FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA

HUMANAPRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA DEL EJERCICIO

ESCUELA NACIONAL DEL DEPORTE

DEPORTE Y EDUCACIÓN FÍSICA

Néstor Raúl Henao Sierra M. D.

FUNDAMENTOS BIOLÓGICOS

B I O Q U I M I C A H U M A N A

PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA DEL EJERCICIO

INTRODUCCIÓN

El ser humano se alimenta para mantenerse vivo y muchas de las sustancias que ingiere cumplen funciones vitales. Es indispensable conocer los fundamentos químicos y los procesos que se llevan a cabo en el organismo para la transformación de dichas sustancias en energía. Igualmente es necesario saber cuáles elementos químicos están presentes en el organismo humano y cómo interactúan.

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Debemos comenzar por decir que lo que corresponde a la cátedra de BIOQUÍMICA HUMANA es el estudio de la base molecular de la vida. Es decir, la serie de reacciones químicas que se llevan a cabo constantemente en el organismo, no sólo para mantener la HOMEOSTASIS o equilibrio interno, sino lo que es más importante para el mantenimiento de la vida.

Para su estudio y como es obligado, debemos remitirnos a los principios químicos generales que rigen la materia viva. La materia existe en estado sólido, líquido, gaseoso y coloidal. En todas sus formas está compuesta por un número limitado de unidades fundamentales, los elementos químicos, los cuales no son posibles dividir en unidades más pequeñas por medios químicos ordinarios.

Aunque la FISIOLOGÍA y la BIOQUÍMICA se superponen como ciencias, la primera, tal como se entiende en forma clásica, se ocupa principalmente en cada caso en particular, del funcionamiento visible de los órganos, en tanto que la segunda trata más bien de los fenómenos moleculares asociados a estas actividades visibles.

Al terminar el curso el estudiante tendrá comprensión de los procesos químicos que se producen en el organismo tanto en reposo como durante la actividad física y de las diferentes modificaciones que sufre el cuerpo por una acción orgánica intensificada de manera regular y sistemática sobre todo desde el punto de vista energético. Tendrá posibilidad de analizar las diferentes vías por las que el organismo genera energía, describir las diferentes reacciones bioquímicas llevadas a cabo por el trabajo muscular y finalmente comprender y analizar la capacidad de trabajo físico en relación con la ingesta de los diferentes nutrientes o sustancias bioenergéticas.

BIOELEMENTOS

En la actualidad se conocen 118 elementos de los cuales 92 son naturales, o sea que se han encontrado en la naturaleza. En el cuerpo humano están presentes en promedio 29 elementos, distribuidos de la siguiente forma en porcentaje de peso corporal.

Elemento Químico

Símbolo % Comentarios:

2

Oxígeno O 65%Presente en el agua y casi todas las moléculas orgánicas. Necesario para la respiración celular

Carbono C 18% presente en todas las moléculas orgánicas

Hidrógeno

H 10%presente en el agua, nutrientes, casi todas las moléculas orgánicas; contribuye a la acidez cuando está cargado positivamente

Nitrógeno

N 3% presente en las proteínas y ácidos nucleicos

Calcio Ca 2%

constituyente de los huesos y dientes; necesario para los procesos de contracción muscular, coagulación sanguínea, movimientos intracelulares, liberación de neurotransmisores, movimientos de los cromosomas previo a la división celular, etc.

Fósforo P 1%Presente en los ácidos nucleicos y el ATP la molécula rica en energía clave del metabolismo celular; constituyente de huesos y dientes. Presente en el tejido nervioso.

Azufre S 0.25%forma parte de muchas proteínas, especialmente las contráctiles de los músculos

Potasio K 0.35%

Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

Sodio Na 0.2%Catión más abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

Cloro Cl 0.2%anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluido intersticial

Magnesio

Mg 0.05% necesario para que muchas enzimas funcionen correctamente

Yodo I vital para la producción de hormonas de la glándula tiroides

Hierro Fe componente esencial de la hemoglobina y de algunas enzimas necesarias para la producción de ATP

O L I G O E L E M E N T O S

FLUOR [F] COBALTO [Co] MANGANESO [Mn] NÍQUEL [Ni]

BROMO [Br] COBRE [Cu] MOLIBDENO [Mo] VANADIO [V]

ESTAÑO [Sn] CROMO [Cr] SELENIO [Se] ZINC [Zn]

SILICIO [Si] ARSÉNICO [As] BORO [B] ALUMINIO [Al]

R E S U M E N

SI AGREGAMOS: Calcio [Ca] 2% Fósforo [P] 1%

Azufre [S] 0.25%

96% + 3.25 % = 99.25%

3

C = 18H = 10O = 65N = 3

----- 96 %

A ESTE TOTAL SE SUMA EL PORCENTAJE DE ELECTROLITOS IMPORTANTES PRESENTE EN EL ORGANISMO HUMANO:

99.25 % + 0.74 % = 99.99 %

Se tiene que estos 11 elementos forman el 99.99 % del peso corporal. Por lo tanto el 0.01% restante corresponde a los llamados OLIGOELEMENTOS [elementos en escasa cantidad].El análisis químico de la materia viva revela que los seres vivos están formados por una serie de elementos y compuestos químicos.

Los elementos químicos que forman parte de la materia viva se denominan bioelementos, que, en los seres vivos, forman biomoléculas, que podemos clasificar en: Inorgánicas: Agua, Sales, Minerales, Algunos gases: O2, CO2, N2,

Orgánicas: Glúcidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleicos.

Los elementos químicos se pueden clasificar así:a) Bioelementos primarios, que aparecen en una proporción media del 96% en la materia viva, y son carbono, oxigeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Estos elementos reúnen una serie de propiedades que los hacen adecuados para la vida: forman entre ellos enlaces covalentes muy estables, compartiendo pares de electrones. El carbono, oxígeno y nitrógeno pueden formar enlaces dobles o triples. Facilitan la adaptación de los seres vivos al campo gravitatorio terrestre, ya que son los elementos más ligeros de la naturaleza.

b) Bioelementos secundarios, aparecen en una proporción próxima al 3,3%. Son: calcio, sodio, potasio, magnesio y cloro, desempeñando funciones de vital importancia en fisiología celular. c) Oligoelementos, micro constituyentes, o elementos vestigiales, que aparecen en la materia viva en proporción inferior al 0,01% siendo también esenciales para la vida, los cuales se observan en el cuadro. Aún participando en cantidades infinitesimales, no por ello son menos importantes, pues su carencia puede acarrear graves trastornos para los organismos.

ÁTOMOS Y MOLÉCULAS

Cada elemento está compuesto por unidades de materia llamadas átomos. Un elemento no es sino una cantidad dada de materia constituida por átomos del mismo tipo. Por ejemplo, la hulla pura sólo contiene átomos de carbono. En la bala de oxígeno sólo hay átomos de oxígeno. Los átomos consisten de dos partes principales: el Núcleo y los Electrones. Dentro del núcleo se encuentran los Protones y los Neutrones.Dado que cada protón tiene carga positiva, el núcleo es a su vez Positivo. Los electrones giran alrededor del núcleo y tienen carga negativa.

El número de electrones de un átomo es igual al de sus protones para un elemento dado. Cada electrón posee una carga negativa, por lo que se presenta equilibrio eléctrico, lo cual hace que el átomo sea eléctricamente NEUTRO.

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Sodio [Na] 0.15 %Potasio [K] 0.35 %Cloro [Cl] 0.19 %

Los elementos difieren unos de otros en el número de protones. A este número se le denomina NUMERO ATÓMICO. La MASA ATÓMICA está dada por el número protones más neutrones. Expresado de otra forma, la masa atómica de un elemento es igual a su peso atómico y si se trata de una molécula, se denomina peso molecular y se expresa en gramos.

Se dice que ocurre una reacción química cuando los átomos se unen o se separan formando nuevos productos.Las Reacciones Químicas son el fundamento de la vida.Los electrones de los átomos participan activamente en las reacciones químicas.

Como recordábamos, los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas, como lo hacen los planetas respecto al sol. Estas órbitas son llamadas niveles de energía y cada una puede tener un número máximo establecido de electrones. El nivel de energía más cercano al núcleo nunca posee más de dos electrones, sin importar de qué elemento se trate y recibe el nombre de primer nivel de energía.

El segundo nivel puede tener un máximo de ocho electrones. El tercer nivel de átomos con número atómico menor de 20 también tiene un máximo de ocho electrones, cantidad que aumenta a 18 electrones cuando el número atómico es 20. Los siguientes orbitales pueden contener muchos más electrones. Los átomos siempre tienden a poseer el mayor número de electrones en su órbita más externa. Para lograrlo ceden o toman electrones. Los átomos de los elementos que tienen su nivel exterior completamente lleno no necesitan tomar o ceder electrones y son llamados elementos INERTES. Estos elementos por lo general no participan en las reacciones químicas.

Cuando dos o más átomos se unen en una reacción química, la combinación resultante se conoce como MOLÉCULA, la cual puede formarse por átomos del mismo elemento o ser diferentes. Las moléculas que poseen átomos de 2 o más elementos son llamados COMPUESTOS. La molécula de HIDROGENO no es un compuesto (H2).Los átomos de una molécula están unidos por FUERZAS DE ATRACCIÓN a las que se conoce como ENLACES QUÍMICOS.EXISTEN DOS TIPOS BÁSICOS DE ENLACES: IÓNICOS Y COVALENTES

ENLACES IÓNICOSSon llamados también enlaces ELECTROSTÁTICAS, enlaces SALINOS, PUENTE SALINO o PAR IÓNICO.Como ya se mencionó, los átomos son eléctricamente neutros, pero cuando un átomo toma o cede un electrón, se torna negativo o positivo respectivamente, para lo cual tomará el nombre de ION.

En general, se denominan IONES, a los átomos o grupos de átomos cargados eléctricamente. Por ejemplo, cuando el átomo de SODIO (Na) cede el electrón de un nivel más externo, queda con carga positiva, ya que poseerá 11 protones y sólo 10 electrones y se denotará

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Na +.El cloro lo toma y quedará con 18 electrones y 17 protones, lo que lo convierte en CL-. Los iones con carga opuesta se atraen formando en este caso la molécula de NaCl por enlace iónico.

En general: 1. Los átomos cuyo nivel de Energía externo posee menos de la mitad del máximo de electrones los ceden y se constituyen en CATIONES. Ej. K+, Ca++, Fe++, Na+, etc.2. Los átomos cuyo nivel de energía externo posee más de la mitad del máximo de electrones posible, tienden a tomarlos, formando ANIONES. Ej. I-, CL-, S=, etc.

El Hidrógeno suele ceder un electrón y constituirse en ion positivo o CATION. El Hidrógeno también forma enlaces COVALENTES.

ENLACES COVALENTESEste tipo de enlace se presenta en los organismos con mayor frecuencia que el enlace iónico.En este tipo de enlace se comparten uno, dos o tres pares de electrones, llamados enlace covalente sencillo, doble o triple que se representan por Ej. H-O, O=O, N -C .[Nota: El CARBONO siempre forma enlaces covalentes].

Las REACCIONES QUÍMICAS no son sino la rotura y creación de enlaces entre átomos y ocurren de manera continua en las células de nuestro cuerpo, por medio de las cuales se forman las estructuras corporales y se llevan a cabo las funciones del organismo.

METABOLISMO y CRECIMIENTO

El término METABOLISMO indica simplemente las reacciones químicas que ocurren en el organismo normal. Estas reacciones se producen dentro de cada célula constitutiva TISULAR y sus funciones consisten en brindar energía para las actividades corporales y se elaboren nuevos tejidos. Gracias a los procesos metabólicos las células se hacen mayores y más numerosas. El metabolismo de las células especiales permite formar estructuras como huesos y tejido fibroso, lo que aumentará el tamaño del cuerpo. Por tanto, el METABOLISMO no sólo es la base de la energía necesaria para el cuerpo, sino también del propio crecimiento.

ENERGÍA Y REACCIONES QUÍMICASTodas las reacciones químicas conllevan la participación de Energía. Siempre que se rompe un enlace en una molécula se genera energía. Las reacciones que generan energía en alguna forma [con mayor frecuencia en forma de calor], se pueden producir en forma espontánea y son llamadas EXERGÓNICAS o EXOTÉRMICAS.

Las reacciones que no se pueden producir a menos que se agregue energía en alguna forma al sistema son llamadas ENDERGONICAS o ENDOTERMICAS. Realmente en el organismo existen moléculas que son verdaderos generadores de energía por poseer GRUPOS FOSFATO, que en realidad son los que tienen importancia bioquímica desde el punto de vista energético.

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La energía necesaria para los procesos vitales celulares es utilizada para contracción muscular, transporte a través de membranas, secreción glandular, división o reproducción celular [mitosis y meiosis], procesos metabólicos, etc.

ANABOLIA [ANABOLISMO] = REACCIONES DE SÍNTESISCuando se unen dos o más átomos, iones o moléculas y constituyen moléculas de mayor tamaño, ocurre lo que se llama REACCIÓN DE SÍNTESIS.

La palabra SÍNTESIS significa "combinación" o “reunir” y este tipo de reacción incluye la formación de nuevos enlaces. Las reacciones de síntesis pueden expresarse de la siguiente forma:Todas las reacciones de síntesis que ocurren en el organismo se denominan de manera conjunta reacciones anabólicas o ANABOLIA.

CATABOLIA [CATABOLISMO] =REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓNLo opuesto a una reacción de síntesis es una reacción de descomposición.En las reacciones de descomposición se ROMPEN ENLACES. Las moléculas de gran tamaño se convierten en moléculas menores, iones o átomos aislados.

AB -------------→ A + B

Se denominan reacciones catabólicas o CATABOLIA, a todas las reacciones de descomposición que ocurren en el organismo de manera conjunta. La digestión y la oxidación de las moléculas de alimento son ejemplos de CATABOLIA.

REACCIONES DE INTERCAMBIOLas reacciones químicas se basan en los procesos de síntesis y descomposición. En otras palabras, no son sino la formación o rotura de enlaces iónicos y covalentes. Las reacciones de intercambio conllevan a la vez reacciones de síntesis y descomposición:

AB + CD AD + BC

REACCIONES REVERSIBLES calor

A + B --------- AB agua

C6H12O6 + 2Pi + 2ADP ----- 2C3H4O3 + 2ATP + 2H2OREACCIONES DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN

La oxidación es la pérdida de electrones de una molécula y ocasiona reducción en la energía potencial de dicha molécula. El nombre de este proceso se debe a que el oxígeno es el receptor final de los electrones perdidos más común. En las células algunas reacciones de oxidación conllevan la liberación simultánea de un ion hidrógeno [H+, un núcleo de hidrógenos sin electrones] y un ion hidruro [H−, un núcleo de hidrógeno con dos electrones] de una molécula. Ello equivale a extraer dos átomo de hidrógeno [H+ + H− = 2H]. Un ejemplo de este tipo de reacciones es la conversión del ácido láctico que se genera por la actividad muscular, en ácido pirúvico, molécula que puede aprovechar el cuerpo para producir ATP. con esta reacción de oxidación se pierden dos electrones que se unen a un núcleo de hidrógeno para formar el ion hidruro:

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COOH COOH | |

C = O + H+ + H-H –C – OH| Ión + Ión |CH3 hidrógeno hidruro CH3

Ácido Ácidopirúvico = 2 átomos de H+ láctico

La reducción es el proceso opuesto a la oxidación. Ocurre cuando las moléculas ganan electrones. Esta ganancia provoca un aumento de energía potencial en la molécula. Un ejemplo de este tipo de reacciones es la conversión de ácido pirúvico en ácido láctico.

COOH COOH | |

C = O + H+ + H-H –C – OH| Ión + Ión |CH3 hidrógeno hidruro CH3

ÁcidoÁcido

pirúvico = 2 átomos de H+láctico

En la célula, las reacciones de oxidación siempre están acopladas: cada vez que una sustancia se oxida, otra se reduce de forma simultánea. Estos cambios acoplados se denominan reacciones de oxidorreducción [o redox].

Dicho de otra forma, el agente oxidante TOMA electrones y produce la oxidación, convirtiéndose en la sustancia reducida. El agente reductor CEDE electrones y produce la reducción, convirtiéndose en la sustancia oxidada.

Cuando se habla de una reacción oxidativa [u oxidación o respiración celular] se refiere a la combinación de una sustancia con el oxígeno [O2], a la pérdida de hidrógeno [H2] o a la pérdida de electrones [e-]. La reacción inversa correspondiente se conoce como reducción.

COMPUESTOS ORGÁNICOS E INORGÁNICOS

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REDUCCIÓN

En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. El 99% del peso de una célula está dominado por 6 elementos químicos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. El agua representa el 70% del peso de una célula, y gran parte de las reacciones intracelulares tienen lugar en el medio acuoso y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por moléculas de carbono. La química de los organismos vivos es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño (macromoléculas), moléculas formadas por encadenamiento de moléculas orgánicas pequeñas que se encuentran libres en el citoplasma celular. En una célula existen 4 familias de moléculas orgánicas pequeñas: azúcares [monosacáridos], aminoácidos, ácidos grasos y nucleótidos. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por nucleótidos, y los oligosacáridos y polisacáridos, formados por subunidades de monosacáridos. Los ácidos grasos, al margen de suponer una importante fuente alimenticia para la célula, son los principales componentes de la membrana celular. Las propiedades únicas de todos estos compuestos permiten a células y organismos

OXIDACIÓN

La química orgánica es la rama de la química que estudia los compuestos del carbono. El carbono posee diversas propiedades que la hacen especialmente útil para los seres vivos.

En primer término, un átomo de carbono puede reaccionar con uno o varios cientos de átomos del mismo elemento y formar grandes moléculas de forma muy variada.

Ello significa que el cuerpo humano puede producir muchos compuestos diferentes a partir de carbono, hidrógeno y oxígeno, de modo que cada compuesto se adecue a una función y estructura específicas.

El hecho de que las moléculas que contienen carbono sean relativamente grandes y el de que no se disuelvan fácilmente en agua implica que sean muy útiles como componentes de las estructuras corporales.

Por otra parte, los compuestos de carbono están formados por completo o en gran parte por enlaces covalentes y tienden a descomponerse con facilidad, lo que implica que también son una fuente adecuada de energía. Sus moléculas son de gran tamaño. Incluyen por ejemplo, CARBOHIDRATOS, LÍPIDOS, PROTEÍNAS, ÁCIDOS NUCLEICOS [ADN, ARN] y ADENOSINA TRIFOSFATO. Por su parte los compuestos inorgánicos son moléculas pequeñas, formados por enlace iónico, vitales para las funciones corporales. Incluyen: AGUA, SALES, ÁCIDOS, BASES, CO, CO2, H2CO3.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA

Todo el contenido celular recibe el nombre de PROTOPLASMA. Está compuesto principalmente por cinco sustancias básicas: AGUA, IONES, LÍPIDOS, PROTEÍNAS y CARBOHIDRATOS.

AGUA

El medio líquido principal de la célula es el agua que se encuentra en una concentración de 70 a 80%. No existe acuerdo respecto al porcentaje exacto de agua en el ser humano, ya que depende de factores como la superficie corporal, el ejercicio, el peso, medio ambiente e ingesta, pero se acepta que la mujer tiene en promedio 50% y el hombre 60% del peso corporal. De todas formas el agua es el componente más abundante en todo ser vivo, siendo mayor su cantidad en cuanto más joven es el tejido. Así, el ser humano en su estado fetal, posee 95%, el niño 75% y el anciano sólo 59% de agua del peso corporal.

Como el tejido adiposo contiene una cantidad muy escasa de H2O, el porcentaje total de H2O en el individuo obeso es inferior al que presenta el individuo no obeso.La relación entre el peso corporal total del agua y el peso corporal libre de grasa [masa magra del cuerpo] es bastante constante: en un adulto el peso total del H2O representa alrededor del 72% de la masa magra corporal.

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Podemos dividir el espacio acuoso en tres compartimientos: El LIQUIDO INTRACELULAR [LIC], está separado por la membrana celular del LIQUIDO INTERSTICIAL, en tanto que el tercer compartimiento de agua, el LIQUIDO INTRAVASCULAR, circula en los vasos sanguíneos, es decir, el plasma. El líquido que se encuentra fuera de las células, es decir el líquido extracelular [LEC], constituye alrededor del 20% del agua total del cuerpo y posee una composición iónica similar a la del agua de mar. El agua intersticial constituye el 75 % del LEC.

En el sistema vascular, sólo las paredes de los capilares, y en cierta medida de las vénulas postcapilares, permiten un intercambio de materiales.

Los iones se encuentran aproximadamente en las mismas proporciones relativas si bien la concentración iónica total del agua de mar sea varias veces superior a la del líquido extracelular. Se ha afirmado que esta semejanza sugiere que el líquido extracelular provino originariamente de los antiguos océanos que eran más diluidos que los de hoy.La propiedad de la pared capilar permite el libre pasaje de todas las sustancias de la sangre, salvo las proteínas plasmáticas y los elementos figurados de la sangre.El compartimiento intracelular es el mayor de los tres: contiene aproximadamente el 40% del peso corporal: comprende todo el líquido intracelular contenido en todas las células somáticas y germinales.

PORCENTAJE DE AGUA POR PESO CORPORAL varón]

MEMBRANA MEMBRANA CAPILAR CELULAR

PLASMA

5%

LIQUIDOINTERSTICIAL

15%

PROTOPLASMA

40 %

L. E. C. L. I. C.

│---------------- EL 60 % DEL PESO CORPORAL ES AGUA --------------│

PROPIEDADES DEL AGUA

1. El agua es un SOLVENTE y medio de suspensión excelente. La capacidad disolvente del agua es esencial para la salud y la supervivencia. Por ejemplo, el agua presente en la sangre forma una solución con parte del oxígeno que el individuo inhala y permite que el oxígeno se transporte a las células de todo el cuerpo. También disuelve y transporta CO2.

El agua es el solvente que transporta nutrientes a las células y extrae los productos de excreción.Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes. El hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.

2. Por otra parte, muchas moléculas orgánicas grandes están suspendidas en el agua del citoplasma, listas para reacciones químicas: el agua, entonces, participa en las reacciones químicas.

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3. El agua absorbe y libera calor en forma lenta. Permite la conservación de una temperatura corporal homeostática: constituye un mecanismo de enfriamiento excelente [por transpiración ó evaporación del agua en la piel].

4. El agua constituye un lubricante en diversas regiones del organismo [cavidades torácica, abdominal, articulaciones, etc.]

El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe a sus propiedades físicas y químicas, derivadas de su estructura molecular.

El agua es el líquido que más sustancias disuelve [disolvente universal], esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

PROPIEDADES BIOQUÍMICAS DEL AGUA Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:a] En la fotosíntesis en la que las enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno. b] En las reacciones de hidrólisis, en que las enzimas hidrolíticos han explotado la capacidad del agua para romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples, durante los procesos digestivos.

Dos moléculas polares de agua pueden ionizarse debido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrógeno que se establecen entre ellas.Un ión hidrógeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula [unidos por enlace covalente], y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno. El agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH-. Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+.El agua posee un bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.

H2O H3O+ + OH-

Esto explica que la concentración de iones hidronio [H3O+] y de los iones hidroxilo [OH-] sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.

El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa, es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente. Definimos el pH como: pH = - log [H+], es decir, pH = 1 / log [H+]

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El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valores menores ácidos.

IONESEn general las composiciones iónicas de los líquidos intracelular y extracelular son muy distintas. La diferencia más importante es que el líquido extracelular contiene grandes cantidades de iones Na+ y CL- y el líquido intracelular contiene grandes cantidades de iones K+ y PO4=.

Los iones más importantes de la célula son: potasio, magnesio, fosfato, sulfato, bicarbonato y cantidades pequeñas de sodio, cloruro y calcio.Los iones se encuentran disueltos en el agua celular, y actúan como partículas químicas inorgánicas para las reacciones celulares.

CARBOHIDRATOSLos carbohidratos son conocidos también como azúcares o glúcidos y desempeñan varias funciones importantes en los seres vivos pero quizá la primordial, es su función en la nutrición celular.El 95% de los carbohidratos ingeridos se transforman en GLUCOSA para ser utilizados por las células como generadores de energía.

Suele almacenarse una cantidad pequeña de carbohidratos en las células en forma de GLUCÓGENO [aproximadamente 1% de la masa celular total] que es un polímero insoluble de la glucosa y sirve como reserva energética en los casos de ayuno o en las deficiencias de glucosa.Las membranas celulares poseen carbohidratos unidos covalentemente ya sea a lípidos [glucolípidos] o a proteínas [glucoproteínas]. Generalmente actúan como receptores de membrana. Forman parte estructural de moléculas como el ADN [almacén de la información hereditaria] y el ATP [en la que se almacena la energía para las funciones celulares].

LÍPIDOSEs un grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que se encuentran en los organismos vivos. Los LÍPIDOS están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque en proporciones distintas a como estos componentes aparecen en los azúcares. Se distinguen de otros tipos de compuestos orgánicos porque no son solubles en agua sino en disolventes orgánicos [alcohol, éter].

Entre los LÍPIDOS más importantes se hallan los fosfolípidos, componentes mayoritarios de la membrana celular, formando una doble capa. Un importante componente de las membranas es también el colesterol.

Los fosfolípidos limitan el paso de agua y compuestos hidrosolubles a través de la membrana celular, permitiendo así a la célula mantener un reparto desigual de estas

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sustancias entre el exterior y el interior. Constituyen aproximadamente 2% de la masa celular total.

Todos los lípidos principales que se encuentran en las membranas son anfipáticos, es decir, su estructura tiene una región hidrofílica soluble en agua y una región hidrofóbica insoluble en agua.

PROTEÍNASAdemás del agua, las sustancias más abundantes en la mayor parte de las células son las proteínas, que constituyen normalmente 10 a 20% de su masa.En cuanto a sus componentes, las proteínas siempre incluyen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno [CHON]. Los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las proteínas.En diferentes partes de la célula se encuentran tipos especiales de proteínas. De importancia especial son las NUCLEOPROTEÍNAS del núcleo, que contienen ácido desoxirribonucleico [DNA], que constituye los genes, las cuales regulan todas las funciones de la célula y transmiten la herencia.

El citoplasma de las células está sostenido por un citoesqueleto formado por tres redes muy organizadas de proteínas filamentosas.Las células sintetizan numerosas sustancias químicas para mantener la homeostasia, pero gran parte de la maquinaria celular guarda relación con la producción de proteínas.

Algunas proteínas son estructurales y participan en la formación de membranas plasmáticas, microfilamentos, microtúbulos, centríolos, flagelos, cilios, huso mitótico y otras partes de las células.Hay proteínas que son elementos contráctiles del tejido muscular, las hormonas y los anticuerpos, y algunas más que son enzimas y regulan miles de reacciones químicas celulares. En forma básica, puede considerarse a las células como fábricas de proteínas que sintetizan constantemente grandes cantidades de diversas proteínas, de las que dependen las características físicas y químicas de las células y, por lo tanto de los organismos.

COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA CELULAR

Está compuesta casi por completo por proteínas y lípidos. Su composición aproximada es:PROTEINAS: 55%LIPIDOS : 42% [FOSFOLÍPIDOS 25%]

[COLESTEROL 13%][Otros LÍPIDOS 4%]

CARBOHIDRATOS: 3% [Capa de MUCO POLISACÁRIDOS [en la superficie externa]

DIFERENCIAS ENTRE LOS LÍQUIDOS EXTRACELULAR E INTRACELULAR

Ambos líquidos contienen cantidades razonables de los nutrientes ordinarios que requieren las células para el metabolismo que incluyen GLUCOSA, AMINOÁCIDOS y los lípidos COLESTEROL, FOSFOLIPIDOS y GRASAS NEUTRAS.

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Además, ambos líquidos contienen O2 y CO2 y la [H+] [que indica el grado de acidez de los líquidos] sólo es ligeramente diferente en ambos. Observemos cualitativamente las concentraciones y composiciones químicas de los líquidos Intracelular y Extracelular:

El Mg+ adentro y afuera El Na+ afuera y adentroEl Cl- afuera y adentro El K+ adentro y afueraEl PO4

= adentro y afuera El HCO3- afuera y adentro

Las razones principales para estas diferencias entre ambos compartimientos son:1. La utilización rápida de sustancias por los sistemas metabólicos intracelulares.2. El transporte selectivo de sustancias a través de la membrana, hace que entren y salgan por poros o por transporte activo, mecanismo éste que es encargado de muchas de las funciones más importantes del cuerpo humano.

CONTENIDO PORCENTUAL DE BIOELEMENTOS, MINERALES Y AGUA

En el hombre adulto joven, el 18% de su peso corporal lo representan los carbohidratos, las proteínas y otras sustancias orgánicas. El 7% los minerales y el 15% las grasas.El 60% restante lo constituye el agua.El compartimiento intracelular contiene aproximadamente el 40% del peso corporal y el componente extracelular alrededor del 20%, lo que representa el agua corporal total.Aproximadamente el 25% del componente extracelular de agua se encuentra dentro de los vasos sanguíneos [plasma = 5% del peso corporal] El volumen sanguíneo total representa el 8% del peso del cuerpo.El 75% del LEC está por fuera de los vasos sanguíneos [líquido intersticial = 15% del peso corporal].

ÁCIDOS BASES Y SALES Las moléculas de ácidos, bases o sales inorgánicas disueltas en agua, en las células del organismo sufren IONIZACION O DISOCIACIÓN, es decir, se separan en iones. Estas moléculas son llamadas ELECTROLITOS, porque la solución formada conduce corrientes eléctricas.

ÁCIDOSSe define como toda sustancia que se disocia en uno o más iones hidrógeno [H+][Hidrogeniones = protones] y uno o más ANIONES o iones negativos.Otra definición: los ácidos son DONADORES DE PROTONES o de H+.

HCL (Ac. Clorhídrico) HF (Ac. Fluorhídrico)H2CO3 (Ácido Carbónico) HNO3 (Ácido Nítrico)H2SO4 (A.Sulfúrico) H6C3O3 (C3H6O3) [Ácido Láctico]H2S (Ac. Sulfhídrico) H3PO4 (Ácido fosfórico)

BASESSustancia o molécula que se disocia en uno o más iones HIDROXILO [OH-] y uno o más iones positivos o CATIONES. Las bases son RECEPTORAS DE PROTONES.

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Los iones OH-, así como otros iones negativos, tienen una gran atracción por los protones.LAS BASES SON HIDRÓXIDOS por ser/ combinaciones de un metal con Oxígeno e Hidrógeno, los cuales forman el grupo funcional HIDROXILO [OH-]. Ejemplos: NaOH [Hidróxido de Sodio], KOH [Hidróxido de Potasio], Ca (OH)2 [Hidróxido de Calcio]

SALESSon sustancias resultantes de la REACCIÓN ENTRE LOS ÁCIDOS Y LAS BASES.Una sal disuelta en agua se disocia en cationes y aniones, ninguno de los cuales es H+ u OH-. En el organismo están presentes muchas sales. Algunas de ellas en las células y otras en líquidos extracelulares.

KOH + HCl ------ H2O + KClBASE ÁCIDO CLORURO DE POTASIO

2NaOH + H2SO3 ------ H2O + Na2SO3 BASE ACIDO SULFUROSO SULFITO DE SODIO

3Ca(OH)2 + 2H3PO4 ------ H2O + Ca3(PO4)2 BASE ACIDO FOSFORICO FOSFATO DE CALCIO

Veamos algunos ejemplos de disociación de sales que aportan al cuerpo elementos químicos que le son indispensables:

SAL CATION ANION SAL CATION ANIONNaCl ---- Na+ + Cl- KCl ---- K+ + Cl-

CaCl2 ---- Ca++ + 2Cl- MgCl2 ---- Mg++ + 2Cl-

CaCO3 ---- Ca++ + CO=3 Na2SO4 ---- 2Na+ + SO4

=

Ca3[PO4]2 ----3Ca++ + 2PO43-

IONES Y RADICALESCuando los ácidos, las bases y las sales se introducen en agua, se descomponen formando IONES. Este proceso de rompimiento de moléculas se denomina DISOCIACIÓN O IONIZACION.

HCl H+ + Cl- Na2SO4 Na+ + SO4=

NaOH Na+ + OH- AgNO3 Ag+ + NO3-

NaCl Na+ + Cl- KCl K+ + Cl-

CaCl2 Ca++ + 2Cl- MgCl2 Mg+ + 2Cl-

CaCO3 Ca++ + CO3= Ca3(PO4)2 3Ca++ + 2PO4

=

EL CONCEPTO DE pH [EQUILIBRIO ACIDO – BÁSICO]En los líquidos del cuerpo debe haber un equilibrio constante entre Ácidos y Bases. Como ya se mencionó los Ácidos se disocian en agua en H+ y aniones y las bases en OH- y cationes.

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A MAYOR CANTIDAD DE H+ EN UNA SOLUCIÓN, MAYOR ACIDEZ Y A MAYOR CANTIDAD DE OH- LA SOLUCIÓN SERÁ BÁSICA O ALCALINA.

Las reacciones bioquímicas son extremadamente sensibles a cambios en la acidez o en la alcalinidad del medio por muy pequeños que sean dichos cambios.Los iones H+ y OH- participan en casi todos los procesos bioquímicos y las funciones celulares se alteran si se altera el pH. Por esta razón, se forman ácidos y bases constantemente en el organismo para conservar la homeostasis.

La acidez o alcalinidad de una solución se expresa por medio de una escala de pH, que va desde 0 a 14. Dicha escala se basa en la cantidad de H+ de una solución, lo cual se expresa en unidades químicas llamadas moles [o moléculas-gramo] por litro.

Un valor de pH 7 significa que la solución contiene una diezmillonésima de un mol de iones H+ por litro. Dicha cantidad se expresa como 10-7. A fin de convertirlo a valor pH, el exponente negativo [-7] se transforma en el dígito 7. De tal forma una solución con una [0.0001] (10-4) corresponde a un pH de 4. Una solución con un pH de 0 contiene muchos iones H+ y pocos iones OH-.Por el contrario, las soluciones con pH 14, poseen muchos iones OH- y casi ningún ión H+.

El término medio de la escala es 7, en el que las [H+] y [OH-] son iguales y se llama pH NEUTRO. En todas las soluciones acuosas las concentraciones de H+ y OH- se relacionan mediante la fórmula: [H+] [OH-] = 10-14.Por lo tanto: pH + pOH = 14{-log[H+] - log[OH-]=-log 10-14 * pH + pOH = 14 }

Un pH 2 indica 10 veces menos iones H+ que el pH de 1. Las sustancias con pH de 3 tienen 10 veces menos H+ que las de pH 2 y cien veces menos que las de pH de 1.

REGULACIÓN DEL pHSISTEMAS AMORTIGUADORESEl pH de los líquidos corporales suele variar en un rango muy estrecho.Observemos algunos de los valores de pH de diversos líquidos corporales:

SUSTANCIA VALOR pH

JUGO GÁSTRICO 1.2 - 3.0 SECRECIÓN VAGINAL 4.5 - 5.0 ORINA 5.0 - 7.5SALIVA 6.35 - 6.85PLASMA, SUDOR, LÁGRIMAS 7.00SANGRE 7.35 - 7.45SEMEN 7.35 - 7.50LIQ. CEFALORRAQUÍDEO 7.4JUGO INTEST. [Intestino delgado] 7.6JUGOS DEL PÁNCREAS 7.1 - 8.2BILIS 7.6 - 8.6

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El organismo capta de manera continua ácidos y bases fuertes, pero los niveles de pH de los líquidos corporales permanecen relativamente constantes. Los mecanismos que conservan dichos valores homeostáticos de pH se denominan sistemas amortiguadores.Todos los líquidos corporales contienen AMORTIGUADORES ACIDO - BASICOS. Se trata de sustancias químicas que se pueden combinar fácilmente con cualquier ácido o con cualquier base de manera que impiden que el ácido o la base cambie el pH de los líquidos de manera importante.La mayoría de los ácidos y de las bases del líquido extracelular que intervienen en la regulación ácido-base normal, son débiles. Los más importantes son H2CO3 y el bicarbonato HCO3

-.

RESUMEN Un ión de hidrógeno es un simple protón liberado a partir del átomo de hidrógeno. Las moléculas que contienen átomos de hidrógeno que pueden liberar iones en una solución reciben el nombre de ácidos. Una base es un ión o una molécula que puede aceptar iones de hidrógeno. Por ejemplo, el ión bicarbonato, HCO3

-, es una base ya que puede combinarse con un ión de hidrógeno para formar H2CO3

-. Así mismo HPO4= es una base ya que puede aceptar iones de

hidrógeno para formar H2PO4- [ácido fosfórico]. Las proteínas del organismo funcionan

como bases, ej. la hemoglobina.El ácido débil más importante del organismo como amortiguador es el H2CO3 [ácido carbónico]. Una base débil es HCO3

- [ion BICARBONATO], ya que capta H+ de una forma más débil de lo que lo hace OH- .

La [H+] en la sangre se mantiene normalmente dentro de unos límites muy estrechos, alrededor de su valor normal de 0.00000004 mEq/litro [40 nEq/litro]. El pH de la sangre está relacionado con la concentración renal de iones de hidrógeno mediante la fórmula. 1

pH = log --------- = - log [H+], por tanto el pH = - log [0.00000004 ] = 7.4 [H+]

METABOLISMOComo ya se dijo, el metabolismo se refiere a las reacciones de síntesis y de descomposición que ocurren en el organismo.En términos generales los alimentos se digieren primero, luego se absorben y por último se metabolizan. El término metabolismo indica los cambios que experimentan los alimentos absorbidos dentro de las células. Dicho de otra manera, el metabolismo se refiere a la transformación de los alimentos en Energía para su utilización por las células.Los nutrientes derivados de la alimentación diaria, deben llegar en última instancia a las células para la producción de Energía y por ende para su crecimiento y desarrollo al tiempo que se presenta el crecimiento y desarrollo tisular.

Los alimentos desde su ingestión, pasan de la masticación en la boca, donde reciben enzimas de las glándulas sublinguales y parótidas, al esófago y seguidamente al estómago a través del cardias.

Unos cuantos minutos después de que los alimentos entran en el estómago, tienen lugar ondas de mezclado, donde son macerados y reciben jugos gástricos y de glándulas anexas exocrinas, transformando los alimentos en QUIMO. El estómago vacía todo su contenido en el

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duodeno, pasando a través del esfínter llamado píloro, 2 a 6 horas después de la ingestión, lo cual depende de la cantidad y calidad de alimentos.

Todas las fases químicas y mecánicas desde la boca hasta el intestino delgado, proceso llamado digestión, tienen como finalidad transformar los alimentos en sustancias que puedan atravesar las células epiteliales que revisten la mucosa intestinal en dirección a los vasos sanguíneos y linfáticos adyacentes a la pared.Estas sustancias absorbibles son los monosacáridos [glucosa, fructosa, galactosa], aminoácidos, ácidos grasos, glicerol y glicéridos. El paso de estos nutrientes digeridos del tubo digestivo a la sangre o linfa, recibe el nombre de absorción. Un 90% de la absorción de nutrimentos tiene lugar en el intestino delgado y el 10% restante en el estómago e intestino grueso.

A través del sistema circulatorio, los nutrientes llegan a los espacios intersticiales en donde, a través de la delgada pared de sus capilares, son vertidos para que posteriormente atraviesen las membranas celulares hacia el citoplasma y finalmente lleguen al sitio de combustión de todos los alimentos: las mitocondrias. Los procesos de transformación de los nutrientes dentro de la célula conforman el metabolismo.

Básicamente todos los alimentos que ingerimos corresponden a CARBOHIDRATOS o AZUCARES, LÍPIDOS o GRASAS, PROTEÍNAS, MINERALES [incluida el agua y elementos químicos] y el OXIGENO.

Algunos puntos fundamentales a recordar sobre el metabolismo son: Cada reacción no tiene lugar de manera aislada, sino que proporciona un sustrato

para la siguiente. De este modo se crean vías en las que el producto final de cada una de ellas forma un

sustrato para otras, produciendo un proceso continuo. Mucha gente compara el metabolismo con un mapa, “el mapa metabólico”, en el que

las vías son como carreteras con “escalas” [intermedias] a lo largo del trayecto. Algunas de las carreteras son de un solo sentido, lo que significa que hay que dar

grandes rodeos para alcanzar algunas de las escalas.

GENERALIDADES DEL METABOLISMO Y DEL ATP

1. El catabolismo y el anabolismo presentan muchas secuencias específicas de reacciones químicas, llamadas vías metabólicas que se llevan a cabo de manera continua y simultánea dentro de la célula.

2. Las enzimas catalizan reacciones químicas tanto catabólicas como anabólicas y por lo tanto existen enzimas intra y extracelulares.

3. Las reacciones metabólicas se acompañan de cambios energéticos.La catabolia presenta liberación de energía y la anabolia utilización de energía.La catabolia libera energía en dos formas: calor y energía química, presentándose una mayor pérdida en forma de calor, el cual no es utilizable como factor energético sino para el mantenimiento de la temperatura corporal.

La energía química liberada por la catabolia es utilizable, pero no se puede usar directamente en las reacciones biológicas. Primero debe transferirse a enlaces de alta energía [~] que poseen las moléculas de ATP.

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4. Las células de los diferentes tejidos presentan reacciones químicas metabólicas también diversas, produciendo sustancias específicas según el órgano al que pertenezca el elemento tisular.

5. El ATP es uno de los compuestos más importantes de los organismos vivos, debido a su gran capacidad de almacenamiento de energía. Es llamada la moneda biológica universal.

El ATP es un nucleótido compuesto por la base nitrogenada adenina, el azúcar ribosa y tres radicales fosfato, los cuales poseen los llamados enlaces de alta energía que contienen aprox. 8.000 calorías de e~ por molécula-gramo de ATP bajo las condiciones físicas del cuerpo.

Los seres quimiotrofos [humanos y animales], obtienen la energía mediante la oxidación de los alimentos. Esta energía libre que se deriva de dicha oxidación se almacena y es transportada por el ATP. Cuando el ATP se hidroliza hasta ADP y Pi [ortofosfato] o hasta AMP y Ppi [pirofosfato], se desprende gran cantidad de energía como se indicó. El ATP, ADP y AMP, son interconvertibles. La enzima adenilato quinasa, llamada también mioquinasa, cataliza la reacción:

ATP + AMP ------------- ADP + ADPEste ciclo ATP-ADP es la forma fundamental de intercambio energético en los sistemas biológicos.Algunas reacciones biosintéticas se hallan dirigidas por nucleótidos que son análogos al ATP, es decir, guanosina trifosfato (GTP), uridina trifosfato (UTP) y citidina TRIFOSFATO (CTP). Las formas di fosfatadas de estos nucleótidos se designan por GDP, UDP y CDP respectivamente. Hay enzimas que catalizan la transferencia del grupo fosforilo terminal de un nucleótido a otro, como en las siguientes reacciones:

ATP + GDP --------- ADP + GTPATP + GMP --------- ADP + GDP

En una célula típica, cada molécula de ATP se consume dentro del minuto siguiente a su formación. El recambio del ATP es muy rápido. Por ejemplo, un ser humano en reposo consume unos 40 Kg. de ATP en 24 horas.Durante el ejercicio vigoroso, la tasa de utilización de ATP, puede alcanzar los 0.5 Kg. por minuto.

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El ATP consta de tres grupos fosfato enlazados a una unidad de adenosina compuesta de adenina y el azúcar ribosa de cinco carbonos.Cuando el grupo fosfato terminal [PO4

3-], es hidrolizado por la adición de la molécula de agua, la reacción general libera energía, la cual es usada por la célula como combustible para realizar sus funciones. La enzima que cataliza la hidrólisis de ATP se denomina ATPasa. La remoción del grupo fosfato terminal, deja una molécula llamada adenosindifosfato [ADP]. Las células utilizan de manera constante la energía proporcionada por el catabolismo del ATP en ADP.

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos constituyen la fuente principal de Energía en la dieta del ser humano.Casi la totalidad de los carbohidratos de los alimentos se catabolizan con rapidez para la liberación de energía.Casi todos los CHO ingeridos se convierten en GLUCOSA antes de ser utilizados por las células.La glucosa de la sangre [Glicemia] es la que sirve como combustible metabólico para los músculos estriados.

Los CARBOHIDRATOS más importantes de la dieta son:

ALMIDONES. Principal sustancia de reserva de los vegetales, se encuentra en semillas como fríjol, lenteja, arveja, maíz, etc. y en raíces y tallos [zanahoria, rábano, papa, yuca, etc.]GLUCOGENO: polímero de glucosa [compuesto de gran cantidad de moléculas de glucosa].

SACAROSA: Disacárido de la caña de azúcar compuesto de glucosa y fructosa.LACTOSA: Disacárido de la leche formado por galactosa y glucosa.MALTOSA: Disacárido que resulta de la unión de dos unidades de glucosa .

Almidones y glucógeno son grandes polímeros de glucosa.

GENERALIDADES DE LOS CARBOHIDRATOS

Los monosacáridos más importantes metabólicamente son la GLUCOSA y la FRUCTOSA, ambos presentes en muchos alimentos.

En el intestino, la sacarosa se convierte en igual proporción de glucosa y fructosa, pero la cantidad de glucosa que se absorbe es casi el doble que de fructosa.

Gran parte de la fructosa es metabolizada en el hígado, donde es fosforilada por la acción de la enzima FOSFOFRUCTOCINASA [PFK].

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Tanto la glucosa como la fructosa pueden ser fosforiladas mediante la HEXOCINASA, pero la afinidad de la hexocinasa del músculo por la glucosa es 10 veces mayor que por la fructosa.

La hexocinasa del hígado [GLUCOCINASA], tiene una afinidad por la glucosa que es 1000 veces superior que por la fructosa.

La glucosa es pues, el monosacárido principal para el metabolismo del músculo en ejercicio. Las células obtienen primero su energía de la glucosa [en tanto siga entrando al citoplasma]. A continuación, ante la falta de glucosa, utilizarán las grasas y por último las proteínas.

La glucosa es transportada al interior de la célula muscular por un mecanismo de transporte facilitado mediante una proteína que se encuentra en la membrana.Estos transportadores de membrana tienen una capacidad limitada y pueden saturarse con moléculas de glucosa. La actividad de los transportadores es aumentada por la acción de hormonas como la Insulina y por la actividad contráctil muscular.

La Insulina permite la entrada de Glucosa, aumentando el transporte hacia el citoplasma, con lo cual se consiguen dos objetivos: disminuir el exceso de glucosa de la sangre y llenar los depósitos de glucógeno musculares necesarios para una futura actividad.

Los carbohidratos son aldehídos o cetonas con múltiples grupos hidroxilo [polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas]. Su fórmula empírica es [CH2O] n.

O O II II R - C - H R - C - R

ALDEHÍDO CETONA

LOS CARBOHIDRATOS CONSTITUYEN LA MAYOR PARTE DE LA MATERIA ORGÁNICA DE LA TIERRA A CAUSA DE SUS FUNCIONES VARIADAS EN TODOS LOS SERES VIVOS:

1. Los carbohidratos sirven como almacenes de energía, combustibles e intermediarios metabólicos.

El almidón de la plantas y el glucógeno de los animales son dos polisacáridos que rápidamente pueden movilizarse para liberar Glucosa, para la generación de Energía. El ATP, es un derivado de azúcar fosforilado, como también lo son muchas coenzimas.

2. Los azúcares ribosa y desoxirribosa forman parte de la trama estructural del RNA y DNA, pilares de la transmisión de los factores hereditarios y control de las funciones celulares.

3. Los polisacáridos son los elementos estructurales de las paredes celulares de bacterias y plantas. La celulosa, el principal componente de las paredes celulares de las plantas es el compuesto más abundante de la biosfera y contiene más de la mitad del carbono orgánico que existe. La celulosa es un polímero de unidades de glucosa.

4. Los azúcares están unidos a muchas proteínas y lípidos, constituyendo unidades, glucoproteínas y glucolípidos que actúan como receptores en las membranas celulares.

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Como ya se dijo, los monosacáridos son aldehídos o cetonas con múltiples grupos OH-. Su fórmula empírica es [CH2O]n. Los más pequeños para los cuales n=3 [GLICERALDEHIDO y la DIHIDROXIACETONA] son las TRIOSAS.

Los azúcares con 4, 5, 6 y 7 átomos de C se llaman respectivamente tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas.

DISACÁRIDOSConsisten en dos monosacáridos unidos por un enlace químico. En el proceso de su formación, al combinarse las moléculas componentes se libera una de agua, en lo que se conoce como una reacción de síntesis por deshidratación.

Ej. C6H12O6 + C6H12O6 ------- C12H22O11 + H2OGLUCOSA FRUCTOSA SACAROSA AGUA

C6H12O6 + C6H12O6 ------- C12H22O11 + H2OGLUCOSA GALACTOSA LACTOSA AGUA

La reacción química inversa llamada hidrólisis [término que significa separación por el agua] genera los monosacáridos glucosa y fructosa.

[HIDRÓLISIS] SACAROSA + H2O -------------- GLUCOSA + FRUCTOSA

[HIDRÓLISIS

C12H22O11 + H2O -------------- C6H12O6 + C6H12O6

LACTOSA AGUA GLUCOSA GALACTOSA

Obsérvese que en la deshidratación el agua aparece como producto de la reacción y en la hidratación participa como sustrato que es el medio acuoso en el cual sucede la reacción.

EJEMPLOS DE HEXOSAS Y PENTOSAS

O O O O∥ ∥ ∥ ∥

C—H C—H CH2OH C—H C—H | | | | | H—C—OH H—C—OH C━O H—C—OH H—C—H

| | | | |OH—C—H OH—C—H OH—C—H H—C—OH H—C—OH | | | | | OH—C—H H—C—OH H—C—OH H—C—OH H—C—OH | | | | | H—C—OH H—C—OH H—C—OH CH2OH CH2OH | | | CH2OH CH2OH CH2OH ALDOSA ALDOSA

[RIBOSA] [DESOXIRRIBOSA]ALDOSA ALDOSA CETOSA

[GALACTOSA] [GLUCOSA] [FRUCTOSA]

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ENZIMAS

Suelen definirse como "catalizadores orgánicos", es decir, son compuestos orgánicos que apresuran reacciones químicas sin aparecer en productos finales de la reacción.Sin ellas no podrían ocurrir las reacciones químicas indispensables para la vida, incluso se ha llegado a definir LA VIDA como "funcionamiento ordenado de centenares de Enzimas"

ESTRUCTURA QUÍMICASon proteínas. A menudo poseen una porción no proteínica llamado GRUPO PROSTÉTICO [si este grupo se separa fácilmente del resto de la molécula, se llama COENZIMA].Algunos grupos prostéticos poseen iones inorgánicos [Ca++, Mg++, Mn++ etc.] También, muchos de ellos poseen vitaminas.Todas las vitaminas hidrosolubles, excepto la vitamina C, forman parte de un grupo prostético de alguna Enzima, es decir, sirven como coenzimas en reacciones enzimáticas, por ejemplo: ÁCIDO NICOTÍNICO, TIAMINA, RIBOFLAVINA y otras vitaminas del COMPLEJO B.

CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA Dos de los sistemas utilizados para dar nombre a las Enzimas son estos: o se utiliza el sufijo ASA después del nombre de la sustancia cuya reacción química es catalizada [o sea, el sustrato químico] o después de la palabra que describe el tipo de reacción química que se cataliza. Ejemplo: La SACARASA es enzima que cataliza una reacción química en la cual participa la SACAROSA. La sacarasa también pudiera llamarse hidrolasa porque causa hidrólisis de la sacarosa.Antes de adoptar estos sistemas de nomenclatura las enzimas todavía se llamaban por los nombres antiguos: Ptialina, pepsina, tripsina y otras más.

El nombre de una enzima puede ser deducido fácilmente, si se olvida, conociendo el nombre del sustrato y el tipo de reacción implicada. Por ejemplo, el piruvato es fosforilado por la piruvato cinasa o quinasa.Al clasificarlas según el tipo de reacción química que catalizan, se ordenan en varios grupos.

ENZIMA TIPO DE REACCIÓN EJEMPLOCinasa o quinasa Fosforilación Glucosa a glucosa 6 fosfato

MutasaTransferencia de un grupo funcional de una posición a otra de la misma molécula

Transferencia de un grupo fosfato de un carbono a otro dentro de la misma molécula

IsomerasaConversión de un isómero en otro [los isómeros son compuestos con la misma fórmula química, por ejemplo fructosa y glucosa, ambos con C6H12O6]

Conversión de Glucosa 6 fosfato a Fructosa 6 Fosfato por la fosfoglucosa isomerasa en la glucólisis.

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Sintetasa Síntesis de moléculasLa producción de glucógeno por la glucógeno sintetasa.

Carboxilasa Adición de CO2Conversión de piruvato a oxalacetato por la piruvato carboxilasa para entrar a ciclo de Krebs

Descarboxilasa Eliminación de CO2 Isocitrato a -cetoglutaratoOxidasasHidrogenasasDeshidrogenasas

Reacciones de oxidación-reducción

En el ciclo de Krebs

Hidrolizantes o Hidrolasas

Desdoblan moléculas en medio acuoso

Enzimas digestivas: sacarasa, maltasa,etc.

Hidrasas oHidratasas

Añaden agua a una molécula sin desdoblarla, como sí lo hacen las hidrolasas

Fumarato se convierte en Malatopor la fumarato hidratasa [ciclode Krebs]

OTRAS PROPIEDADES:a. La mayor parte poseen especificidad de acción, es decir, actúan únicamente sobre un sustrato específico. Ello se atribuye a una acción de tipo "llave y cerradura", en la cual la forma de la molécula de enzima se adapta a la forma de alguna parte de la molécula del sustrato. b. Actúan en un pH específico.c. La mayoría cataliza una reacción química en ambas direcciones.d. Constantemente son destruidas o sintetizadase. Diversos agentes físicos y químicos inactivan o inhiben la acción enzimática. Ejemplos: antibióticos, Rayos X, pH desfavorable, etc.

ENZIMA

Finalmente, se debe recordar lo siguiente: SUSTRATO PRODUCTO

Sustrato: Es la sustancia sobre la cual actúa la enzima para modificarla químicamente y convertirla en producto.

CATABOLIA DE LA GLUCOSA

ABSORCIÓN DE CARBOHIDRATOS

Básicamente los carbohidratos se absorben en su totalidad como monosacáridos a nivel intestinal por la presencia de las enzimas encargadas de catabolizar los di y polisacáridos, llamadas sacarasa, lactasa y maltasa, localizadas en la superficie externa de las células epiteliales que revisten el intestino delgado.

La glucosa y galactosa entran a las células epiteliales de las vellosidades por transporte activo. El transporte de fructosa se lleva a cabo por difusión facilitada.Los monosacáridos pasan de las células epiteliales a los capilares por difusión, luego pasan al hígado por el sistema porta, seguidamente al corazón hasta llegar a la circulación general.

EL METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS PUEDE SER SUBDIVIDIDO PARA SU ESTUDIO, DE LA SIGUIENTE MANERA:

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1. GLUCÓLISIS. La oxidación de la glucosa o del glucógeno en PIRUVATO y LACTATO por la vía de Embdem-Meyerhof, la cual se lleva a cabo en el citoplasma.

2. GLUCOGÉNESIS. La síntesis del glucógeno a partir de la glucosa.

3. GLUCOGENÓLISIS. Es la degradación del glucógeno. La glucosa es el principal producto final de la glucogenólisis en el hígado, y el piruvato y lactato son los principales productos en el músculo.

4. OXIDACIÓN DEL PIRUVATO HASTA ACETIL-CoA. Este es un paso necesario previo a la entrada de los productos de la glucólisis en el ciclo del ácido cítrico que es la vía común final para la oxidación de los carbohidratos, grasas y proteínas.

5. VÍA DE LA PENTOSAFOSFATO. Es una vía alternativa de la de Embden-Meyerhof y de la del ciclo del ácido cítrico para la oxidación de la glucosa.Esta vía es importante porque proporciona la coenzima NADPH para síntesis reductoras que se realizan fuera de las mitocondrias y proveen ribosas para la síntesis de nucleótidos y de ácidos nucleicos.

6. GLUCONEOGÉNESIS. Se refiere a la formación de glucosa o de glucógeno a partir de fuentes que no son carbohidratos. Las vías comprometidas en la gluconeogénesis son principalmente las del ácido cítrico y el inverso de la glucólisis. Los sustratos principales para la gluconeogénesis son los aminoácidos glucogénicos, el lactato y el glicerol.

Se presentan en la catabolia total de la Glucosa tres [3] procesos o fases sucesivas:1. GLUCÓLISIS2. CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO [CICLO DE KREBS O CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXILICOS]3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA O CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES [llamada también cadena respiratoria] corresponde a la fase final o fase tres.

G L U C O L I S I SLa glucólisis es una secuencia de diez reacciones que rompen [lisis] una molécula de glucosa [un anillo de seis carbonos] en dos moléculas de piruvato [dos cadenas de tres moléculas de carbono], con la generación neta de dos moléculas de ATP y NADH [la forma reducida del nicotín adenín dinucleótido]. Por tanto, la glucólisis proporciona energía y productos intermedios para otras vías metabólicas.

LA GLUCÓLISIS SE LLEVA A CABO EN EL CITOPLASMA DE TODAS LAS CÉLULAS DEL ORGANISMO.

FUNCIONES E IMPORTANCIA DE LA GLUCÓLISIS

Para muchos tejidos, la glucólisis es una vía de producción de energía de “urgencia”cuando el oxígeno es el factor limitante. Es de máxima importancia en:

Los eritrocitos o glóbulos rojos, porque carecen de mitocondrias y por tanto, la glucólisis es la única vía de producción de energía.

El músculo esquelético activo, cuando el metabolismo oxidativo no puede hacer frente a una mayor demanda de energía.

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El encéfalo, porque la glucosa es su principal combustible [utiliza unos 120 g/día].

La glucólisis también contribuye a la síntesis de algunos productos intermedios especializados, por ejemplo el 2,3 difosfoglicerato, un efector alostérico de la hemoglobina. También ayuda en el metabolismo de otros azúcares, especialmente la fructosa y la galactosa.

El metabolismo de los CHO se inicia al pasar la Glucosa por las membranas celulares. La glucosa no es lo suficientemente pequeña como para difundir directamente dentro de la célula, sino que necesita ayuda. Existen dos mecanismos específicos de transporte para la glucosa.El primer mecanismo, la facilitación de la difusión, está mediado por transportadores de glucosa presentes en las membranas celulares, que son proteínas de membrana integrales que ligan la glucosa y la transportan a través de la membrana celular hasta el citoplasma.El segundo mecanismo requiere energía [ATP] para transportar glucosa contra su gradiente de concentración [es decir, cuando en el LEC está baja y en LIC está alta la concentración], como sucede en las células epiteliales del intestino, en los túbulos renales y en el plexo coroideo. Las células hepáticas son libremente permeables a la glucosa, pero como veremos la insulina estimula el depósito de glucógeno en el hígado.

Inmediatamente después, la glucosa reacciona con el ATP para formar GLUCOSA 6 FOSFATO. Esta etapa, que activa la glucosa para las reacciones posteriores, es llamada FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA y es catalizada por la enzima GLUCOCINASA O HEXOCINASA [glucocinasa en hígado y hexocinasa en músculo] En esta reacción se transfiere el grupo fosforilo del ATP al GRUPO HIDROXILO del C-6 de la glucosa.

LA TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFORILO ES LA REACCIÓN BÁSICA DE LA BIOQUÍMICA.

Glucocinasa

C6 H12 O6 + ATP ----------- C6 H11O6-PO=

3 + ADP + H+

Hexoquinasa

La anterior es una reacción reversible sólo en unas cuantas células: las de la mucosa intestinal, las hepáticas y las del epitelio de los túbulos renales. En estas células se encuentra una enzima llamada FOSFATASA que retira el grupo fosfato y permite que la glucosa libre salga de la célula. En el resto de células corporales, y esto es especialmente importante respecto de las NEURONAS y MIOFIBRAS, no existe fosfatasa.El resultado es que la glucosa una vez dentro de la célula, queda "atrapada" como GLUCOSA6FOSFATO. A continuación esta molécula puede almacenarse temporalmente ó experimentar catabolia inmediatamente para liberar energía.Esta primera fase se realiza prácticamente sin la presencia de oxígeno y por lo tanto se denomina FASE ANAEROBIA de la catabolia de la glucosa, la cual se lleva a cabo en el CITOPLASMA celular. Esta es la vía de EMBDEN-MEYERHOF.

Las otras etapas o fases requieren O2 y se denominan colectivamente FASE AEROBIA de la cata bolia de la glucosa o respiración celular.La glucólisis es una forma de proporcionarle a la célula energía, cuando la disponibilidad de O2 es insuficiente o nula [hipoxia o anoxia].

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Durante el ejercicio agotador, la glucólisis se vuelve especialmente importante, ya que la respiración y la circulación no pueden proporcionarle a las células musculares el O2 que necesitan y debido a esto, las células incurren en la llamada DEUDA DE OXIGENO, la cual es pagada aumentando la frecuencia respiratoria posterior al esfuerzo máximo, lo que mejorará el aporte de O2, consiguiendo de nuevo un estado de equilibrio.

Las reacciones que originan la formación del A. Pirúvico, son de descomposición, por lo que producen liberación de energía, la mayor parte de la cual se utiliza en la síntesis de DOS MOLÉCULAS DE ATP que son utilizadas por la célula.El resto se pierde en la forma de energía térmica, y una parte de esta última participa en la conservación de la temperatura corporal.

La glucólisis carece relativamente de importancia para dar energía a las células puesto que libera sólo cerca del 5% de la energía que hay en la glucosa. El 95% de la energía se queda asegurada en los enlaces químicos del Ácido Pirúvico o Piruvato.La importancia de la Glucólisis es que las moléculas grandes de glucosa se deben convertir primero en moléculas más pequeñas de A. Pirúvico, a fin de entrar en el ciclo de Krebs. La glucólisis es entonces la secuencia de reacciones que convierte la glucosa en piruvato [o ácido pirúvico] con la producción concomitante de ATP.

Al observar la secuencia de las reacciones de la glucólisis se establece que existen tres etapas claramente irreversibles catalizadas por la Hexoquinasa, la Fosfofructoquinasa [PFK] y la Piruvatoquinasa.La PFK [Fosfofructoquinasa] es una enzima clave en la regulación de la glucólisis y para muchos autores, es la principal reguladora. Las concentraciones altas de ATP inhiben la afinidad de la PFK por la Fructosa6P, entonces, al bajar el nivel de ATP se pierde esa inhibición y aumenta el flujo de sustrato a través de la enzima. El aumento de la ADP, libera la inhibición referida anteriormente.

La combinación de concentraciones bajas de ATP con concentraciones altas de ADP, es decir, una disminución del cociente ATP/ADP, elevará la actividad de la PFK.

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SECUENCIA DE LAS REACCIONES DE LA GLUCÓLISIS

HEXOCINASA [músculo] Mg ++

1. [a] GLUCOSA + ATP ---------------------------- GLUCOSA 6 FOSFATO + ADP GLUCOCINASA [hígado]

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FOSFOGLUCOSA ISOMERASA

2. [c] GLUCOSA 6 FOSFATO ---------------------------- FRUCTOSA6FOSFATO PFK

3. [a] FRUCTOSA 6 FOSFATO + ATP ----------- FRUCTOSA 1,6 BIFOSFATO + ADP

ALDOLASA4. [e]FRUCTOSA1,6 BISFOSFATO ------------GLICERALDEHIDO3PO3

= + DihidroxiacetonaPO3

TRIOSA FOSFATO

5. [c] GLICERALDEHIDO 3FOSFATO -----------------FOSFATODE DIHIDROXIACETONA ISOMERASA

GLICERALDEHIDO3P DESHIDROGENASA

6. [f] GLICERALDEHIDO 3 FOSFATO + NAD+ + Pi ⇆ 1,3 BIFOSFOGLICERATO + NADH + H+

FOSFOGLICERATO QUINASA7. [a]1,3 BIFOSFOGLICERATO + ADP --------------------------------- 3 FOSFOGLICERATO + ATP

FOSFOGLICERATO MUTASA8. [b]3 FOSFOGLICERATO ----------------------------------- 2 FOSFOGLICERATO

ENOLASA9. [d]2 FOSFOGLICERATO -------------------------- FOSFOENOLPIRUVATO + H2

PIRUVATOQUINASA10. [a]FOSFOENOLPIRUVATO + ADP ------------------------- PIRUVATO + ATP

TIPO DE REACCIÓN QUE SE EFECTÚA EN CADA PASO DE LA GLUCÓLISIS:

[a] transferencia de fosforilo [d] deshidratación[b] migración interna de fosforilo [e] escisión aldólica[c] isomerización [f] fosforilación acoplada a la oxidación

La reacción neta de la conversión de glucosa en piruvato es:

GLUCOSA+2Pi+2ADP+2NAD+ ------ 2PIRUVATOS+2ATP+2NADH+2H++2H2OLas etapas restantes de la oxidación de la glucosa son AERÓBICOS, porque el destino inmediato del ácido pirúvico requiere la presencia del O2.El exceso de ácido pirúvico, que se acumula en el citoplasma ante la hipoxia, se transforma en Ácido Láctico, que en cantidades moderadas puede ser contrarrestado por el organismo, de modo que no se altere de manera importante el pH.

ESTADIOS DE LA GLUCÓLISIS

Fase I: fase de acopio de energíaPASO ENZIMA TIPODE REACCION

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1Hexocinasa: en la mayoría de los tejidos [glucocinasa en hígado y células del páncreas]

Fosforilación: paso regulatorio irreversible

2 Fosfoglucosa isomerasaIsomerización:Aldosa Cetosa

3 Fosfofructoquinasa [ PFK ]Fosforilación: paso irreversible limitante de la velocidad de la glucólisis

4 AldolasaEscisión: FBP[6C]DHAP[3C]+ GAP[3C]

5 Triosa fosfato isomerasaIsomerización: por tanto la fase Iproduce 2 moléculas de GAP

Fase II: fase generadora de energíaLas siguientes reacciones tienen lugar para cada molécula de gliceraldehído 3 fosfato

6 Gliceraldehído 3fosfato deshidrogenasaFosforilación oxidativa: se generan 2 NADH por molécula de glucosa oxidada

7 Fosfoglicerato quinasa Fosforilación a nivel de sustrato

8 Fosfoglicerato mutasa Transferencia del grupo fosfato de C3 a C2

9 Enolasa Deshidratación

10Piruvato quinasaNota: todas las cinasas requiere Mg++ como cofactor

Fosforilación a nivel de sustratoPaso regulatorio irreversible

El Ac. Láctico que no es enviado al hígado se transforma nuevamente, con la presencia de O2, en Ac. Pirúvico, el cual deberá transformarse en ACETILCOENZIMA A por medio de la sustancia conocida como COENZIMA A.

De esta forma el ácido láctico acumulado en la miofibra, el cual puede llegar a inhibir la contracción muscular, es transformado con O2 en ÁCIDO PIRÚVICO [PIRUVATO]. El Piruvato experimenta catabolia posterior en el ciclo del Ácido Cítrico o Ciclo de Krebs, donde se transformará en CO2, H2O y Energía [ATP].La reducción del piruvato por el NADH para formar LACTATO, está catalizada por la LACTATO DESHIDROGENASA [LDH].

LACTATO DESHIDROGENASA

C3H3O3 + NADH + H+ C3H5O3 + NAD+

PIRUVATO LACTATO

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L D H

EL DESTINO DEL PIRUVATOPrácticamente en todas las células ocurre la producción de 2 moléculas de Piruvato a partir de una molécula de glucosa. Este proceso tiene tres características importantes:1. No se requiere oxígeno2. Se fosforilan 2 moléculas de ADP por cada fosforilación a nivel de sustrato.3. Se reducen 2 moléculas de NAD+

El subsecuente destino del Piruvato en una célula determinada depende de las condiciones relacionadas con los tres criterios siguientes:1. Disponibilidad de oxígeno para la célula2. Estado energético de la célula3. Mecanismos disponibles para que la célula oxide el NADH a NAD+

¿Por qué el NADH producido en la glucólisis debe ser oxidado a NAD+ y, por tanto, reciclado?La Gliceraldehído 3-Fosfato deshidrogenasa requiere de NAD+ [paso 6], por lo tanto, el NAD+ es esencial para este paso y para que continúe la glucólisis.El paso 6 es la única reacción oxidativa en la glucólisis. El gliceraldehído 3-fosfato se oxida y se convierte en 1,3 - difosfoglicerato, mientras que el NAD+ se reduce a NADH. Para que continúe la glucólisis, este NADH debe ser reoxidado a NAD+.

IMPORTANCIA DE LA REGENERACIÓN DE NAD+ A PARTIR DE NADHSe generan dos moles de NADH a partir de la oxidación de 1 mol de glucosa. Cada NADH es oxidado por la cadena de transporte de electrones para producir 3 ATP. Por tanto, el efecto neto de la glucólisis es la generación de 8 ATP por mol de glucosa [2 directamente por la FOSFORILACIÓN a nivel del sustrato y 6 indirectamente mediante la FOSFORILACIÓN oxidativa.

El NAD es el primer agente oxidante de la glucólisis y un importante cofactor para la gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa. Sin embargo, sólo hay una cantidad limitada de NAD+ disponible y, por tanto, su regeneración a partir de NADH, esencial para que continúe la glucólisis, constituye un problema importante. Existen tres mecanismos posibles para la regeneración de NAD+:

En primer lugar, bajo condiciones anaeróbicas, el piruvato es reducido a lactato mediante la LDH con la oxidación simultánea de NADH a NAD+ en el citoplasma. Esta reacción es reversible, viniendo la dirección determinada por la proporción entre NADH y NAD+.

La velocidad de formación de NADH en la glucólisis, en el músculo activo, es mucho mayor que la velocidad de su oxidación por la cadena respiratoria.La continuidad de la glucólisis depende de la disponibilidad de NAD+ para la oxidación del gliceraldehído3PO3=. Esto se consigue por la LACTATO DESHIDROGENASA que oxida el NADH a NAD cuando reduce el piruvato a lactato.

Segundo, bajo condiciones aeróbicas, el NADH se oxida a NAD+ por la cadena de transporte de electrones en la mitocondria. El NADH debe entrar primero a la mitocondria, bien a través de la “lanzadera” del glicerol 3 fosfato o la del malato-aspartato.

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En tercer lugar, bajo condiciones anaeróbicas en levaduras [fermentación alcohólica], el piruvato se descarboxila a CO2 y acetaldehído, que entonces es reducido por NADH para producir NAD+ y etanol.

COENZIMA A [ U N I D A D P A N T O T E N A T O ]

Ácido pantoico β-alanina Tioetanolamina H3C OH O H O H

| | ∥ | ∥ | CH2 – C – CH – C – N – CH2 – CH2 – C – N – CH2 – CH2 – SH

| O|

O = P – OH |

PIROFOSFATO O | ADENINA

O = P – O ─ CH2 │| │RIBOSA 3 FOSFATO

OH H

La COENZIMA A es un transportador universal de grupos acilo. La A indica acetilación. El centro reactivo del CoA es el grupo sulfhidrilo terminal.Todas las enzimas son proteínas. Muchas enzimas están unidas a compuestos no proteínicos.Estos compuestos al separarse de las enzimas actúan como moléculas portadoras, recibiendo el nombre de COENZIMA. Las enzimas y coenzimas trabajan de manera conjunta. La enzima cataliza la reacción y la coenzima se une al producto terminal de la reacción y lo llevan al sitio de la siguiente.

Durante la transición entre la glucólisis y el ciclo de Krebs, el Ac. Pirúvico se convierte en un compuesto de 2 átomos de Carbono por la pérdida de CO2 [DESCARBOXILACION OXIDATIVA]. Este fragmento al que se denomina grupo ACETILO, se une a la Coenzima A y el complejo recibe el nombre de ACETILCOENZIMA A, el cual participa en el ciclo de Krebs. CH3 ─ COOH CH3 O O

| | ∥ COO- CH3 ─ C ─ H3C ─ C ─ S ─ CoA

ÁCIDO ACÉTICO ACETATO GRUPO ACETILO ACETIL - CoA

El acetil-CoA no puede atravesar las dos membranas mitocondriales, por lo cual se forma en la matriz de éstas a partir de tres fuentes básicas:

1. La glucólisis produce Piruvato, que rápidamente atraviesa las membranas mitocondriales y entra a la matriz, donde se convierte en Acetil-CoA por acción de la piruvato-deshidrogenasa.2. Los ácidos grasos entran desde el citoplasma [como derivados de CoA] por medio de una proteína de transporte específica, y en la matriz experimentan oxidación a Acetil- CoA.

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3. Las proteínas se hidrolizan a aminoácidos y los que se convierten en AcetilCoA experimentan esta transformación dentro de la matriz mitocondrial.

El Acetil-CoA se forma a partir de la coenzima A [abreviado a CoA o CoASH]. El CoA es un gran compuesto orgánico que contiene:

Un grupo adenina Un azúcar ribosa Acido pantoténico [vitamina B5] Un grupo sulfidrilo o tiol [-SH], el grupo activo. El grupo tiol del CoA reacciona con

los grupos carboxilo[-COOH] para formar moléculas de Acil-CoA. Si el grupo carboxilo es un grupo acetilo [CH3COO-], se formará Acetil-CoA.

El Acetil-CoA es un compuesto de elevada energía, lo que lo capacita para servir de donante de grupos acetilo en, por ejemplo, la síntesis de ácidos grasos y en el Ciclo de Krebs. Es un transportador de grupos Acetilo del mismo modo que el ATP lo es de grupos fosfato.

FUNCIÓN CENTRAL DEL acetil-CoAEl Acetil-CoA desempeña un papel central en el metabolismo. En efecto, la mayoría de las vías metabólicas de la célula generadoras de energía finalmente la producen. Puede formarse a partir de carbohidratos, grasas y proteínas. También es el punto de comienzo para la síntesis de grasas, esteroides y cuerpos cetónicos. Su oxidación proporciona energía para muchos tejidos.Por ejemplo en la cara interna de la membrana mitocondrial interna, hay formación de Acetil-CoA a partir de piruvato. La piruvato deshidrogenasa [PDH] cataliza la descarboxilación oxidativa irreversible del piruvato a acetil-CoA.

Lipoato, NAD TPP, FAD NADH + H+

↘‿↗ CH3-C-COO- + CoA-SH CH3-C 〜 S-CoA + CO2 Piruvato complejo PDH Acetil CoA

[E1-E2-E3]

COMPONENTES DEL COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA

Enzima Nombre de la Enzima CoenzimasE1 Piruvato descarboxilasa TPPE2 Dihidrolipoil transacetilasa Ácido lipóico

CoAE3 Dihidrolipoil

deshidrogenasaFAD y NAD

C I C L O D E K R E B SCICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO o CICLO DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXILICOS

Bajo condiciones aeróbicas el piruvato entra a la mitocondria donde es completamente oxidado hasta CO2 y H2O.

C3H3O3 + 2½O2 -------- 3CO2 + 2H2O

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Esta ecuación representa realmente dos procesos oxidativos: el primero es la oxidación del PIRUVATO a CO2 en el ciclo del ácido cítrico:

C3H3O3 + 3H2O --------- CO2 + 10H

Este proceso en el que el piruvato rinde el equivalente a 10H, también produce la fosforilación directa de 1 molécula de ADP. El segundo proceso es: 10H + 2½O2 ---------- 5H2O

Como ya se dijo, si el suministro de O2 es insuficiente, como en el músculo en contracción, el piruvato se convierte en lactato.

En algunos organismos anaeróbicos como las levaduras, el piruvato se convierte en etanol. La formación de etanol y lactato a partir de glucosa son ejemplos de fermentaciones.

Como ya se dijo, la ACETIL Coenzima A es una molécula de acetato activo que se oxida completamente hasta CO2 + H+ por medio del ciclo del Ac. Cítrico, el cual es la vía final común para la oxidación de las moléculas combustibles: aminoácidos, ácidos grasos y azúcares: la mayoría de las moléculas entran al ciclo como AcetilCoa [CH3–CO–S–CoA].

CH3

| AcetilCoenzima A O =C ─ S - CoA

D E F I N I C I Ó NEl ciclo de Krebs es una serie cíclica de ocho reacciones que oxidan completamente una molécula de Acetil-CoA, dando dos moléculas de CO2, generando energía bien directamente como ATP o en la forma de equivalentes reductores [NADH o FADH2]. El ciclo es aeróbico, por lo que la ausencia o escasez de oxígeno conducen a una inhibición total o parcial del ciclo.

Las reacciones del ciclo del Ac. Cítrico se producen en el interior de la mitocondria.El paso inicial de este proceso es el transporte del Piruvato dentro de la mitocondria. Esto se realiza por medio de una traslocasa situada en la membrana interna de la mitocondria.

EL PIRUVATO ES OXIDADO A ACETIL COENZIMA A POR LA ENZIMA PIRUVATO DESHIDROGENASA.

La PDH está influida por varios factores, pero especialmente por tres :1. Cociente intramitocondrial de ATP/ADP2. Cociente entre la forma reducida y oxidada de NADH/NAD3. Las cantidades de AcetilCoALa descarboxilación oxidativa del piruvato para formar AcetilCoa, que se produce exclusivamente en la matriz mitocondrial, es el eslabón entre la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.

PDHPIRUVATO + CoA + NAD+ ----------------- ACETILCoA + CO2 + NADH

El CO2 es eliminado por enzimas llamadas DESCARBOXILASAS y los átomos de hidrógeno por DESHIDROGENASAS.

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La Coenzima A transporta el grupo acetilo a la mitocondria, se separa de él y regresa al citoplasma para unirse a otro fragmento.El grupo acetilo, a su vez, se combina con una sustancia conocida como Acido Oxaloacético para formar Ac. Cítrico.

En otras palabras, un compuesto de 4 carbonos [OXALACETATO o ACIDO OXALOACETICO] se condensa con una unidad ACETILO de 2 carbonos [ACETATO ACTIVO o ACETILCoA] para dar lugar a un ACIDO TRICARBOXILICO de 6 Carbonos [CITRATO o ACIDO CITRICO].

Seguidamente presenta DESCARBOXILACION OXIDATIVA [proceso en el que un compuesto químico pierde una molécula de CO2], resultando un compuesto de 5C [alfa-CETOGLUTARATO o ACIDO alfaCETOGLUTARICO], el cual también se descarboxila oxidativamente y al unirse a una molécula de CoA, este ácido se transforma en SUCCINILCOENZIMA A que posee 4C.

El ácido oxaloacético [4C] se regenera por reacciones sucesivas desde succinilCoA pasando por los ácidos succínico[4C], fumárico[4C] y málico [4C], respectivamente .

Otro sitio donde se libera CO2 como resultado de la descarboxilación es en la conversión de Ac. pirúvico en AcetilCoA.El CO2 sale de las mitocondrias, se difunde por el citoplasma, sale a través de la membrana celular hacia el líquido intersticial para llegar a la corriente sanguínea y desde allí a los alvéolos pulmonares para finalmente ser expelido al aire .

Los ácidos que participan en el Ciclo de Krebs lo hacen también en REACCIONES DE OXIDACION-REDUCCION. La OXIDACION de una molécula consiste en la pérdida de átomos de Hidrógeno, mientras que la REDUCCION es la ganancia de los mismos.

El grupo acetilo está más reducido que el CO2, por lo tanto es evidente que deben existir algunas reacciones de oxidación-reducción en el ciclo del Ac. Cítrico.

En efecto, existen 4 reacciones de este tipo.Primeramente el Ac. isocítrico se transforma en Ac. Oxalosuccínico al perder 2 átomos de hidrógeno. En otras palabras, se oxida.

Los átomos de hidrógeno pasan a una coenzima que recibe el nombre de DINUCLEOTIDO DE NIACINA Y ADENINA (NAD). Esta sustancia se combina con los átomos de hidrógeno, por lo que experimenta reducción y se la representa como NADH.

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO O CICLO DE KREBS

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Tres iones hidruro [H2][por tanto 6 electrones] son transferidos a 3 moléculas de NAD+, mientras que un par de átomos de hidrógeno [por tanto 2 electrones], se transfiere a la coenzima denominada DINUCLEOTIDO DE ADENINA Y FLAVINA [FAD].Como resultado de las oxidaciones catalizadas por las enzimas deshidrogenantes del Ciclo del Ac. Cítrico, se producen 3 moléculas de NADH y una de FADH2 por cada molécula de AcetilCoA catabolizada en cada vuelta del ciclo.

Estos transportadores de electrones (NAD y FAD) producen 11 moléculas de ATP cuando se oxidan por el O2 en la C de T de electrones, en cada vuelta del ciclo.Además se forma un enlace de alta energía en cada vuelta del ciclo del Ac. Cítrico, en forma de GTP, el cual dará lugar a 1 ATP, por cada vuelta del ciclo, generándose así 2 ATP EN TOTAL EN EL CICLO DE KREBS.Las formas NADH y FADH2 formados en el ciclo del Ac. Cítrico, se oxidan mediante la cadena de Tr. de electrones. El ATP se genera cuando se transfieren los electrones desde estos transportadores al O2, el aceptor final.La oxidación de cada NADH produce 3 ATP y la oxidación de cada FADH2 produce 2 ATP. El NADH experimenta oxidación convirtiéndose en NAD y el FAD se reduce a FADH2.La importancia de esta transferencia de átomos de hidrógeno es que representa liberación de energía que se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP.

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Las reacciones del ciclo de Krebs y otras precedentes al mismo en las que las coenzimas se combinan con átomos de hidrógeno son:

1. Entre el Ac. Pirúvico y la AcetilCoA. El ácido se oxida y el NAD se reduce y se transforma en NADH2 .2. Entre los ácidos Isocítrico y alfa cetoglutárico.3. Entre el Ac. alfaCetoglutárico y la SuccinilCoA.

En los dos anteriores el ácido experimenta oxidación y el NAD se reduce a NADH2 .

4. Entre lo Ac. Succínico y Fumárico : Los ácidos se oxidan y el FAD se reduce a FADH2 .5. Entre los ácidos Málico y Oxaloacético, por virtud de la cual el primero se oxida y el NAD se reduce a NADH2.

Durante las reacciones de oxidación-reducción los ácidos pierden átomos de hidrógeno, los que se combinan con las coenzimas y participan en el sistema de T. de electrones que es la fase final de la respiración celular.En consecuencia, el Ciclo de Krebs libera iones de Hidrógeno (H+) y electrones (e-) y aunque presenta una secuencia de acontecimientos complicados, lo esencial es la extracción de átomos de Hidrógeno que se usarán en la CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES, para el objetivo más importante que es formar ATP.El CO2 formado por el ciclo tiene funciones importantísimas en el equilibrio ácido-básico y en el control de la respiración.

EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO ES UNA FUENTE DE PRECURSORES BIOSINTÉTICOS.Hasta ahora se ha planteado la función del ácido cítrico como la vía degradativa más importante para la generación de ATP. El ciclo del ácido cítrico también suministra intermediarios para las reacciones de biosíntesis o anabólicas.Por ejemplo, la mayoría de los átomos de carbono de las porfirinas (componentes de la Hemoglobina, la Mioglobina y los Citocromos, entre otros) provienen del Succinil-CoA.Muchos aminoácidos derivan del alfa-Cetoglutarato y del Oxalacetato.

Es importante advertir que los intermediarios del Ciclo del Acido Cítrico deben ser repuestos cuando se utilizan para la biosíntesis.Supongamos que el Oxalacetato se convierte en Aminoácidos para la síntesis de proteínas.A menos que se forme oxalacetato de nuevo, el ciclo del ácido cítrico dejará de operar porque el AcetilCoA no puede entrar en él, si no se condensa con el Oxalacetato.Aunque el oxalacetato se utilice catalíticamente, debe mantener un nivel mínimo para que el ciclo continúe funcionando.

CÓMO SE REPONE EL OXALACETATO?Los mamíferos carecen de la maquinaria enzimática capaz de convertir el AcetilCoA en oxalacetato u otro intermediario del ciclo. El oxalacetato debe formarse por carboxilación del piruvato:

PIRUVATO CARBOXILASA

PIRUVATO + CO2 + ATP + H2O -------------------------- OXALACETATO + ADP + Pi + 2H+

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REACCIÓN tipo ENZIMA

1.Acetil - CoA + oxalacetato + H2O a citrato + CoA + H+

2. Citrato ⇆ cis - aconitato + H2O b

3. Cis - Aconitato + H2O ⇆ isocitrato c

4. Isocitrato + NAD+ α- cetoglutarato + CO2 + NADH de

5. α - Cetoglutarato + NAD+ + CoA succinil-CoA + Co2 + NADH de

6. Succinil - CoA + Pi + GDP ⇆ succinato + GTP + CoA f

7. Succinato + FAD (ligado al enzima) e ⇆ fumarato + FADH2 (ligado al enzima)

8. Fumarato + H20 ⇆ Malato c

9. L-Malato + NAD+ ⇆ oxalacetato + NADH + H+ e

Citrato sintasa

Aconitasa

Aconitasa

Isocitrato deshidrogenasa

Complejo αcetoglutaratodeshidrogenasa

Succinil-CoA sintetasa

Succinatodeshidrogenasa

Fumarasa

Malato deshidrogenasa

TIPO DE REACCIÓN QUE SE EFECTÚA EN CADA PASO DEL CICLO DE KREBS[a] condensación [d] descarboxilación[b] deshidratación [e] oxidación[c] hidratación [f] fosforilación a nivel de sustrato

CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES

Es otro conjunto de reacciones de oxidación - reducción que ocurren en las crestas de las mitocondrias. Se denomina también CADENA RESPIRATORIA o FOSFORILACIÓN OXIDATIVA .

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Proceso en el que se forma la mayor parte del ATP de la célula al transferirse electrones de NADH y FADH2 al oxígeno molecular, a través de una serie de transportadores de electrones que conforman la cadena transportadora de electrones.

LOCALIZACIÓNLa superficie interna de la membrana mitocondrial interna de todas las células que contienen mitocondrias.El piruvato por la glucólisis, los ácidos grasos por la vía de la -oxidación y algunos aminoácidos a través de reacciones de transaminación proporcionan Acetil-CoA, que es oxidado por el Ciclo de Krebs a CO2Y H2O. Durante estos procesos se donan electrones de alta energía desde productos intermedios metabólicos a las coenzimas NAD y FAD para producir las formas reducidas, ricas en energía, NADH y FADH2. Por tanto, la energía se conserva como estos “equivalentes reductores”.

El NADH se forma en el citoplasma por la vía de la glucólisis y en las mitocondrias por el ciclo del ATC y la -oxidación. El FADH2 se origina en las mitocondrias tanto por el ciclo del ATC como por -oxidación. NADH y FADH2 donan sus electrones, uno cada vez, a la cadena transportadora de electrones. Al transmitirse por la cadena cada electrón de alta energía pierde la mayoría de su energía libre. Parte de esta energía es capturada y utilizada para producir ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico.

Cómo sucede esto El transporte de electrones por la cadena transportadora de los mismos está

acoplado al transporte de protones a través de la membrana mitocondrial interna, desde la matriz mitocondrial hasta el espacio mitocondrial interno.

Esto ocurre en tres lugares específicos de “bombeo de protones” y, de este modo se crea un gradiente electroquímico a través de la membrana.

Los protones sólo pueden retornar a la matriz mitocondrial a través de una enzima, la ATP sintetasa, presente en la membrana mitocondrial interna.

El movimiento de protones activa la ATP sintetasa para catalizar la síntesis de ATP.

Cualquier energía no atrapada como ATP se libera como calor.

Por tanto, la oxidación de NADH y de FADH2 por la cadena transportadora de electrones está acoplada a la generación de ATP [fosforilación] mediante la creación de un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna [la cadena transportadora de electrones a veces se llama la cadena respiratoria porque solo trabaja en presencia de oxígeno]. En esta fase, los átomos de hidrógeno en forma ionizada [H+] y los electrones [e-], extraídos en el ciclo del ácido cítrico y en la glucólisis se utilizarán para la producción de energía.

COMPONENTES DE LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

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Los electrones se lanzan por una cadena de portadores que se llama cadena de transporte de electrones, de manera muy semejante a pasarse en una cadena humana un objeto en serie.En este caso, los portadores llamados DINUCLEOTIDO DE NICOTINAMIDA Y ADENINA (NAD), MONONUCLEOTIDO DE FLAVINA (FMN) o DINUCLEOTIDO DE FLAVINA Y ADENINA (FAD), COENZIMA Q y CITOCROMOS) captan parte de la energía liberada por los electrones.

En TRES puntos de la cadena portadora de electrones, la energía queda atrapada en moléculas de ATP, como se observa en la gráfica.El O2 es el aceptor final de los electrones (e-) y de los H+ para formar H2O.Aunque el O2 entra al final, su función es vital para incitar a los electrones a lo largo de la cadena y por lo tanto para garantizar la formación de ATP.El nombre de "FOSFORILACION OXIDATIVA" describe la formación de ATP en los tres puntos de la C de T de e-.

El término "OXIDATIVA" indica la función del oxígeno para tirar de los electrones a lo largo de la cadena, de modo que se pueda extraer parte de la energía, la cual se almacena en los enlaces PO4= de alta energía (~P) que se añade al ADP.El NADH y el FADH2 formados en la glucólisis, en la oxidación de los ácidos grasos y en el ciclo del ácido cítrico son moléculas ricas en energía porque contienen un par de electrones con elevado potencial de transferencia.

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El FADH2 se forma en el ciclo del A. Cítrico por la oxidación del succinato a fumarato.Tiene como finalidad liberar la energía contenida en los átomos de hidrógeno para su transferencia al ATP que la almacenan, formándose éste a partir de ADP.

La primera etapa del S de T de e- conlleva la transferencia de átomos de hidrógeno, principalmente los provenientes del Ciclo de Krebs, del NADH al FADH2

El NADH experimenta oxidación, convirtiéndose en NAD y el FAD se reduce a FADH2, para de esta forma generar ATP a partir de ADP, por la liberación de energía al presentarse la transferencia de átomos de hidrógeno.Los átomos de hidrógeno del FADH2 no permanecen intactos sino que se ionizan en iones hidrógeno [ H+ ] y electrones [ e- ] :

H ---------------- H+ + e-

ÁTOMO DE HIDROGENO ION HIDROGENO ELECTRÓN

La siguiente etapa del sistema de transporte de electrones consiste en la transferencia de los provenientes de átomos de hidrógeno desde el FADH2 hasta una sustancia que recibe el nombre de citocromo b.Los citocromos son proteínas que poseen un grupo llamado ferroporfirina, que es capaz de variar entre una forma reducida (Fe++) y otra oxidada (Fe+++).Al mismo tiempo, el FADH2 libera los iones H+ y en el proceso de transferencia el FADH2

se oxida convirtiéndose en FAD.Los electrones pasan en forma consecutiva de un citocromo a otro: del citocromo b al c, luego al a y finalmente al citocromo a3 (citocromo oxidasa).

Cada citocromo del sistema de transporte de electrones se reduce y oxida al ganar o ceder electrones, respectivamente.A raíz de la participación de los citocromos en el sistema que nos ocupa, también se le conoce como el SISTEMA DE CITOCROMOS.Al efectuarse la transferencia de electrones entre los citocromos se libera más energía que es almacenada por el ATP. La formación de esta sustancia a partir de la energía liberada tiene lugar entre los citocromos b y c, y entre el a y el a3.

Al final del sistema de transporte, los electrones pasan al O2, que adquiere carga negativa.Cuando estos electrones se transfieren al oxígeno [molecular] se libera una gran cantidad de energía. Esta energía liberada puede utilizarse para generar ATP.La fosforilación oxidativa es el proceso por el que se forma ATP, cuando mediante una serie de transportadores de e-, se transfieren los electrones desde el NADH o el FADH2 al O2. Esta es la fuente principal de ATP en los organismos aeróbicos.

La fosforilación oxidativa genera 34 de las 38 moléculas de ATP, que se forman cuando la glucosa se oxida completamente a CO2 y H2O.LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONESComponentes de la cadena transportadora de electrones

La cadena consta de un complejo de cuatro proteínas. Se trata de proteínas de membrana integral presentes en la membrana mitocondrial interna a través de la que pasan los electrones. Los grupos transportadores de electrones dentro de estos complejos son o bien flavinas, o proteínas hierro-sulfuro, o grupos hemo o iones de cobre.

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Los complejos se disponen en orden de potencial redox estándar, [medido en voltios] creciente y afinidad electrónica creciente.

El potencial redox estándar [Eo] es una medida de la tendencia de un par redox particular [p. Ej., NAD+ y NADH o FAD y FADH2 ] para perder electrones. Cuanto más negativo es el valor Eo, mayor es la tendencia a perder electrones [es decir, afinidad electrónica baja], mientras que cuanto más positivo sea, es más probable que el par redox acepte electrones [mayor afinidad electrónica]. Por tanto los electrones fluyen desde transportadores de electrones con valores Eo más negativos a los que tienen valores más positivos, hasta que han pasado a oxígeno molecular, que tiene el valor Eo más elevado.

Los complejos están ligados por dos proteínas de membrana solubles: ubiquinona [coenzima Q] y citocromo c, que difunden fácilmente a través de la membrana.

Las reacciones dentro de la cadena

1. La oxidación de NADH o FADH2 inicia el transporte de electrones a lo largo de la cadena.

2. Los electrones de NADH son pasados al complejo I y los de FADH2 van directamente al complejo II. Esto se debe a que el FADH2 es producido por la succinato-deshidrogenasa, una enzima del ciclo de Krebs que de hecho, forma parte del complejo II.

3. Cada componente de la cadena es, alternativamente, oxidado y reducido al pasar los electrones a lo largo de la cadena.

4. Finalmente, los electrones se donan al oxígeno molecular [O2], reduciéndolo a agua.

La oxidación de NADH conduce al bombeo de protones en tres áreas a través de la membrana. Cuando los protones vuelven a entrar en la matriz por la vía de la ATP sintetasa se genera ATP. La oxidación de NADH genera 3 moléculas de ATP.

La oxidación de FADH2 origina el bombeo de protones en únicamente dos áreas a través de la membrana, esquivando la primera zona. Esto da lugar a que se produzcan 2 moléculas de ATP.

El transporte de electrones está “acoplado” al bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial interna dentro del espacio intermembranoso en los complejos I, III y IV. La translocación de protones crea un gradiente electroquímico a través de la membrana [tanto por el componente eléctrico como por el Ph]. La energía almacenada en este gradiente de protones se utiliza para fabricar ATP mediante la ATP sintetasa.

VISIÓN DE CONJUNTO DE LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

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ATP PRODUCIDO SECUENCIA DE LA REACCIÓN POR GLUCOSA

GLUCÓLISIS: GLUCOSA A ÁCIDO PIRÚVICO [En el citoplasma ]FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA -1

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FOSFORILACIÓN DE LA FRUCTUOSA-6-FOSFATO -1

DEFOSFORILACION DE 2 MOLÉCULAS DE 1,3DPG +2DEFOSFORILACION DE 2 MOLÉCULAS DE FOSFOENOL PIRUVATO +2

EN LA OXIDACIÓN DE 2 MOLÉCULAS DE GLICERALDEHÍDO-3-FOSFATO SE FORMAN..........................................................2 NADH

CONVERSIÓN DE PIRUVATO EN ACETIL-CoA(en el interior de la mitocondria) SE FORMAN ............................2 NADH

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO[En el interior de la mitocondria]

FORMACIÓN DE 2 MOLÉCULAS DE GUANOSINA TRIFOSFATOA PARTIR DE 2 MOLÉCULAS DE SUCCINIL-CoA +2

SE FORMAN 6 NADH EN LA OXIDACIÓN DE 2 MOLÉCULASDE ISOCITRATO, α-CETOGLUTARATO Y MALATO

SE FORMAN 2 FADH2 EN LA OXIDACIÓN DE 2 MOLÉCULAS DE SUCCINATO

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA[en el interior de la mitocondria]

SE FORMAN 2 NADH EN LA GLUCÓLISIS: C/U 3 ATP +6

SE FORMAN 2 NADH EN LA DESCARBOXILACION OXIDATIVA DEL PIRUVATO: C/U PRODUCE 3 ATP +6

SE FORMAN 2 FADH2 EN EL CICLO DE KREBS.C/U 2 ATP +4

SE FORMAN 6 NADH EN EL CICLO DE KREBS.C/U 3 ATP +18

PRODUCCIÓN NETA POR MOLÉCULA DE GLUCOSA....................... +38 *

* SI SE UTILIZA LA LANZADERA MALATO-ASPARTATO PARA TRANSPORTAR LOS ELECTRONES DEL NADH DEL CITOPLASMA A LA CADENA RESPIRATORIA, SE FORMAN 38 ATPS POR MOLÉCULA DE GLUCOSA OXIDADA. LA MAYOR PARTE DEL ATP, 32 MOLÉCULAS DE 36 [O 34 DE 38] SE PRODUCEN POR FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.

CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO DESDE ACETIL CoA

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FORMACIÓN Y DEGRADACIÓN DEL GLUCOGENO

La síntesis [GLUCOGÉNESIS] y la degradación del glucógeno [GLUCOGENÓLISIS] poseen vías metabólicas distintas, catalizadas por un conjunto diferente de enzimas.La formación de glucógeno ocurre prácticamente en todos los tejidos del cuerpo pero principalmente en el hígado y en el músculo.

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En el ser humano, el hígado puede poseer aprox. 6% de su peso húmedo como glucógeno, cuando se analiza poco después de una comida rica en carbohidratos.Después de 12 a 24 horas de ayuno el hígado llega a sufrir depleción casi completa de glucógeno.El glucógeno muscular está solo rara vez elevado por encima de 1% y sólo se disminuye de manera importante después de un ejercicio de intensidad y volumen altos.Pueden inducirse concentraciones más elevadas de glucógeno muscular por medio de la ingestión de dietas ricas en carbohidratos después de la depleción provocada por el ejercicio.La ingesta de CHO en mayor o menor cantidad determina su acumulación como glucógeno en el hígado y en el músculo.

Cuando se consume una dieta muy rica en CHO durante 2 o 3 días, que han estado precedidos de ejercicio muy intenso durante varios días y/o varios días de una dieta pobre en CHO, se produce el fenómeno llamado de "sobre compensación", pues los depósitos de glucógeno se duplican o triplican.En el músculo este fenómeno ocurre a nivel local exclusivamente, o sea, sólo en los músculos que se han ejercitado intensamente.

Este fenómeno de supercompensación de glucógeno en el deporte de alto rendimiento, fue descubierto por fisiólogos escandinavos, denominándose "dieta disociada escandinava", muy en boga en los 60's, que consistía en ingerir durante tres días una dieta muy pobre en CHO, a la vez que se entrenaba intensamente [con lo cual se vacían los depósitos de glucógeno], seguidos de tres días de entrenamientos más suaves y una dieta muy rica en CHO.

El empleo de glucógeno muscular depende de la intensidad, la duración y la forma del ejercicio y la participación de diferentes grupos musculares.El agotamiento del glucógeno muscular durante el ejercicio suele originar fatiga aunque se disponga todavía de mucha grasa como combustible.Sobre la base de los tipos de agotamiento del glucógeno muscular, resulta evidente que las fibras o unidades motrices de contracción lenta, participan en forma preferente durante un trabajo prolongado de baja intensidad y que se prefieren las fibras de contracción rápida durante un trabajo breve y de gran intensidad.

La reposición completa del glucógeno muscular requiere una dieta rica en hidratos de carbono, pero no sucede así en el ejercicio intermitente, donde la dieta puede ser normal.Se puede resintetizar una cantidad significativa de glucógeno en un plazo de 2 horas de recuperación en ausencia de ingestión de alimentos [carbohidratos].Con una dieta normal o rica en carbohidratos, una reposición completa de glucógeno muscular requiere 24 horas.La reposición del glucógeno muscular es sumamente rápida durante las 10 primeras horas de recuperación.Los entrenadores expertos deben conceder varios días e insistir en una dieta rica en carbohidratos, para una RECUPERACIÓN COMPLETA de las reservas de glucógeno en sus atletas dedicados a pruebas de resistencia.

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Si no es posible conceder varios días, se deben otorgar por lo menos 10 horas. Para los atletas que no practican resistencia, se concede un solo día y dieta normal, para pruebas intermitentes de gran intensidad. Si no es posible, conceder por lo menos 5 horas de recuperación.En ejercicios intermitentes, se puede esperar una cierta resíntesis de glucógeno en las primeras 2 horas de recuperación. Se producirá una parte en apenas 30 minutos.

La función del glucógeno muscular es actuar como una fuente de rápida y fácil disponibilidad de glucosa para la glucólisis en la miofibra. El glucógeno hepático forma parte importante en la reposición de glucosa para mantener la glicemia en niveles normales, particularmente entre comidas.

GLUCOGÉNESISRecordemos que al entrar la glucosa al citoplasma es convertida en Glucosa6PO3

=. Si esta molécula se acumula demasiado en el citoplasma, es decir, si las vías glucolíticas están "saturadas" por las concentraciones elevadas de glucosa que entran a la célula, se producirá una "aglomeración de tránsito" de Gl6PO3

=.Como no puede entrar en la glucólisis tomará una vía alternativa, entrando a la vía anabólica para formar glucógeno.Este proceso llamado glucogénesis es una serie de reacciones químicas que dan la impresión de ser muy complejas, pero el glucógeno es justamente una estructura a manera de "collar de cuentas", cada una de las cuales es una molécula de glucosa.

Dentro de la célula muscular, las concentraciones de glucosa se mantienen bajas por la acción de la enzima HEXOCINASA, que fosforila la glucosa a glucosa 6 fosfato, con lo que además, la molécula de glucosa queda atrapada dentro de la célula, como ya se ha dicho.La reacción de la hexocinasa es regulada por la concentración de GL6PO3=, por lo cual, cuando esta concentración baja hasta niveles determinados, la actividad de esta enzima disminuirá. La concentración de GL6PO3= depende de la actividad de 2 enzimas:

1. FOSFOFRUCTOCINASA [PFK] y2. GLUCOGENO SINTETASA [GS]

La glucógeno sintetasa es la responsable de la síntesis de glucógeno a partir de glucosa.La mayor o menor cantidad de glucógeno sintetizado dependerá también de la actividad de la glucógeno fosforilasa [PHOS], que es la enzima responsable de la degradación del glucógeno.El GLUCAGÓN y la ADRENALINA aumentan la actividad de la fosforilasa.Tanto la fosforilasa como la sintetasa están reguladas por un mecanismo de fosforilación-defosforilación, en el que la unión de una molécula de fosfato a la molécula de la enzima, modificará su actividad.La fosforilación de estas enzimas se consigue mediante la acción de una CINASA que inhibe la SINTETASA y activa la FOSFORILASA.Esta CINASA es CALCIO (Ca++), por lo que a mayor presencia de Ca++, actuará más y activará la glucógeno fosforilasa.El Glucógeno se diferencia de los almidones en una mejor disponibilidad de la molécula de glucosa para ser fosforilada y una más rápida capacidad de resíntesis.La glucosa que no se necesita para suplir las necesidades energéticas del organismo, se almacena prioritariamente en el músculo y después en el hígado.

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En la recuperación post-ejercicio, cuando el músculo ha consumido su glucógeno, el hígado no absorbe cantidades significativas de glucosa, hasta que el músculo ha llenado, al menos parcialmente, sus depósitos de glucógeno.El proceso de la glucogénesis es parte de un mecanismo homeostático que opera cuando la concentración de glucosa sanguínea aumenta por encima del punto medio de sus límites normales [80 a 100 mg/100 ml].

Poco después de una comida, mientras la glucosa se absorbe con rapidez la sangre se desvía rápidamente hacia el hígado por el sistema portal. En este sitio la sangre deja gran cantidad de moléculas de glucosa para almacenarse como glucógeno.El resultado de la glucogénesis es que la concentración de glucosa en sangre disminuye lo suficiente para restablecer su nivel normal.Las células musculares al igual que las células hepáticas, tienen un ritmo muy elevado de glucogénesis.En casos de dietas pobres en carbohidratos, la poca glucosa que se ingiere tiende a almacenarse en el músculo y no en el hígado.En estado de reposo, el consumo de glucosa por el músculo es controlado por acción de la insulina.El músculo puede también usar LACTATO, junto con la glucosa, para la formación de glucógeno dentro del músculo, lo cual significa que después de un ejercicio intenso, cuando se acumula lactato, éste se convertirá en glucógeno.

GLUCOGÉNESIS

GLUCÓGENO↑

Glucógenosintetasa ↑

GLUCOSA DIFOSFATO DE URIDINA DE GL [UDPG] │ ↑ │ pirofosforilasaMEMBRANA ↑ CELULAR → GLUCOSA 1-PO4 │ ↑ │ fosfoglucomutasa ↓ HEXOQUINASA ↑ GL.....................+ ATP ------------------------------> GLUCOSA 6 PO4

GLUCOCINASA

En el hígado, la formación y almacenamiento de glucógeno tiene lugar a partir de otros precursores además de la glucosa: GLICEROL, ÁCIDO LÁCTICO y AMINOÁCIDOS, lo cual se conoce como gluconeogénesis que se verá más adelante.La máxima producción de glucógeno en el hígado a partir de estos precursores [gluconeogénesis], coincide con niveles bajos de GLICEMIA, por ejemplo en ejercicios prolongados y en los períodos de ayuno.Otras células no pueden realizar este proceso: las células cerebrales por ejemplo, son especialmente vulnerables pues no pueden formar o almacenar glucógeno y, por lo tanto, dependen de una provisión constante de glucosa en la sangre.

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La cantidad total de carbohidratos que se puede almacenar en el organismo en forma de GLUCOGENO, es relativamente pequeña, localizándose sobre todo en el músculo, hígado y algo en el LEC.ADULTO NO OBESO DE 70 Kg.: En músculo ............. 300 a 600 gr/kg En hígado................. 60 a 90 gr/kg En el L.E.C................ 8 a 11 grkg

Estas cantidades varían según la dieta, rica o pobre en carbohidratos.

REACCIONES BIOQUIMICAS DE LA GLUCOGENESIS

1. GLUCOSA 6PO3= -------------→ GLUCOSA 1PO3

=

2. GLUCOSA 1PO3= -------------→ URIDINDIFOSFATOGLUCOSA (UDPG)

3. UDPG + (C6)n -------------→ UDP + (C6)n+1

GLUCOGENÓLISISLas moléculas de glucógeno no se quedan permanentemente en las células, sino que finalmente se desdoblan (hidrolizan). Este proceso de "desdoblamiento de glucógeno" se llama glucogenólisis y es lo contrario de la glucogénesis.El glucógeno es degradado por la acción de la enzima fosforilasa (PHOS) a GLUCOSA 1P, que pasaría después por acción de una mutasa a GL6P.La PHOS inicia la degradación del glucógeno, rompiéndolo en unidades de GL1P.

La activación de la PHOS puede realizarse de dos maneras:1. Mediante la elevación de los niveles de Calcio libre [con lo cual la activación estará relacionada con la contracción muscular]2. Por los cambios en las concentraciones de hormonas [fundamentalmente Adrenalina e Insulina] que se aumentan con el ejercicio.Por ejemplo, en ejercicios muy cortos de tipo isométrico, en los que el flujo de sangre al músculo está restringido, predominará la activación mediada por la liberación de Calcio por el retículo sarcoplasmático. En circunstancias de tensión emocional grande y en ejercicios de larga duración, prima la activación hormonal.

Supuestamente todas las células poseen las enzimas para desdoblar glucógeno en Glucosa6PO4, pero solamente las hepáticas, renales y de mucosa intestinal tienen FOSFATASA, lo que permite que la glucosa salga de la célula.El término glucogenólisis significa cosas distintas en cada célula: En los músculos el producto es Glucosa6PO3

= que luego experimenta glucólisis. El hígado produce glucosa libre que puede salir de la célula y aumenta la glicemia, lo cual es entonces un mecanismo homeostático de glucosa en sangre.La glucogenólisis conserva la glicemia en un rango normal solamente durante unas horas, ya que el cuerpo puede almacenar solamente pequeñas cantidades de glucógeno.

C GLUCOGENO

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A ↓ ↓P (fosforilasa)

MEMBRANA ↓I CELULAR ↓ INTERIOR DE LA CÉLULA HEPÁTICA

GLUCOSA-1 PO3=

L ↓↓

A (fosfoglucomutasa) FOSFATASA ↓

R GLUCOSA -<---------------<------------------<----- GLUCOSA-6 PO3=

GLUCONEOGÉNESISLa gluconeogénesis se describe como “la producción de glucosa a partir de fuentes que no son carbohidratos”.Durante un período de ayuno de más de 12 horas o durante el ejercicio prolongado, la glucosa tiene que formarse a partir de sustratos alternativos para mantener la concentración de glucosa en sangre [glicemia: 70 a 120 mg/dL]. La gluconeogénesis es el proceso en el que la glucosa se origina a partir de:

Glicerol liberado por la hidrólisis de los triglicéridos. Lactato [de la glucólisis anaeróbica en eritrocitos y músculo estriado activo]. Aminoácidos [rotura de proteína muscular].

LOCALIZACIÓNEn el hígado y en ayuno prolongado también puede darse en la corteza renal. Son reacciones que se llevan a cabo en el citoplasma, excepto por lo que se refiere al primer paso, la carboxilación del piruvato, que tiene lugar en la mitocondria.

La gluconeogénesis no es simplemente el proceso inverso a la glucólisis. Algunas de las reacciones de ésta son reversibles y son comunes para las vías glucolítica y gluconeogénica.La gluconeogénesis llena las necesidades de glucosa del cuerpo cuando no se dispone de suficiente cantidad de carbohidratos en la dieta. Se necesita un suministro continuo de glucosa como fuente de energía, especialmente para el sistema nervioso, los eritrocitos y para proveer de ésta a los músculos en actividad. Es también requerida por el tejido adiposo como fuente de triglicéridos y glicerol.La glucosa es el único combustible que provee de ENERGÍA al músculo esquelético en condiciones anaerobias. La gluconeogénesis es utilizada para depurar la sangre de los productos del metabolismo de otros tejidos, por ejemplo, el lactato producido por el músculo y los eritrocitos, y el glicerol, que es producido continuamente por el tejido adiposo. El hígado es entonces un órgano muy importante en la homeostasia de la glicemia.Esta vía metabólica es muy importante porque algunos tejidos como el cerebro, son muy dependientes de la glucosa como combustible primario.Los eritrocitos también requieren glucosa.

Los requerimientos diarios de glucosa por el cerebro de un adulto normal, son del orden de 120 gr. El organismo completo requiere 160 gr. de glucosa al día.La cantidad total de glucosa presente en los líquidos corporales es de unos 20 gramos.

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Las reservas de glucosa son suficientes para cubrir las necesidades de solamente un día, o sea, para mantener la glicemia en límites normales.

En período de ayuno mayor debe formarse glucosa de fuentes no glúcidas para sobrevivir. La gluconeogénesis es por esto importante en los períodos de ejercicio intenso. La vía gluconeogénica convierte el PIRUVATO en GLUCOSA.La gluconeogénesis comienza unas 6 – 12 horas tras una comida y es la principal fuente de glucosa una vez que se han agotado los depósitos de glucógeno. Los precursores no carbohidratos de la glucosa entran en la vía principalmente a nivel de piruvato, oxalacetato y dihidroxiacetona fosfato.

El principal papel de la gluconeogénesis es el mantenimiento de la glicemia y el aprovisionamiento de la glucosa para encéfalo y glóbulos rojos durante el ayuno. Un cociente glucagón / insulina aumentado activa la gluconeogénesis y produce la inhibición recíproca de la glucólisis. En el músculo, el cortisol activa la rotura de proteínas, liberando especialmente alanina y glutamina [sustratos para la gluconeogénesis].

GLUCONEOGÉNESIS HEPÁTICAEl lactato se forma en el músculo esquelético activo cuando la velocidad de la glucólisis supera a la velocidad metabólica del ácido cítrico y de la cadena respiratoria.Los aminoácidos se derivan de las proteínas de la dieta y, durante el ayuno, de la destrucción de proteínas en el músculo esquelético.La hidrólisis de triglicéridos en las células adiposas libera glicerol y ácidos grasos.El Glicerol es un precursor de la glucosa pero los ácidos grasos no pueden convertirse en glucosa. Dicho de otra forma, el AcetilCoA no puede convertirse en Piruvato u Oxalacetato.

El principal órgano donde tiene lugar la gluconeogénesis es el hígado.También se produce gluconeogénesis en la corteza renal, pero la cantidad total de glucosa formada en el riñón es la 1/10 parte de la formada en el hígado debido a la menor masa renal.

La gluconeogénesis en hígado y riñón, ayuda a mantener el nivel de glucosa sanguínea de modo que el cerebro y el músculo puedan extraer suficiente glucosa para atender sus demandas metabólicas.

VÍA DE LA GLUCONEOGÉNESIS

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GLUCONEOGÉNESIS EN EL HÍGADO

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1. CONVERSIÓN DEL PIRUVATO A FOSFOENOL PIRUVATOLa conversión del piruvato a PEP se produce a través de dos reacciones:1a. Carboxilación del piruvato a oxalacetato. La piruvato carboxilasa se encuentra en la mitocondria, pero la PEP carboxicinasa y las otras enzimas involucradas se hallan todas en el citoplasma. El oxalacetato formado es incapaz de cruzar la membrana mitocondrial interna. Por tanto es reducido a malato, que es transportado al citoplasma donde es reoxidado. La actividad de la piruvato carboxilasa depende de la presencia de Acetil-CoA y requiere de la vitamina biotina [Vit B8] como cofactor.1b. Descarboxilación y fosforilación del oxalacetato por la PEP carboxicinasa.

2. HIDRÓLISIS DE LA FRUCTOSA 1,6 BISFOSFATOLa hidrólisis de la fructosa 1,6 bisfosfato por la fructosa 1,6 bisfosfatasa esquiva la reacción PFK [ paso limitante de la velocidad de la glucólisis].

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3. HIDRÓLISIS DE LA GLUCOSA 6 FOSFATOLa hidrólisis de la glucosa 6 fosfato por la glucosa 6 fosfatasa esquiva la reacción irreversible de la glucoquinasa para formar glucosa libre. Esta enzima es específica del hígado.

La membrana plasmática de la mayoría de las células es muy permeable al lactato y al piruvato. Ambas sustancias difunden desde el músculo estriado activo hasta la sangre y son transportadas al hígado. Se produce ácido láctico pero circula lactato.Se transporta mucho más lactato que piruvato debido a la alta proporción NADH/NAD+ en el músculo estriado en contracción.El lactato que entra en el hígado se oxida a piruvato, una reacción favorecida por la baja proporción NADH/NAD+ en el citoplasma del hepatocito. El piruvato entonces se convierte en glucosa por la vía gluconeogénica del hígado. La glucosa pasa después a la sangre y es absorbida por el músculo esquelético.

El hígado suministra glucosa para la contracción del músculo estriado, el cual obtiene ATP a partir de la conversión glucolítica de la glucosa en lactato. La glucosa se sintetiza de nuevo a partir de lactato por el hígado.El único fin de la reducción del piruvato al lactato es regenerar NAD+ para que la glucólisis pueda continuar en el músculo esquelético activo y en los eritrocitos. Las conversiones antes mencionadas constituyen el CICLO DE CORI:El HÍGADO CONVIERTE EN GLUCOSA EL LACTATO y LA ALANINA producidos por la actividad del músculo esquelético. Durante la contracción del músculo esquelético, en condiciones anaeróbicas, la velocidad de producción de piruvato por la glucólisis excede a su velocidad de oxidación por el ciclo de Krebs.

GLUCOSA ─────────────────>GLUCOSA 6~ P GLUCONEOGÉNESIS GLUCÓLISIS 2~ P

PIRUVATO PIRUVATO

LACTATO <───────────────── LACTATO EN EL HÍGADO EN EL MÚSCULO

CONTROL HORMONAL DE LA HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA

La concentración de glucosa en sangre es regulada por diversos mecanismos tanto hormonales como nerviosos.Actúan en el control 5 glándulas endocrinas: islotes de Langerhans (páncreas), adenohipófisis, corteza suprarrenal, médula suprarrenal y tiroides. De estas por lo menos 8 hormonas intervienen.

Las células Beta de los islotes de Langerhans en el páncreas secretan la INSULINA.Está comprobado que la Insulina por algún mecanismo acelera el transporte de glucosa a través de la membrana celular.También aumenta la actividad de la enzima glucocinasa [enzima que cataliza la fosforilación de la glucosa para transformarla en GLUCOSA 6PO4 en el citoplasma].La insulina aumenta la glucogénesis y aumenta la catabolia de la glucosa.

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CICLO DE CORI. EL HÍGADO CONVIERTE EN GLUCOSA EL LACTATO FORMADO POR EL MÚSCULO ACTIVO. ESTE CICLO TRANSFIERE AL HÍGADO PARTE DE LA CARGA METABÓLICA DEL MÚSCULO ACTIVO.

Liberada tras una comida rica en carbohidratos la insulina aumenta la síntesis y por tanto la cantidad de las enzimas Glucocinasa, PFK y piruvato cinasa, lo cual se conoce como inducción. El incremento en la síntesis de las tres enzimas, en su conjunto, producen un aumento de la glucólisis.

La glucogénesis lenta con almacenamiento lento resultante de glucógeno, disminución de la catabolia de la glucosa y aumento de la glicemia son originados por DEFICIENCIA DE INSULINA.Los islotes de Langerhans poseen también células ALFA que secretan GLUCAGÓN.La Insulina disminuye la glucosa en sangre y el Glucagón la aumenta.

El glucagón, la noradrenalina, la adrenalina y el cortisol son, todas, hormonas catabólicas.El GLUCAGÓN aumenta la actividad de la fosforilasa, la cual acelera la glucogenólisis hepática [interviene en la transformación de Glucógeno en glucosa 1PO4] liberando mayor cantidad de glucosa hacia la sangre.

La ADRENALINA es una de las hormonas secretadas por la médula suprarrenal durante estados de tensión emocional o alarma.

La Adrenalina y la noradrenalina tienen algunos efectos similares al Glucagón: Aumentan la actividad de la fosforilasa y por consiguiente aumenta la glicemia. Aumentan la glucogenólisis hepática, pero principalmente la muscular. Incrementan la lipólisis en el tejido adiposo. Estimulan la degradación de proteínas.

La liberación de adrenalina por la médula suprarrenal es mediada por factores nerviosos, ya que la médula forma parte del sistema simpático. EL GLUCAGÓN ACELERA ÚNICAMENTE LA GLUCOGENÓLISIS HEPÁTICA.Estudios recientes sugieren que el papel del Glucagón es más relevante que el de la adrenalina en la activación de la glucogenólisis hepática.

La hormona adrenocorticotrópica [ACTH] [secretada por la adenohipófisis] y los glucocorticoides [hormonas producidas en la corteza suprarrenal] aumentan la glicemia.La ACTH estimula la corteza suprarrenal para incrementar su secreción de glucocorticoides, los cuales aceleran la gluconeogénesis, desdoblando por hidrólisis las proteínas tisulares a aminoácidos. Entran más aminoácidos [a.a.] a la circulación y llegan al hígado donde los hepatocitos los convertirán en nueva glucosa.Sale más glucosa de las células hepáticas y aumenta la glicemia.

La hormona del crecimiento [somatotropina] también aumenta la glicemia, ya que produce un cambio en la catabolia de los carbohidratos y en la de las grasas en los sitios en que se acumula, por lo tanto se movilizan más grasas que se catabolizan.Casi todas las hormonas provocan aumento de glicemia, es decir, son hiperglicemiantes.

LA GLUCOSA SANGUÍNEA [glicemia]Las fuentes de glucosa sanguínea son, en resumen:A. De los carbohidratos de la dieta.B. Por obtención de glucosa por gluconeogénesis.C. Del glucógeno hepático por glucogenólisis.

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A. DE LOS CARBOHIDRATOS DE LA DIETA.La digestión de la mayor parte de los carbohidratos de la dieta forma glucosa, galactosa o fructosa, los cuales son transportados al hígado a través de la vena porta. La galactosa y la fructosa son fácilmente convertibles en glucosa en el hígado.

B. DE VARIOS COMPUESTOS GLUCOGÉNICOS POR MEDIO DE LA GLUCONEOGÉNESISEJEMPLOS:1. El lactato formado por la oxidación de la glucosa en el músculo esquelético y en los eritrocitos, es transportado al hígado y a los riñones donde es resintetizado a glucosa, la cual queda disponible en la sangre (Ciclo de Cori).

2. El glicerol del tejido adiposo se deriva de la glucosa sanguínea por transformación en hígado y riñones. Igualmente en estos dos sitios el glicerol se transforma en glucosa por gluconeogénesis.

3. De los aminoácidos transportados desde el músculo al hígado, el que predomina es la ALANINA que por TRANSAMINACION se transforma en PIRUVATO, que seguirá la vía que lo requiera.

TRES ESTADIOS DE LA HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA

La homeostasia de la glucosa puede dividirse en tres estados básicos: posprandial, de ayuno y de inanición. Este último puede subdividirse en temprano y tardío dado que los combustibles disponibles dependen del grado de privación de nutrientes.

Es importante saber que la homeostasia de la glucosa es un proceso dinámico. No hay límites bien definidos entre los distintos estados, sino que hay cierto grado de solapamiento entre ellos, ya que la disponibilidad de sustratos y las influencias hormonales están cambiando continuamente.

ESTADO POSPRANDIALEs el período comprendido entre las 0 y las 4 horas después de una comida:

1. Un aumento de la glucosa plasmática produce liberación de insulina por las células del páncreas. La disponibilidad de sustrato y el incremento de la insulina estimulan la síntesis tisular de glucógeno, triglicéridos y proteínas. Por tanto, es un estado anabólico.

2. La glucosa, como ya se ha dicho, es el único combustible para el encéfalo. La captación es independiente de la insulina.

3. El músculo y el tejido adiposo también utilizan glucosa. La captación por estos tejidos es insulinodependiente.

Un aumento de la glucosa y de la insulina en el hígado activa la glucocinasa. Ésta, a diferencia de la hexocinasa, no es inhibida por la glucosa-6-fosfato, capacitando al hígado a responder a los elevados niveles de glucosa en sangre que se producen tras una comida. La glucocinasa fosforila la glucosa, como ya sabemos, que pude usarse para glucogénesis, evitando así la hiperglicemia. La hexocinasa presente en la mayoría de las células, opera a niveles máximos paralelamente con glicemia baja.

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ESTADO DE AYUNASEs el período entre 4 y 12 horas tras una comida, llamado estado postabsortivo:

1. La rotura de los depósitos de glucógeno hepático proporciona glucosa para su oxidación por el cerebro. Estos depósitos sólo duran entre 12 y 24 horas.

2. La hidrólisis de los depósitos de triglicéridos libera ácidos grasos, que se utilizan como combustible preferentemente por el músculo y el hígado.

3. El músculo también puede emplear como combustible a su propio glucógeno.

Todos estos procesos son activados por el aumento de la proporción entre glucagón e insulina. Se produce una activación de la glucógeno fosforilasa y de la lipasa sensible a hormonas por la fosforilación y, de este modo, de la rotura del glucógeno y de la lipólisis.

ESTADO DE INANICIÓNEstado de inanición precozUna vez que se ha utilizado el glucógeno hepático, se requiere un sustrato alternativo que pueda proporcionar glucosa:

1. La noradrenalina y el cortisol activan la degradación de las proteínas musculares, liberándose aminoácidos, en especial alanina y glutamina.

2. Hidrólisis de los depósitos de triglicéridos [de tejido adiposo], liberándose glicerol.Tanto los aminoácidos como el glicerol son utilizados por el hígado para la gluconeogénesis.

3. La glucosa producida es empleada por el encéfalo.

4. Los ácidos grasos liberados a partir de los triglicéridos también los usa el hígado para fabricar cuerpos cetónicos, que pueden ser utilizados por los tejidos periféricos, así como por el encéfalo.

Estado de inanición tardíoEs el período de inanición de más de 16 días, hasta el fallecimiento. En la inanición prolongada la rotura de proteína muscular se enlentece. Esto se debe a que hay una menor necesidad de glucosa por la vía de la gluconeogénesis, ya que el cerebro se adapta a utilizar más cuerpos cetónicos, fenómeno al que contribuye a que el músculo utilice como combustible casi exclusivo a los ácidos grasos.

HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA EN EL EJERCICIOVelocistasLas carreras de velocidad suponen un ejercicio anaeróbico.

En el músculo, durante la actividad intensa, sólo hay tiempo para la glucólisis anaeróbica, dando lugar a acúmulo de lactato.

El lactato difunde fuera del músculo y es llevado al hígado, donde es oxidado para dar piruvato, que puede entonces ser convertido de nuevo en glucosa por la vía de la gluconeogénesis.

La glucosa formada difunde fuera del hígado y puede volver al músculo para ser utilizada como combustible.Esta serie de reacciones es lo que conocemos como Ciclo de Cori.

Carreras de larga distanciaLos corredores de larga distancia realizan un ejercicio aeróbico.

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El organismo no almacena el glucógeno suficiente para proporcionar la energía necesaria para correr distancias largas. Al comienzo de la carrera se consumen hidratos de carbono y tras una horade ejercicio se comienzan a oxidar las grasas.El tipo y la cantidad de sustrato empleado varían con la intensidad y duración del ejercicio de manera similar a como sucede en la inanición. Al agotarse los depósitos de glucógeno, un aumento en glucagón, noradrenalina y adrenalina, estimulan la lipólisis, liberando ácidos grasos para que los utilice el músculo, con el fin de tratar de conservar glucosa.Un aumento de estas hormonas unido a un incremento del cortisol, produce una estimulación de la gluconeogénesis y una degradación de proteína en el músculo. Estos cambios son similares a los del estado de ayuno, pero la diferencia consiste en que el nivel de cuerpos cetónicos en sangre es bajo. Se ignora si esto se debe a que no están siendo sintetizados o a que están siendo oxidados inmediatamente a su formación.

ACCIONES FISIOLÓGICAS DE LA INSULINA

TEJIDO ADIPOSO1. Incrementa la entrada de glucosa a las células2. Síntesis incrementada de ácidos grasos libres3. Síntesis incrementada de glicerolfosfato4. Almacenamiento aumentado de glicerolfosfato5. Activación de la lipoproteín-lipasa6. Inhibición de la lipasa sensible a hormonas

MÚSCULO1. Entrada incrementada de glucosa a la miofibra2. Síntesis incrementada de glucógeno3. Captación de aminoácidos incrementada4. Síntesis incrementada de proteínas a nivel ribosómico5. Catabolismo protéico disminuido

HÍGADO1. Cetogénesis disminuida2. Síntesis protéica aumentada3. Síntesis lipídica aumentada4. Liberación de glucosa disminuida por decremento de

gluconeogénesis e incremento de glucogénesis

METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS

Un segundo grupo de compuestos orgánicos vital para el organismo humano es el de los lípidos. Al igual que los carbohidratos, son sustancias compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, pero no tienen una proporción de hidrógeno sobre oxígeno de 2 a 1. Además, es usual que la cantidad de oxígeno de los lípidos sea menor que la de los carbohidratos.

La mayoría de los lípidos no son solubles en agua, pero sí se disuelven fácilmente en sustancias como el alcohol, el cloroformo y el éter. Entre los grupos de lípidos se incluyen los de grasas, fosfolípidos [lípidos que contienen fósforo], esteroides, carotenos, vitaminas E y K y prostaglandinas. Dado que se trata de un grupo de compuestos muy diversos, en este punto se comentan solamente las grasas.

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LA INSULINA ES UNA HORMONA ANABÓLICA PORQUE PRODUCE CRECIMIENTO CELULAR.

Una molécula de grasa [triglicérido] consiste en dos componentes básicos, glicerol [glicerina] y ácidos grasos. Una molécula de grasa está formada por la combinación de una de glicerol con tres de ácidos grasos. Esta reacción, al igual que la descrita con respecto a la formación de los disacáridos, es de síntesis por deshidratación. Durante la hidrólisis, una molécula de grasa se transforma en ácidos grasos y glicerol.

Las grasas saturadas son las que no tienen enlaces dobles entre ningún par de sus átomos de carbono. Poseen únicamente enlaces covalente entre dichos átomos, y todos y cada uno de éstos se encuentran unidos al número máximo posible de átomos de hidrógeno, que son los que las saturan.Las grasas saturadas [además de algo de colesterol] están presentes ante todo en alimentos de origen animal, como las carnes de vaca y cerdo, la mantequilla, la leche entera, los huevos y los quesos. También forman parte de algunos productos de origen vegetal, como la manteca de cacao y los aceites de palma y de coco. El hígado humano usa algunos productos de la catabolia de las grasas saturadas para la producción de colesterol.

Las grasas insaturadas son las que contienen uno o más enlaces covalentes dobles entre sus átomos de carbono, y no están saturadas completamente por átomos de hidrógeno. Son ejemplos de ellas los aceites de olivo y de cacahuate, y se trata de grasas que no afectan de modo significativo a las concentraciones de colesterol.

Las grasas poliinsaturadas son las que poseen dos o más enlaces covalentes dobles entre sus átomos de carbono. Entre ellas se incluyen los aceites de maíz, cártamo, girasol, semilla de algodón, sésamo y soya, que los investigadores consideran útiles para disminuir las concentraciones sanguíneas de colesterol.Las grasas son la fuente más concentrada de energía para el cuerpo humano.

En comparación con proteínas y carbohidratos, aportan más del doble de energía por unidad de peso. Sin embargo, en términos generales son 10 a 12 % menos eficientes que los carbohidratos, como fuente de energía.Gran parte de las calorías de las grasas se desperdician y, en consecuencia, no están disponibles para su uso por el organismo.Los ácidos grasos son un combustible esencial y una fuente de energía principal. La dieta aporta mucha de la grasa empleada por el organismo, pero una serie de tejidos también puede sintetizar de novo grasa a partir de Acetil-CoA.

SÍNTESISLa síntesis de ácidos grasos, o lipogénesis, consiste en una serie de reacciones cíclicas en las que se “construye” una molécula de ácido graso mediante la adición secuencial de dos unidades de carbono derivados de Acetil-CoA a una cadena de ácido graso en crecimiento.La síntesis de ácidos grasos no es tan sólo el reverso de la vía degradativa [es decir, la oxidación], sino que consta asimismo de su propio conjunto de reacciones.La síntesis de ácidos grasos se lleva a cabo en el citoplasma de las células principalmente de hígado, tejido adiposo y glándulas mamarias durante la lactancia. Se produce una pequeña cantidad en el riñón.Teniendo en cuenta que la utilización de los lípidos como fuente energética tiene consecuencias metabólicas determinantes, como el ahorro del glucógeno muscular y

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hepático, que inciden en la capacidad de resistencia del organismo al ejercicio, consideremos la degradación de los lípidos o lipólisis en la producción de ATP, como tema central de este capítulo.

GENERALIDADESAl igual que los carbohidratos, los ácidos grasos están compuestos por C, H y O, pero la proporción entre H y O no es de 2 a 1. Contienen una larga cadena de hidrocarburos y un grupo terminal carboxilato o carboxilo [COOH-]. De la fórmula general: CH3 (CH2)nCOOHLa mayor parte de los lípidos no son solubles en agua pero se disuelven fácilmente en algunas sustancias como alcohol, cloroformo o éter.

La cantidad de grasa ingerida en la dieta en un día varía desde 25 a 160 gr. Esta masa de sustancias grasosas de la dieta son GRASA NEUTRA (o TRIGLICÉRIDOS), la cual está compuesta por GLICEROL o glicerina enlazado con 3 moléculas de ácidos grasos. Las grasas son la fuente de Energía más concentrada que se encuentra en el organismo. De hecho, proporciona 2 veces más calorías que los carbohidratos y las proteínas a igualdad de peso.

Los ácidos grasos se separan del glicerol en el intestino delgado principalmente por la acción digestiva de la LIPASA pancreática [la lipasa también es secretada en pequeña cantidad por el estómago y el intestino delgado].También se requieren las sales biliares para que la digestión de grasas sea completa.

Los productos terminales de la digestión de las grasas son ÁCIDOS GRASOS, GLICEROL Y GLICÉRIDOS [mono, di y triglicéridos].Los ácidos grasos después de haber sido absorbidos en el intestino ya separados del glicerol, vuelven a unirse a este último para formar quilomicrones [grasa neutra, fosfolípidos y colesterol] los cuales van al conducto torácico, luego a la sangre y finalmente a las células de todos los tejidos corporales.Cuando estos quilomicrones, ya como grasa almacenada, se van a utilizar para la producción de energía, nuevamente se desdoblan en ácidos grasos y glicerol [los constituyentes de la grasa neutra].Los ácidos grasos se almacenan como grasas neutras o triglicéridos.Los ácidos grasos llegarán a las células para transformarse en ATP por la vía del AcetilCoa. La descomposición de los ácidos grasos es estrictamente aerobia.En el hígado, gran parte de las grasas también se emplean para formar en especial, COLESTEROL y FOSFOLÍPIDOS.En las llamadas células grasas o adipositos los triglicéridos constituyen hasta 95% de la masa celular.

FUNCIONES DE LOS ÁCIDOS GRASOSLos ácidos grasos tienen 3 funciones:1. Forman parte de la estructura de fosfolípidos y glucolípidos [componentes de las membranas de las células].2. Hay derivados de ácidos grasos que actúan como hormonas o como mensajeros intracelulares [testosterona, estrógenos, colesterol, etc.]

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3. Los ácidos grasos son moléculas combustibles.

Debido a que a pH fisiológico se encuentran ionizados, es apropiado referirse a ellos en su forma de carboxilato, por ejemplo palmitato, oleato, linoleato.Los AG suelen tener un número par de átomos de carbono, generalmente entre 14 y 24 .Los más comunes son los AG entre 16 y 18 carbonos.Los triglicéridos son depósitos de energía altamente concentrada puesto que están en forma reducida y anhidra.

El rendimiento de la oxidación completa de los ácidos grasos es de alrededor de 9 Kcal/gr (9 Cal/gr), a diferencia de las aprox. 4 Cal/gr que se obtiene de los CHO y las proteínas.1 gramo de glucógeno seco retiene aproximadamente 2 gr. de agua.1 gramo de grasa anhidra acumula más de 6 veces la misma energía que un gramo de glucógeno hidratado, razón por la cual los triglicéridos son el principal reservorio de energía.Un hombre de 70 kg tiene como reserva energética en promedio:

COMBUSTIBLE RESERVA ENERGÉTICA TRIGLICÉRIDOS 100.000 Cal

PROTEÍNAS 25.000 Cal (especial/.músculo) GLUCOGENO 600 Cal GLUCOSA 40 CalLos triglicéridos constituyen aproximadamente 11 Kg. de su peso corporal (15.7%). El sitio de acumulación de los triglicéridos o grasas es el citoplasma de los adipositos.

O ║ O CH2–O–C–R1 CH2OH R1– COO- ║ │ lipasas │ │ R2 – C – O – CH O + 3 H2O OH–CH + R2–COO- + 3H+

│ ║ │ │ CH2 –O–C–R3 CH2OH R3 – COO-

TRIGLICÉRIDO GLICEROL ÁCIDO GRASO

ROTURA O DEGRADACIÓN DE LOS LÍPIDOS [LIPÓLISIS]Los depósitos de triglicéridos del tejido adiposo sirven como la mayor reserva de combustible del organismo. Los ácidos grasos son fácilmente movilizados para proporcionar energía durante el ejercicio o el ayuno prolongados. La oxidación de las grasas produce unas 9 Cal/g de energía, comparado con sólo 4 Cal/g en el caso de las proteínas y de los carbohidratos.

DEFINICIÓNLa degradación de los lípidos es el proceso por el que se eliminan de modo secuencial dos unidades de carbono de la molécula de un ácido graso, produciendo Acetil-CoA, que puede entonces ser oxidado a CO2 y H2O por el ciclo de Krebs.

La degradación de los lípidos se lleva a cabo en muchos tejidos, especialmente en hígado y músculo. Algunos tejidos son incapaces de oxidar ácidos grasos, en concreto el cerebro,

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los glóbulos rojos y la médula suprarrenal, porque no disponen de las enzimas necesarias.

LOS CUATRO ESTADIOS DE LA DEGRADACIÓN DE LÍPIDOS

1. Hidrólisis de triglicéridos por la lipasa: lipólisisLa lipólisis tiene lugar en el citoplasma de las células adiposas. La hidrólisis de un triglicérido produce glicerol y ácidos grasos libres. Los ácidos grasos libres viajan por la corriente sanguínea ligados a la albúmina y son captados para ser oxidados por el músculo o las células hepáticas.

2. Activación de los ácidos grasosAntes de que puedan ser oxidados, los ácidos grasos se activan uniéndose al CoA para formar moléculas de Acil-CoA, lo cual sucede en el citoplasma celular.

3. Transporte a la mitocondriaLa β - oxidación se produce en la matriz mitocondrial. Las moléculas de Acil-CoA son transportadas al interior de la mitocondria por la lanzadera dela carnitina.

4. β - oxidación Las moléculas de Acil-CoA dentro de la matriz mitocondrial sufren (oxidación, una secuencia cíclica de cuatro reacciones: oxidación, hidratación, oxidación, tiólisis. El resultado es el acortamiento de la cadena del ácido graso en dos átomos de carbono por secuencia. Los dos carbonos son eliminados como acetil-CoA.Para ácidos grasos saturados de número par esto es la regla, pero se necesitan otras enzimas para la oxidación de los ácidos grasos insaturados y los de número impar.

3 2 1H3C – (CH2)n – CH2 – CH2 – CH2 – COOH

ω β α

El proceso de oxidación de un ácido graso se iniciacon la ruptura del enlace entre los carbonos α y β.

ACTIVACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS Y SU TRANSPORTE A LA MITOCONDRIA MEDIANTE LA LANZADERA DE LA CARNITINA

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1. Se transfiere el grupo acilo del CoA a la carnitina mediante la carnitina aciltransferasa I, enzima hallada en la cara citoplasmática de la membrana mitocondrial interna.

2. La acilcarnitina es transportada a través de la membrana, mediante la translocasa, hasta la matriz mitocondrial.

3. El grupo acilo se transfiere de vuelta a la CoA mediante la carnitina aciltransferasa II, localizada en la superficie interna de la membrana mitocondrial interna.

4. La carnitina vuelve al lado citoplasmático en intercambio por otra acilcarnitina.

ACTIVACIÓN Y TRANSPORTE DE ÁCIDOS GRASOS

La actividad de la lipasa de la célula adiposa está regulada por hormonas.La Adrenalina, Noradrenalina, Glucagón y la hormona ACTH estimulan el Adenilato Ciclasa [enzima citoplasmática que combinada con ATP forman AMPc, necesario para la acción de numerosas hormonas] de las células adiposas.Dicho de otra forma, la hidrólisis de los triglicéridos la realiza especialmente la NORADRENALINA, que activa, a través del AMP cíclico, una enzima del adiposito (Adenilato Ciclasa), que a su vez activa la lipasa del mismo, la cual realiza la hidrólisis de los triglicéridos en glicerol y ácidos grasos libres (AGL) que pasan a la sangre.

O ║ O CH2–O–C–R1 CH2OH R1– COO- ║ │ lipasas │ │ R2 – C – O – CH O + 3 H2O OH–CH + R2–COO- + 3H+

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│ ║ │ │ CH2 –O–C–R3 CH2OH R3 – COO-

TRIGLICÉRIDO GLICEROL ÁCIDO GRASO

LA ADRENALINA, LA NORADRENALINA, GLUCAGÓN Y ACTH PRODUCEN LIPÓLISIS.Por el contrario la Insulina inhibe la Adenilato Ciclasa, por lo cual reduce la lipólisis, es decir, la Insulina inhibe la lipólisis. El AMPc es el segundo mensajero en la regulación de la lipólisis en las células hepáticas. El primer mensajero son las hormonas.

LIPÓLISISEl suceso inicial en la degradación de las grasas es la hidrólisis de los depósitos de triglicéridos en el tejido adiposo. El triglicérido se convierte en glicerol y tres ácidos grasos libres en dos pasos:1. Una lipasa sensible a hormona hidrolisa el triglicérido en las posiciones C1 y C3 para formar monoacilglicerol.2. Una lipasa específica del monoacilglicerol elimina el ácido graso restante.El glicerol producido no puede ser metabolizado por el tejido adiposo porque este no contiene la glicerolquinasa.El glicerol es transportado al hígado, donde es fosforilado bien para ser utilizado de nuevo para fabricar triglicéridos o para convertirse en dihidroxiacetona-fosfato [DHAP], un producto intermedio de la glucólisis. Los ácidos grasos libres producidos son reconvertidos a triglicéridos en el tejido adiposo o viajan por la sangre hasta ser captados por las células para su oxidación.

ACTIVACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOSAntes de que puedan ser oxidados, los ácidos grasos se activan uniéndose al CoA para formar moléculas de Acil-CoA, lo cual sucede en el citoplasma celular.

Transporte de las moléculas de Acil-graso-CoA a la mitocondriaLa activación de los ácidos grasos tiene lugar en el citoplasma, pero las enzimas para la oxidación están en la matriz mitocondrial. La membrana mitocondrial interna es relativamente impermeable a las moléculasde Acil-CoA de cadena larga, de modo que es preciso un sistema especial detransporte para hacer pasar el ácido graso a su través. La lanzadera de la carnitina consta de tres enzimas: una translocasa y dos carnitina-aciltransferasas, CAT I y CAT II.

Activación de Ácidos Grasos a Acil-graso-CoALa acil-graso-CoA sintetasa [tiocinasa] activa los ácidos grasos uniéndolos al CoA. La reacción tiene lugar en la cara citoplasmática de la membrana mitocondrial externa y requiere ATP, que se hidroliza a AMP y pirofosfato, rompiendo un enlace fosfato de alta energía. La reacción se hace irreversible por la rápida hidrólisis del pirofosfato a dos fosfatos inorgánicos libres mediante la pirofosfatasa, consumiendo un segundo enlace de fosfato de alta energía.

VÍA DE LA β - OXIDACIÓN

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CUERPOS CETÓNICOS

Cuando la catabolia de las grasas se produce a un ritmo acelerado como sucede durante la actividad física muy intensa, en la diabetes o durante el ayuno, se forman cantidades excesivas de moléculas de AcetilCoa, las cuales son condensadas en el hígado formando ácido acetoacético de 4 Carbonos .

El ácido acetoacético o ácido acético se clasifica como un CUERPO CETONICO y se puede convertir en otros dos cuerpos cetónicos denominados ACETONA y ACIDO BETAHIDROXIBUTIRICO, proceso llamado CETOGENESIS .Ambos, la acetona y los cetoácidos, son llamados en conjunto CUERPOS CETONICOS, cuya formación recibe el nombre de cetogénesis. Son productos del metabolismo intermedio de los ácidos grasos y aminoácidos cetogénicos.

Las células hepáticas oxidan una pequeña parte de los cuerpos cetónicos para satisfacer sus propias necesidades de energía, pero casi todos los demás se transportan por la sangre hacia

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otras células tisulares para transformarse de nuevo en AcetilCoa y oxidarse por la vía del ciclo del ácido cítrico.

Cuando hay disminución de carbohidratos o dificultad para su empleo por falta de insulina, aparecen las sustancias cetónicas aumentadas en la sangre, constituyendo una de las causas de acidosis, transtorno metabólico que recibe el nombre de CETOSIS .El hígado no posee enzimas adecuadas para convertir todos los cuerpos cetónicos en alguno de los productos intermedios de la glucólisis de modo que los libera en la sangre.

CETOGÉNESIS

La síntesis de cuerpos cetónicos comienza durante los primeros días de privación de nutrientes y aumenta al adaptarse el encéfalo al empleo de cuerpos cetónicos como combustible principal, reduciéndose, por tanto, su necesidad de glucosa.

Una vez que tiene lugar una síntesis significativa de cuerpos cetónicos, se observa una disminución del nivel de la gluconeogénesis de los aminoácidos. El resultado es una reducción en la rotura de la proteína muscular, por lo que se ahorran proteínas.

Tras 2 o 3 semanas de ayuno, el músculo reduce el uso de cuerpos cetónicos y utiliza casi exclusivamente ácidos grasos, lo que da lugar a un incremento de los cuerpos cetónicos disponibles para el encéfalo.

La cetogénesis y la gluconeogénesis están en equilibrio para garantizar el empleo eficaz de los combustibles metabólicos durante la inanición. La gluconeogénesis activa la cetogénesis.Disminuyendo el oxalacetato se asegura que la concentración de Acetil CoA exceda la capacidad oxidativa del Ciclo de Krebs, por lo cual el AcetilCoA puede usarse para la síntesis de cuerpos cetónicos.

UTILIZACIÓN DE LOS CUERPOS CETÓNICOS

Los cuerpos cetónicos son transportados por la sangre a varios tejidos, principalmente corazón, músculo y cerebro, donde se oxidan en la mitocondria dando Acetil-CoA, que puede entrar en el Ciclo de Krebs. Los cuerpos cetónicos constituyen una importante fuente de energía para estos tejidos. En efecto, el corazón emplea cuerpos cetónicos como combustible, antes que glucosa. El hígado, aún siendo el lugar de síntesis, no puede usar los cuerpos cetónicos porque carece de la 3-cetoacil-CoA transferasa.RESUMEN

La principal fuente de energía para el músculo liso son los ácidos grasos.

El catabolismo de los ácidos grasos difiere del correspondiente al glicerol. El primer paso consiste en una serie de reacciones que reciben el nombre de BETA OXIDACIÓN [los AG de cadena larga son degradados por oxidación en el carbono BETA].

H3C ─ (CH2)n ─ CH2 ─ CH2 ─ COOH ω ß α

Los átomos de carbono 2 y 3 a menudo se indican como α y ß, respectivamente. El átomo de C del extremo distal de la cadena se llama carbono w.

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Las enzimas de las células hepáticas extraen, de la larga cadena de átomos de carbono que constituyen la molécula de ácido graso, pares de dichos átomos. Acto seguido, transforman algunos fragmentos en AcetilCoa, que todas las células pueden catabolizar y convertir en ATP.Dicho de otra manera, los ácidos grasos se desdoblan por un proceso llamado Beta oxidación, en fragmentos de 2 Carbonos, la AcetilCoa, la cual, como ya sabemos entra al ciclo del ácido cítrico.

Cuando la catabolia de las grasas se produce a un ritmo acelerado como sucede durante la actividad física muy intensa, en la diabetes o durante el ayuno, se forman cantidades excesivas de moléculas de AcetilCoa, las cuales son condensadas en el hígado formando ácido acetoacético de 4 Carbonos.

El ácido acetoacético o ácido acético se clasifica como un CUERPO CETÖNICO y se puede convertir en otros dos cuerpos cetónicos denominados ACETONA y ÁCIDO BETAHIDROXIBUTIRICO, proceso llamado CETOGÉNESIS.

O O OH∥ ∥ │

CH3 – C – CH2OOH CH3 – C – CH3 CH3 – CH – CH2 – COOH

ACETOACETATO ACETONA β - HIDROXIBUTIRATO

Ambos, la acetona y los cetoácidos, son llamados en conjunto CUERPOS CETONICOS, cuya formación recibe el nombre de cetogénesis. Son productos del metabolismo intermedio de los ácidos grasos y aminoácidos cetogénicos.

Las células hepáticas oxidan una pequeña parte de los cuerpos cetónicos para satisfacer sus propias necesidades de energía, pero casi todos los demás se transportan por la sangre hacia otras células tisulares para transformarse de nuevo en AcetilCoa y oxidarse por la vía del ciclo del ácido cítrico.

Cuando hay disminución de carbohidratos o dificultad para su empleo por falta de insulina, aparecen las sustancias cetónicas aumentadas en la sangre, constituyendo una de las causas de acidosis, trastorno metabólico que recibe el nombre de CETOSIS.

COLESTEROLLas lipoproteínas son complejos macromoleculares hidrosolubles en los que se distinguen cuatro componentes principales: COLESTEROL, TRIGLICÉRIDOS, FOSFOLÍPIDOS Y APOPROTEINAS. Contienen también cantidades reducidas de carbohidratos.Tradicionalmente, las lipoproteínas se han venido clasificando como QUILOMICRONES [lipoproteínas de gran tamaño], lipoproteínas de muy baja densidad [VLDL = very low density lipoproteins], lipoproteínas de baja densidad [LDL = low density lipoprotein] y lipoproteínas de alta densidad (HDL = high density lipoprotein) .

Corrientemente se habla de COLESTEROL "MALO" y COLESTEROL "BUENO". El primero es el colesterol VLDL y LDL ,o sea, los de baja densidad que tienen la posibilidad de adherirse a las paredes de las arterias y el segundo, el HDL que se encarga de "barrer" al primero .

Los niveles normales de COLESTEROL en sangre en el adulto son:

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VLDL...................................................................... 8 a 30 mg/dLLDL........................................................................ hasta 130 mg/dLHDL......................................................... Hombres: 35 a 55 mg/dL Mujeres: 45 a 65 mg/dLCOLESTEROL NORMAL TOTAL [adulto]........... 130 a 200 mg/dL

Una molécula de colesterol está integrada por:

VLDL + LDL + HDL = COLESTEROL13% 70% 17%

Colesterol de muy baja densidad [VLDL = very low density lipoproteins], lipoproteínas de baja densidad [LDL = low density lipoprotein] y lipoproteínas de alta densidad (HDL = high density lipoprotein). El colesterol es un esteroide del grupo del los esteroles, siendo a la vez un alcohol con 27 carbonos. Los esteroides forman un grupo de compuestos lípidos cíclicos que pueden ser considerados derivados de un hidrocarburo progenitor común:

CICLOPENTANOPERHIDROFENANTRENO

Los esteroides pueden ser clasificados en las siguientes categorías:ESTEROLES ÁCIDOS BILIARESHORMONAS SEXUALES MASCULINAS HORMONAS SEXUALES FEMENINASCORTICOSTEROIDES ADRENALES VITAMINA D

El mejor conocido de los esteroles es el colesterol. Se encuentra en todas las células animales y abunda particularmente en el sistema nervioso.La mayor parte del colesterol del cuerpo se origina por síntesis: cerca de 1 gramo al día, mientras que sólo aproximadamente 0.3 gr. al día se ingiere en la dieta promedio.El colesterol es eliminado por dos vías principalmente:1. La conversión en ácidos biliares 2. Excreción como esteroles neutros en las heces.El colesterol es típicamente un producto del metabolismo animal y ocurre, entonces, en los alimentos de origen animal como la carne, hígado, sesos y yema de huevo.El colesterol se sintetiza principalmente en el hígado, pero también en la corteza suprarrenal, piel, intestino, ovario, testículos, aorta y pulmón.

VALORES NORMALES DE COLESTEROL SEGÚN EDAD [Mg/100ml.]Recién nacidos 110 a 160Niños de 1 a 12 meses 70 a 170De 2 a 14 años 140 a 240Adultos 130 a 200

El colesterol en la sangre se encuentra bajo 2 formas: una LIBRE y otra en forma de ESTERES.El colesterol libre se encuentra en el eritrocito y en el plasma.Los ésteres del colesterol se encuentran sólo en el plasma.En el plasma se encuentran esteres de colesterol y colesterol libre.50 a 70 % del colesterol plasmático se encuentra en forma de ésteres de colesterol.Tanto fosfolípidos [lecitina concentrada especialmente en el sistema nervioso] como colesterol, son constituyentes principales de las membranas celulares e intracelulares.

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NÚCLEO DELCICLOPENTANOPERHIDROFENANTRENO

El colesterol de la alimentación toma varios días para estar en equilibrio con el colesterol plasmático y varias semanas para estarlo con el colesterol de los tejidos.El colesterol libre en el plasma y en el hígado se equilibra en pocas horas. De los lípidos séricos el colesterol es de los que más a menudo han sido señalados como el principal agente comprometido en la producción de aterosclerosis y enfermedad de las arterias coronarias. Aproximadamente la mitad del colesterol eliminado del cuerpo es excretado en las heces después de ser convertido en sales biliares y secretado al intestino por la vesícula biliar.El precursor de todas las hormonas esteroideas es el colesterol, que en lugar de ser un producto de conversión final, se almacena en las células productoras de esteroides.En las suprarrenales y en las gónadas las hormonas hipofisiarias [ACTH y gonadotropinas] estimulan la síntesis de hormonas esteroideas.El colesterol pasa por una serie de transformaciones enzimáticas graduales, hasta dar sus productos finales, metabólicamente activos: En la corteza suprarrenal se producen hormonas esteroideas, de las cuales se han identificado como 30 hormonas y todas ellas son derivadas de colesterol.El colesterol cumple dos grandes funciones biológicas: es un componente estructural de las membranas celulares y es el compuesto del que se derivan las hormonas esteroideas, la vitamina D y las sales biliares.Como puede observarse en el siguiente cuadro, la síntesis de las hormonas esteroideas se origina en el colesterol para concluir en tres productos básicos: aldosterona, hidrocortisona y hormonas sexuales,

C O L E S T E R O L

PREGNENOLONA

PROGESTERONA 17-OH- PREGNENOLONA│ │

II-DESOXICORTICOSTERONA 17-OH- PROGESTERONA│ │ │ │ ANDRÓGENOS

CORTICOSTERONA II-DESOXICORTISOL │ │ TESTOSTERONA│ │ ESTRADIOL

18-OH-CORTICOSTERONA │ │

ALDOSTERONA CORTISOL │[HIDROCORTISONA]

───────────────────── ──────────────── ───────────MINERALOCORTICOIDES GLUCOCORTICOIDES ANDRÓGENOS

P R O T E I N A SEl tercer grupo importante de compuestos orgánicos son las proteínas, cuya estructura es mucho más compleja que la de carbohidratos y lípidos. Son uno de los principales componentes de las estructuras celulares y guardan relación con muchas actividades fisiológicas. Por ejemplo, en la forma de enzimas, aceleran muchas reacciones bioquímicas indispensables.

Otras proteínas desempeñan funciones necesarias: los anticuerpos son proteínas que protegen al organismo contra microbios invasores, también lo son algunas hormonas, que regulan funciones corporales.En cuanto a sus componentes, las proteínas siempre incluyen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las

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proteínas, al igual que los monosacáridos lo son respecto de los carbohidratos y los ácidos grasos y glicerol con relación a las grasas.

En la síntesis proteica se combinan aminoácidos para formar moléculas más complejas, con la liberación de moléculas de agua. Se trata de reacciones de síntesis por deshidratación, y los enlaces que unen a los aminoácidos reciben el nombre de enlaces peptídicos.La combinación de dos aminoácidos da por resultado la formación de un dipéptido, y al agregarse a éste un aminoácido más se tiene un tripéptido.La adición de más aminoácidos a un tripéptido origina la formación de polipéptidos, que son moléculas proteicas grandes. Son por lo menos 20 los aminoácidos de que están compuestas las proteínas.

Si bien la estructura básica de todos los aminoácidos es la misma, se diferencian por la presencia de átomos adicionales o el ordenamiento de grupos de átomos. La diversidad de posibles proteínas es muy amplia, ya que cada variación en el número o el ordenamiento de los aminoácidos puede dar origen a una proteína diferente. Ello equivaldría a emplear un alfabeto de 20 letras para formar palabras, donde cada aminoácido correspondería a una letra y cada proteína a una palabra.

Para propósitos prácticos puede considerarse que existen 20 aminoácidos como constituyentes de las proteínas en el ser humano. De éstos, alrededor de 10 pueden ser sintetizados por el propio organismo y los restantes 10 deben ser ingeridos con la alimentación, por lo cual son llamados aminoácidos nutricionalmente esenciales.

AMINOÁCIDOS ESENCIALES AMINOÁCIDOS NO ESENCIALES

Arginina* Fenilalanina Alanina GlisinaHistidina Treonina Asparagina ProlinaIsoleucina Triptófano Ácido Aspártico SerinaLeucina Valina Cisteína TirosinaLisina Metionina Ácido Glutámico Glutamina

* Arginina: esencial sólo para bebés y niños.Las proteínas se utilizan escasamente como fuente de energía, siempre y cuando se ingieran carbohidratos y grasa en cantidades suficientes o se disponga de una reserva adecuada de grasas.

Una parte del CATABOLISMO de las proteínas [proteólisis] se lleva a cabo diariamente, aunque se trata más bien de catabolismo parcial.El organismo extrae las proteínas de las células muertas, como los eritrocitos, y las desdobla en aminoácidos libres.

Algunos a.a. se convierten en otros, se forman nuevos enlaces peptídicos, y se sintetizan nuevas proteínas [ANABOLISMO]. Dado el caso de agotamiento de otras fuentes de energía, el organismo cataboliza grandes cantidades de proteínas, que dan origen a CO2

y H2O.

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Respecto al metabolismo de los aminoácidos la ANABOLIA ocupa un lugar principal y la catabolia es secundaria, ya que las proteínas son especialmente alimentos que construyen tejidos.

En general, se pueden dividir en dos tipos diferentes: PROTEÍNAS ESTRUCTURALES y PROTEÍNAS GLOBULARES. Estas últimas son principalmente enzimas.

La catabolia proteínica al igual que la de las grasas consiste en dos etapas:La primera ocurre principalmente en las células hepáticas y la segunda es el ciclo del ácido cítrico y se efectúa en todas las células.La primera etapa en la catabolia proteínica se llama desaminación, reacción por virtud de la cual un radical amino [NH2] se separa de una molécula de aminoácido y así se forman una molécula de amoníaco y una de cetoácido.Los a.a. que llegan al hígado pueden transformarse por dos vías metabólicas: 1. DESAMINACION OXIDATIVA 2. TRANSAMINACION

Por la desaminación oxidativa el aminoácido, perdiendo hidrógeno, se transforma en iminoácido que, al hidrolizarse, origina un CETOACIDO y AMONIACO. El hidrógeno separado se fija a la coenzima FAD que lo transporta hasta el O2 para formar agua.El amoníaco formado no constituye un término final, puesto que es un producto tóxico, inadecuado para la eliminación del nitrógeno, por lo cual se combina con CO2 y forma UREA [NH2-CO-NH2].

CLASIFICACIÓN FUNCIONAL DE LAS PROTEÍNAS

TIPO DE PROTEÍNA DESCRIPCIÓN

ESTRUCTURAL

REGULADORA

CONTRÁCTIL

INMUNITARIA

DE TRANSPORTE

CATALÍTICA

Componente de las estructuras de diversas partes del cuerpo. Ejemplos, la queratina de la piel, el pelo y las uñas, y la colágena del tejido conectivo. Desempeña funciones de tipo hormonal y regula diferentes procesos. Ejemplo: la insulina que regula la glicemia.Forma la estructura contráctil del tejido muscular. Ejemplos: Actina y Miosina.Desempeña las funciones de anticuerpo, es decir, de sustancia que protege al cuerpo contra microorganismos invasores. Ejemplo la gammaglobulina. Transporta sustancias vitales por el cuerpo. Ejemplo: la hemoglobina que transporta el oxígeno y el bióxido de carbono por la sangre.Desempeña las funciones de Enzima y regula las reacciones bioquímicas. Ejemplos: Amilasa, Lipasa, lactasa, etc.

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La UREA representa 60 a 90 % de los compuestos nitrogenados y se deriva, como ya se dijo, de la desaminación de proteínas.[Se valora como UREA o como NITRÓGENO UREICO. EL LUGAR DE FORMACIÓN DE LA UREA ES EL HÍGADO.

REACCIONES CLAVE DEL METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

Hay dos reacciones principales esenciales para el metabolismo de los aminoácidos: desaminación oxidativa y transaminación.

LA DESAMINACIÓN OXIDATIVA ELIMINA EL GRUPO AMINOEl primer paso en el desdoblamiento de aminoácidos tiene lugar cuando se separa el grupo AMINO [NH2] del aminoácido, fenómeno llamado DESAMINACION, el cual se efectúa en el hígado y en los riñones, pero especialmente en el primero.Por ejemplo, la ácido glutámico deshidrogenasa elimina el grupo amino del ácido glutámico dejando el esqueleto de carbono [-cetoácidos]En siguiente término las células de estos órganos transforman el NH2 en AMONIACO [NH3] y finalmente en UREA, compuesto que se excreta en la orina.

El destino de la porción restante del aminoácido depende del compuesto del que se trate.El ser humano excreta el exceso de nitrógeno como amoníaco, urea y ácido úrico , especialmente con la orina.

ÁCIDO GLUTÁMICO ------------------------ -CETOGLUTARATO + NH4

Ac. Glut. DHGasa

AMINOÁCIDO → desaminación → CETOÁCIDO + NH4

↙ ↘CICLO DE KREBS lipogénesis UREA

gluconeogénesis

Todos los grupos amino se transfieren finalmente al α-ceto glutarato porque solo el ácido glutámico puede presentar desaminación oxidativa rápida.La ácido glutámico deshidrogenasa elimina el grupo amino del ácido glutámico dejando el esqueleto de carbono. El amoníaco formado entra en el ciclo de la urea y los esqueletos de carbono [α-cetoácidos] son todos productos intermedios glucolíticos y del ciclo de Krebs.LA TRANSAMINACIÓN CONVIERTE UN AMINOÁCIDO EN OTRO

La TRANSAMINACION es una reacción catalizada por las enzimas llamadas transaminasas o aminotransferasas[presentes en el citoplasma y en las mitocondrias], la cual consiste en la conversión de aminoácidos en cetoácidos [o ácidos cetónicos] y viceversa. Las transaminasas catalizan la transferencia del grupo -amino [NH3] de un aminoácido a un -cetoácido [bien sea piruvato, oxalacetato o más a menudo -cetoglutarato].El resultado de la acción de estas enzimas genera como productos, aminoácidos como ALANINA, GLUTAMATO [ACIDO GLUTAMICO] y ASPARTATO [ACIDO ASPARTICO].

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Algunos a.a., entonces, se transforman en ácidos cetónicos y después en Acetil CoA. Otros en Ac. Pirúvico, y otros más en los ácidos del ciclo de Krebs [los cuales pueden transformarse también en Glucosa o grasa].Todas las transaminasas requieren piridoxal fosfato [PLP], un derivado de la vitamina B6, como cofactor.

En resumen, la rotura de aminoácidos abarca dos estadios: La eliminación de los grupos amino por la transaminación y la desaminación

oxidativa. Catabolismo de los esqueletos de carbono.

Los esqueletos de carbono de los aminoácidos pueden metabolizars a productos intermedios del ciclo de Krebs y de la vía gluconeogénica.

En efecto, la rotura de los 20 aminoácidos converge para producir 7 productos: Piruvato, AcetilCoa, Aceto Acetil CoA, α-ceto glutarato, Succinil CoA, Fumarato y Oxalacetato.

Según el estado energético de la célula, estos productos pueden oxidarse para generar energía o emplearse para la síntesis de glucógeno o grasa.Metabólicamente los aminoácidos pueden clasificarse en dos tipos: cetogénicos y glucogénicos.

Los a.a. que se degradan hasta dar AcetilCoa o AcetoAcetilCoA y, por tanto, son capaces de formar cuerpos cetónicos: sólo la leucina y la lisina son puramente cetogénicos.

Los a.a. glucogénicos son aquellos que se pueden degradar hasta piruvato o bien hasta uno de los productos intermedios del ciclo de Krebs. Pueden ser derivados hacia la gluconeogénesis para sintetizar glucosa y / o glucógeno.

La síntesis o anabolismo de las proteínas es un fenómeno que tiene lugar en los ribosomas de casi todas las células del organismo y está regulado por el DNA y el RNA de las células.Las proteínas así formadas son los componentes principales de estructuras celulares, enzimas, anticuerpos y muchas secreciones glandulares.

Las dietas ricas en proteínas son esenciales durante los años de crecimiento y el embarazo, o cuando existe daño tisular por enfermedad o lesión.

DESTINO DE LOS ESQUELETOS CARBONADOS DE LOS AMINOÁCIDOS

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RESUMEN DEL METABOLISMO

GRASAS GLUCOSA AMINOÁCIDOS HEXOCINASA

HIDRÓLISIS GLUCOSA 6PO4 GLUCOGENO DESAMINACIÓN

GLICEROL HÍGADO ÁCIDOS

GRASOS ÁCIDO PIRÚVICO CETOACIDO ÁCIDO LÁCTICO

- OXIDACIÓN UREA ACETIL CoA ----- ----

CETOGÉNESIS ( EN HÍGADO (

( (CETONAS

V I T A M I N A SLas vitaminas son moléculas orgánicas contenidas en los alimentos, que se requieren para el metabolismo normal, pero que no pueden ser sintetizadas en cantidades adecuadas por el cuerpo humano. Una deficiencia fisiológica de cualesquiera de éllas conduce a un conjunto de síntomas de enfermedad que pueden desaparecer con la administración de la vitamina implicada.Se clasifican en dos grupos: VITAMINAS HIDROSOLUBLES y VITAMINAS LIPOSOLUBLES.Las vitaminas A, D, E y K son liposolubles, y por tanto, están íntimamente relacionadas con la absorción de las grasas.Las NUEVE vitaminas hidrosolubles son las siguientes:

TIAMINA [VITAMINA B1]

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MITOCONDRIA

CADENA DETRANSPORTE DEELECTRONES

CICLO DEKREBS

RIBOFLAVINA [VITAMINA B2, VITAMINA Q, VITAMINA G]NIACINA [VITAMINA B3, VITAMINA PP, ácido nicotínico o nicotinamida)ACIDO PANTOTENICO [VITAMINA B5]PIRIDOXINA (VITAMINA B6)BIOTINA [VITAMINA B8, VITAMINA H]ACIDO FOLICO [VITAMINA B9, BC, M, B10, B11, folacina]CIANOCOBALAMINA (VITAMINA B12)ACIDO ASCORBICO (VITAMINA C)

Las vitaminas hidrosolubles incluyen al grupo del COMPLEJO B y la VITAMINA C. Dado que son solubles en agua, por lo general se asocian con el compartimiento líquido del cuerpo.Las vitaminas hidrosolubles deben suministrarse en forma continua en la dieta aún cuando las concentraciones de saturación tisular pueden no agotarse durante meses (vit.C) o aún años (vit. B12 ).Las vitaminas hidrosolubles se encuentran juntas en los mismos alimentos. Cereales de grano entero, legumbres, vegetales de hojas verdes, carne y productos lácteos,son buenas fuentes de todas ellas, excepto del ácido ascórbico y la vitamina B12.El ácido ascórbico se encuentra en las frutas y los vegetales frescos, especialmente en las frutas cítricas.La vitamina B12 es sintetizada por microorganismos que crecen en la tierra, el agua e intestino. En estado natural se encuentra en la carne, pescado, huevos y leche.

VITAMINAS LIPOSOLUBLES

A- [RETINOL] Se forma de provitamina CAROTENO de los vegetales, en el intestino.En los productos animales, la vitamina A de la alimentación existe como ésteres de RETINOL de ácidos grasos de cadena larga.En los vegetales, la vitamina de la alimentación existe como una pro-vitamina en forma de ß-carotenos, los cuales son pigmentos amarillos. Se almacena en el hígado.Contribuye a conservar la integridad y el funcionamiento adecuado del tejido epitelial y de las membranas celulares.Es esencial para la formación de rodopsina, pigmento importante de los bastoncitos de la retina.Regula la actividad de osteocitos y osteoblastos y de esta manera participa en el crecimiento de huesos y dientes.Se halla en la mantequilla, hígado, huevos, acelgas, zanahoria, col, brócoli, espinacas.D- [Calciferol] En presencia de los rayos del sol, la provitamina D3 (derivado del colesterol),se convierte en vitamina D en la piel.Es indispensable para la absorción del calcio y del fósforo a nivel intestinal, contribuyendo al mantenimiento del calcio y del fósforo en la sangre.Participa con la hormona paratiroidea en la regulación del metabolismo del calcio.El uso deficiente del calcio en los niños causa raquitismo y osteomalacia en los adultos.Se halla en la cebolla, leche, mantequilla, yema de huevo, hígado de res y en los pescados.Su carencia se acompaña de pérdida del tono muscular y ligamentoso y raquitismo.

K- [del danés Koagulation]. Vitamina antihemorrágica. Filoquinona] Es sintetizada por la flora bacteriana del intestino y por lo tanto no necesita suministrarse en la alimentación.

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NO HAY B4

NO HAY B7

Requiere para su absorción, como las demás vit. liposoluble, de la presencia de sales biliares y jugos pancreáticos, que son encargados de la absorción normal de grasas.Interviene en el mantenimiento de las concentraciones normales de factores de la coagulación, los cuales son sintetizados en el hígado. Es indispensable para la síntesis de PROTROMBINA en el hígado y por lo tanto, para la coagulación sanguínea normal.También se le conoce como vitamina antihemorrágica.Participa como cofactor de la fosforilación oxidativa en la formación de ATP a partir de ADP.Se halla en las espinacas, col, coliflor y alfalfa.

E- [alfa-TOCOFEROL]. Es un aceite presente en los vegetales,en particular en el trigo y en las semillas de arroz y de algodón. Aceite de soya, maní, chocolate y maíz.Actúa como antioxidante natural soluble en grasas y desempeña un papel específico en el metabolismo del selenio.Se almacena en hígado y tejido adiposo y muscular.Al parecer inhibe el catabolismo de algunos ácidos grasos que participan en la formación de estructuras celulares,en especial membranas. Es decir, protege a los lípidos de membrana de su oxidación.Es necesaria para la formación de DNA, RNA y eritrocitos.Se piensa que protege el hígado contra los efectos de sustancias tóxicas.Se le atribuye papel importante en la fertilidad, pero no se ha demostrado en el ser humano.Se debe administrar a embarazadas, durante lactancia, a prematuros y recién nacidos a término para evitar distrofia muscular, desmielinización, atrofia testicular, implantación defectuosa del huevo en el útero.

VITAMINAS HIDROSOLUBLES

TIAMINA (vit.B1). La tiamina interviene en los sistemas metabólicos del cuerpo, principalmente como PIROFOSFATO DE TIAMINA actuando como CoEnzima de 24 enzimas glucolíticas que convierten el ácido pirúvico en CO2 y H2O.Indispensable para la síntesis de Acetilcolina.Este compuesto funciona como Co-carboxilasa (como CoEnzima) en la descarboxilación del ácido pirúvico, previo al ciclo de Krebs y también del alfa-Cetoglutárico, en este último.La deficiencia de Tiamina origina: menor utilización del Ácido Pirúvico y algunos aminoácidos por los tejidos y una mayor utilización de las grasas. Dicho de otra manera, su falta conduce a la alteración de la resíntesis de ATP, debido a lo cual tiene lugar una acumulación de los ácidos pirúvico y láctico.La tiamina es necesaria entonces, para el metabolismo final de los carbohidratos y de varios aminoácidos. Es probable que la falta de utilización de estos nutrientes, sea factor responsable de la debilidad que acompaña a la deficiencia de tiamina.La demanda de vitamina B1 en el organismo se encuentra en dependencia del trabajo y de la carga física.El sistema nervioso central requiere para su funcionamiento casi por completo del metabolismo de los carbohidratos .En caso de deficiencia de Tiamina la utilización de glucosa por el S.N.C. puede ser disminuída hasta en un 50% ,con compromiso importante en el funcionamiento neuronal.Puede causar su deficiencia: degeneración de las vainas de mielina de la fibras nerviosas y atrofia muscular y debilidad, lo cual es llamado beriberi.

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NIACINA [Vit. B3, Vit. PP, ACIDO NICOTINICO O NICOTINAMIDA]. Funciona en el cuerpo como CoEnzima en forma de NAD y NADP. Estas coenzimas son aceptoras de hidrógenos que se combinan con átomos de H,cuando son liberados por el desdoblamiento de los nutrientes , por acción de diversos tipos de enzimas llamadas deshidrogenasas.Actúa en el metabolismo del alcohol, lactato y alfa-hidroxibutirato.En el metabolismo de los lípidos inhibe la síntesis de Colesterol y participa en las reacciones catabólicas.La causa más notoria de la deficiencia de Niacina es la lesión de piel llamada PELAGRA,ocasionada por mala alimentación y alcoholismo crónico.El aminoácido precursor de la niacina es el TRIPTOFANO, es decir, que buena parte de este aminoácido se convierte en el organismo en ácido nicotínico.La pelagra se caracteriza por dermatitis, diarrea, inflamación de las mucosas y síntomas mentales.

RIBOFLAVINA [B2] Normalmente se combina en los tejidos con ácido fosfórico para formar dos CoEnzimas: el FMN y el FAD, las que actúan como portadores de hidrógeno en varios sistemas oxidativos. Estos flavínnucleótidos: el flavínmononucleótido (FMN) se forma mediante la fosforilación de la Rivoflavina que depende del ATP y el flavínadeníndinucleótido (FAD) se forma por la transferencia de un AMP procedente de otra molécula de ATP al FMN.Una parte de ella la producen bacterias del tubo digestivo.Sus principales manifestaciones carenciales son: Queilosis (inflamación con fisuras en los ángulos de la boca), estomatitis, dermatitis seborréica y glositis.Se halla en el corazón, riñones e hígado de ternera, levadura de cerveza y en los huevos del bacalao.

PIRIDOXINA [B6] Sintetizada por las bacterias de las vías intestinales, es almacenada en hígado,músculos y cerebro.Suele participar como CoEnzima en el metabolismo de los lípidos, y es una CoEnzima indispensable para el metabolismo normal de los aminoácidos (actividad en desaminación,transaminación y descarboxilación).Participa en la formación de los anticuerpos circulantes.

CIANOCOBALAMINA [B12] Es la única vitamina del complejo B que no está presente en vegetales y que es un compuesto de COBALTO.Su absorción depende del ácido clorhídrico y del factor intrínseco, secretado por la mucosa gástrica.Es una CoEnzima necesaria para la formación de los eritrocitos y del aminoácido Metionina. Activa las CoEnzimas del ácido fólico. Es esencial para el crecimiento y replicación celulares por su acción en la síntesis de DNA y RNA.Mantiene la mielina normal de todo el sistema nervioso. Participa en el metabolismo de lípidos e hidratos de carbono, en el Ciclo de Krebs .Su deficiencia produce ANEMIA PERNICIOSA, debida a la maduración incompleta del eritrocito, como también disfunción del sistema nervioso causada por degeneración de los axones de la médula espinal, con pérdida de sensibilidad periférica y en casos muy graves, parálisis.Se halla en hígado, riñones, pescado y ostras.

ÁCIDO ASCÓRBICO [Vit. C] Sustancia antioxidante y reductora.

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Promueve numerosas reacciones metabólicas :metabolismo de las proteínas, incluido el depósito de colágeno en la formación del tejido conectivo.Participa en la reducción y absorción del hierro. Trabaja en conjunción con los anticuerpos.Experimenta descomposición con el calor y se almacena en el tejido glandular y el plasma.Su deficiencia, rara hoy en día, produce el escorbuto que se presenta con dificultada para la curación de lesiones de piel por el compromiso del colágeno.Es necesaria para la conversión de la forma inactiva del ácido fólico a la forma activa del ácido folínico.Facilita la absorción del hierro al reducirlo de forma férrica a ferrosa cuya absorción es más completa.Aumenta la resistencia a las infecciones, tanto de tipo viral como bacterianas.Estimula la cicatrización de heridas.Actúa en la formación de hemoglobina y en la maduración del eritrocito.

BIOTINA [Vit.B8, Vitamina H, Coenzima R] Sintetizada por bacterias intestinales.Es una CoEnzima necesaria para la conversión del ácido pirúvico en ácido oxaloacético y para la síntesis de ácidos grasos y purinas. CoEnzima de varias carboxilasas para la fijación del CO2 (Carboxilación).Se halla en los huevos, hígado, maíz, champiñones, coliflor, chocolate y jalea real.

ACIDO PANTOTENICO [Vit.B5] Componente de la CoEnzima A, necesaria para la participación del ácido pirúvico en el ciclo de Krebs.Interviene en la gluconeogénesis,por la conversión de lípidos y aminoácidos en glucosa, y en la síntesis de Colesterol y esteroides.Producido por bacterias del T. Digestivo. Se almacena en hígado y riñones principalmente.Se halla en el hígado de ternera, yema de huevo y levadura de cerveza.

ACIDO FOLICO [Vit.B9, B10, B11]Es sintetizado por bacterias intestinales. Componente de sistemas enzimáticos de la síntesis de purinas y pirimidinas (compuestos que forman DNA y RNA). Interviene como coenzima en las reacciones de transferencia de grupos formilo, metilo e hidroximetilo. Interviene en la síntesis de ácidos nucléicos. Es indispensable para la leucopoyesis y la eritropoyesis normales.Su carencia produce eritrocitos anormalmente grandes. Se encuentra en hígado, espinacas, pepinos y espárragos.

REACCIONES BIOQUÍMICAS POR EL TRABAJO MUSCULAR

El músculo esquelético tiene tres tipos de fuentes energéticas cuya utilización varía en función de la actividad física desarrollada. Estas son: Sistema anaeróbico aláctico o sistema de los fosfágenos: Conversión de las reservas de alta energía de la forma de fosfocreatina (PC) y ATP

Sistema Anaeróbico láctico, glucólisis anaeróbica o sistema glucógeno-lactato: Generación de ATP mediante glucólisis anaeróbica

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Sistema Aeróbico o sistema oxidativo: Metabolismo oxidativo del acetil-CoA

Los sistemas energéticos funcionan como un continuum energético. Se puede definir a éste  como la capacidad que posee el organismo de mantener simultáneamente activos a los tres sistemas energéticos en todo momento, pero otorgándole una predominancia a uno de ellos sobre el resto de acuerdo a:

Duración del Ejercicio. Intensidad de la Contracción Muscular. Cantidad de Substratos Almacenados.

Así, en actividades de potencia [pocos segundos de duración y de elevada intensidad] el músculo utilizará el llamado sistema de los fosfágenos [ATP y fosfocreatina]; para actividades de alrededor de 60 segundos de duración a la máxima intensidad posible, utilizará preferentemente las fuentes de energía glucolíticas no oxidativas [metabolismo anaeróbico], mientras que para actividades de más de 120 segundos, el sistema aeróbico [metabolismo aeróbico] será el que soporte fundamentalmente las demandas energéticas.

Sistema anaeróbico aláctico o sistema del fosfágeno:

Este sistema proporciona la energía necesaria para la contracción muscular al inicio del ejercicio y durante ejercicios de muy alta intensidad y corta duración, Está limitado por la reserva de ATP (adenosintrifosfato) y PCr (fosfocreatina) intramuscular, que son compuestos de utilización directa para la obtención de energía.

Se le denomina aláctico porque no tiene acumulación de ácido láctico. El ácido láctico es un producto metabólico que puede producir fatiga muscular.

La cantidad de ATP almacenada en la célula muscular es tan pequeña que sólo permite la realización de un trabajo durante muy pocos segundos. Por tanto el ATP debe ser reciclado constantemente en las células; parte de la energía necesaria para la resíntesis de ATP en la célula muscular se realiza rápidamente y sin la participación del oxígeno a través de la transferencia de energía química desde otro componente rico en fostatos de alta energía, la fosfocreatina (PC).

El sistema del Fosfágenos funciona mediante el desmembramiento de un enlace de ATP. Este enlace puede almacenar de 8.000 a 9.000 calorías. Estas son liberadas en dos etapas, al subdividirse dos veces el ATP, primero en ADP [adenosindifosfato] y finalmente en AMP (adenosinmonofosfato).

El fosfato de creatina [PCr] posee un enlace de fosfato de alta energía, unas 10.300 calorías por mol., lo cual le permite suministrar energía para la reconstitución de ATP y de esta manera permitir un mayor período de utilización de fuerza máxima de hasta diez segundos de duración, suficientes para realizar series cortas de movimientos a máxima velocidad y potencia, también aplicable a una serie de ejercicios básicos. De esta manera concluimos que el Sistema del Fosfágeno es utilizado para esfuerzos musculares breves y de máxima exigencia.

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Sistema anaeróbico láctico o glucólisis anaeróbica:

Participa como fuente energética fundamental en ejercicios de sub-máxima intensidad (entre el 80 y el 90% de la CMI o capacidad máxima individual) y de una duración entre 30 segundos y 1 ó 2 minutos. Esta vía metabólica proporciona la máxima energía a los 20-35 segundos de ejercicio de alta intensidad y disminuye su tasa metabólica de forma progresiva conforme aumenta la tasa oxidativa alrededor de los 45-90 segundos.

El sistema anaeróbico láctico está limitado por las reservas intramusculares de glucógeno como sustrato energético. Esto significa que el combustible químico para la producción de ATP es el glucógeno almacenado en el músculo.

Este sistema energético produce menos energía por unidad de sustrato (menos ATP) que la vía aeróbica y como producto metabólico final se forma ácido láctico que ocasiona una acidosis que limita la capacidad de realizar ejercicio produciendo fatiga. El ácido láctico o lactato, es el resultado de un combustión muscular intensa, en ausencia de oxígeno (anaeróbico), es ácido, por lo que provoca una acidosis metabólica y por lo tanto una inhibición de la maquinaria bioquímica responsable de la producción de energía proveniente de la degradación de la glucosa sanguínea y del glucógeno muscular.Dependiendo de la duración del esfuerzo realizado se distinguen dos tipos de sistemas anaeróbicos.

El glucógeno almacenado en el músculo, tras la ingestión de glúcidos y en los momentos de poca actividad muscular, se puede degradar, cuando haga falta, por acción de la glucógeno fosforilasa en glucosa fosforilada, que es la utilizada para obtener energía.Las etapas iniciales del proceso de degradación de la glucosa, la glucólisis, se producen sin necesidad de la utilización de oxígeno, constituyendo lo que se conoce como la glucólisis anaeróbica. Durante esta glucólisis cada molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico y se producen dos moléculas netas de ATP.

Normalmente, el ácido pirúvico entra en las mitocondrias de las células musculares y, al oxidarse, forma una gran cantidad de ATP. Sin embargo, cuando la provisión de oxígeno es insuficiente para que se produzca esta segunda etapa oxidativa del metabolismo de la glucosa, la mayor parte del ácido pirúvico se convierte en ácido láctico, que difunde hacia el exterior de las células musculares y llega a la sangre. Por esta razón, gran parte del glucógeno muscular, en estas circunstancias, se convierte en ácido láctico pero, al hacerlo, se forman ciertas cantidades de ATP, aún sin tener oxígeno.Este sistema del glucógeno-ácido láctico puede formar moléculas de ATP con una rapidez 2,5 veces mayor que el mecanismo oxidativo de la mitocondria. Cuando se requieren grandes cantidades de ATP para un período moderado de contracción muscular, este mecanismo de glucólisis anaerobia se puede utilizar como fuente rápida de producción de energía.

SISTEMA ANAERÓBICO ALÁCTICO

SISTEMA ANAERÓBICO LÁCTICO

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Actúa sin recibir oxígeno o en una cantidad inapreciable

No produce ácido láctico Utiliza la propia energía del

músculo La duración del esfuerzo de alta

intensidad es de 0 a 15 - 20 segundos

Aparecen dos vías: o ATP (dura 2 - 3

segundos) ATP ---> ADP + P + Energía

o ATP + CP (dura de 2 a 15- 20 segundos) ADP + CP ---> ATP + C

Actúa sin recibir oxígeno Se produce ácido láctico,

provocando fatiga y disminuyendo la función celular

La duración del esfuerzo de alta intensidad varía de 15 - 20 segundos a 2 minutos

Se produce por degradación (lisis) del glucógeno (gluco) del músculo o de la glucosa proveniente del hígado, en ácido láctico (glucólisis)

Vía:

o ATP + carencia de O2 ---> ácido láctico

Sistema aeróbico u oxidativo:

Cuando un individuo realiza un esfuerzo a régimen constante (por ejemplo, corre, camina, pedalea o nada a intensidad uniforme) y este esfuerzo dura por algunas o por muchas decenas de minutos, la energía empleada por sus músculos deriva toda de la combinación del oxígeno con los azúcares o también con las grasas.Precisamente el mecanismo de producción de la energía que está a la base de estas combinaciones, oxígeno más azúcares, o también oxígeno más grasas, se llama "aeróbico".El oxígeno es el ingrediente vital que permite transformar el alimento en una fuente de energía utilizada por el músculo y es imposible sin su empleo desarrollar ejercicio físico por prolongados periodos de tiempo.El sistema aeróbico participa como fuente energética de forma predominante alrededor de los 2 minutos de ejercicio, siendo la vía energética de mayor rentabilidad y con productos finales que no producen fatiga. Es la vía metabólica más importante en ejercicios de larga duración.Su limitación puede encontrarse en cualquier nivel del sistema de transporte de oxígeno desde la atmósfera hasta su utilización a nivel periférico en las mitocondrias. Otra limitación importante es la que se refiere a los sustratos energéticos, es decir, a la capacidad de almacenamiento y utilización del glucógeno muscular y hepático, y a la capacidad de metabolizar grasas y en último extremo proteínas.

RESUMEN DE PARTICULARIDADES DE LOS SISTEMAS ENERGÉTICOS:

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SISTEMATIEMPO DE

PREDOMINANCIAINTENSIDAD

(CMI)COMBUSTIBLE

Anaeróbico aláctico

2" - 30" Alta: 90-100%Fosfocreatina (PCr) y

ATP

Anaeróbico láctico

30" - 60"Alta-media: 80-

90%Glucógeno y Glucosa

Aeróbico más de 120"Media-baja: hasta

el 75%Hidratos de carbono, grasas [y proteínas]

Como la cantidad de ATP existente en el músculo sólo alcanza para un trabajo muscular de una duración de casi 2 segundos, el ATP tiene que resintetizarse con mucha rapidez.

La existencia de ATP debe abastecerse continuamente, papel que lleva a cabo en el músculo el FOSFATO DE CREATINA o FOSFOCREATINA, el cual entrega al ADP su residuo de fosfato con la participación de la enzima creatínfosfocinasa [CPK].Cuando se dispone de cantidades suficientes de ATP, gran parte del mismo se emplea para formar PC [fosfocreatina], la cual se acumula y podrá emplearse para formar nuevo ATP.Normalmente el ADP no se desdobla porque la energía libre del enlace de fosfato terminal no puede emplearse directamente como fuente de energía para la contracción muscular y sólo se lleva a cabo cuando existe demanda inmediata de ATP: 2 A D P ----- A M P + ATP

La creatinina urinaria tiene su origen en la CREATINA, que se sintetiza a partir de Glicina y del grupo Amidina de la Arginina con la adición de un grupo metilo de metionina. hígado, riñón, páncreas ARGININA + GLICINA ------------------------ ÁCIDO GUANIDOACÉTICO hígado, riñón, páncreas

AC. GUANIDOACETICO + S-ADENOSIL METIONINA ------------------ CREATINA

HN=C ─ NH2 HN = C - NH2 │ CPK │ Pi + H2O N - CH3 + ATP --- N - CH3 + ADP CREATININA │ │ CH2 CH2 O │ ║ COOH O =C ─ O ─ P ─ OH

│OH

CREATINA FOSFOCREATINAEl fosfato de creatina se sintetiza únicamente cuando las miofibras están relajadas, a partir de ATP y Creatina y cuando la demanda de ATP es baja.

La enzima que cataliza la fosforilación de la creatina es la [CPK], que se eleva en forma insignificante en sangre, después de una actividad muscular extenuante. Es una enzima específica del músculo que tiene utilidad clínica en la identificación de transtornos agudos o crónicos del músculo.

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En los casos de infarto del miocardio se eleva entre 3 y 6 horas después de iniciado, con un nivel máximo a las 24 horas.

Durante la contracción intensa ocurre la reacción opuesta también anaeróbica, de derecha a izquierda.La creatina existe en músculos, cerebro y sangre, en estado libre y como fosfocreatina.

Durante un ejercicio de alta intensidad este proceso continúa hasta que la fosfocreatina almacenada es disminuida. La resíntesis de ATP en esta forma dura alrededor de 4 a 5 segundos en un esfuerzo máximo. A esto se añade los 1 a 2 segundos de energía disponible en el músculo y aproximadamente 7 segundos más de la producción de ATP.El trabajo de alta velocidad e intensidad en cortos períodos de tiempo ocurre sin la producción de lactato.

Los atletas de nivel internacional necesitan de 24 a 36 de descanso o realizar trabajo de muy baja intensidad antes de volver a un trabajo de máxima velocidad. Se recomienda, para alcanzar máximos resultados, series de 3 a 4 repeticiones con 2 a 3 minutos de recuperación y de 8 a 10 minutos entre series para permitir la resíntesis de ATP y de PC.

El promedio de recuperación para la resíntesis de PC es aproximadamente de 30 segundos [50%], 60 segundos [75%], 90 segundos [87%] y de 3 minutos [98%]. Es obvio el por qué son necesarios 2 a 3 minutos para recuperar entre repeticiones.

GLUCOGENÓLISIS y GLUCÓLISIS MUSCULAR

El primer paso de la transformación de materia tanto aeróbica como anaeróbica, es el desdoblamiento de glucógeno en moléculas de glucosa.La señal para el desdoblamiento de glucógeno debe partir de la concentración de Ca++ en la miofibra, la cual aumenta en el sarcoplasma al comienzo de la contracción muscular.El sarcoplasma del músculo esquelético contiene grandes reservas de glucógeno localizadas en gránulos cerca de las bandas I.

La glucosa liberada sufre glucólisis hasta piruvato. A más alta intensidad del trabajo, mayor será la producción de piruvato.El piruvato se transformará en ácido acético [AcetilCoA] y progresivamente hasta CO2 + H2O + ATP , en el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.

El ATP formado por el catabolismo del piruvato se utilizará para la contracción muscular.Al iniciarse una carga corporal se agotan los depósitos de ATP, los cuales son llenados nuevamente por el aprovechamiento de la reserva de FOSFOCREATINA.Sin embargo, según la intensidad del trabajo, los fosfatos ricos en energía sólo alcanzan aproximadamente para 20 segundos .

En efecto, al principio de la carga, ya son puestas a disposición energías a través de la glucólisis, pero el máximo apenas es alcanzado aquí, después de 40 segundos.De aquí en adelante la participación porcentual de la disponibilidad de energía por parte de la glucólisis empieza a decaer.

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Los procedimientos oxidativos [aerobios] se convierten finalmente en la fuente predominante de energía.

pORCENTAJEPOOPPOOPOPOPO

La anterior gráfica es una representación esquemática de la proporción de varios substratos que suministran Energía en relación con el suministro total de Energía.Con un ejercicio fuerte se agota primero la reserva de ATP el cual puede suministrar energía suficiente por un corto período.Al agotarse el ATP ya existe una demanda simultánea sobre la reserva de PC.Los fosfatos ricos en energía son suficientes para máximo 20 segundos, dependiendo de la intensidad.Al comienzo del ejercicio la energía ya se está suministrando a través de la glucólisis.La glucólisis alcanza su máximo de 30 a 40 segundos y luego participa en el suministro de energía en forma descendente.Los procesos oxidativos se tornan cada vez más importantes, hasta que finalmente se convierte en la única fuente de energía para el trabajo muscular [Keul, 1972].

RESUMEN El ATP que se requiere como fuente constante de energía para el ciclo contracción-relajación del músculo, puede ser producido por glucólisis, fosforilación oxidativa, el fosfato de creatina o creatínfosfato o 2 moléculas de ADP.La reserva de ATP en el músculo esquelético es de corta duración durante la contracción y sólo alcanza probablemente para menos de 2 segundos de contracción.En el músculo esquelético lento, el cual tiene abundantes reservas de O2 en la mioglobina, la fosforilación oxidativa es la fuente principal de regeneración del ATP.El músculo esquelético rápido regenera su ATP por glucólisis principalmente

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Porcentaje de disponibildadde Energía

Los fosfágenos como el fosfato de creatina [PC] impiden el rápido agotamiento del ATP mediante el abastecimiento de un fosfato de alta energía de fácil disposición, lo cual es todo lo que se necesita para reponer el ATP a partir de ADP.El fosfato de creatina [PC] se forma de ATP y creatina [ y nó directamente de los sustratos energéticos o nutrientes] en los momentos en que el músculo está relajado y la demanda de ATP no es grande .

COMPORTAMIENTO DEL PIRUVATO DURANTE EL TRABAJO MUSCULAR

El piruvato resulta como se ha dicho, de la transformación por glucólisis de la glucosa a nivel citoplasmático, el cual finalmente dentro de la mitocondria se transformará en CO2 y H2O. Se produce más cantidad de lactato que de piruvato en la miofibra durante un trabajo muscular pesado.

La concentración de piruvato en sangre nó influye en el pH, aún en trabajo pesado.[ piruvato ] arterial = 0.1 mMol\LLos valores más altos se registran en sangre después de un aumento progresivo de la carga, en el tercer minuto de recuperación.Aún 30 minutos de finalizada la carga, las concentraciones de piruvato en sangre arterial se encuentran aproximadamente 40% por encima del valor inicial, posiblemente por desintegración intensiva de los carbohidratos.

El piruvato sanguíneo es aprovechado por el corazón y el músculo estriado en reposo para su transformación en ATP.El piruvato nó se transforma en glucógeno en músculo, pero sí en hígado, el cual lo transforma en glucosa y glucógeno.

COMPORTAMIENTO DEL LACTATO DURANTE EL TRABAJO MUSCULAR

El Lactato se forma por HIDROGENACIÓN DEL PIRUVATO cuando este último no es totalmente transformado en la mitocondria debido a hipoxia y a disminución de enzimas oxidativas. El lactato y el piruvato se encuentran en equilibrio por medio de la enzima deshidrogenasa láctica [LDH = llamada también lactato deshidrogenasa]. LDH

PIRUVATO- + NAD + H+ ------------ LACTATO- + NAD+

[LACTATO] en sangre = 0.9 a 1.1 mMol / L.

El estrés solamente puede aumentar al triple el valor de reposo, sin actividad física, debido al aumento de catecolaminas [adrenalina y noradrenalina] que estimulan la glucólisis y la glucogenólisis.El lactato comienza a aumentar en sangre cuando se llega a cargas mayores de 100 vatios. El nivel de lactato depende de: 1. Intensidad de la carga 2. Duración de la carga

Los valores de lactato más altos no se encuentran en la fase de carga ni al final de ésta, sino en el tercer minuto de recuperación, debido a la salida retardada del lactato de la célula muscular a la corriente sanguínea.

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Los valores de lactato más altos se encuentran después de cargas intensas de aproximadamente 1 minuto de duración y valores más bajos después de un rendimiento permanente de varias horas.

Cuando una carga alta es precedida por una carga liviana, el aumento de lactato en sangre es menor que cuando se moviliza la carga alta sin previo trabajo de pequeña intensidad, medido en el tercer minuto de recuperación.Lo anterior es debido a una mejor coordinación del movimiento, una gradual adaptación a los procedimientos del metabolismo y una mejoría del riego sanguíneo..

Este efecto favorable sobre la siguiente carga máxima es de gran significado práctico y enfatiza la necesidad de un trabajo de calentamiento intensivo antes de una actividad física importante.

Con cargas intermitentes, por ejemplo de 30 seg, de duración y descanso de 1 minuto, la concentración de lactato en sangre se eleva en forma insignificante, aún en series hasta de 20 repeticiones. Esto es explicable porque el consumo de O2 aumenta de carga en carga y a causa de esto se puede eliminar en gran parte el lactato durante la pausa de recuperación del déficit de O2.Por esta razón, en este caso, debido a la duración de la carga, los procedimientos metabólicos son ALACTÁSIDOS, es decir, la energía es generada de las reservas de ATP y PC, donde no hay producción de ácido láctico .

Muy diferentes son las proporciones en cargas a intervalos de 1 a 2 minutos de duración: aquí, después de pocas cargas se alcanzan valores de lactato bastante altos, debido al aumento de la glucólisis durante las cargas de 1 a 2 minutos de duración.A esto se agrega una insuficiente oxidación del piruvato que continúa la producción de lactato.

El lactato producido en la miofibra que trabaja es absorbido y eliminado a través de la sangre por el hígado, los riñones, el miocardio y por el músculo estriado en reposo .En este último el lactato es deshidrogenado en piruvato.

Solamente en hígado y riñón se sintetiza Glucosa y Glucógeno a partir de Piruvato.Especialmente bajo la acción del Glucagón, el lactato es convertido en glucosa en el hígado hasta en un 90%.La formación de lactato nó es consecuencia solamente de hipoxia tisular.La razón para la formación de lactato se debe sobre todo a la restricción de las enzimas que producen la descarboxilación oxidativa del piruvato para convertirlo en AcetilCoA dentro de la mitocondria.

Estas enzimas son llamadas en conjunto Piruvato deshidrogenasas.

Entonces, se acumula lactato debido a que se envía al ciclo de Krebs menos piruvato que el que se produce, como consecuencia de la aumentada desintegración de glucosa, cuyo producto final es el piruvato, el cual nó puede oxidarse en forma suficiente debido a restricción enzimática intramitocondrial.

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Debido a la deshidrogenasa láctica, se halla el piruvato nuevamente en equilibrio con el lactato, el cual queda más fuertemente hacia el lado del lactato, por lo cual al final resulta un aumento de este último, lo cual aumentará consecuentemente la lactacidemia.

Durante la glucólisis anaeróbica el ACIDO LACTICO PUEDE INHIBIR LA CONTRACCION MUSCULAR y su acumulación en concentración de 0.3 a 0.4 gr % en el músculo, lleva eventualmente a finalizar el ejercicio. El anterior valor se alcanza raramente. En atletas muy bien entrenados se han observado valores hasta de 0.2 gr. % .

Realmente la acumulación de lactato es, en raras ocasiones, un factor limitante.Se ha establecido que bajo grados de carga igual, las personas desentrenadas alcanzan niveles de lactato mucho más altos que las personas entrenadas para la resistencia.

Cabe suponer que los deportistas altamente entrenados, no alcanzan, ni siquiera en condiciones de trabajo máximo, los altos valores de ácido láctico de las personas nó entrenadas.Por ejemplo, una persona desentrenada puede alcanzar al final de una carga de 200 vatios, valores de lactato de unos 11 mMol/L, mientras que un deportista bajo la misma carga, alcanza apenas en promedio un valor de lactato de menos de 3 mMol/L .

Hoy en día se acepta que existe un valor de lactato a partir del cual aumentan los procedimientos anaeróbicos que participan en la transformación de energía, el cual se ha considerado como una concentración de 4 mMol/L. A este valor también se le conoce como UMAN, es decir, UMBRAL AEROBICO-ANAEROBICO.

El UMAN ha sido definido como “la intensidad de ejercicio o de trabajo físico, por encima de la cual la concentración de lactato comienza a incrementarse progresivamente, y la ventilación también se incrementa de una manera desproporcionada al oxígeno consumido”.

El punto en el cual la concentración de lactato comienza a incrementarse por encima de los valores de reposo, se ha definido también como umbral láctico.

El concepto de umbral del metabolismo anaerobio es un mejor indicador que el de VO2 Máx., para predecir la capacidad de trabajo en ejercicios de resistencia.

H O R M O N A S

Una hormona es una sustancia química secretada por células o grupos de células a los líquidos corporales ejerciendo efecto fisiológico sobre otras células u órganos blanco.El control de las secreciones hormonales se hace por mecanismos de retroalimentación:

HORMONA

GLÁNDULA ESTIMULO

HORMONA

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Esto quiere decir que cuando los niveles de la hormona circulante disminuyen aumenta la secreción glandular y viceversa.En general todas las hormonas son de dos tipos químicos diferentes:

HORMONAS PANCREÁTICAS1. PROTEÍNAS HORMONAS DE LA ADENOHIPÓFISIS

O DERIVADOS HORMONAS DE LA NEUROHIPOFISIS PROTEICOS HORMONAS TIROIDEAS

2. ESTEROIDES HORMONAS SUPRARRENALESHORMONAS SEXUALESHORMONAS PLACENTARIAS

Todas las hormonas adrecorticales y sexuales son esteroides.UN ESTEROIDE CARACTERÍSTICO ES EL COLESTEROL.Las hormonas esteroideas tienen una estructura química semejante a la del colesterol y en la mayor parte de los casos pueden sintetizarse en la corteza suprarrenal y en las gónadas a partir del colesterol.

MECANISMO DE LA ACCIÓN HORMONALMecanismo por el que las hormonas regulan su actividad sobre los tejidos:1. Activación del sistema del AMP cíclico de las células que a su vez desencadena funciones celulares específicas.2. Activación de los genes de la célula que a continuación producen formación de proteínas intracelulares que a su vez inician las funciones celulares específicas.

1. ACTIVACION DEL AMP CICLICO DE LAS CÉLULAS

PASOS EN EL MECANISMO DE CONTROL:1. Acción de la hormona estimulante sobre un receptor en la membrana. La estimulación depende del receptor específico.2. Formación del complejo HORMONA-RECEPTOR >>> activa una enzima que se encuentra en la membrana: ADENILCICLASA.3. ADENILCICLASA convierte ATP (del citoplasma) en AMP cíclico, el cual dura de segundos a minutos antes de reconvertirse en ATP. (La neoformación de AMP-c depende de la influencia continua o no de la hormona sobre el receptor).

4. El AMP-c efectúa diversas funciones fisiológicas como son:1. Activa a las enzimas 2. Altera la permeabilidad celular3. Produce contracción muscular 4. Síntesis de proteínas 5. Produce secreción glandular

2. REGULACIÓN HORMONAL POR ACTIVACIÓN DE GENES

Es la segunda manera importante de actividad hormonal: la activación de uno o más genes en el núcleo, las cuales producen a su vez síntesis de proteínas en las células blanco.

ESTE ES EL MECANISMO DE REGULACIÓN HORMONAL DE LAS HORMONAS ESTEROIDES:

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1. La hormona entra al citoplasma de la célula donde se combina con una proteína receptora específica.

2. A continuación el complejo hormona receptor experimenta una reacción de "activación" dependiente de la temperatura y de la composición salina, que conduce a cambios de tamaño, con formación de carga en la superficie que lo vuelven capaz de unirse a la cromatina.Si esta asociación y el proceso de activación ocurre en el citoplasma o en el núcleo, aún está en duda, pero no es tan importante para entender el proceso completo.

3. El complejo hormona receptor se une a regiones específicas del DNA y activa o inactiva a genes específicos, por lo que los genes producen formación de moléculas específicas de RNA mensajero.

4. Al afectar de manera selectiva la transcripción del gen y la producción de los ARNm respectivos, las cantidades de proteínas específicas son cambiadas y son influidos los procesos metabólicos, al difundirse el ARNm hacia el citoplasma.

5. Las proteínas aumentan las propiedades y actividades específicas de las células.El efecto de cada una de las hormonas de este grupo es bastante específico.Por lo general la hormona afecta a menos de 1% de las proteínas o del ARNm en una célula blanco.

LAS HORMONAS ESTEROIDEAS EJERCEN SU EFECTO EN LA TRANSCRIPCIÓN DEL GEN ESPECIALMENTE. Aunque no se comprende bien la bioquímica de la transcripción de genes en los mamíferos, puede esquematizarse un modelo general de los requerimientos estructurales para la regulación esteroidea de esta transcripción.

GLÁNDULAS ENDOCRINAS

Las glándulas de secreción interna o endocrinas secretan, entonces sustancias llamadas hormonas que son vertidas a la corriente sanguínea para influir sobre todo el organismo a través de sus células blanco de tejidos u otras glándulas.

Las Hormonas regulan el METABOLISMO, la REPRODUCCIÓN, las REACCIONES DE ALARMA y, en general, la HOMEOSTASIA.

PRINCIPALES GLÁNDULAS DE SECRECIÓN INTERNA o ENDOCRINAS

1. HIPÓFISIS ANTERIOR O ADENOHIPÓFISIS 2. HIPÓFISIS POSTERIOR O NEUROHIPOFISIS

1. ADENOHIPÓFISIS SECRETA 6 HORMONAS:1. Hormona del crecimiento [STH o SOMATOTROPICA]2. Tirotropina [TSH O TIROTROPICA O TIROESTIMULANTE]3. Prolactina [LTH O LACTOTROPICA]4. Hormona estimulante del folículo [FSH]5. Hormona luteinizante [LH]6. Corticotropina [ACTH O ADRENOCORTICOTROPICA]

2. NEUROHIPOFISIS SECRETA 2 HORMONAS:

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1. Hormona antidiurética [ADH O VASOPRESINA O PITRESINA]2. Oxitocina o Pitocina

3. TIROIDES SECRETA 3 HORMONAS:1. Tiroxina [T4]2. Triyodotironina [T3]3. Calcitonina

4. PARATIROIDES SECRETA la Hormona Paratiroidea o Parathormona.5. TIMO SECRETA hormona estimulante de la inmunidad celular.6. PÁNCREAS SECRETA 3 HORMONAS:

1. Insulina2. Glucagón3. Somatostatina

7. SUPRARRENALES SECRETAN 4 GRUPOS DE HORMONAS:

A. EN LA CORTEZA 1. MINERALOCORTICOIDESa. Aldosterona [ 95%]b. Corticosterona c. Desoxicorticosterona

2. GLUCOCORTICOIDES

a. Cortisol o hidrocortisona [80%]b. Corticosterona c. Desoxicorticosterona d. Hormonas sexuales

1. testosterona [ y otros Andrógenos] 2. Estrógenos 3. Progesterona

B. EN LA MEDULA CATECOLAMINASa. Adrenalina [Epinefrina] b. Noradrenalina [Norepinefrina]

8. RIÑONES SECRETAN LA HORMONA RENINA9. OVARIOS SECRETAN 3 HORMONAS SEXUALES FEMENINAS: 1. Estrógenos 2. Progesterona 3. Relaxina

10. TESTICULOS SECRETAN PRINCIPALMENTE TESTOSTERONA11. PLACENTA SECRETA 3 HORMONAS: 1. Progesterona 2. Estrogenos 3. Gonadotropina corionica [hcg ]

12. PINEAL O EPIFISIS SECRETA MELATONINA

G L O S A R I O H O R M O N A L

STH. HORMONA SOMATOTROPICA. Hormona secretada por la adenohipófisis que estimula el crecimiento y desarrollo de todos los tejidos corporales durante toda la vida.Estimula la producción por el hígado de la hormona SOMATOMEDINA, que actúa sobre hueso y cartílago para hacerlos crecer.La hipersecreción antes de la adolescencia produce GIGANTISMO y posteriormente a ésta produce ACROMEGALIA que es el crecimiento de ciertos sitios del cuerpo como pies, manos, mandibula etc.La hiposecreción produce ENANISMO. El enano de tipo hipofisiario conserva aspecto infantil.

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TSH. HORMONA TIROTROPICA O TIROTROPINA. H. de la Adenohipófisis que controla la producción de las hormonas de la Gl. tiroides al incrementar el número y tamaño de las células tiroides.La falta de secreción de TSH detiene la actividad de la glándula tiroides.

LTH.PROLACTINA O H. LACTOTROPICA. De adenohipófisis. Secretada durante el embarazo y la lactancia, estimulando el crecimiento de las mamas y la secreción de leche.

FSH. H. ESTIMULANTE DEL FOLICULO. H. de la adenohipófisis. Estimula la maduración de los folículos en el ovario.Estimula la producción de estrógenos.Estimula el desarrollo de los túbulos seminíferos en el varón.Produce la iniciación de la gametogénesis.

LH. H. LUTEINIZANTE. H. de la adenohipófisis.Completa la maduración del folículo.Aumenta la secreción de estrógenos.Produce la ovulaciónEstimula el desarrollo del cuerpo amarillo (lúteo) del ovario.Estimula la secreción de progesterona.Completa la maduración del espermatozoide.Produce el desarrollo de las células intersticiales del testículo.Estimula la secreción de testosterona por acción sobre las células de leydig [intersticiales].

ACTH. H. ADRENOCORTICOTROPICA O CORTICOTROPINA. H. de la Adenohipófisis. Regula la secreción de las hormonas córticosuprarrenales (de las cortezas suprarrenales), incrementando la cantidad de células y su grado de actividad, lo que produce aumento de la excreción de hormonas adrenocorticales.

ADH. VASOPRESINA U HORMONA ANTIDIURETICA. Producida por la hipófisis posterior.Ayuda a regular la excreción de agua por el riñón, por medio de la reabsorción de ésta hacia la sangre, evitando pérdidas de agua por la orina.En ausencia de ADH el organismo excreta orina muy diluida y por lo tanto pierde grandes cantidades de agua de los tejidos coporales, lo cual se denomina DIABETES INSIPIDA.OXITOCINA O PITOCINA. H. de la Neurohipófisis. Estimula la contracción del músculo uterino y de las mamas, por lo cual su desempeño es durante el nacimiento y en la expulsión de leche.

HIPOFISIS. Glándula endocrina, considerada la principal por su influencia sobre las demás. Se encuentra en la silla turca del hueso esfenoides, dentro del cráneo.Mide 1 cm. [diámetro] y pesa 0.5 gr.Segrega en total 8 hormonas importantes.

T4. TIROXINA. Principal hormona secretada por la Gl. tiroides, la cual se produce por la combinación del elemento YODO, que es captado por la glándula como ión yoduro y transformado por éste en yodo elemental. La glándula también produce una proteína llamada TIROGLOBULINA con la cual reacciona el yodo, para convertir gran parte del

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aminoácido TIROXINA, contenido en la molécula de la tiroglobulina, en TIROXINA o T4, la que es vertida a la sangre para ejercer sus efectos:1. Acelera el metabolismo por aumento en la cantidad de enzimas.2. Regula el funcionamiento corporal global3. Hace que el cuerpo consuma los carbohidratos con rapidez4. Produce vasodilatación tisular5. Aumenta la frecuencia cardíaca6. Aumenta la capacidad reactiva del sistema nervioso7. Aumenta el consumo de O2 por los tejidos8. Aumenta la producción de calor.Las hormonas tiroideas T3, T4 y TSH tienen 3 funciones principales en el organismo: 1. El metabolismo 2. El crecimiento y desarrollo 3. Actividad del sistema nervioso.La producción excesiva de Tiroxina produce HIPERTIROIDISMO, en el cual el metabolismo basal se incrementa mucho, a veces hasta el doble por lo cual la persona pierde peso, presenta diarrea, se pone muy nerviosa, temblorosa y presenta taquicardia.El HIPERTIROIDISMO puede consumir los tejidos orgánicos y degenera muchas partes del cuerpo [enflaquecimiento].HIPOTIROIDISMO es el fenómeno contrario al anterior con características totalmente opuestas.

TRIIODOTIRONINA [T3]. Hormona producida por la glándula tiroides que contiene tres átomos de iodo y tiene efectos 3 a 4 veces más potentes que la T4. La tercera parte de la T3 se convierte en T4 en diversos tejidos, especialmente en hígado y pulmón. Ambas H. desempeñan funciones similares.

PANCREAS. Glándula de secreción mixta (endocrina y exocrina), situada dentro del abdomen, localizada por detrás y por debajo del estómago.El páncreas está compuesto por dos tipos diferentes de tejidos: Uno constituido por los acinos que secretan jugos digestivos hacia el intestino y el otro que corresponde a los ISLOTES DE LANGERHANS que secretan las hormonas INSULINA, GLUCAGON y SOMATOSTATINA.CELULAS BETA. Especializadas en la producción de Insulina, la cual disminuye la glicemia por su función facilitadora para que la glucosa entre a las células.CELULAS ALFA.Especializadas en la producción de GLUCAGON, el cual aumenta la glicemia, especialmente por glucogenólisis.CELULAS DELTA. Especializadas en la secreción del factor de inhibición de la hormona del crecimiento [ o somatostatina ]INSULINA. Tiene efectos muy importantes sobre el metabolismo de todos los alimentos principales: carbohidratos, grasas y proteínas.La insulina permite o facilita la entrada de glucosa a las células, en especial las musculares, adiposas y hepáticas.

El hígado y el músculo en presencia de insulina, presentan glucogénesis [o Glucogenogénesis], en cambio, en ausencia de insulina, se presenta glucogenólisis.

Cuando se presenta hiperglicemia, igualmente aparece hiperinsulinemia, lo cual provoca entrada rápida de glucosa a las células y su utilización para generar energía.

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La glucosa que sobra después de llenar las reservas hepática y muscular se convierte en grasa en el hígado en un 90% y se almacena en los tejidos adiposos. El otro 10% de la grasa se sintetiza en los adipositos.

El efecto de la insulina sobre el metabolismo de la glucosa consiste en incrementar su utilización para obtener energía o en hacer que la glucosa se almacene en forma de glucógeno o en forma de grasa.

ALDOSTERONA. Hormona secretada por la zona glomerular de la corteza suprarrenal, encargada de la reabsorción de agua y sodio desde el riñón hacia la sangre y de la excreción de K+ Y H+ por la orina.

CORTISOL. Hormona secretada por la zona fasciculada de la corteza suprarrenal, encargada de incrementar la resistencia al estrés físico. Es llamada también hidrocortisona. Es la más abundante del organismo. Se puede considerar hormona catabólica.

ANDROGENOS. Hormonas que producen el desarrollo de los caracteres sexuales masculinos, de las cuales la más importante es la testosterona, las cuales se secretan también en la zona reticular de la corteza suprarrenal.

ESTROGENOS. Hormonas que producen el desarrollo de los caracteres sexuales femeninos, secretados también en zona reticular de corteza suprarrenal.

LUGAR DE FORMACION DE LAS HORMONAS ESTEROIDESHORMONAS OVARIO TESTÍCULOS CORTEZA

SUPRARRENAL

ESTRÓGENOS ++ + +ANDRÓGENOS + ++ ++GESTÁGENOS ++ _ +GLUCOCORTICOIDES _ _ ++MINERALOCORTICOIDES _ _ ++

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