

Estructura química de la glucosa

Es una hexosa con cinco grupos OH y un grupo CHO.

Comúnmente adopta formas cíclicas semejantes al pirano (hexagonal) o al furano (pen-tagonal).

La glucosa en solución adopta la forma piranósica en un 99% y furanósica en un escaso 1%.

En el espacio la forma pira-nósica se dispone como una silla o como un bote.

OHCH

CHOH

CHOH

CHOH

CHOH

CHO

2!

!

!

!

!

Page 8: 3. Carbohidratos

Formas espaciales de glucosa

H-C-OH

H-C-OH

OH-C-H

H - C-OH

H - C

CH2OH

O

OH

H

H

H H

OH

OH

OHOH

CH2OH

O

OFisher

Haworth

hemiacetal

Page 9: 3. Carbohidratos

HemiacetalesMenos del 1% de los azúcares se encuentra bajo la forma de cadena abierta. Siempre están como anillos.Estos anillos provienen de la reacción expontánea de un grupo aldehido con un alcohol.Si el anillo tiene seis carbonos es un pirano y si tiene cinco un furano.Eso crea un nuevo C asimétrico (N°1 de una aldosa o N°2 de una cetosa). Este carbono se llama anomérico y da lu-gar a dos formas de azúcar yEn la naturaleza tenemos D glucopiranosa: 64% y 36%

Page 10: 3. Carbohidratos

Reacciones químicas de los monosacáridos

Si el O del C anomérico de un carbohidrato no está unido a otra estructura, tiene capacidad reductora.

Capacidad que se mide porque reduce el cobre de algunos reactivos, como Benedict o Fehling.

Eso se usó como -por muchos años- como test de búsqueda de glucosa en sangre u orina, pero da positivo con cualquier carbohidrato.

Page 11: 3. Carbohidratos

Reacciones de carbohidratos

Los polisacaridos no tienen poder reductor, tampoco el disacárido sacarosa. Por su enlace glucosídico pierden el poder reductor de su aldehida.Los grupos aldehido pueden oxidarse para formar grupos carboxilo -CHO -COOH. Así la glucosa se transforma en ácido glucónico y la galactosa en galactónico.El alcohol primario del C N°6 también puede trans formarse en carboxilo –COOH y generar ácido glucorónico o galacturónico.

Page 12: 3. Carbohidratos

Importancia fisiológica de las pentosas

Pentosa Origen Importanciaribosa ác.nucleícos estructura de ác.nucleicos y de coenzimasribulosa metabolismo vía de las pentosasarabinosa gomas de frutas glucoproteínasxilosa gomas de frutas glucoproteínaslixosa músculo cardiaco lixoflavina del musc.cardiacoxilulosa metabolismo vía de ácidos urónicos

Page 13: 3. Carbohidratos

Importancia fisiológica de las hexosas

Hexosa Origen Importancia

GlucosaFrutas, cereales, leguminosas

Es el azúcar por excelencia del metabolismo

FructoaFrutas y miel de caña (sacarosa)

El hígado la convierte en glucosa para su metabolismo

Galactosa Lactosa de la leche

El hígado la convierte en glucosa para su metabolismo

Manosa Gomas vegetales Glucoproteínas

Fructosa

Page 14: 3. Carbohidratos

Disacáridos

Son azúcares formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glicosídico.Los disacáridos más comunes en la naturaleza son:

sacarosa: glucosa+fructosa.lactosa: glucosa+galactosa.maltosa: glucosa+glucosa.

Dos de ellos, la lactosa y la maltosa tienen poder reductor, no así la sacarosa debido a que el enlace compromete am-bos radicales reductores, el aldehído de la glucosa y la a-cetona de la fructosa.Están ampliamente distribuidos en la naturaleza.

Page 15: 3. Carbohidratos

Disacáridos comunes...

HH

O

CH2OH

H

H

H OH

OHOH

O

CH2OH

H

H

HH

H

OH

OH

OHO

H

H

O

CH2OH

HH

H OH

OH

OH

O

CH2OH

H

H

HH

H

OH

OH

OH

O

HH

O

CH2OH

H

H

H OH

OHOH

OCH2OH

H

H

H OH

OH

OCH2OH

maltosa

lactosa

sacarosa

Page 16: 3. Carbohidratos

Oligosacáridos y Polisacáridos

Llamamos oligosacáridos a los complejos de 3 a 12 monosacáridos y polisacáridos a los de más de 12 monosacáridos.

Se dividen en :

Homopolisacáridos: un solo carbohidrato.

Heteropolisacáridos: con varios monosacáridos ejemplo, glucosa amino glucanos.

Page 17: 3. Carbohidratos

Dónde están los Polisacáridos?Homopolisacáridos:

Reserva: Almidón, (amilosa y amilopectina).Granos,cereales Glucógeno.Músculos, hígado Dextrano: D glucosa. Ramificaciones distintas.

Expansores.Sintetizado en el laboratorio Inulina: D fructosa. Cebolla y ajo. Pruebas médicas.

Estructurales: Celulosa: D glucosa. Enlaces . No digerible. Quitina: N acetil glucosamina. Insectos. Lignina: alcoholes aromáticos.

Heteropolisacáridos: agar, goma, celulosa, pectina.

Page 18: 3. Carbohidratos

Polisacáridos

El almidón está formado por cadenas de glucosa unidas mediante enlaces glucosídicos del tipo alfa 1,4 y algunos de tipo alfa 1,6.Es la fuente más importante de carbohidratos de la alimentación. Su hallazgo es esencialmente vegetal.Está constituido en un 15 a 20% por amilosa estructura helicoidal no ramificada, y en un 80 a 85% por amilopectina que son cadenas ramificadas de 24 a 30 residuos de glucosa unidas por enlaces 1,4 y ramificaciones 1,6.El glucógeno tiene una estructura bastante similar, pero de origen animal. Es más ramificada que el almidón, con 12 a 14 residuos de glucosa unidos por enlaces 1,4 y ramificaciones 1,6.

Page 19: 3. Carbohidratos

Otros polisacáridos...

La celulosa está formada por unidades de D glucopiranosa unidas por enlaces 1,4, reforzadas por puentes de hidrógeno. No es digerida por falta de una hidrolasa en el jugo digestivo. En los rumiantes hay microorganismos que atacan el enlace .La inulina es un polímero de la fructosa y se encuentra en raíces de alcachofa o de la dalia.La quitina esta formada por unidades de Nacetil glucosamina unida por enlaces beta glucosídicos. Es el exoesqueleto de insectos y crustáceos.Los mucopolisacáridos o glucosaminoglucanos, contiene aminoazúcares y ácidos urónicos, que cuando se unen a una proteína se les conoce como proteoglucanos del hueso, la elastina o la colágena. Ejemplo también lo son el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y la heparina.

Page 20: 3. Carbohidratos

Digestión de carbohidratos

El proceso de digestión de los carbohidratos tiene dos lugares principales: la boca y la mucosa intestinal.

Generalmente comemos pocos monosacáridos por lo que lo que se necesita es : endoglucosidasas y disacarasas.

Sirven para atacar a los poli, oligosacáridos y disacáridos.

Page 21: 3. Carbohidratos

Digestión en la boca

Durante la masticación actúa la amilasa de las glándulas salivares. Rompe el almidón en sus enlaces 1,4.

Los humanos no tenemos 1,4 glucosidasas que rompe la celulosa. Si la poseen los microorganismos de los poligás tricos. Ellos si aprovechan la celulosa de los pastos.

amilopectina y glucógeno contienen enla-ces 1,6, como resultado tenemos maltosa e isomaltosa con enlaces 1,6.

Dicha digestión se detiene en el estómago: pH ácido .

Page 22: 3. Carbohidratos

Digestión por la amilasa

Maltotriosa Maltosa Glucosa

Dextrina limitante

Dextrina limitante

Page 23: 3. Carbohidratos

Digestión intestinal...

Luz intestinal

Lactosa

Almidón

Sacarosa

amilasaMaltosa

Maltotriosa

Dextrina límite

lactasa

sacarasa

glucosidasa glucosa

galactosa

fructosa

Superficie de pared intestinal

Page 24: 3. Carbohidratos

Absorción intestinal...

SGLT1

GLUT5GLUT2

glucosa

galactosa

2Na

fructosa glucosa

galactosa

fructosa

Na Na

K

K

ATP

ADP

Page 25: 3. Carbohidratos

Absorción de monosacáridos

D Galactosa 110

D Glucosa 100

D Fructosa 43

D Manosa 19

D Xilosa 15

D Arabinosa 9

%

Page 26: 3. Carbohidratos

Destino de los carbohidratos

Hasta un 50% de la glucosa es transformada en lactato en la pared intestinal, para facilitar la gradiente.

Luego debe ir al hígado a transformarse por la neoglucogénesis.

Por la vena porta va al hígado donde se metaboli-za el 60% o más de todos los carbohidratos.

Page 27: 3. Carbohidratos

Metabolismo de azúcares

de interés médico

Page 28: 3. Carbohidratos

Aminoazúcares

Son encontrados en las gluco-proteínas.

Sobre todo la N-acetil glucosa-mina y N-acetil galactosamina.

El esqueleto carbonado funda-mental lo proporciona la fructo-sa, el acetilo, la acetilCoA.

El nitrógeno lo proporciona la glutamina.

La síntesis de N acetil neura-mínico requiere tres carbonos más que los proporciona el fosfo enolpiruvato.

NANA

fructosa 6P

glucosamina 6P

N-acetil glucosamina 6P

Glutamina

Acetil CoA

N-acetil glucosamina 1P

UDP-N acetil glucosamina

N-acetil manosamina 6P

N-acetil neuramínico 9PFosf enol piruvato

ácido siálico, constituyente de las glicoproteínas

Page 29: 3. Carbohidratos

Ácido glucorónico

El ácido glucorónico es una glucosa con el carbono 6 carboxilado.Es componente esencial de los glucosaminoglicanos y de las pectinas.También participa de los fenómenos de detoxificación por el hígado, formación de de bilirrubina, hormonas esteroides etc.Proviene de:

La dieta, como ác. Glu-corónico o como inositol.De la glucosa

Glucosa 6P Glucosa 1P

UDP-Glucosa

UDP-Glucorónico

Ácido glucorónico

H2O

NAD

NADH2

Dieta Inositol

Page 30: 3. Carbohidratos

Sorbitol

Se forma a partir de la glucosa por efecto de la aldosa reductasa en presencia de NADPH.

La enzima es significativa en el cristalino, las células de Schwann de los nervios, las papilas del riñón y las vesículas seminales.

En el hígado y las vesículas semi-nales hay una segunda enzima sorbitol dehidrogenasa que trans-forma el sorbitol en fructosa.

Glucosa

GLICÓLISIS

SORBITOL

NADPH

NADP

Fructosa

NAD NADH

Page 31: 3. Carbohidratos

GLICOPROTEÍNASy PROTEOGLUCANOS

Son macromoléculas que contienen carbohidratos y proteínas unidas covalentemente.

Las glicoproteínas contienen es-casa cantidad de carbohidratos (entre 15 a 20 monosacáridos).

Los proteoglucanos contienen un 95% de carbohidratos bajo la forma de cadenas llamadas glucosamino-glucanos con varios cientos de mo-nosacáridos.

En realidad son muchos disacáridos formados por N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina y un ácido urónico.

OCH2OH

HO NH-C-CH2-ASN

O

NHC=OCH3

CH2OH

-O- CH2-Ser

NHC=OCH3

OOH

OH

N-acetilglucosamina (enlace glicosídico N)

N-acetilgalactosamina ( enlace glicosídico O)

Page 32: 3. Carbohidratos

Antígenos para grupos sanguíneos

Un grupo muy importante de glicoproteinas unidas por enlace O son los grupos sanguíneos.

Los grupos sanguíneos depen-den de los monosacáridos uni-dos a proteínas localizadas en la superficie del hematíe.

El grupo A tiene N-acetil galactosamina, mientras que el grupo B tiene galactosa.

GalNAc

Proteína Gal

Fuc

GalNAc

Proteína Gal

Fuc

GalNAc

Proteína Gal

Fuc

GalNAc

Gal

O

A

B

Page 33: 3. Carbohidratos

Proteoglucanos

Los mayores componente del espacio extracelular son los Proteoglu-canos: colágeno, elastina, cartílago, líquido sinovial, humor vítreo, piel, etc.

Están compuestos de glucosaminoglucanos (aminoazúcar+ ácido

urónico) unidos a una proteína por una cadena de tetrasacárido.

PROTEINA

-Serina-O-Xilosa-Galactosa-Galactosa-Ac.Gglucorónico [ ]n Aminoazúcar

+Acido Urónico

Tetrasacárido GAG

Page 34: 3. Carbohidratos

Clases de GAGy tipo de proteoglucano

DisacáridoAc.urónico Aminoazucar Tejido

Ac.hialurónico Glucoronato GlcNAcTej.conectivo,cartílago, líquido sinovial, humor vítreo

Condroitin sulfatoGlucoronato e Iduronato GalNAc-SO4 Cartílago,arterias,piél,huesos

Dermatan sulfatoGlucoronato e Iduronato GalNAc-SO4 Piél, vasos, válvulas cardiacas

Sulfato de Keratan Galactosa sulfato GLlcNAc-SO4Cartílago,disco intervertebral, córnea

Sulfato de HeparánGlucoronato e Iduronato GLlcNAc-SO4

Superficie celular, pulmones,vasos sanguíneos

HeparinaGlucoronato e Iduronato GLlcNAc-SO4

Mastocitos (pulmón, hígado, piel)

Page 35: 3. Carbohidratos

Metabolísmo bacteriano de los glucanos y caries dental

Los glucanos son polímeros de la glucosa producidos por bacterias.El Streptococcus mutans , el microbio que da lugar a las caries dentales produce un polímero de glucano llamado mutano, con enlaces 1,6 y 1,3.El mutano se forma a partir de la sacarosa en una reacción catalizada por la glucosil transferasa, extracelular.

Sacarosa + mutanon mutano n+1 + fructosa

Page 36: 3. Carbohidratos

Metabolísmo bacteriano de los glucanos y caries dental

La sacarosa en cariogénica por que dá lugar al mutano que por los enlaces 1,3 es insoluble y facilita la colonización bacteriana del esmalte.Las glucoproteínas salivares se unen a la superficie del diente para formar una película. Las bacterias se unen a la película para formar la placa.Los fructanos, polímeros de la fructosa almacenen energía para las bacterias de la placa.

Page 37: 3. Carbohidratos

Metabolísmo bacteriano de los glucanos y caries dental

El Streptococcus mutans es una bacteria anaerobia, que usa corrientemente la glicólisis como medio de energía., produciendo ácido láctico que disminuye el pH de la placa de 6,8 a 5 aproximadamente, permitiendo al ácido láctico disolver el esmalte.

El fluoruro es anticariogénico probablemente por inhibir la enolasa del s.mutans.

Page 38: 3. Carbohidratos

Bioenergética

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OXIDACION BIOLOGICA

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Page 53: 3. Carbohidratos

Fotosíntesis

Toda la energía que alimenta a los seres biológicos proviene del sol y es atrapada por un proceso que se lleva a cabo en los cloroplastos de las plantas verdes y que llamamos fotosíntesis.

Como resultado del proceso se genera almidón.

En una primera etapa la luz es capturada por la clorofila, hasta convertirse en carga eléctrica y generar un potencial de reducción que sintetiza NADPH y ATP.

Estos últimos son usados en la síntesis del almidón.

2612622 666 OOHCCOOH

Page 54: 3. Carbohidratos

Las fuentes de energía para los animales

Así como la fuente primigenia de Calorías es el almidón de las plantas, cuando los a-nimales ingieren dichas Calorías al consu-mir el almidón, trasladan la energía a sus propios componentes estructurales, proteí-nas y grasas de origen animal.

El hombre en su condición de omnívoro se alimenta de todas esas fuentes de energía, las que oxida hasta CO2 y agua, convir-tiendo la energía en ATP y almacenándola así, mediante los procesos Ciclo de Krebs y Fosforilación oxidativa.

Glicólisis

Acetil CoA

K

ATP

Page 55: 3. Carbohidratos

Energía libre

Es la porción de energía que queda a la mano para realizar trabajo.Es igual a la diferencia entre la energía de productos y reactantes.

Existen dos tipos de reacción química.

sustratosproductos GGG

G

G Sust.

Prod.

G<0

Exergónica

Sust.G

Prod

G>0

Endergónica

G

Page 56: 3. Carbohidratos

Reacciones acopladas

Ocurren cuando el producto de una reacción es el sustrato de otra.

Las células generalmente acoplan una reacción exergónica con una endergónica, como las reacciones mediadas por ATP .

PaGluPiaGlu 6coscosl3,3kcal/moG

PiADPOHATPmolkcalG

/3,7

2

ADPPaGluATPaGlumolkcalG

6coscos/4

Page 57: 3. Carbohidratos

ATP y metabolísmo

El ATP es el donante/ receptor universal de la energía. Su ca-racterística más importante es el puente anhidrido que une los grupos fosfato y que almacena -7,3 kcal/mol de energía.Algunos compuestos tienen va-lores de hidrólisis más negativos que el fosfato del ATP y otros menos, los primeros permiten la síntesis de ATP y los segundos se sintetizan a partir de él.

Intermediario kcal/molFosfoenolpiruvato -14,81,3 Difosfoglicerato -11,8Creatina fosfato -10,3ATP -7,3ADP -6,6Glucosa 1 fosfato -5Fructosa 6 fosfato -3,8AMP -3,4Glucosa 6 fosfato -3,3Glicerol 3 fosfato -2,2

Page 58: 3. Carbohidratos

Cadena transportadora de electrones

Los procesos oxidativos de los nutrientes, a través del ciclo de Krebs, la glicólisis y la beta oxidación de las grasas, ter-minan en la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria, que traslada los electrones hasta el oxígeno para formar agua.Los miembros de la cadena son:

• Flavinas : ambas oxidan ,la FMN oxida al NADH, mientras que la FAD oxida al succinato para produ-cir fumarato.

• Coenzima Q : o ubiquinona, que recolecta electrones del FAMH2 o del FADH2 y los transfiere al complejo III (citocromo b y citocromo c1)

• Compuestos con grupo Hem : Hem es el grupo prostético de los citocromos : a, a3, b, c, c1

Page 59: 3. Carbohidratos

Cadena respiratoriaNADH NAD

FMN

FeS

Succinato Fumarato

FAD

FeS

CoQ Cit-b Cit-c1 Cit-c Cit-a-a3

1/2 O2

H2O

Los transportadores están ubicados en orden para facilitar la transferencia de electrones.El potencial estándar de reducción (Eo) se incre-menta desde el más negativo (NAD) hata el más positivo (oxígeno).Cada paso tiene E>0 y G< 0, facilitando la migración de electrones del NADH al oxígeno

Page 60: 3. Carbohidratos

Acoplamiento entre oxidación y fosforilación

La síntesis de ATP es catalizada por la ATP sintetasa, que tiene dos componentes Fo y F1.

La Fo es un canal por el cual el H reingresa a la matriz. El F1 tiene el sitio activo.

Relación P/O es el núme-ro de grupos fosfato incor-porados al ATP por átomo de oxígeno.

Complejo I

Complejo III

Complejo IV

H+

H+

H+

H+

NADH

NAD

ADP+Pi

ATP

Complejo V

CoQ

Cit-c1/2 O2

H2O

MatrizEspacio

intermembrana.

FoF1

Page 61: 3. Carbohidratos

Rendimiento, kcal / mol

Los sustratos que se oxidan con formación de NADH2 tienen una relación P/O=3.

La oxidación de sustratos que se oxidan con la formación de FADH2 (succinato o alfa glicerofosfato) tienen una relación P/O=2.

Recientes trabajos indican que la relación P/O sería de 2,5 y 1,5 respectivamente.

La eficiencia es aproximadamente entre 35 y 40% de la producción , dado que se generan:

NADH = Go= -52,6 kcal/mol

FADH2= Go= -40,5 kcal/mol, pero se aprovechan:

• NADH = 3 ATP = 21,9 kcal/mol

• FADH2= 2 ATP= 14,6 kcal/mol

Page 62: 3. Carbohidratos

Lanzaderas como transporte de NADH al intramitocondrial...

Aunque la mayor parte del NADH es generado intramitocondrialmen-te, durante la glicólisis se produce en el citosol. Este NADH debe reoxidarse a nivel mitocondrial pero la membrana es impermeable al NADH. Luego el sistema de lanzadera introduce los electrones al interior mitocondrial.

Dihidrox.acetona P

-Glicerof.

NADH

NAD-Glicerof.

Dihidrox.acetona P

FAD

FADH2

Aspartato

Oxalacetato

Malato Malato

Oxalacetato

Aspartato

NAD

NADHNADH

NAD

Page 63: 3. Carbohidratos

Metabolismo del glucógeno

Page 64: 3. Carbohidratos

Glucosa: suministroEl organismo requiere una fuente constante de glucosa, necesaria para órganos tan delicados como el cerebro y con pocas mitocondrias co-mo los hematíes.

La glucosa es suminis-trada por diversos sus-

tratos...

GLUCOSA

Disacáridos Monosacáridos

Aminoácidos Almidón

Glucógeno

Page 65: 3. Carbohidratos

Glucógeno

Es la forma de almacenamiento de carbohidratos en los tejidos animales.Corresponde del 6 al 10% del peso del hígado (aprox. 70 a 100 g) y del 1 al 2% del peso del músculo (aprox. 250 a 400g).Es un polímero de la alfa D glucosa, con moléculas unidas por enlaces 1,4 y 1,6.

El glucógeno muscular es fuente de glucosa para este tejido, mientras que el glucógeno hepático mantiene la glicemia.

Page 66: 3. Carbohidratos

Estructura del glucógeno

El glucógeno se encuentra en el citosol de las células (musculares, hepáticas, renales, etc.)En el músculo se almacena como pequeños gránulos esféricos, llamados partículas beta con 60 000 residuos de glucosa.El hígado tiene gránulos grandes como rosetas llamadas partículas alfa, que son agregados de partículas beta.La estructura tiene una ramificación cada 10 moléculas lineares. Las ramificaciones aumentan la velocidad de recambio y la solubilidad del glucógeno.Cada molécula de glucógeno tiene una proteína llamada gli-cogenina, unida covalentemente al carbohidrato.La cadena está formada por uniones glicosídicas alfa 1,4 y la ramificaciones por uniones alfa 1,6.

Page 67: 3. Carbohidratos

Cómo se mantiene la glicemia...?

La ingesta dietética es esporádica y no siempre suficiente, luego el organismo debe suplementar la glicemia a partir del glucógeno.

8:00h 12:00h 16:00h 20:00h 24:00h 4:00h 8:00h

Contenido de glucógeno del hígado durante el día

Page 68: 3. Carbohidratos

Localización del glucógeno

Dos son los órganos más ricos en glucógeno: músculo e hígado.El glucógeno hepático es el 6 a 10% del peso fresco y hace un total de 100g aprox.El glucógeno muscular es de 1 a 2% y hace un total de 400g.Una molécula de glucógeno tiene un PM de 108.

Posprandial Ayuno

Page 69: 3. Carbohidratos

Estructura del glucógeno

Está formado por múl-tiples moléculas de al-fa D-glucosa unidas por enlaces glicosídi-cos del tipo 1,4 para formar cadenas linea-res y, lue-go de 8 a 10 residuos lineales una ramificación mediante

un enlace 1,6.

Enlace glucosídico 1,4 y 1,6

Page 70: 3. Carbohidratos

Fosforilación de la glucosa

Reacción irreversible, que impide el regreso de la glucosa por gradiente. Catalizada por: Hexoquinasa o Glucoquinasa.La hexoquinasa es inhibida por glucosa 6-P que a su vez se acumula por una alta relación ATP/ADP. Enzima de bajo Km y baja Vmax, por lo que tiene gran afinidad pero pobre capacidad de metabolizar.La glucoquinasa es fundamental en el hígado, tiene alta Km por lo que sólo actua a altas concentraciones de glucosa y tiene alta Vmax por lo que su capacidad de metabolizar es también alta.

Page 71: 3. Carbohidratos

Hexoquinasa vs. glucoquinasa

Hexoquinasa GlucoquinasaTejido todos hígadoKm bajo altoVmax baja altaEspecificidad varias hexosas D-glucosaInhibición por G6P si no

Page 72: 3. Carbohidratos

Síntesis de glucógeno

La glucosa 6P se convierte en glucosa 1P por una mutasa. La glucosa 1,6 difosfato es un intermediario de la reacción. La glucosa 1P reacciona con la UTP para formar UDP-glucosa. La hidrólisis del pirofos-fato resultante por una pirofosfatasa garantiza la continuidad de la reacción.

Page 73: 3. Carbohidratos

Glucógeno:alargamiento de la cadena...

Requiere la tranferencia de una glucosa del UDP-glucosa, al extremo no reductor de la cadena.

La enzima responsable de formar los enlaces glicosídicos es la glucógeno sintetasa o glucosil transferasa.

La UDP resultante de la actividad de la sintetasa regenera UTP gracias a la enzima nucleósido difosfoquinasa.

UDP + ATP --------------UTP + ADP

Page 74: 3. Carbohidratos

Glucógeno: elongación y ramificación

sintetasa ramificante

Page 75: 3. Carbohidratos

Glucógeno: formación de ramificaciones...

El glucógeno tiene ramificaciones cada 8 unidades lineares de gluco-sa.

Se produce gracias a la actividad de la enzima ramificante o glu-cosil 4,6 transferasa o amilo 1,4, 1,6 transglicosilasa.

Dicha enzima transfiere 5 a 8 unidades de glucosa, rompiendo un enlace 1,4 y creando un enlace 1,6.

La ramificación incrementa la solu-bilidad del glucógeno y acelera el proceso de síntesis y degradación

7UDP glucosa

7UDP

glucógeno

sintetasa

Enzima

ramificante

Page 76: 3. Carbohidratos

Glicogenina

Polipéptido de 332 a-minoácidos con una tirosina terminal.

Ella se une a 8 glu-cosas expontánea-mente y sirve de i-nicio a la actividad de la sintetasa.

Tyr-OHGlicogenina

Tyr-O-(glucosa)8

Tyr-O--

Glicosilación

expontánea8 UDP-glucosa

8 UDP

Glicogenina primaria

(Glucosa) n –1,4- y

Glucógeno sintetasa

Enzima ramificantenUDP-glucosa

nUDP

Complejo Glucogenina-Glucógeno

Page 77: 3. Carbohidratos

Degradación del glucógenoLa más importante enzi-ma involucrada es la glu-cógeno fosforilasa.Ella rompe los enlaces alfa 1,4 por simple fosforilación.Es una hexoglucosidasa y actúa secuencialmente hasta que quedan cuatro unidades antes de la ramificación .Dextrina limitante.

(Glucosa) n

Glucosa 1 P

Glucosa 6 P

Glucógeno fosforilasa

Fosfoglucomutasa

Glucosa 6 fosfotasa (en el hígado)

Glucosa

GlicólisisP1

PiruvatoPiruvato dehidrogenasa

Acetil CoA

CO2 y H2O

LactatoLactato

deshidrogenasa

CO2

P 1

Page 78: 3. Carbohidratos

Desramificación

La enzima desramificante es la combinación de la glucosil 4,4 transferasa, que rompe tres glucosas de la ramificación y la anexa a un extremo para que actúe la fosforilasa y la amilo 1,6 glucosidasa que libera la única glucosa libre.1 a 3% es liberado por la maltasa ácida . Enf. Pompe

Page 79: 3. Carbohidratos
Page 80: 3. Carbohidratos

Papel del AMPc en el hígado

Receptor glucagon

Adenil ciclase

EpinefrinaReceptor adrenérgico

+ +G GATP AMPcATP AMPc

GlucógenoGlucógeno

Glucosa1P

Glucosa 6P

Glucosa

Piruvato

Grasa

+-

-

Page 81: 3. Carbohidratos

Regulación hormonal de la glucógeno fosforilasa

AMPc + Proteín

quinasaA

ATP

ADP

Fosforilasa

quinasa b

Fosforilasa

quinasa a-PH2O

PiFosfoprotein

fosfatasa

AMP Insulina- +

Fosforilasa b Fosforilasa a-P

Fosfoproteín

fosfatasa

ATP ADP

AMPc Insulina

- +

H2OPi

Page 82: 3. Carbohidratos

Regulación de la glucógeno sintetasa

La glucógeno sintetasa es inactivada por la proteín quinasa, que a su vez es activada por la presencia de AMPc, segundo mensajero del glucagon o epinefrina

La glucógeno sintetasa es activada por la proteín fosfatasa, activada a su vez por la insulina.

Glucagon Epinefrina+

ATP AMPc +

Sintetasaactiva

Sintetasainactiva

Insulina

+

Page 83: 3. Carbohidratos

Regulación de la fosforilasa

La fosforilasa existe bajo dos formas, activa o fosforilada e inactiva o defosforiladaPor lo tanto aquellas hormonas que estimulan la presencia de AMPc y por lo tanto activan a la proteín quinasa activan a la fosforilasa quinasa y esta a la fosforilasa de glucógeno. Y la insulina que activa a la proteín fosfatasa inactiva a la fosforilasa del glucógeno.

Glucagon Epinefrina+

ATP AMPcFosf.quinasainactiva

Fosf.quinasaactiva

Gluc.fosforil.inactiva

Gluc.fosforil.activa

Fosfatasa

Insulina +

Page 84: 3. Carbohidratos

Regulación hormonal de la glucógeno sintetasa

Glicógeno sintetasa a Glicógeno sintetasa b-P

Proteín quinasaCalmodulina dependiente

Fosfoproteín

Fosfatasa

ATP ADP

H2OPi

Ca2++

AMPc Insulina

+-

Fosfoglicerato

quinasaProteín quinasa a

+++

AMPc

+

Diacilglicerol

Proteín quinasa c

+ +

Page 85: 3. Carbohidratos

Enfermedades por almacenamiento de glucógeno (1)

Tipo I von Gierke: ausencia de glucosa 6 fosfatasa hepática, hipoglicemia severa, retardo mental, hí-gado graso. Glucógeno normal.Tipo II Pompe: deficiencia en alfa glicosidasa li-sosomal (maltasa). Exceso de glucógeno en los tejidos. Cardiomegalia, muerte prematura. Normoglicemia.Tipo III Cori: deficiencia en amilo 1,6 glicosidasa. Cardiomegalia, retardo mental, Dextrinosis limi-tante.

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1+

5....0010.00000000000000 NMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM412 0MM{M-

Enfermedades por almacenamiento de glucógeno (2)

Tipo IV Andersen: deficiencia de glicosil trans-ferasa. Glucógeno anormal. Cirrosis. Hepatoes-

plenomegalia Tipo V: Mc Ardle: deficiencia en fosforilasa muscular. Debilidad intolerancia al ejercicio.

Tipo VI Hers: deficiencia en fosforilasa hepática: hepatomegalia marcada. No esplenomegalia.