integración del metabolismo obj 1 y 2
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7/24/2019 Integracin del Metabolismo obj 1 y 2
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Integracin del
Metabolismo
Profa. Milagro LenCtedra de Bioqumica, FCV-UCV
Ao lectivo 2014
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Recomendaciones generales
1 Puntual asistencia al horario de dictado de la asignatura
Teora: 9:00 9:45 am (Martes, Mircoles y Viernes)
Prctica: 10:00 am 12:45 pm (Martes, Mircoles y Jueves)
02:00
04:45 pm
2 Prestar atencin y no perturbar el desarrollo del contenido
del tema
3 Repasar todos los das los contenidos impartidos en las
sesiones de teora
4 Preparar y estudiar el contenido de los seminarios a ser
discutidos durante las sesiones prcticas en las Semanas de
Docencia Nro 7 y 8
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UNIDAD 7 INTEGRACION DEL METABOLISMO
OBJETIVO TERMINAL: Explicar la interrelacin entre elmetabolismo de los glcidos, lpidos, aminocidos ynucletidos y la interrelacin de sus mecanismos globales de
regulacin.
I. Explicar la relacin entre el metabolismo de los glcidos, lpidosaminocidos y nucletidos. (1 H)
1. Generalidades de la Integracin Metablica
2. Esquema de las principales rutas metablicas y puntos de regulacin
3. Esquema general de la interrelacin entre las principales rutas metablicas,y conexiones claves
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II. Explicar la interrelacin de los mecanismos globales de regulacin del
metabolismo de glcidos, lpidos, aminocidos y nucletidos. (1 H)
1. Reguladores hormonales del metabolismo: Insulina, Glucagn,Adrenalina, Noradrelina
2. Principales mecanismos de regulacin enzimtica: Alosterismo,Modificacin covalente reversible, Induccin Represin,Compartimentacin
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III. Explicar la interrelacin entre rganos y la regulacin integrada en
las diferentes fases del ciclo ayuno- alimentacin y susalteraciones. (6 H)
1. Funciones y contribuciones metablicas de los rganos
2. Ciclo ayuno alimentacin.
3. Interrelacin entre rganos y regulacin integrada de las principalesrutas metablicas en las fases de Alimentacin y Ayuno.
4. Alteraciones del ciclo ayuno alimentacin bajo condicionesfisiolgicas: Ejercicio, Embarazo, Lactancia. Caractersticasmetablicas especficas de los rumiantes y diferencias con los no
rumiantes
5. Alteraciones del ciclo ayuno alimentacin bajo condicionespatolgicas: Obesidad, Diabetes, Enfermedad heptica
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Visin general delmetabolismo energtico
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Alimento
Polisacridos Protenas Lpidos
glucosa aminocidoscidosgrasos
Absorcin
Digestin
Transporte
Metabolismoaminocidos
cidos grasos
glucosa
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Metabolismo: Conjunto de reacciones qumicas (anablicas y
catablicas) que suceden en las clulas de los seres vivos. Puedesubdividirse en las siguientes categoras:
Anabolismo: Conjunto de reacciones bioqumicas de sntesis demolculas complejas a partir de molculas simples, con consumode energa.
Catabolismo: Conjunto de reacciones bioqumicas en donde lasmolculas complejas se degradan a molculas simples liberandoenerga.
Rutas Anfiblicas: Conjunto de reacciones bioqumicas cuyosintermediarios pueden ser punto de partida para la sntesis demolculas mas complejas o productos de la degradacin demolculas ms complejas.
Ruta:Es una secuencia especfica de reacciones.
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Oxaloacetato
Citrato
CO2
CO2
Acetil-CoAPiruvatoGlucosaGlucogeno
Almidn
Sacarosa
Alanina
Serina
Fenilalanina
Leucina
Isoleucina
cidos grasosTriacilgliceroles
Fosfolpidos
Acetoacetil-CoA Cuerpos cetnicos
cidos grasos Triacilgliceroles
FosfolpidosCDP-diacilglicerol
Mevalonato
Isopentenilpirofosfato
Colesterol cidosbiliares
Hormonasesteroideas
steres decolesterol
CATABOLISMO:Rutas convergentes
ANABOLISMO:Rutas divergentesANFIBLICA:
Ciclo de Krebs (Ruta cclica)
Rutas metablicas
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Eicosanoides
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Nutrientes:Carbohidratos
ProtenasLpidos
EnergaQumica
Energa calrica y
productos finalesCO2H2ONH3
Molculasprecursoras como
AminocidosAzcares
cidos grasosbases
nitrogenadas
Macromolculas:Protenas
PolisacridosLpidos
cidos nucleicos
Catabolismo
ATPNADH
NADPHFADH2
ADP+PiNAD+
NADP+FAD
Anabolismo
Visin general del metabolismo
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Protenas Polisacridos cidos Nucleicos Lpidos
Aminocidos GlucosaBases
PentosasTriacilgliceroles Isoprenoides
cidos grasosGlicerol
ATP NADPH
NADH
Piruvato
Acetil-CoA
O2 H2O CO2 Productos de DesechosUrea
ATP
NADH
FADH2
ATPNH3
NADH
FADH2
Otrasreacciones de
biosntesis
Cuerpos cetnicos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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Glucosa 6 fosfato Lactato
Oxalacetato
Acetil CoA
Alanina
CO2 cidos
grasos
Colesterol Cuerpos
cetnicos
Conexiones clave:
Piruvato
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Glucosa 1 fosfato Fructosa 6 fosfato 6 fosfogluconato
Glucgeno Piruvato Ribosa 5 fosfato
Conexiones clave:
Glucosa
Glucosa 6 fosfato
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Piruvato
Glucosa
Productos netos: 2ATP ; 2NADH y 2piruvato
Gluclisis
ATP ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
NADH
NADH
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CH3C COO
O
CH3CH TPP
OH
CH3C S Lip SH
O CH3C SCoA
O
CoASHTPP
Piruvato
deshidrogenasa
CO2
LipS
S
LipSH
SH
FAD
FADH2
NADH+H+
NAD+
Devlin, 2004
Complejo de la Piruvato deshidrogenasa
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Ciclo de Krebs
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Cadena de Transporte de Electrones yFosforilacin Oxidativa
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38 ATP
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Triacilglicerol
cidos grasos
Acetil-CoA
2 CO2
Alimentacin
Esterificacin Liplisis
Lipognesis -OxidacinCarbohidratosAminocidos
Colesterol
Esteroides
CuerposCetnicos
Ciclo delcido ctrico
Esquema general del metabolismo de los lpidos
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- Oxidacin de los cidos grasos
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Lipognesis
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Visin general del metabolismo de los aminocidos
GluconeognesisCetognesisSntesis de lpidosOxidacin
CetocidoAminocido
PROTENASDE LA DIETA
PROTENASENDOGENAS
Bases
nitrogenadasColinaCreatinaPorfirinasNeurotransmisoresNiacinacidos biliares
Ciertas hormonas
GlutatinOtros pequeos
pptidos NeurotransmisoresPoliaminas
Cetoglutarato L-Glutamato
L-Aspartato Oxalacetato
Urea NH4+
L-GlutaminaSNTESIS
ENDGENA
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Aminocido
NH3 Esqueleto carbonado
Urea
CO2+ H2O Glucosa Acetil-CoA Cuerposcetnicos
Catabolismo de los aminocidos
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Interrelacin de los
mecanismos globales deregulacin del metabolismode glcidos, lpidos,
aminocidos y nucletidos
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Impulso nervioso
Clulasdianas
Impulsonervioso
Contraccin Secrecin
Cambiometablico
SealizacinNeuronal
Sealizacin
Endocrina
Esquema de funcionamiento del sistema neuroendocrino
(Nelson y Cox, 2005)
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Funciones de las hormonas
1. Mantener la Homeostasis calricaLa insulina y el glucagn, mantienen la glicemia dentrode lmites muy estrechos durante los estadospostprandial y ayuno.
2. Responder a una amplia variedad de estmulos externos.
La preparacin para luchar o huir por accin de laAdrenalina y Noradrenalina.
Ciclo ayuno alimentacin, ciclo estral, etc.
3. Seguir diversos programas cclicos y de desarrollo
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Pptido Insulina, glucagn Modificacin proteolticade una prohormona
Catecolamina Adrenalina A partir de la tirosina
Eicosanoide PGE1 Del araquidonato
Receptores de membranaPlasmtica.Segundos mensajeros
Esteroide Testosterona Del colesterol
Vitamina D 1,25-OHcolecalciferol Del colesterol
RetinoideAc. retinoico A partir de Vit.A
Tiroidea Triyodotironina (T3) Tyroglobulina
Oxido ntrico Oxido ntrico Arg + O2
Receptores nucleares.Regulacin transcripcional
Receptor citoslico(Guanilato ciclasa)Segundo mensajero (GMPc)
Tipo Ejemplo Ruta de sntesis Modo de accin
(Nelson y Cox, 2005)
Tipos de hormonas
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Hormonas hidrosolubles
Receptor
Adenilato
ciclasa
Protena Ginactiva
Protena G
activa
GTP GDP
ATPAMPc
Activacin de lasProtenas cinasas A
Segundomensajero
GlucagnPrimermensajero
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Mensajero primario
Segundo mensajero
Enz. 1(I)
Enz. 1(A)
Enz. 2
(I)
Enz. 2
(A)
Enz. 3
(A)
Enz. 3
(I)
Enz. 4
(I)
Enz. 4
(A)
Mltiples dianasde Enz 2
Mltiples dianasde Enz 4
mplificacin cataltica
Cascada enzimtica de Amplificacin
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Hormonas esteroideas
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Reguladores hormonales del metabolismo energtico
Insulina
Glucagn
Adrenalina y Noradrenalina
Hormona de naturaleza proteica secretada por las Clulas del pncreas.
Hormona de naturaleza proteica secretada por las Clulasdel pncreas.
Cuando se liberan de las terminaciones nerviosaspresinpticas actan como neurotransmisores.
Cuando son liberadas por la mdula suprarrenal actan comohormonas.
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Hormonas Pancreticas
(Nelson y Cox, 2005)
Clulas
Clulas
Clulas
Insulina
Glucagon
Somatostatina
Vasossanguneos
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Insulina:Es caracterstica del estado de alimentacin
Estimula el almacenamiento de combustibles en el tejido adiposo y msculo.
Aumenta la sntesis de protenas, ADN, ARN Sntesis de glucgeno y TAG
Promueve la Gliclisis heptica
Inhibe la produccin heptica de glucosa
Captacin de aminocidos ramificados por el msculo
Disminuye la liplisis, la protelisis y la glicemia
Regulador primario de la Glicemia
Promueve la captacin de glucosa en las clulas del msculo, corazn,tejido adiposo, cerebro, bazo y leucocitos
Estimula el crecimiento y la diferenciacin celular
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Clula -pancretica Espacio extracelular
Glucosa
Glucosa
Glucosa 6-P
Hexoquinasa I V
[ATP]
GluclisisCKCR y FO
GLUT2
Canal de K+decompuertaregulada porvoltaje
K+
K+
Canal de Ca+2dependiente de voltaje
+ -
+ -+ -+ -+ -+ -
Vm
Despolarizacin
Secrecinde insulina
Ncleo
Grnulosde insulina
[Ca+2]
Ca+2
Nelson y Cox, 2005
Regulacin de la secrecin de insulina
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Efecto metablico Efecto en el metabolismo de glucosa Enzima diana
Glucogenolisis hepaticaGlucogeno fosforilasa
Glucogenognesis hepatica Glucogeno sintasa
Glucolisis hepatica
PFK-1
Gluconeogenesis hepaticaF2,6BPasaPiruvato quinasaPEP carboxiquinasa
Disminucin del depsito deglucosa
Menor uso de glucosa comocombustible
Uso de Aminocidos, gliceroly oxaloacetato para lasntesis de glucosa
Movilizacin de los cidosgrasos del tejido adiposo
Ahorro de glucosa comocombustible en hgado ymsculo
Triacilglicerol lipasaFosforilacin de perilipina
CetognesisFuente energtica alternativapara el cerebro
Acetil-CoA carboxilasa
Nelson y Cox, 2005 (adaptado)
Efectos del glucagn sobre los niveles de glucosa sangunea
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Adrenalina y Noradrenalina
Son caractersticas del estado de ayuno
La degradacin y movilizacin de TAG en el tejido adiposo
Aumentan la concentracin de AMPc en el msculo
Estimulan la glucogenlisis muscular
Inhiben la captacin de glucosa en el msculo
Inhiben la sntesis de glucgeno y la secrecin de insulina
AUMENTAR La concentracin de glucosa en sangre
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Efectos hormonales sobre el metabolismo energtico
Tejido Insulina Glucagn Adrenalina
Msculo
Tejido Adiposo
Hgado
Captacin de glucosa
Glucgeno gnesis
Captacin de glucosa
Lipognesis
Lipognesis
Glucgeno gnesis
Liplisis
Gluconeognesis
Liplisis
Glucgeno gnesis
Glucogenlisis
Liplisis
Glucgeno gnesis
Glucogenlisis
Gluconeognesis
GlucogenlisisSin efecto
Voet et al., 2007
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A. Regulando el nmero de molculas de enzimas
1. Induccin-Represin de la sntesis enzimtica.2. Degradacin de las enzimas.
B. Regulando la eficiencia cataltica de las enzimas1. Disponibilidad de sustratos y cofactores.
-Asociaciones multienzimticas.
2.Regulacin alostrica.
3.Modificacin covalente.
- Compartimentacin.
- Homoalosterismo.
- Heteroalosterismo.
-Zimgenos o proenzimas
-Fosforilacin y desfosforilacin
Control enzimtico
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Control por regulacin del nmero de molculas de enzimas
1. Induccin - Represin de la sntesis enzimtica.
La sntesis de enzimas se produce en respuesta a lasvariaciones de las necesidades metablicas, lo cual permiteque la clula responda a las variaciones del ambiente.
El producto final de una ruta metablica puede inhibir lasntesis de enzimas claves de dicha ruta, en un procesodenominado represin enzimtica.
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2. Hidrlisis o degradacin de las enzimas:
Implica la hidrlisis por enzimas proteolticas, este procesodepende de la ausencia de sustrato y cofactores lo cual vaafectar la conformacin de la enzima hacindola susceptiblea la protelisis.
Control por regulacin del nmero de molculas de enzimas
ENZIMA
Precursores(aminocidos)
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Control por regulacin de la eficiencia cataltica de las enzimas
Consiste en la separacin espacial de enzimas, sustratos ymolculas reguladoras en diferentes regiones o
compartimentos celulares, permitindole a la clula usar deforma eficaz recursos relativamente escasos.
Compartimentacin:
1. Disponibilidad de sustrato y cofactores
Asociaciones multienzimticas:
Son organizaciones de varias enzimas que participan en unamisma va metablica en asociaciones que pueden ser denaturaleza diversa, con el fin de lograr sistemas de mximorendimiento energtico.
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Control por regulacin de la eficiencia cataltica de las enzimas
2. Regulacin Alostrica:
Las enzimas alostricas son invariablemente protenas, conmltiples lugares activos, presentan cooperatividad de uninde sustrato (homoalosterismo) y una regulacin de suactividad por otras molculas efectoras (heteroalosterismo)
El homoalosterismo permite un control ms estricto a nivel delsustrato, ya que la unin de una molcula de sustrato a uno delos sitios catalticos modifica la estructura de la enzima,aumentando la afinidad de los otros sitios por el sustrato
En el heteroalosterismo los efectores pueden ser inhibidores oactivadores, ya sea que produzcan una disminucin o aumentoen la afinidad de la enzima por su sustrato, respectivamente
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Un incremento de la concentracin del producto final de unaruta conduce al descenso en la velocidad de reaccin al inhibirel primer paso de la ruta o un paso temprano dentro de la vaen cuestin.
Control por retroaccin o retroalimentacin:
Regulacin Alostrica
A B C D E
Adems de la regulacin dentro de la va puede ocurrir
que el producto de una ruta puede actuar comoinhibidor o activador de enzimas presentes en los pasosiniciales de otra ruta, por ejemplo la regulacin de lasntesis de ribonucletidos
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3. Modificacin covalente:
Control por regulacin de la eficiencia cataltica de las enzimas
Algunas enzimas se sintetizan en una forma
catalticamente inactiva, llamada proenzima o zimgeno.Para pasar a la forma activa la proenzima debe sufrir unaprotelisis parcial, en la que pierde un fragmento de sumolcula y vara su conformacin, de tal manera que seorganiza su sitio cataltico.
Zimgenos o proenzimas:
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Algunas enzimas se regulan porla interconversin reversibleentre sus formas activa einactiva. Estos cambios sonproducidos por diversasmodificaciones covalentes. Laactividad de estas enzimaspuede ser controlada por launin reversible de gruposfosforilo (en mamferos) o de
nucletidos (en bacterias) enresiduos especficos de serina ytreonina.
Modificacin covalente reversible: