metabolismo de los carbohidratos
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METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
Estructura de los carbohidratos Absorción y digestión de los C.H. Glucólisis y ciclo de krebs Metabolismo del glucógeno Gluconeogénesis Vía de las pentosas Correlación clínica
I CLASE DE CARBOHIDRATOS
BIOMOLECULAS
*FUNCIONES DE LOS CARBOHIDRATOS*
Fuente de energía clave para algunos tipos de tejidos, pues son dependientes de ella: - Encéfalo- Eritrocito - Algunos tipos celulares presentes en la retina.
Función biosintética grande: permiten la síntesis de algunas moléculas:- Glucógeno- Ácidos Grasos- Glicoproteínas
Aporte de fibra, es clave. Algunos carbohidratos no son objeto de digestión, entonces se convierten en moléculas osmóticamente activas que facilitan el tránsito intestinal, modificando la viscosidad.
Constitución de moléculas más complejas:- Peptidoglicanos
*RECUERDO DE COSAS MUY BÁSICAS*
Hay 2 tipos de carbohidratos o deosas:
- Aldosas: grupo aldehído - Cetosas: grupo ceto
Gliceraldehído y dihidroxiacetona: formas más simples
Estos carbohidratos pueden tener isomería de acuerdo a la proyección de Fischer:- Tipo D- Tipo L
Las orientaciones de los grupos –H y –OH alrededor del atomo de carbono adyacente al carbono del alcohol terminal primario determina la pertenencia del azucar a la serie D o a la serie L.
En algunos carbohidratos se puede encontrar más de un carbono asimétrico, en este caso de la glucosa:
En general las aldosas van a tener 2 carbonos que no son asimétricos: El carbono que posee el grupo aldehído y el ultimo carbono que tiene un OH que lo llamamos alcohol primario.
Si se quiere saber cuántos carbonos asimétricos tiene una aldosa:
# Total de C asimétricos: # total de C - 2
Si se tiene todos esos carbonos asimétricos, se debe escoger uno para que determine si es isomería D o L.
El carbono que se escoge para determinar la isomería es el carbono asimétrico que esté más alejado del grupo funcional.
En el caso de las cetosas se restan 3 carbonos al total de carbonos de la molécula, para obtener el número de carbonos asimétricos.
Mezcla racémica: si se coge glucosa y se echa en solución se empieza a pasar de D a L y viceversa y va a haber un equilibrio entre la isomería D y L de cualquiera de los carbohidratos.
Siempre nuestro organismo va a seleccionar carbohidratos de isomería D.
Los carbohidratos tipo L no hacen parte de nuestro metabolismo, perdimos la capacidad de reconocerlos y por tanto de utilizarlos.
Como tiene tantos carbonos asimétricos cuando el carbohidrato se diferencia uno de otro por un carbono asimétrico diferente al que determinó si era D o L podemos llamar a estos tipos de isómeros: Epímeros. Se diferencia por un solo carbono asimétrico diferente al que determino la isomería.
OJO: SOLO SE DIFERENCIAN POR UN CARBONO ASIMETRICO.
- Eritrosa epímero de la treosa
- Glucosa epímero de la galactosa, aldosa, manosa, gulosa.
- Ribosa epímero de la arabinosa
- Ribosa epímero de la xilosa.
Epimerasas: enzima que cambia un epímero por otro epímero.
*ESTRUCTURA DE LA RIBOSA*
La ribosa es una aldopentosa cuyos –OH estan todos alineados hacia la derecha. Presenta 3 carbonos asimetricos
*ESTRUCTURA DE LA GLUCOSA*
La glucosa es una aldohexosa cuyo carbono 3 se ubica hacia la izquierda, y el resto hacia la derecha. Presenta 4 carbonos asimetricos
*ESTRUCTURA DE LA GALACTOSA*
La galactosa es un epimero de la glucosa, por ende es una aldohexosa, y posee el carbono 3 y 4 dirigidos hacia la izquierda.
Si se echa glucosa en solución lo puede encontrar como dextrosa. La dextrosa es en solución dextro rotatoria, es decir, el carbono asimétrico le confiere actividad óptica +. Las Cetosas entonces encontramos:
- La dihidroxiacetona, que no tiene carbono asimétrico.
- La eritrulosa que tiene un carbono asimétrico.- La xilulosa y la ribulosa.
IMPORTANTE: La fructosa
La fructosa es una cetohexosa, cuyo grupo funcional esta en el 2 carbono, presenta 3 carbonos asimétricos de los cuales el siguiente al grupo funcional (carbono 3 gira hacia la izquierda).
ALOMEROS
En general todos los monosacaridos con más de 5 carbonos tienden a presentar forma cíclica, formando los anillos de furanosa o piranosa.
Si se coloca glucosa en solución, un aldehído con un alcohol produce un hemiacetal; y surge un nuevo carbono asimétrico, que se conoce como carbono anómerico. El cual permite crear la formación del hemiacetal y el surgimiento del carbono anomérico, por ejemplo en una cetosa, ésta reacciona con un alcohol y produce un hemicetal.
De esta manera los isómeros D o L tienen dos esteroisomeros en solución: alfa o beta. Además Tenemos 2 posibilidades según la proyección de Haworth:
Anillo furano: anillo de 5 carbonos. Donde el carbono anomérico se ubica en el carbono 2. Las cetosas por ejemplo la fructosa forma anillos de este tipo.
Anillo pirano: anillo de 6 carbonos. Donde el carbono anomerico se ubica en el C1. las hexosas por ejemplo la glucosa forma estos anillos. El carbono C5 se une al grupo aldehído
La fructosa y la ribosa son mas estables en forma de furanosas, mientras la glucosa y galactosa en forma piranosa, aunque se pueden encontrar en ambas formas.
Si se tiene carbono anomérico libre, se puede abrir el anillo y formar la glucosa lineal. Y la glucosa y en general los carbohidratos en forma lineal tiene propiedades oxidorreductoras, es decir, la capacidad reductora de los azucares radica en su carbono alomerico libre, sin enlaces.
Para determinar si un carbono anomérico es alfa o beta se mira la ubicación del OH
- OH hacia abajo: alfa- OH hacia arriba: beta
La mutarotación es el proceso en el que las azucares de mayor de 5 carbonos se interconvierten, En el organismo se da entre alfa y beta y el equilibrio se va a alcanzar cuando 2/3 son beta y 1/3 es alfa y un minimo porcentaje es glucofuranosa en sus dos formas alfa y beta. Entonces la forma más abundante de glucosa que tenemos es la Beta D glucopiranosa.
*OXIDACION DE MONOSACÁRIDOS*
Si se oxida grupo aldehído y grupo alcohol primario: se forma ácido aldárico. Si se oxida grupo aldehído: se forma ácido aldónico. Si se oxida grupo alcohol: se forma ácido urónico.
Ejemplo: glucosa:- Aldehído y alcohol: ácido
glucárico.- Aldehído: ácido glucónico.- Alcohol Primario: ácido
glucurónico.
El ácido glucorónico es importante porque permite la eliminación de algunos tóxicos o moléculas no polares que necesitamos eliminar. X ejemplo: La bilirrubina: la asociamos con acido glucorónico y la eliminamos como diglucoronato de bilirrubina por medio de la orina.
Si no se puede eliminar, por falla de esta asociación se aumentan los niveles de bilirrubina en la sangre y aparece el pigmento amarillo en la piel y a formar la ictericia. Lo preocupante no es la ictericia sino que ese aumento de bilirrubina a nivel del encéfalo, esta bilirrubina no conjugada produce apoptosis y entonces el paciente puede sufrir lesiones cerebrales irreversibles, lo que se conoce como kernicterus. La bilirrubina ataca al citocromo p450 y éste es una de las moléculas que induce la apoptosis.
Para determinar la cantidad de glucosa se hace por medio de una prueba llamada glucosa oxidasa; que permite determinar los niveles de glicemia. Es una prueba enzimática acoplada por oxidación de la glucosa para producir acido glucónico (acido adónico en el que se oxido el grupo aldehído) y peróxido de hidrógeno. Éste se asocia a un cromógeno, el cual es una sustancia que cambia de color, en este caso por la presencia del peróxido de hidrógeno y se torna rojo. La intensidad del color rojo dependerá de la cantidad de glucosa presente en sangre.
La otra forma de medir la glucosa o carbohidratos es a través de la prueba de los azúcares reductores: la capacidad de oxidarse o reducirse un carbohidrato depende de la presencia de carbonos anomérico libres.
Cuando se sospecha que un paciente tiene una intolerancia a los carbohidratos por ejemplo se le pide medición de azúcares reductores en materia fecal. Se pone a dieta especial y 3 días después se recoge una muestra de materia fecal y usando el mismo fundamento (la capacidad de convertir el ion cúprico en Ion cuproso y la presencia de color amarillo, se puede decir si el paciente tiene o no azucares reductores en materia fecal; y eso implicaría que no puede hacer
absorción y digestión de carbohidratos y eso va a producir diarreas, flatulencias, dolores estomacales).
*REDUCCION DE LOS CARBOHIDRATOS*
Los carbohidratos se pueden reducir y producir polioles. Se reemplaza un aldehído por un alcohol y se forma el poliol. Si es glucosa forma el sorbitol.
Si es galactosa forma galactitol. Si es ribosa forma ribitol.
IMPORTANCIA CLÍNICA- Cuando se quiere convertir glucosa en fructosa se necesita pasar por sorbitol o viceversa.
Cuando un paciente tiene niveles elevados de glucosa la glucosa tiende a convertirse en sorbitol y éste se precipita y se deposita en el cristalino y produce cataratas.
- Altas concentraciones de sorbitol y galactitol produce cataratas en diabéticos.
- Y también este sorbitol y galactisol se depositan a nivel del sistema nervioso, alrededor de la envoltura de mielina, de esas proteínas especiales presentes en esta envoltura y las alteran y se daña y la conductividad se pierde. Es un mecanismo por el cual el paciente diabético pierde la sensibilidad.
Podemos tener muchos derivados. Podemos pegarle grupos amino y formar glucosamina, formar n-acetilglucosamina, que es un derivado importante para la formación de moléculas más complejas.
El ácido siálico también llamado acido n-acetilmuramico, es un derivado de los carbohidratos. Es importante en la estructura de membranas y paredes celulares, en las bacterias determina si es Gram. positivo o gram negativo.
La vitamina C, también es un derivado de los carbohidratos.
También puede formar desoxirribosa y ribosa.
Tiene la capacidad de formar enlaces N-glucosidico (con grupos amino) y O glucosidico (con oxigeno).
*DISACÁRIDOS*
Es la asociación de 2 monosacáridos, forman enlaces O-glucosídicos, uno los identifica por el carbono donde arrancan y donde terminan alfa 1,4.
- Sacarosa: glucosa + fructosa- Lactosa: galactosa + glucosa - Maltosa: glucosa + glucosa
Decíamos que el carbono asimétrico en los anillo pirano era el carbono 1 y el carbono asimétrico de los furano era el carbono 2. Y que la presencia de un carbono asimétrico o anomérico libre era el que le daba al carbohidrato la posibilidad de oxidarse y eso determinaba cual azúcar era reductor y cual no.
Los disacáridos se forman por una reacción de condensación entre el grupo-OH de un azúcar y el grupo –OH del carbono anomérico del otro azúcar hemicetal o hemiacetal, para formar un acetal mas un alcohol
Todos los monosacáridos son azúcares reductores, todos porque tienen carbono anomérico libre. Pero de los disacáridos, solo los que tengan carbono anomérico libre van a ser reductores. X ejemplo:
En el caso de la maltosa: el carbono anomérico de la glucosa es el carbono 1, y si está asociado por un enlace alfa 1,4. La maltosa, supuestamente ese debe ser el carbono anomérico de esa molécula de glucosa, que está formando un enlace glucosídico luego ahí no hay capacidad reductora en esa molécula de glucosa. Pero el carbono anomérico de esta segunda molécula de glucosa esta libre luego este carbono anomérico de la glucosa le da propiedades reductoras a la maltosa.
En el caso de la lactosa: el carbono anomérico de la galactosa es el carbono 1, el cual está ocupado formando el enlace glucosídico, entonces el carbono anomérico de la glucosa que es el 1 está libre. Por lo tanto la lactosa es un azúcar reductor. Entonces cuando se sospecha que paciente tiene intolerancia a la lactosa se busca azucares reductores en materia fecal y se puede determinar la presencia de la lactosa porque tiene ese carbono anomérico libre.
En el caso de la sacarosa el carbono anomérico de la glucosa es el 1, no tiene propiedades reductoras pues está formando el enlace glucosídico y el carbono anomérico de la fructosa es el carbono 2, el cual también está formando un enlace. Luego la sacarosa no es azúcar reductora.
*POLISACÁRIDOS*
HOMOPOLISACÁRIDOS
Reserva:- Almidón- Glucógeno- Dextrano: asociación de moléculas de galactosa. Lo utilizan como expansor
plasmático. Se lo colocan a pacientes que están perdiendo gran cantidad de líquidos, Por una herida o insuficiencia renal. El dextrano es osmóticamente activo, entonces retiene agua dentro de los vasos sanguíneos, entonces aumenta el volumen plasmático.
- Inulina: polisacárido de fructosa. Se usa mucho como marcador de función renal. Se coloca al paciente dosis de inulina endovenosa, no la metabolizamos, entonces se va hasta el riñón, se filtra, se excreta y no se reabsorbe. Si usted quiere saber cómo le está funcionando el riñón al paciente le coloca la inulina y le mira cuanta inulina excreta en la orina y se hace la relación, de cuanto se coloco, cuanto se excreto, la función renal está bien o está mal. La otra forma de medir la función renal es por medio de la creatinina.
El almidón y el glucógeno son polímeros de glucosa, están formados por glucosas asociadas por enlaces alfa 1,4. Adicional a esos enlaces alfa 1,4 de pronto aparece una ramificación por un enlace alfa 1,6.
Las ramificaciones en el almidón surgen cada 28 o 30 residuos de glucosa aprox. Se encuentran en el almidón 2 tipos de estructuras:
- Cadenas largas de glucosa asociadas por enlaces alfa 1,4, forman una espiral llamada amilosa. Se puede determinar cuanta amilosa tiene alguna muestra, echándole yodo el cual se mete en medio de las hélices y tiñe el almidón de violeta dependiendo de la cantidad de amilosa que haya.
- Cuando aparece una ramificación alfa 1,6 aparece una cadena que conocemos como amilopectina.
El almidón es la reserva de los vegetales, en nosotros es el glucógeno.
El glucógeno tiene la misma estructura que el almidón. La diferencia es que en el glucógeno las ramificaciones están cada 8 a 12 residuos.
El hígado es el órgano con más glucógeno, pero en proporción con el resto de cuerpo, decimos que hay más glucógeno en el músculo puesto que tenemos más cantidad de músculo que de hígado.
El hígado es quien aporta la glucosa a la circulación porque tiene una enzima llamada glucosa 6 fosfatasas. El glucógeno hepático tiene la función de aportar glucosa en condiciones de ayuno. Es reserva de glucosa para aprox. 48 horas en una persona normal de actividad física normal.
Tanto el músculo como el hígado proporcionan fuentes de glucosa al organismo, en condiciones de hipoglicemia, pero el único que brinda al plasma es el hígado.
Los depósitos de glucógeno son limitados: por cada gramo de glucosa que se pegue en forma de glicógeno tiene que agregar dos gramos de agua: eso es una limitante muy grande: porque aumentaría el tamaño del hígado y porque al aumentar agua la célula se expande.
Cuando sobrepasamos los depósitos de glucógeno simplemente empezamos a depositar la glucosa como ácidos grasos en forma de triacilgliceroles.
Estructurales:- Celulosa - Lignina- Quitina: polímero de n-acetilglucosamina. Hace el esqueleto de un alacrán.
Celulosa que es asociación de glucosa por enlaces beta 1-4 no hay enzima capaz de romper el enlace por lo que no la podemos digerir. Quitina asociación de N-acetilglucosamina. Forma el exoesqueleto de crustáceos como el alacrán rojo.
Lignina polisacáridos estructurales de origen vegetal rico en inulina.Miramos el almidón, la amilasa, la amilopectina. El almidón: Enlaces de asociación de glucosa alfa
1- 4 con ramificaciones alfa 1-6 que se presentan cada 28 a 30 residuos.
El glicógeno:Tiene la misma estructura del almidón pero las ramificaciones son cada 8 a 10 residuos, es más ramificado que el almidón, se deposita en casi todos los tejidos pero especialmente tienen reserva muscular y hepática. La que aporta glucosa a circulación es la reserva hepática.Glucógeno y el almidón si se pueden digerir gracias a los enlaces alfa. (Ejemplo de lo estereoespecíficas que son las enzimas en proceso de catálisis).
LOS HETEROPOLISACÁRIDOS
(Hay nitrogenados y no nitrogenados).
NO NITROGENADOS Hemicelulosa. pectina. Son parte de la fibra que ingerimos. Ayudan al transito intestinal, son polisacáridos, son no digeribles.
La Hemicelulosa está compuesta por polímeros de xilosas (salvado de trigo y otros productos para adelgazar).
LOS NITROGENADOS: Glicosaminoglicanos
Se pueden dividir en dos grupos:1) Estructurales: Acido hialurónico. Condroitín sulfato A (controitín 4 sulfato). Condroitín sulfato B (condroitin 6 sulfato). Dermatan sulfato. Queratán sulfato.2) Secreción: Heparina (heparan sulfato, sulfato de heparan) Mucoitín sulfato, producido por epitelios como mecanismo protector depende en parte de producción de moléculas eicosanoides. Que se inhibe al ingerir anti-inflamatorios no esteroides como acetaminofén que puede producir gastralgias.
1) ESTRUCTURALESAcido HialurónicoPolímero formado por ácido glucorónico y n acetilglucosamina, se asocian por enlaces beta 1,3 mientras que un polímero se asocia a otro por enlaces alfa 1,4.
Se encuentra formando tejido conjuntivo, los asocia forma la matriz extracelular hay sitios con mucha abundancia cordón umbilical piel tendones articulaciones, liquido sinovial. Tiene propiedad de ser muy viscoso, los líquidos sinovial es rico en este y le da movilidad a las articulaciones. Al hacer parte del tc las bacterias pueden producir hialuronidasa que es capaz de romperlo por lo que bacterias pueden penetrar los tejidos siendo mecanismo de
purulencia. Los antibióticos, algunos son inhibidores irreversibles de la hialuronidasa disminuyendo el factor de purulencia a las bacterias Gram. positivas, estreptococos.
Condroitin sulfatoA o B ambos formados por ácido glucorónico y n acetil galactosamina asociados por enlaces beta 1,3. Los que cambia entre a y b es la posición del sulfato pero la estructura es la misma.
El cartílago, tejidos conjuntivos, formando huesos en crecimiento cornea piel. El A (4) propiedad de influenciar el sentido de crecimiento de los huesos, que fémur sea un hueso largo también en cornea y piel. El B(6) se encuentra en tc, cartílago cordon umbilical, tendones.
La carga que tienen es negativa (por el grupo sulfato y a. hialurónico)DermatanAsociación de acido hialurónico y n acetil galactosamina por enlace alfa 1,3. Esta en las válvulas cardiacas, parte de la envoltura de las arterias alrededor del endotelio, matriz de
articulaciones.
Queratán sulfatoAsociación de galactosa y n acetil glucosalina 6 sulfato enlace beta 1, 4. Este monómero se asocia con otros monómeros por enlaces beta 1,3.
Esta en cartílago cornea núcleo pulposo, hueso es escaso cuando nacemos y aumenta su producción cuando crecemos y a los 30 empieza a disminuir nuevamente. (Japoneses matan tiburones para extraer el queratán sulfato).
FUNCIONES DE LOS GLICOSAMINOGLICANOS Absorción de impactos Disminuir presión a nivel de cartílagos Cemento intermolecular (tc) Papel del Condroitín 4 en el desarrollo de hueso estructura fibrosa extracelular. Con esas cargas negativas tienen buena capacidad para fijar cationes como el Ca y para fijar Agua por su propiedad de dipolo. Se comportan como lubricantes el dermatan, queratán, acido hialurónico.
2) Secreción
Heparan Sulfato (heparina)Acido glucorónico y glucosamina asociados por enlaces beta 1,4. Producido por gránulos de algunas células como mastocitos y basófilos. Son anticoagulantes, se pega al endotelio vascular para cumplir su función anticoagulante.
Son activadores enzimáticos: activan la lipoproteinlipasa. Es una enzima que juega papel clave en el metabolismo de los lípidos. Las moléculas complejas lipídicas como las lipoproteínas, lípidos, son moléculas no polares que para transportarse en el plasma se deben asociar a una porción proteica. Esa asociación lípido proteína es la que conocemos como lipoproteína. La lipoproteinlipasa degrada estas lipoproteínas y facilitan que el colesterol y los ácidos grasos lleguen a los tejidos que los necesiten.
MUCOPOLISACARIDOSISEn nuestro organismo hacemos constantemente síntesis de glucosaminoglicanos, mucopolisacáridos o heteropolisacáridos nitrogenados (son lo mismo) y al hacer síntesis se tiene que hacer también degradación. En muchas ocasiones tenemos deficiencia de enzimas que hacen degradación de glicosaminoglicanos acumulándose, formando depósitos (ya que las enzimas están inhibidas). Se acumulan a nivel de lisosoma que producen enfermedades de carácter genético que no tienen cura que se conocen como mucopolisacaridosis: La enfermedad de hunder. San filipo. Morten.Se acumulan sustancias y producen daños. Al hacer parte del tc se encuentran malformaciones en articulaciones: mano en garra, fascias toscas, cursan con retardo mental en algunas como la de san Filipo hay daño a nivel de retina se presentan cataratas, sordera. No hay cura ni tratamiento. El tratamiento debería ser terapia génica, producir enzimas recombinantes y aplicarlas al paciente (esta muy lejos). Solo hay paliativos. Son muy raras, en el oriente colombiano, todos los reportes y sospechas de mucopolisacaridosis se envía al LAB de bioquímica y por mucho son 4 y de los 4, 1 da positivo.
*ASOCIACION A PROTEINAS*
PEPTIDOGLICANOSLos glicosaminoglicanos Pueden formar peptidoglicanos haciendo parte de pared de bacterias, gram positivas. (ver esto) Como se forma acido n acetil murámico y n acetilglucosamina que se asocia por enlaces beta 1,4 formando cadenas largas que se unen entre si por puentes peptídicos, alanina, acido glutámico, lisina, alanina, d y l. Estas columnas se asocian por varias moléculas de pentaglicinas para darle fuerza a la pared bacteriana. Muchos fármacos son inhibidores de esta y la bacteria explota.
PROTEOGLICANOSLos proteoglicanos son: cadenas largas de acido hialurónico, unida esta una proteína y la proteína sirve de matriz o base para que se peguen los GAG. Se encuentran muchas estructuras de proteoglicanos, glucosaminoglicanos formando proteoglicanos a lo largo de molécula de acido hialurónico. Van creciendo y encontramos queratán, condroitín formando la matriz y se colocan uno sobre el otro en el tejido y a medida que llegan a superficie cambian su sentido. Queratanes y condroitines son ricos en cargas negativas. Encontramos un juego de cargas negativas abajo, un juego de cargas positivas arriba, otro juego de cargas negativas encima de ellos. Bueno un montón. Esa asociación sirve para que los proteoglicanos se separen, exista repulsiónDejan un espacio que va a ser llenado por agua y cationes como el calcio. Cuando someto a presión al proteoglicano se comporta como una esponja: saca agua y cationes y luego cargas negativas se repelen, se separan ye entra el agua nuevamente. Así se absorbe la presión sobre cartílagos.También sirven como cemento intramolecular, permite el desarrollo de estructuras fibrosas extracelulares, lubricante, y fijador de agua y cationes.
Conformado por: Un acido hialurónico de cadena larga al cual se le unen proteinas (agrecanos) a las cuales se les unen una gran cantidad de GAG (keratan y condroitina)
II CLASE DE CARBIHIDRATOS
DIGESTION Y ABSORCION DE LOS CARBOHIDRATOS
En esta clase miraremos como obtenemos la energía de los diferentes nutrientes y lo más importante como se regulaLos carbohidratos ya vimos que eran de varios tipos vimos los monosacáridos, disacáridos, los polisacáridos, de los polisacáridos tenemos unos de reserva (almidón, glucógeno, dextrano, inulina) y otros estructurales (celulosa, lignina, quitina), luego dividíamos los heteropolisacaridos en nitrogenados (glicosaminoglicanos) y los no nitrogenados (angar, hemicelulosa, pectinas).Hay dos fuentes de carbohidratos para nosotros la fuente exógena y la fuente endógena.La fuente exógena juega un papel clave, nuestra dieta es muy rica en carbohidratos ya sea en forma de monosacáridos o en forma de polisacáridos (somos aficionados al almidón) y comemos algo de glicógeno (cuando consumimos carne) Vamos hablar del almidón que es el que más consumimos, recordemos que el almidón tiene dos componentes grandes que era la amilosa, que eran las cadenas largas de carbohidratos asociadas por enlaces 1-4 y las amilopectinas (ramificaciones 1-6)
Entonces la digestión empieza con la amilasa salival rompiendo inicialmente los enlaces 1-4 , aunque esa amilasa no es muy activa pero rompe varios enlaces 1-4 y luego a nivel del intestino es donde empieza la verdadera acción, a nivel intestinal tenemos la amilasa de naturaleza pancreática y tenemos una enzima que se llama amilodextrinasa o 1-6 glucosidasa o amilopectidasa, entonces miren que la acción de esa amilasa y de la glucosidasa es romper las moléculas de almidon y dejar o bien moléculas sueltas de glucosa o cadenas muy corticas (de maltosa o maltotriosa), aquí estamos rompiendo los dos tipo de enlace el 1-4 y el 1-6 . En el intestino encontramos un juego de enzimas que se conocen en general como disacaridasas que son capaces de digerir cualquiera de esos disacáridos (maltosas, maltotriosas, sacarosas o lactosas), miremos, entonces la maltasa romperá la maltotriosa, la isomaltasa romperá las moléculas de dextrina que tengamos, la sacarasa la sacarosa y la lactasa la lactosa y dejamos libres solo monosacáridos que es lo que nosotros absorbemos (fructosa, glucosa y galactosa), son los tres monosacáridos que nosotros mas consumimos.Estas enzimas (disacaridasas) en general son enzimas inducibles (cuando yo contengo una dieta rica por ejemplo en sacarosa entonces la sacarasa se induce y empieza a aumentar su actividad),lo mismo pasa con la maltasa. La lactasa si no es inducible por eso los pacientes que tienen deficiencia de lactasa su tratamiento básicamente es reducir el consumo de lactosa, entonces, cuando tenemos un paciente con deficiencias de disacaridasas una forma de mejorar la acción de la enzima es empezar a darle dietas cada vez un poco más altas de
sacarosa y eso hace que la enzima se induzca, en algunos pacientes funciona eso depende de tipo de deficiencia que tenga puede ser que la deficiencia no sea por la síntesis si no porque la enzima que se este sintetizando sea de un modo inactiva debió ser un cambio en un aminoácido y perdió su funcionalidad a diferencia de la lactasa el paciente con deficiencia tiene dieta bajas en lactosa.
FIBRAS DE LA DIETAEntonces tenemos monosacáridos en el intestino (glucosa, galactosa y fructosa) hay un tipo de carbohidratos que nosotros no digerimos, no tenemos enzimas capaces de hacer digestión se conocen como fibra (celulosa , hemicelulosa, la pectina, la lignina, la quitina), como no son digeribles van a dar algunas propiedades que pueden variar de un tipo de fibra a la otra una de esas propiedades es la viscosidad, algunas de ellas cuando retienen el agua que es otra propiedad que ellas tienden a aumentan la viscosidad del contenido entonces eso puede dificultar la acción de las enzimas digestivas pero el objeto que tienen es mejor el tránsito del contenido intestinal, algunas de ellas no tienen la capacidad de aumentar la viscosidad pero cuando llegan al intestino grueso las bacterias del intestino son capaces de utilizarla como fuente de alimento, las empiezan a degradar y eso aumenta el contenido de bacterias (quitina), aumenta la cantidad de acidos grasos de cadena corta y aumenta el peso en la materia fecal entonces facilita el transito a través del intestino pero hay una propiedad que es muy importante y es la retención de sales biliares (la lignina, la quitina, el germen de trigo), tienen la capacidad de asociarse a las sales biliares y las sales biliares tienen dos funciones: digestión y absorción de los lípidos, entonces si yo hago retención de sales biliares a través de de la fibra obtengo una menor absorción de lípidos y dentro de esos lípidos que se van a disminuir va estar el colesterol entre otras las sales biliares se sintetizan a través de colesterol, para nosotros el colesterol es una galleta por que el colesterol lo sintetizamos facilito a través de acetil – coa y después nos vemos en la de troya para poderlo eliminar, no sirve de fuente de energía, tiene un juego de anillos que se llaman ciclopentanoperhidrofenantreno que no tenemos como carajo romperlo, entonces la única para eliminar el colesterol es convertir el colesterol en algo que sea fácil de eliminar y no tenemos como, lo convertimos en hormonas esteroideas pero esas concentraciones son muy pequeñas en comparación con el colesterol que esta alrededor de 200 mg/dl , una concentración de hormona puede estar alrededor de de micro o nanogramos , lo convertimos en sales biliares y empezamos a excretar sales biliares pero el 95% de sales volvemos y las reabsorbemos , entonces empieza a ver un circuito del colesterol donde se hace muy difícil su eliminación y los niveles de colesterolemia en el paciente empiezan a aumentar, entonces cual es una forma de tratar??? Coger al paciente y darle fibra, la fibra retiene las sales biliares y dificulta la absorción del colesterol y como está reteniendo sales biliares y el paciente empieza a excretar sales biliares entonces el hígado se ve obligado a coger colesterol circulante y convertirlo en sales biliares entonces los niveles de colesterolemia disminuye en el paciente.
MODELO CLASICO DE ABSORCION Entonces todos estos monosacáridos glucosa, galactosa y fructosa se van a absorber a nivel del intestino delgado hay un transportador para la glucosa y para la galactosa que es dependiente de sodio que es el SGLT1, miren que el SGLT1 es un cotransportador una molécula de glucosa o galactosa adicional va con una molécula de sodio, hacia el interior de la cell. Mientras que la fructosa entra por un transportador diferente que es el GLUT 5.
Los GLUT son una familia grande de transportadores, proteínas que atraviesan la membrana celular 7 veces, son canalitos que cambian de configuración cuando se les pega un monosacarido, entonces miren que a través de ese GLUT 5 entra la fructosa y del SGLT1 entra sodio, glucosa y galactosa.Aquí el sodio se va cambiar por potasio , sale sodio y entra potasio a través de una bomba Na/K atpasa entonces esta es transporte activo secundario porque necesitamos energía para eliminar, cuando queremos que el paciente haga buena absorción de sodio debemos agregarle un poquito de glucosa a solución que le estamos dando por via oral.Cual quiera que sea el monosacárido que tengamos (glucosa, galactosa, fructosa) va aparecer en circulación, entra a circulación a través del transportador GLUT 2 pasa estos monosacáridos al sistema porta (recuerden en el sistema porta al primer órgano que va llegar es el hígado), entonces el primer órgano que va recibir esa descarga de carbohidratos va ser el hígado.
TRANSPORTADORES DE GLUCOSADe estos transportadores GLUT vamos a encontrar nosotros 12 tipos pero ya van en el GLUT 14 TRANSPORTADORES DE GLUCOSA
Tipo Ubicación Rol Kµ (mm)
GLUT-1Placenta, encéfalo, eritrocito, riñones, etc. Captación basal 1.0 - 2.0
GLUT-2 Islotes, hígado, riñones, ID.Sensor, transporte epitelial 12- 20
GLUT-3 SNC, placenta, riñones, etc. Captación de glucosa < 1
GLUT-4Músculo esquelético, cardiaco T. Adiposo Captación de glucosa 4.5 - 5.0
GLUT-5 Yeyuno, espermatozoide Transporte de Fructosa 1 - 2
GLUT-6 SEUDOGEN
GLUT-7 Yeyuno, espermatozoide Transporte Glut-6P
¿Qué cambia? La afinidad por el carbohidrato, algunos tienen una afinidad muy alta como en el caso del GLUT 3 otros tienen una afinidad menor como es el caso del GLUT2, GLUT 4.¿Dónde se expresa y qué función cumple? Glut 1 mirar la tabla va ser capaz de captar glucosa a pesar de estar en concentraciones muy bajas a nivel plasmático, tiene una gran ventaja para el encéfalo y para el eritrocito porque
usted puede estar en estado hipoglicemico y el trasportador es capaz de seguir captando glucosa Los transportadores funcionan por cambio conformacional, simplemente el transportador está cerrado, se asocia el monosacarido el transportador cambia de configuración, el carbohidrato atraviesa y entra a la célula y una vez adentro el transportador vuelve y se cierra. GLUT2 convierte en sensor de niveles de glucosa, trabaja con niveles altos de glucosa, lo encontramos en el hígado, el páncreas de las células B pancreáticas, funciona solo con niveles de hiperglicemia, va tener la ventaja que cuando hace usted el consumo de carbohidratos y empieza a tener ese pico hiperglicemico que normalmente se da antes de la primera hora, no alcanza llegar a 200 mg/dl, cuando se da ese pico es cuando ese transportador empieza a facilitar la entrada del carbohidrato (en el caso de la glucosa al hígado y a las células beta )y eso se convierte en un estimulo para la excreción de la insulina, en las células beta cuando la glucosa entra es en ese momento cuando la insulina empieza a ser secretada GLUT 3 tiene un km menor que los niveles plasmáticos , SNC, placenta, riñones, nuevamente garantiza la glucosa a pesar de estar en estados hipoglicemicos GLUT4 tiene km muy cercano a los niveles plasmáticos de glucosa pero es un GLUT que se expone bajo el estimulo de la insulina, Músculo esquelético, cardiaco T. Adiposo, ya veremos cómo se hace la secreción de insulina y cómo se exponen los GLUT. El GLUT4 no solo la insulina aumenta su expresión se ha visto que la actividad física aumenta la exposición de ese transportador. GLUT 5 básicamente transporta fructosa, yeyuno espermatozoidesGLUT 6 inicialmente se conocía como un seudo gen es decir un gen que nunca se expreso pero luego se encontró que el GLUT6 era el mismo GLUT9 y el GLUT 9 si cumple esa función, se encuentra el el cerebro , en leucocitos bazo y parece estar involucrado en el transporte de la glucosa GLUT 7 se encontró que se había formado en el laboratorio, que no es un transportador biológico como tal GLUT 12 es el que está de moda es un transportador que también depende de la insulina
MECANISMO DE SECRECIÓN DE LA INSULINA REGULACION DE LA INSULINA En una dieta rica en CH, donde se aumentan los niveles de glucosa, absorbemos gran cantidad de glucosa, luego pasa a circulación (sistema porta), y esa glucosa va a llegar hasta las células beta pancreáticas. Allí, esa glucosa entra a la célula y se metaboliza.La glucosa entra a la célula beta a través del transportador GLUT2 (que depende de las concentraciones de glicemia). Hay glucólisis, que aumenta la cantidad de energía, produce piruvato, acetil coa y esta última produce ATP. Se altera entonces la relación ATP – ADP, y esta alteración actúa sobre unos canales de potasio evitando que dejen salir el potasio, y la alteración de los niveles intracelulares de potasio produce un cambio sobre la membrana y abre canales de calcio voltaje-dependientes; estos canales permiten el ingreso de calcio y junto a una protein quinasa C (dependiente de Ca2+), se empieza a provocar la movilización de los gránulos de insulina depositados en la célula beta para hacer luego su liberación. Se libera insulina ante estímulo de la glucosa; pero no es el único estímulo, los cuerpos cetónicos, los ácidos grasos y los aminoácidos también son capaces de producir energía y modificar la relación ATP – ADP, y pueden inducir así la liberación de insulina. La secreción de insulina también depende de otras hormonas: el glucagón y la adrenalina estimulan su secreción. El otro estimulo viene por el sistema nervioso a través de la Acetil colina, se sintetiza insulina no solamente a través del nervio vago se estimula todo lo que es el aparato digestivo (liberación de jugo gástrico, saliva).La insulina que yo libero se va por el sistema porta y llega al hígado, es el primer lugar donde actúa. Más o menos un 50% de la insulina que llega al hígado es degradada y el otro 50% si
pasa a circulación; entonces la cantidad de insulina que podemos determinar en circulación central en un paciente no es un indicador fidedigno de cuánta insulina está produciendo el paciente, ya que el porcentaje de degradación es variable.PRODUCCION DE LA INSULINA
Cómo se produce la insulina? Producimos insulina como una molécula compleja que se llama preproinsulina, que luego va a perder una porción que es un péptido señal, y se convierte en proisnulina dentro de la vesícula. Esta transformación modifica el ph interno de la vesícula, facilita la entrada de hidrogeniones y el ph se vuelve más ácido, y esto activa unas proteasas que hacen que la proinsulina pierda unos componentes, y se produce entonces la insulina como tal: dos cadenas, una
alfa de 21 aminoácidos y una cadena beta de 30 aminoácidos, y están unidas por puentes disulfuro. Además de estas dos cadenas, dentro de la vesícula permanece un péptido C ó péptido conector, que se produce en la misma cantidad (proporción) que nosotros producimos insulina. La vida media del péptido C es mayor a la de la insulina. La forma más confiable de saber cuánta insulina está produciendo un paciente es cuantificar el péptido C y no la propia insulina.
SECRECION DE INSULINA La secreción de insulina se hace en dos fases: una fase grande que ocurre antes de los 10 primeros minutos, y una segunda fase pequeña que puede ser más prolongada; el primer pico de secreción hace referencia a la insulina que está ya sintetizada (guardada en las vesículas), y el segundo a la que está recién sintetizada. El efecto de los nutrientes al activar los canales de calcio no es solo facilitar la liberación de la insulina, sino que a través de la protein quinasa C se pueden activar factores de transcripción y activar la
síntesis de insulina; por este motivo se puede encontrar ese segundo pico de liberación. Què importancia tienen estos picos? Cuando ud hace valoración de niveles de glicemia en un paciente diabético, ud no encuentra primer pico de secreción, diabetes tipo II no tiene primer pico, presenta solo el segundo pico, y en la diabetes tipo I el paciente no tiene ninguno de los dos picos.
ACCION DE LA INSULINACómo actúa la insulina? La insulina tiene un receptor de la familia de receptores con actividad enzimática intrínseca, un receptor tipo tirosin quinasa, al unirse la insulina el receptor es capaz de autofosforilarse y al hacerlo empieza a activar una serie de moléculas en cadena; lo primero que se activa es este sustrato de respuesta a la insulina (IRS-1 diap. 56) y ese sustrato tiene varios puntos a partir de los cuales puede activar rutas de señalización.
La ruta de señalización que tenemos aquí se llama la ruta de las MAP-kinasas; a través de esta ruta la insulina es capaz de activar la expresión génica, entonces estimula la síntesis de proteínas. Muchas de las enzimas que vamos a mirar en glucólisis son inducibles, casi podríamos decir que las tres que nos interesan son inducibles: fosfofructoquinasa, hexoquinasa y piruvato quinasa; la insulina es capaz de inducir esas enzimas.
Además, por el lado del sustrato de respuesta a la insulina (IRS-1), el sustrato es capaz de activar protein kinasas (segunda gráfica diap. 56) y la protein kinasa B fosforila otra enzima que es la GSK3 (kinasa de glucogeno sintasa) y la inactiva; al estar la GSK3 inactiva no es capaz de fosforilar la glicógeno sintasa (GS) para inactivarla, y así la GS permanece activa y se acelera la producción de glicógeno.
La insulina también a través de estas proteínas de fosforilación es capaz de coger GLUT4 y llevarlo a la superficie de la membrana. Cuando veamos el caso del hígado, este no necesita a la insulina para que la glucosa entre, pero el resto de la cascada si funciona: la insulina actúa inhibiendo unas rutas, activando otras, modificando la expresión génica.
Cualquiera de esos puntos podía estar la modificación y que llevaría hacer la resistencia a la acción de la insulina , en cualquiera de esos puntos, no tiene receptores o los receptores no son funcionales o no expresa el ISR, o el ISR no es funcional , la cascada de señalización no es activa etc , cualquiera de esos puntos puede estar el daño Resistencia a la insulina que se asocia mucho a la obesidad.
GLUCOLISIS
GLUCOLISIS
FASE PREPARATORIA DE ACTIVACION
Secuestro de la glucosaLo que llevamos hasta ahora es la descarga de glucosa en el sistema porta llegando al hígado como primer órgano y además el páncreas a través de las células beta liberando insulina que también van a llegar como primer órgano al hígado, en el hígado decíamos que teníamos el transportador GLUT2 que no dependían de la insulina , entonces estos GLUT2 empiezan a facilitar la entrada de la glucosa, entonces la glucosa empieza a entrar al hígado por el GLUT2 y una vez dentro del hígado se fosforilan aparece la primera enzima que es regulatoria que es la HEXOQUINASA ella coge la glucosa y le pega un fosfato de carbono 6 para convertirla en glucosa 6 fosfato , un delta de G negativo (reaccion irreversible, la reacción se favorece pero necesita energía (ATP) , entonces miren que la fosforilación de la glucosa tiene 2 intensiones
1- Secuestrar la glucosa en la célula y evitar que salga, porque es que el hígado tiene una función clave, el hígado a través de ese GLUT2 que se convierte en sensor para la glucosa va detectar los estados de hipoglicemia, cuando no le entra glucosa el hígado asocia esa no entrada de glucosa a la hipoglicemia, el hígado empieza hacer lo contrario a coger la glucosa y a liberarla, miren no solo es facilitar entrada sino también permitir la salida , para nosotros evitar que la glucosa que está entrando se escape la fosforilamos , la convertimos en glucosa 6 fosfato
2- Y la segunda intensión de la fosforilazion no solo en l hígado sino en cualquier tejido es marcarla “esta glucosa la puedo utilizar” como la va utilizar? En el hígado la glucosa 6 fosfato se puede usar de varias maneras
a. El hígado puede hacer Glucolisis: la convierte en piruvato y se va a convertir en acetil coa y esta se puede convertir en
i. Acidos grasos, ii. Colesterol y
iii. En algunas circunstancias convertirse en
cuerpos cetonicos (acetoacetato y ß-hidroxibutirato)b. Se puede ir a depósito en forma de glucógeno c. Se puede ir por la vía de las pentosas y producirme ribosa 5 fosfato y
producirme NADH + H
Que connotación tiene que en el hígado yo le pueda dar tantas salida a la glucosa 6 fosfato mientras en el musculo tenga solo dos posibilidades? En musculo se va para la síntesis del
glucógeno o se utiliza en la glucolisis no se puede hacer mas, en el eritrocito solo lo pueda utilizar para la glucolisis entonces eso le daba una connotación especial Resulta que de las hexoquinasas ustedes van a encontrar hasta la hexoquinasa 7 pero nos interesan dos: la hexoquinasa 1 y la hexoquinasa 4 que es la que se expresa en el hígado qué diferencia hay? La hexoquinasa hepática tiene un km más alto por la glucosa que la hexoquinasa muscular, entonces que objeto tiene? Necesito que exista alta concentración de glucosa dentro de la célula hepática para que se pueda fosforilar eso me va garantizar algo, que cuando yo esté haciendo degradación de glucógeno quiera liberar glucosa a circulación, la glucosa que yo estoy liberando no se me vaya otra vez para convertirse en glucosa 6 fosfato , si la hexoquinasa tuviese un km bajo con cualquier concentración de glucosa la convertiría en glucosa 6 fosfato entonces se convertiría en un ciclo vano, yo libero glucosa en el hígado para tratar de liberarlo pero con una hexoquinasa con un km baja vuelvo y lo deposito en forma de glucosa 6 fosfato por eso la hexoquinasa hepática tiene un km más alto, la muscular lo tiene más bajito, por que la glucosa aquí se utiliza como fuente inmediata de energia, pero miren el jueguito queOJO hay GLUT 2 tiene un km más bajo entonces GLUT 2 permite la entrada de glucosa pero el metabolismo es más lento en el hígado. El músculo el GLUT 4 tiene un km más alto PERO toda la glucosa que le llegue la va metabolizar, la va convertir en glucosa 6 fosfato La otra connotación importante que tiene es que hexoquinasa hepática no se inhibe por concentración de glucosa 6 fosfato mientras que la hexoquinasa muscular si ¿Por qué no se inhibe la hepática y si la muscular? Es que miren la glucosa 6 fosfato en el hígado es el punto de partida para un entramado metabólico a partir de glucosa 6 fosfato usted se abre y puede activar muchas rutas, mientras que en el musculo solo es una solo.
Isomerización de la glucosa
Cuando yo ya tengo la glucosa 6 fosfato, fácilmente puede pasar a fructosa 6 fosfato, miren la energía libre baja de esa reacción 1.7 es muy baja ósea puede ocurrir en las dos direcciones simplemente hacemos isomerización del azúcar esto es una aldosa y esto es una cetosa (mirar grafica anterior), es una reacción reversible, enzima: fosfohexosaisomerasa , mientras la
anterior reacción donde la catalizaba era la hexoquinasa esa no era reversible tenía un delta de G negativo
Fosforilacion de la fructosa 6 fosfatoBueno pasamos de la glucosa 6 fosfato a fructosa 6 fosfato y llega la reacción quizá más importante de la glucolisis el paso de la fructosa 6 fosfato a fructosa 1.6 bifosfato que lo hace la fosfofructoquinasa 1 en presencia de ATP miremos el delta de G, bastante negativo el delta de G, volvemos a pegarle la energía en carbono 1 , es bifosfato porque los dos fosfatos están separados si estuviesen pegados uno al otro serian difosfato (ATP)esa es la diferencia entre di y bi Regulación de la fosfofructokinasa 1 (FFK1)La fosfofrutoquinaza es la enzima importante en la glucolisis ya que es la encargada de regular la velocidad con que se realiza este proceso.La fosfofructoquinasa 1 se regula de varias maneras esta enzima es la que lleva la batuta de la glucolisis me va decir que tan rápido ocurre esta regulada de manera alosterica y esta regulada por acción hormonal de manera indirecta Como el objeto de la glucolisis como tal es producir energía necesitamos sensores de la capacidad energética de la célula, los sensores van a decir si la glucolisis ocurre o no ocurre: EL BALANCE ENERGETICO CUYOS INDICES SON EL ATP Y EL AMP.
ATP ES un inhibidor de la PFK-1 PORQUE SI LA CELULA tiene mucho ATP estamos diciendo que la célula esta en un buen balance energético, LUEGO LA GLUCOLISIS NO SE NECESITA
Citrato es un inhibidor se obtiene de la asociación oxalacetato – acetil COA ese citrato se debía pasar a isocitrato y el isocitrato convertirse en alfa cetoglutarato pero ese paso de isocitratro a alfa cetoglutarato necesita que este en deficiencia energética
Mejor escribirlo
Miren porque el citrato se convierte en indicador energético para yo poder hacer el paso de isocitrato a alfa cetoglutarato necesito NAD oxidado estos NADH recuerden QUE DEBER IR a la fosforilación cadena respiratoria, fosforilación oxidativa y es ahí donde van hacer el cambio, por NAD, pero para que ocurra ese cambio a su vez necesito yo que ADP se convierta en ATP y esto lo que tiene el balance energético , esto debería hacerse asi porque va ser trabajo
biológico , entonces miren que pasa si el paciente tiene buen balance energético : hay buena cantidad de ATP la concentración de ADP disminuye , como hay poco ADP la capacidad de producir NAD reducido en NAD oxidado se disminuye como hay poco NAD oxidado el isocitrato no pasa a alfa-cetoglutarato entonces las concentraciones de citrato se aumenta entonces esto me indica que la célula tiene un balance energético adecuado. Entonces ATP y el CITRATO inhiben la hexoquinasa. En cambio el AMP que indica un mal balance de la PFK es un estimulante.
El otro buen inhibidor de la PFK es el ph cuando las concentraciones del ion hidronio se elevan en la célula por ejemplo una fibra muscular que usted la coloco hacer actividad anaeróbica y entonces se ve obligada a producir mucho acido láctico por glucolisis anaeróbica el ph de la célula disminuye se inhibe la PFK para reducir la producción de acido láctico y evitar el daño celular y el efecto Pasteur lo hablaremos al final xq tiene que ver con la capacidad de oxidar (me produce más energía ,luego necesito menos glucolisis).
Otro activador grande es la fructosa 2,6 bifosfato esta se obtiene de la PFK2 y ese fructosa 2.6 bifosfato se obtiene de la fructosa 6 fosfato pero lo hace otro enzima que se llama FPK-2 , la FPK-2 convierte la fructosa6 fosfato en fructosa2,6 bifosfato y esa PFK-2 es activada por la insulina, entonces miren que la insulina está facilitando la entrada de la glucosa a la célula muscular y está aumentando los niveles de fructosa 2.6 bifosfato para que la glucolisis se haga mucho más rápida veremos mañana otro cuentico que es la regulación de la gluconeogenesis ¿Por qué hacemos glucolisis y no hacemos gluconeogenesis? Que objeto tendría coger aminoácidos que son tan costosos desde el punto de vista energético y convertirlos en glucosa y coger esa glucosa y gastarla en el hígado aquí está el juego activamos una ruta e inhibimos otra mañana les cuenta la historia de eso.
CLASE III CARBOHIDRATO
De qué depende el camino que tome la glucosa? Depende de dos cosas fundamentalmente: 1. De cuál es la hormona que está primando, hormonas hiperglicemiantes u hormonas
hipoglicemiantes (insulina o glucagón); con las hipoglicemiantes va a primar el depósito de glicógeno, la oxidación de glucosa en menor cantidad, y la vía de las pentosas.
2. Va a depender de la cantidad de energía que haya en la célula. La mayoría de estas rutas, en el caso de la glucólisis, la regulación depende mucho del balance energético
de la célula, y en el caso de la vía de las pentosas, va a depender de la presencia de nadps en condiciones oxidadas; las concentraciones de estas coenzimas (NADP o NAD) en la célula son escasas, entonces vamos a depender de que ese NAD que se redujo en una vía catalítica se vuelva a oxidar en la fosforilación oxidativa. Si nosotros no hacemos oxidación de estos vitámeros, no podemos hacer vía oxidativa. La glucosa 6fosfato deshidrogenasa es una enzima que depende de NADP reducido. En el caso del músculo las rutas que van a primar son depósito de glicógeno y la glucólisis, pero en el músculo prima mucho el balance energético: si ud está haciendo actividad física la glucosa se va a venir hacia la glucólisis. Y ahí tenemos que hacer diferencia entre la actividad física aeróbica y la anaeróbica; la actividad anaeróbica moviliza más glucosa, la actividad física aeróbica moviliza ácidos grasos. La vía de las pentosas en músculo es muy poco activa. En el tejido adiposo muy poca glucosa se deposita en forma de glicógeno; prima la oxidación para obtener acetil CoA (glucólisis) que es un sustrato para la síntesis de ácidos grasos, y va a primar la vía de las pentosas porque le va a aportar al tejido adiposo NADPs reducidos que es otro sustrato para la síntesis de ácidos grasos.
A nivel del hígado la glucosa entra por GLUT2 (en hígado la entrada solo depende de los niveles de glicemia), si tengo hiperglicemia la glucosa entra al hepatocito. En cambio en músculo y tejido adiposo la entrada si depende de insulina, y que sea funcional. La complicación es que así de fácil como la glucosa entra también puede salir de la célula, entonces lo primero que debemos hacer es secuestrarla. Para esta labor hay un grupo de enzimas que se conocen como hexoquinasas: convierten la glucosa en glucosa 6fosfato a expensas de 1 ATP. El delta de G es de -16,7, lo que nos dice que la reacción se da en el sentido propuesto, que es exergónica, y que en teoría toda la glucosa que se una a hexoquinasa debe terminar en glucosa 6fosfato.Tenemos dos tipos de hexoquinasa: Una que se expresa en el músculo que es inhibida por concentraciones aumentadas de
glucosa 6fosfato, y la razón de ser de esto es que el acumulo de glucosa 6fosfato refleja una incapacidad para oxidar la glucosa y esto a su vez nos dice que el tejido (músculo en este caso) no está necesitando energía, por que no lo esta gastando y si no necesita energía deja de convertir la glucosa en glucosa 6fosfato; el músculo deposita entonces el exceso de glucosa como glicógeno.
En el hígado hay una forma especial de hexoquinasa, que se conoce como glucoquinasa (ó hexoquinasa 2); esta no es inhibida por los niveles de glucosa 6fosfato y esto también tiene su razón de ser: el hígado es un órgano que tiene muchas rutas metabólicas, y la glucosa 6fosfato es el punto de partida para hacer síntesis de glicógeno, para vía de las pentosas, y punto de llegada de gluconeogénesis, entonces si yo inhibiera la ruta de la glucólisis porque tengo mucha glucosa 6fosfato estaría obligando al hígado a no hacer ninguna de esas rutas…
La glucosa 6fosfato la podemos traer por la vía de las pentosas a producir ribosa 6fosfato, la podemos traer para depósito de glicógeno, la podemos traer a producir piruvato que luego vamos a convertir en acetil coa, y esa acetil coa sirve para sintetizar ácidos grasos, colesterol. Entonces la glucosa 6fosfato si se puede acumular en el hígado porque yo le puedo dar diferentes destinos: si yo tengo aumento de depósitos de glicógeno todavía me queda la vía de las pentosas; si yo no necesito ribosa ni NADPH la puedo oxidar y convertirla en piruvato y llevarla hasta acetil coa; si no hay necesidad energética y estoy haciendo oxidación, pues la convierto en ácidos grasos y la deposito en el tejido adiposo, o la convierto en colesterol. El
colesterol no lo podemos depositar, permanece circulando, y de menara patológica se acumula en los vasos sanguíneos y produce ateroesclerosis. Pero la glucoquinasa sí tiene un inhibidor en el hígado y es la fructosa 6fosfato que es el paso siguiente en la glucólisis.La glucólisis es un proceso totalmente citoplasmático. La fructosa 6fosfato toma la glucoquinasa, la arrastra hasta el núcleo y allí la inactiva; esto ocurre porque la fructosa 6fosfato se puede estar acumulando como producto de la gluconeogénesis, que es la vía contraria a la glucólisis, y si yo inhibo la glucoquinasa me estoy asegurando que esa glucosa sintetizada de nuevo (por un ayuno prolongado) no se vaya a oxidar. Yo oxido la glucosa de la dieta, no la que sintetizo a partir de otros productos por gluconeogénesis.
La hexoquinasa tiene una particularidad que ya se había discutido con el tema de enzimas: una vez se une el sustrato a la enzima, la estructura de la enzima cambia, hay un giro de uno de sus monómeros que cubre al sustrato; lo que ese giro busca es sacar el agua del sitio activo para que no interfiera en la reacción. Hay un cambio conformacional inducido por el sustrato, es el modelo de ajuste inducido, de los mecanismo de acción enzimática. La siguiente reacción de la glucólisis es el paso de glucosa 6fosfato a fructosa 6fosfato, catalizada por una isomerasa, con un delta de G muy cercano a cero (1,7 kj/mol), entonces es una reacción que fácilmente va en equilibrio.La fructosa 6fosfato debe seguir, en la glucólisis, para producir acetil coa y finalmente ATP, que es el objetivo de esta vía. La gluconeogénesis arranca al contrario: aminoácidos, glicerol, lactato, toma estos sustratos para producir glucosa 6fosfato, y esta debe irse a glucosa libre por la acción de la enzima glucosa 6fosfatasa. Por eso la fructosa 6fosfato inhibe la glucoquinasa, para que la glucosa de la gluconeogénesis no vaya a irse otra vez hacia la glucólisis, y salga a circulación.
Luego pasa la fructosa 6fosfato a fructosa 1,6bifosfato por la acción de la fosfofructoquinasa-1, y en esta reacción estoy consumiendo el segundo ATP de la glucólisis (el primero lo gaste en el paso de glucosa a glucosa 6fosfato). Esta reacción es clave porque es la que regula la velocidad de la glucólisis. La fosfofructoquinasa-1 tiene varios mecanismos de regulación. La glucólisis es un proceso que depende fundamentalmente del balance energético, entonces uno de los reguladores aquí va a ser qué tanta energía tiene la célula, y el indicador del balance va a ser la relación ATP-AMP. El ATP es un inhibidor alostérico inhibe la enzima reduciendo la afinidad por la fructosa 6fosfato, pero este efecto inhibidor es contrarrestado por el AMP, que es un activador de la fosfofructoquinasa-1 (no lo hace el ADP; el ADP no es regulador). El citrato (producto del ciclo de Krebs que surge de mezclar acetil coa con oxalacetato) también actúa sobre la fosfofructoquinasa-1 y es un inhibidor de la glucólisis; esta regulación negativa del citrato se puede explicar: el citrato se vuelve isocitrato por una reacción que es reversible y el isocitrato se convierte en alfa-cetoglutarato por una isocitrato deshidrogenada, pero para este paso necesito un NAD oxidado que se va a convertir en NAD reducido; entonces si su célula tiene mucho NAD reducido, es decir si la re-oxidación de ese NAD está bloqueada ud lo que acumula es isocitrato y el isocitrato está en equilibrio con el citrato, y cuando se aumentan los niveles de citrato entonces bloqueo la glucólisis. Ahora, la otra posibilidad es que ese citrato me esté indicando que al ciclo de Krebs están entrando aminoácidos para un proceso anabólico (cuando tengo procesos anabólicos los niveles de citrato se aumentan) y entonces la glucólisis se va a inhibir, porque la mayoría del anabolismo que hacemos está de la mano con la gluconeogénesis. El otro regulador grande es la fructosa 2,6bifosfato y aquí es donde juegan las hormonas: la fructosa 2,6bifosfato se obtiene también de fructosa 6fosfato, pero la reacción es catalizada por la enzima fosfofructoquinasa-2, y esta enzima es estimulada por la insulina. Entonces, la insulina me aumenta la síntesis de fructosa 2,6bifosfato y esta a su vez estimula la fosfofructoquinasa-1; así la insulina facilita la glucólisis de dos maneras: (1) permitiendo el ingreso de glucosa a la célula y (2) estimulando la fosfofructoquinasa-1 que es la enzima que regula la velocidad de la glucólisis. La fosfofructoquinasa-1 es inhibida cuando las concentraciones de iones se aumentan y el ph en la célula tiende a disminuir, para
protegernos de la producción excesiva de ácido láctico. Y el otro efecto grande es el efecto Pasteur que tiene que ver con la disponibilidad de oxígeno; la glucólisis por vía anaeróbica me produce solo 2 ATP, mientras que por la vía aeróbica me produce 36 ATP, entonces el efecto Pasteur se refiere a que yo en presencia de oxígeno necesito hacer menos glucólisis para obtener la misma energía, por lo que la presencia de oxígeno es un inhibidor de la glucólisis en el sentido en que con oxígeno yo puedo producir más energía con menor cantidad de glucosa. La fosfofructoquinasa-2 es una enzima que tiene doble actividad: actividad quinasa y actividad ATPasa. La insulina activa la FFK-2 y se aumentan los niveles de fructosa 2,6bifosfato que me estimulan la glucólisisy me inhiben la gluconeogénesis, y se inhibe una enzima que se llama fructosa 1,6bifosfatasa por acción de la FFK-2. Resumiendo: la insulina activa la FFK-2 y esta enzima aumenta los niveles de fructosa 2,6bifosfato; estos niveles me estimulan la FFK-1 y por consiguiente la glucólisis; al mismo tiempo se está inhibiendo la fructosa 1,6bifosfatasa, que es la enzima encargada del paso entre fructosa 1,6bifosfato a fructosa 6fosfato en la ruta de la gluconeogénesis. De nuevo el objetivo es evitar que la glucosa que yo sintetizo se oxide. En presencia de glucagón (hormona hiperglicemiante), aumenta los niveles de AMPc, y esto hace que la protein quinasa dependiente de AMPc inactive la FFK-2 y disminuyan los niveles de fructosa 2,6bifosfato, y que a su vez se active la fructosa 1,6fosfatasa, de esta manera se inhibe glucólisis y se estimula gluconeogénesis. Recuerden que el glucagón lo que busca es aumentar los niveles de glicemia.Si ud quiere obtener energía a partir de glucosa se debe tener un balance energético negativo, es decir, los niveles de NAD oxidado deben estar altos y los de NAD reducido bajos, y un buen indicador del balance de los NAD es el citrato, ya que el paso de isocitrato a alfa-cetoglutarato es dependiente de las cantidades de NAD oxidado. Con un buen balance energético el NAD permanece reducido, entonces la reacción de isocitrato a alfa-cetoglutarato no se da, y como hay equilibrio entre citrato e isocitrato, pues los niveles de citrato se aumentan. Los niveles de citrato me dan un buen indicador del balance energético en la célula.
Formación de triosas fosfatoHasta aquí hemos gastado dos moléculas de ATP y seguimos trabajando con una hexosa. De aquí arrancamos con la segunda fase de la glucólisis, que es romper esa molécula de glucosa y convertirla en dos triosas. La aldolasa toma la fructosa 1,6bifosfato y la convierte en dihidroxiacetona fosfato (derivado de los carbonos 1, 2,3) y gliceraldehído 3fosfato (derivado de los carbonos 4,5,6); tiene un delta de G muy positivo, lo que me dice que la reacción tiende más hacia el sentido contrario, pero lo que me va a dirigir esa reacción en el sentido propuesto es el catabolismo del gliceraldehído 3fosfato.cuando se hace esta reacción se obtienen niveles más altos de dihidroxiacetona fosfato que de gliceraldehído 3fosfato, sin embargo el que utilizamos en la glucólisis es el gliceraldehído 3fosfato, de tal manera que la única salida de la dihidroxiacetona fosfato es convertirse en gliceraldehído 3fosfato y lo hace a través de la enzima triosa fosfato isomerasa. Entonces en la reacción de la aldolasa (diap. 63) lo que se hace es romper la molécula de fructosa 1,6bifosfato en dos, un clivaje, y la triosa fosfato isomerasa hace paso de una triosa a la otra y viceversa.
FASE DE RENTABILIDADFormación de 1,3 bifosfoglicerato
El gliceraldehído 3fosfato se asocia a un fosfato inorgánico y me produce 1,3 bifosfoglicerato; esta reacción me genera un NAD reducido (recuerden de dónde viene ese NAD reducido, porque más adelante se va a utilizar en la glucólisis anaeróbica).recuerden que todo lo que va de aquí en adelante es por 2 moléculas. La gliceraldehído 3fosfato a travez de la gliceraldehido 3 fosfato deshidrogenasa, pierde un hidrogeno que se le dara a el NAD oxidado formando NADH, y a su vez ese gliceraldehido 3 fosfato deshidrogenado se une a un fosfato.
La gliceraldehido 3 fosfato deshidrogenasa puede ser inhibida por el yodo acetato, este yodo acetato forma un complejo con el fosfato y evita que la reacción ocurra. Delta de G no muy alto, tiende a estar en equilibrio, aunque la reacción va a inclinarse un poco al sentido opuesto. Ver
diapositiva 65, mecanismo de la reacción: está el gliceraldehído 3fosfato, la enzima tiene un residuo de cisteina que es el que recibe la molécula y un NAD oxidado que siempre está pegado a la enzima; el gliceraldehído 3fosfato se convierte en un tioester y el NAD se reduce, luego tenemos la liberación del NAD reducido y entramos un nuevo NAD oxidado a la enzima, el fosfato se pega al grupito ceto y la molécula sale como 1,3 bifosfoglicerato. La cuestión es: si esta reacción, la unión de un fosfato inorgánico a esta cadena, es un proceso endergónico como lo podemos hacer? Allí hay un complejo enzimático, son reacciones acopladas, entonces la cantidad de energía que yo necesito para establecer el enlace fosfodiester la obtengo del
enlace tioester (los enlaces tioester son bastante energéticos), cuando el enlace tioester se hidroliza el fosfato coge esa energía y la usa para unirse al grupo ceto. Tenemos el acoplamiento de una reacción exergónica y una endergónica.
Formacion de ATP a partir de 1,3bifosfoglicerato
1,3 bifosfoglicerato se va a convertir en 3 fosfoglicerato; el delta de G es de -18,5kj/mol, esto es lo que esta halando a las dos reacciones anteriores en el sentido propuesto. La enzima es la fosfoglicerato quinasa, y se está produciendo un ATP, pero como la reacción va duplicada porque van 2 triosas, ya tenemos 2 ATP y estoy recuperando la energía que gasté en las primeras reacciones de la glucólisis. En este punto estoy en balance energético igual a cero.Los delta de G de las reacciones de formación de las triosas y el paso de gliceraldehído 3fosfato a 1,3 bifosfoglicerato me están indicando que todo 1,3 bifosfoglicerato que ud tenga, si le da las condiciones apropiadas a la célula, debería ir hacia la formación de fructosa 1,6bifosfato; pero el delta de G en la formación de 3 fosfoglicerato (-18,5 kj/mol) me dice que toda molécula de 1,3 bifosfoglicerato que se encuentre en la célula va a pasar a 3fosfoglicerato.
Formacion de 2 fosfoglicerato
El siguiente paso es convertir 3 fosfoglicerato en 2 fosfoglicerato, que lo realiza la fosfoglicerato mutasa. Aquí hay dos cosas importantes a tener en cuenta (diap. 67): en la mayoría de las células que hacen glucólisis, la fosfoglicerato mutasa necesita moléculas de 2,3 bifosfoglicerato (ver diap.) Para estar activa, porque es el
2,3 bifosfoglicerato el que aporta el fosfato. Entonces cuando yo empiezo a hacer la síntesis yo tengo una molécula de 2,3 bifosfoglicerato que me regala el fosfato y luego se convierte en 2 fosfoglicearto, es una reacción reversible por el delta G; no hay acumulación del 2,3 bifosfoglicerato. En el eritrocito es diferente, si hay acumulación del 2,3 bifosfoglicerato porque este tiene un papel esencial: disminuir la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno,
entonces acumulamos el 2,3 bifosfoglicerato como intermediario en una buena proporción, y se queda un tiempo en el eritrocito y luego si lo degradamos.
OJO: la enzima fosfoglicerato mutasa tiene un mecanismo de intercambiar el fosfato de lugar a travez de un fosfato diferente al que esta en la pocision 3 del 3fosfoglicerato, mediante el fosfato que posee unido a un residuo de histidina, que lo dona formando el 2,3 bifosfoglicerato, pero la fosfoglicerato mutasa
sin su fosfato atrae nuevamente un fosfato, el del 3 carbono, formando asi el 2 bifosfoglicerato.
Producción de piruvato: fosfoenolpiruvato
La siguiente reacción es la conversión del 2 fosfoglicerato en
fosfoenolpiruvato; la idea de esta conversión es obtener un metabolito menos estable y más fácil de degradar, la forma enólica es más inestable. El delta de G es de 7,5 kj/mol. La enolasa permite una reaccion de deshidratación del 2 fosfoglicerato. El fluoruro es un inhibidor de la enolasa, por lo que el fluor inhibe la glucólisis.
La última reacción de la glucólisis es tomar el fosfoenolpiruvato y convertirlo en piruvato. Interviene una enzima que se llama piruvato quinasa, que es regulatoria del proceso. Tenemos 3 enzimas reguladoras a las que hay que prestarle mayor atención: hexoquinasa (o glucoquinasa),
la fosfofructoquinasa-1 (FFK-1) y la piruvato quinasa. Delta de G es de -31,4 kj/mol, luego el destino de todo el fosfoenolpiruvato que tenga la célula va a ser la conversión en piruvato y producción de dos moléculas de ATP por cada glucosa. Hasta aquí la producción neta de energía de la glucólisis es de dos ATP. Ahora la regulación de la piruvato quinasa va a depender del balance energético, de la cantidad de ADP que haya en la célula; si se gasta mucha energía hay mucho ADP y la reacción se ve favorecida, pero si al contrario el balance energético es positivo el ATP es el que aumenta y se inhibe la piruvato quinasa (inhibición alostérica). La fructosa 1,6bifosfato es un estimulante de la piruvato quinasa; por eso la enzima reguladora era la fosfofructoquinasa-1: si yo aumento la concentración de fructosa 1,6bifosfato, todo el resto del proceso es favorecido desde el punto de vista termodinámico hasta que llego al fosfoenolpiruvato, pero ese aumento en la concentración también me estimula la piruvato quinasa, luego va a favorecer que el fosfoenolpiruvato se convierta en piruvato. Un inhibidor potente de la piruvato quinasa es la alanina: cuando se está en ayuno o hay mucho gasto energético muscular, se recurre a los aminoácidos como fuente de energía, o en el caso del músculo se empieza a producir grandes cantidades de lactato junto con iones hidronio (los iones hidronio aumentados son inhibidores de la FFK-1). Esos aminoácidos y lactato se exportan al hígado en forma de alanina (ver diap. 25 ciclo de la alanina – presentación “metabolismo del glucógeno”) y el hígado con esa alanina
a través de la gluconeogénesis nuevamente los convierte en glucosa. La idea es que cuando los niveles de alanina están altos se inhiba la glucólisis para poder garantizar la síntesis neta de glucosa, y así evitar la degradación de la glucosa que estoy sintetizando de novo en el hígado.EL PIRUVATO LUEGO SE TRANSFORMA EN SU FORMA CETO PIRUVATO
DESTINO DEL PIRUVATOQué se puede hacer con el piruvato? Hay varias posibilidades (diap. 71):
1.
La
degradación anaeróbica se hace en algunas células, por ejemplo el eritrocito utiliza esa ruta: el piruvato en el citoplasma se convierte en lactato y para este paso necesito un NAD reducido (la reacción es catalizada por la lactato deshidrogenasa) que lo obtengo del paso de gliceraldehído 3fosfato a 1,3 bifosfoglicerato. De esa forma por ejemplo en el eritrocito estoy cerrando el ciclo de que toda la glucosa que entre a la vía de la glucólisis pueda ser convertida en lactato. El otro detalle es que ese NAD reducido que uso no me aporta energía porque se oxida nuevamente, entonces la glucólisis anaeróbica solo me aporta 2 ATP. El eritrocito libera el lactato a circulación y lo toma la lactato deshidrogenasa hepática (tiene una afinidad mayor por el lactato) para convertirlo de nuevo en piruvato, y se empieza la ruta de la gluconeogénesis.
Esta ruta del lactato se hace también cuando hay actividad física intensa y se está liberando gran cantidad de lactato, pero la cantidad que produce el músculo es mucho mayor que la del eritrocito. Si ud pone el músculo a trabajar rápido se produce mucho lactato hasta que esa cantidad supera la capacidad misma del músculo para metabolizarlo. El músculo metaboliza el lactato convirtiéndolo en alanina a través de la alanina aminotransferasa (ó glutamato piruvato transaminasa GPT); entonces cuando no se puede metabolizar todo el lactato, se acumula, se disminuye el ph y entramos en acidosis.
2. Hay una ruta que no hacemos, la de convertir el piruvato (fermentación) en etanol; el proceso lo hacen algunos microorganismos: se coge el piruvato y se convierte en
acetaldehído y este luego en etanol. El NAD reducido que se usa viene de nuevo del gliceraldehído 3fosfato.
3. La ruta que usamos nosotros es la oxidación aeróbica donde se toma el piruvato y se convierte en acetil coa por medio de un complejo enzimático que se llama piruvato deshidrogenasa.
METABOLISMO DE LOS OTROS DOS MONOSACÁRIDOS:
LA FRUCTOSALa fructosa que consumimos pasa fácil a circulación por GLUT 5 (en intestino) y luego GLUT 2 (a circulación) y en hígado por acción de la fructoquinasa se convierte en fructosa 1fosfato, que luego por acción de la aldolasa se convierte en gliceraldehído 3fosfato y dihidroxiacetona fosfato; de esta manera nos hemos saltado el control de la FFK-1 y perdimos un control que nos decía cuándo teníamos un balance energético positivo y por ende no debíamos oxidar glucosa. Si su dieta es rica en fructosa se aumenta la acetil coa y hace síntesis de ácidos grasos, porque la fructosa se metaboliza muy rápidamente pero no es buena fuente energética, sino buena fuente para depósito metabólico. Personas con dieta rica en fructosa generalmente presentan niveles altos de triacilgliceroles circulantes.
GALACTOSALa galactosa se convierte en galactosa 1fosfato que se asocia a un nucleótido uridil difosfato (UDP) y reacciona con la glucosa 1fosfato, y entonces esa udpgalactosa se convierte en udpglucosa, y se recicla. La galactosemia se presenta por deficiencia de la uridil transferasa; cuando los pacientes consumen grandes cantidades de galactosa, esta se vuelve tóxica y les causa daño en sistema nervioso (pérdida de la visión, retardo mental), y el único mecanismo para mejorar esa galactosemia sería retirar la galactosa de la dieta. Sin embargo, de manera
muy extraña se ha visto que cuando se retira la galactosa la mayoría de los síntomas desaparecen, pero algunos síntomas neurológicos persisten; parece que esto tiene que ver con la capacidad de convertirse en galactitol y los depósitos previos de galactitol, pero no se sabe con certeza.
COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASAEl piruvato se encuentra en citoplasma, pero para poder seguirle sacando energía debemos llevarlo a la mitocondria; la entrada la permite un transportador de piruvato que entra piruvato a la mitocondria y saca de ella iones hidroxilo (OH) (los iones hidroxilo están aumentados por aquello de la
fosforilación oxidativa). El piruvato va a ser convertido en acetil coa por la piruvato deshidrogenasa (complejo enzimático). YA DENTRO DE LA MITOCONDRIAEl complejo está formado por tres enzimas: La piruvato deshidrogenasa como tal,
La dihidrolipoil deshidrogenasa (lipoil porque actúa sobre el ácido lipoico que es un derivado del ácido pantoténico, que es una vitamina hidrosoluble) y
La dihidrolipoil transacetilasa.
El complejo utiliza varias coenzimas: TPP (tiamin pirofosfato), NAD y el FAD.
El piruvato se pega al anillo tiasólico de la TPP y una vez unidos la piruvato deshidrogenasa quita un CO2 y produce un grupo etilo (el etilo está pegado a la tiamina, la molécula se llama hidroxietil TPP). El grupo etilo se transfiere luego a la segunda enzima, la transacetilasa, que toma esos dos carbonos y los pega a una lipoamida (se libera la TPP) para formar la acetil dihidrolipoamida. Pegado al ácido lipoico esta el grupo acetil, luego lo que hacemos es un cambio por una molécula de CoA, liberamos entonces acetil coa y el ácido lipoico queda completamente reducido. Ese ácido lipoico se vuelve a convertir a estado oxidado por la dihidrolipoil deshidrogenasa, que utiliza un NAD oxidado y le quita los H+ al ácido; queda un NAD reducido dentro de la mitocondria. El complejo enzimático está bastante regulado, y depende de la cantidad de NAD oxidado que haya; si el balance energético es positivo la piruvato deshidrogenasa está inhibida. El complejo se modifica por fosforilación, si está fosforilado está activo; va a responde entonces a la acción de las hormonas. La insulina activa el complejo, mientras que el glucagón tiende a inhibirlo. Los ácidos grasos libres también causan inhibición de la piruvato deshidrogenasa; hay niveles elevados de ácidos grasos libres cuando estoy haciendo beta oxidación porque estoy en condiciones de ayuno, entonces la inhibición de complejo busca evitar la oxidación de glucosa en ayuno.Insulina facilita el ingreso de glucosa en el músculo, que se convierte en glucosa 6fosfato por la hexoquinasa. La hexoquinasa es inhibida por niveles altos de glucosa 6fosfato. Glucosa 6fosfato se convierte en fructosa 6fosfato y esta tiene dos destinos en el músculo: (1) en presencia de insulina se activa la FFK-2 y se convierte en fructosa 2,6bifosfato, que activa entonces la FFK-1 que abre la puerta al segundo destino, (2) que es convertir la fructosa 6fosfato en fructosa 1,6bifosfato. En ausencia de insulina no hay conversión a fructosa 2,6bifosfato, y sin esta molécula no hay activación de la FFK-1 y no hay conversión a fructosa 1,6bifosfato; se acumula fructosa 6fosfato, se acumula glucosa 6fosfato y se bloquea la hexoquinasa, y este bloqueo hace que la glucosa deje de entrar y el paciente tiene entonces hiperglicemia.En el hígado si yo aumento los niveles de glucosa 6fosfato no hay inhibición sobre la
glucoquinasa.En ayuno se descomponen los triacilgliceroles en ácidos grasos libres y glicerol; el glicerol lo usamos para sintetizar glucosa por la gluconeogénesis y los ácidos grasos son fuente grande energía, producen mas o menos 9,3 Kcal/mol, y la glucosa aporta 3 Kcal/mol. Entonces utilizo el ácido graso como fuente de energía pero bloqueo la utilización de la glucosa para ahorrarla.OJO: La FFK-2 es una enzima dual: la enzima es una sola cadena polipeptídica, donde la mitad tiene actividad de convertir fructosa 6fosfato en fructosa 2,6bifosfato, y la otra mitad toma la fructosa 2,6bifosfato y la convierte en fructosa 6fosfato. Como es una enzima con actividad contraria en cada lado, tiene en un extremo una porción reguladora: si ud fosforila la porción reguladora prende la actividad fosfofructoquinasa pero inhibe la otra mitad que es la fosfatasa. La insulina activa la
porción fosfofructoquinasa (FORMACION DE FRUCTOSA 2,6 BIFOSFATO) y el glucagón activa la fosfatasa (FORMACION DE GLUCOSA 6 FOSFATO).
En condiciones pospandriales aumenta la cantidad de glucemia, se libera insulina, que facilita la entrada de la glucosa a la célula, y se transforma en la fructosa 6 fosfato, se puede convertir en fructosa 2,6bifosfato. La fructosa 2,6 bifosfato estimula a la FFK1. Garantizando que la glucólisis se de por lo menos hasta piruvato, que luego se transforma en acetil CoA que formara luego ácidos grasos, incluso en colesterol. La insulina garantiza un buen depósito de glucosa en célula.El meollo es cuando la persona esta en condiciones de ayuno, donde los niveles de glucemia tienden a disminuir, un mecanismo del organismo es mantener los niveles de glucemia en los órganos que más lo requieren: eritrocito y encéfalo. Utiliza tres mecanismos:
1. Libera depósitos de glucosa, coge el glicógeno y libera glucosa.
2. Se degrada acido graso que produce acetil coa que se convierte en ATP, directamente no necesita formar glucosa.
3. Empieza a degradar proteínas y liberar aminoácidos, cogen esa vía de la gluconeogenesis y producen glucosa en el hígado, pero se debe garantizar que esa glucosa no se devuelva. Entonces el glucagon activa la fosfatasa y convierte la fructosa 2,6 bifosfato, en glucosa 6 fosfato como se disminuyen los niveles de fructosa 2,6 bifosfato, lo que inhibe la actividad de fosfofructokinasa, entonces ya no se coge la glucosa para regresar, esto se obtiene para que la glucosa sea utilizada por tejidos glucosa dependientes. Entonces eso significa que en el hígado no funciona este control, por que no utiliza ácidos grasos al igual que en el encéfalo.
CICLO DE CREBS
El ciclo de Crebs tiene varias funciones, la función que le traemos es básicamente producir energía, le vamos a meter un sustrato energético a la Acetil CoA, le vamos a sacar 12 ATPs, pero no es la única, también el ciclo de crebs es un ciclo anfibolico, me va aportar sustratos catabólicos y sustratos anabólicos. A partir de productos intermedios del ciclo de crebs puede obtener Aminoácidos: si arranca del alfa-cetoglutarato puede obtener glutamato, si arranca de
oxalacetato, puede obtener alanina. Tiene una actividad catabólica y anabólica. Pero además tiene una actividad regulatoria. Entonces miremos:
CITRATO
El acetil CoA se va a asociar con la oxalacetato en presencia del citrato sintasa y me produce citrato. La limitante es la presencia de acetil CoA, es una reaccion que se hidrata y es bastante exergónicas, o sea no es reversible. Por que el oxalacetato siempre va a estar allí en el ciclo de crebs. Hay unas reacciones que se conocen como reacciones anapleroticas o de relleno y hay tres ejemplos: cuando yo hago gluconeogenesis traigo al ciclo de crebs moléculas de oxalacetato, este sale del ciclo de crebs para convertirse en fosfoenolpiruvato y de allí para arriba irse por la gluconeogenesis. Entonces si yo le saco todo el oxalacetato al ciclo de crebs, el ciclo de crebs se frenaría por que llegaría hasta malato y de allí para adelante nada. Entonces existe una reacción por ejemplo el paso de glutamato a oxalacetato, es una reaccion anaplerotica por que me brinda oxalacetato, rellena ese hueco que le quite. Las reacciones anapleroticas son diferentes a las anfibolicas.
ISOCITRATO
Mire lo que le debería pasar al citrato: el citrato por acción de una aponitasa me produce isocitrato, es una reaccion reversible, es un juego de deshidratación, hidratación, es un juego de cambiar la posición del hidrogeno, cuya forma intermedia es el aconitato.
ALFA-CETOGLUTARATO
Este isocitrato que esta aquí, por acción de una isocitrato deshidrogenasa se convierte en alfa-cetoglutarato, pero miren que para ello necesito bien NAD oxidado o NADP oxidado, cualquiera de los dos, pero que ocurre?, lo que sucede es que en la mitocondria abunda mas el NAD y no el NADP, luego va primar el NAD. Por que les decía que el citrato es un buen indicador energético? miren que pasa si no tengo NAD oxidado, se acumula el isocitrato, isocitrato se devuelve a citrato, se acumula el citrato, y entonces me dice que la reaccion en la célula es de un buen balance energético, tiene esto una connotación especial para la regulación metabólica.
SUCCINIL CoA
Alfa cetoglutarato se convierte en succinil CoA, por el complejo alfa-cetoglutarato deshidrogenasa, es similar a la piruvato deshidrogenasa, tiene 3 enzimas: la dihidrolipoil deshidrogenasa, la dihidrolipoil transacetilasa, alfa-cetoflutarato deshidrogenasa. Que obtengo? Otro NADH reducido, y estoy liberando dos carbonos, si nos fijamos esos carbonos vienen de la acetil CoA y no del oxalacetato, el oxalacetato no se modifica, por que los productos del ciclo de crebs no se degradan, por que el objetivo es oxidar lo que viene de la glucólisis, no los componentes del ciclo de crebs. Hasta ahora llevamos 2 NADH, que en la mitocondrias sabemos que cada NADH me producen 3 ATP por que entran al complejo 1, entonces llevamos ya 6 ATP de una vez.
SUCCINATO
Succinil CoA se va a convertir en succinato, por acción de succinato sintetasa, un GDP se convierte en un GTP directo.
FUMARATO
Succinato a fumarato por acción de succinato deshidrogenasa, es una reaccion totalmente en equilibrio, luego depende solo de la presencia de FAD o FADH2, de fumarato a succinato o de succinato a fumarato. El FADH2 me brinda 2 ATP ahí serian 8 y uno directo del GTP (que es comparable con el ATP), llevamos 9, y vamos en fumarato.
MALATO
Fumarato lo vamos a convertir en malato, con un delta G de -3.8 kj-mol, la reaccion esta casi en equilibrio aunque tiende a ser mas en sentido de fumarato a malato.
OXALACETATO
Ese malato se convierte en oxalacetato por acción de la malato deshidrogenasa, y estoy obteniendo otro NADH y entonces serian otros 3 ATP y 9 que llevábamos 12 ATPs, 12 ATPs por cada Acetil CoA que le quitemos al ciclo de crebs.
REGULACION DEL CICLO DE CREBS
Las enzimas que tienen papel regulatorio son los que trabajan con coenzimas, básicamente: la isocitrato deshidrogenasa, la alfa- cetoglutarato deshidrogenasa, la succinil CoA sintetasa, la succinato deshidrogenasay la malato deshidrogenasa.Acuérdense que estas enzimas trabajan con NAD que pasa a NADH, con FAD y con GDP y la disponibilidad de NAD en general es muy limitada, y esa cantidad limitada hace que este en continua oxidación de estos NAD en NADH, pero debe haber algún mecanismo de devolver estos NADH en NAD, y esto depende de la cadena respiratoria y de la fosforilación oxidativa, que pasa si no tengo suficiente necesidad energética? Los equivalentes reductores se acumulan, los NADH se acumulan, luego LA CANTIDAD DE NAD SE REDUCE, luego la reaccion de la isocitrato deshidrogenasa se bloquea y al bloquearse, este citrato sale de la mitocondria y llega a citoplasma y se encarga de la inhibición de la PFK1, lo que muestra su papel regulatorio en la glucólisis. Ahora podemos encontrarnos en una probabilidad, tenemos un paciente
postredependiente: su desayuno rico en carbohidratos, medias nueve, almuerzo, onces y comida. Que pasa con estos pacientes, están brindando mucha cantidad de acetil CoA, pero no tiene necesidad energética por que le hace siesta hasta un vaso de agua, entonces metabolitamente que se hace? Como tiene una carga de carbohidratos libera la insulina y la insulina me lleva la glucosa que se consume hasta acetil CoA, pero aquí se bloquea por que no hay NAD, entonces se acumula el citrato, supuestamente este citrato debería salir de la mitocondria e ir a inhibir la PFK1, pero que le pasa? Este citrato fuera de la mitocondria por
acción de una citrato liasa se convierte en acetil CoA citoplasmático, y este acetil CoA citoplasmático es el que se utiliza para sintetizar acido grasos, entonces empieza a aumentar el tejido adiposo. Por que se bloquea la isocitrato deshidrogenasa, se acumula el citrato y sale de mitocondria, hacia citoplasma, inhibe a la PFK1 pero en el citoplasma a nivel de hígado y tejido adiposo, la citrato liasa convierte ese citrato en acetil CoA citoplasmatica, que usamos para sintetizar ácidos grasos, entonces se comienza aumentar en tejido adiposo y se comienza a aumentar de peso. Esto por que bloqueé la isocitrato deshidrogenasa, se me acumula el citrato y vuelve a ocurrir todo el proceso anterior, en el cual prima la insulina y por esto la formación de los ácidos grasos. El Citrato es activador de la Acetil CoA carboxilasa, enzima reguladora de la síntesis de los ácidos grasos, En este caso hay acumulo energético, por que nuestro organismo tiende a ahorrar energía no ha consumirla.
En el caso del paso de Alfa cetoglutarato a succinil CoA se ve inhibido por la falta de NAD, se acumula el Alfa cetoglutarato, este acumulo es escaso por que la reacción no se da inicialmente.
En el caso de Malato a oxalacetato, cuando el malato se acumula sale de la mitocondria por la acción de la enzima málica se convierte en oxalacetato, Y me produce NADPH, el cual utilizamos para sintetizar ácidos grasos.
Entonces van a ver 2 sustratos que me ayudan a sintetizar ácidos grasos. Entonces en una baja concentración de productores de energía, Acetil CoA se acumula, citrato se acumula, se comienza síntesis ácidos grasos y posterior acumulación.
Balance energético.
De nuevo recordemos las lanzaderas, la lanzadera de gliceraldehido-3-p que convierte el FADH2 en FAD, entra al complejo 3 y me aporta 2 ATP.
En cambio la lanzadera malato/ aspartato me convierte el NADH+H en NAD, entra al complejo 1 y me produce 3ATP.
*Glucosa me va a producir 2 moléculas de piruvato. En la vía de activación de la glucólisis gastamos 2 ATP, en la vía de producción final produzco 4 pero 2 son para equilibrar a los gastados, por esto me quedan 2ATP, obtengo 2 NADH+H, provienen del paso de glicerldehido-3-p a 1-3 bifosfoglicerato. Esto 2 NADH+H, los utilizo para mantener la glucólisis anaerobia.
* De piruvato a Acetil CoA me brinda 2 NADH+H
* El ciclo Krebs me producía 6 NADH+H, 2 FADH2, 2 GTP.
*AL final va a ver una producción de 36 ATP en la lanzadera de gliceraldehido-3-p, en la lanzadera malato/ aspartato me va a producir 38 ATP.
*La vía anaerobia solo me brinda 2 ATP.
*La rutas no se inhiben totalmente, lo que hay es una reducción o aumento en su actividad
Glucólisis:
* Función primordial producir energía,
* Función para producir sustratos intermediarios:
- glicerol-3-p, síntesis de triacilgliceroles
-2-3Bisfosfoglicerato que en el caso del eritrocito.
IV CLASE DE CARBOHIDRATOS
METABOLISMO DEL GLUCOGENO
La glucólisis tenía como papel fundamental la producción de energía. En músculo es fundamental. A nivel del hígado la glucosa se requería para realizar diferentes procesos: síntesis de glicógeno, síntesis de ribosa 5 fosfatos, formación de NADPH, obtención de acetil CoA para la síntesis de ácidos grasos, sintetizar colesterol, etc.
Hoy vamos a mirar como logramos mantener la homeostasis de la glucosa. Como se puede hacer que los niveles de glucemia siempre estén en mi organismo dentro de un rango, a nivel contante, más o menos a 60 y 100 mg –dl, a pesar de UD tener en estados de ayuno lábil, a pesar de UD tener una comida rica en carbohidratos, e independiente de que tipo de actividad tenga UD
SISTESIS DE GLUCOGENO: GLUCOGENESIS
Cuando se hace ingesta de carbohidratos, tenemos un pico máximo en los niveles de la glucemia, alcanza sus picos, niveles máximos alrededor de la primera hora o antes, pero supuestamente en un paciente en condiciones saludables, esa glicemia no debe ser mayor a 200 mg -dl, debe estar en un rango bajo, luego de ese primer pico, se hace un descenso de los niveles de glucemia, hasta llegar a los rangos de referencia, entre 60 y 100, supuestamente debemos alcanzar estos valores en la 2 hora, es lo que se espera, cuando hay alteraciones en estos comportamientos, empezamos a tener pacientes con alteraciones de la glucemia en ayuna, pacientes diabéticos, con intolerancia a la glucosa, hipoglicemicos.
Junto con ese pico de glucosa plasmática, de esa glucemia, encontramos también la secreción de la insulina que se hace en dos fases:
1. Un primera fase que ocurre muy tempranamente, que encontramos un pico alto de los niveles de insulinemia, que es reflejo básicamente de la insulina que UD sintetizó durante la noche, si hablamos de un estado pospandrial, y que ante una descarga de glucosa, recordemos que las células beta pancreáticas responden liberando la insulina.
2. Luego ese primer pico desciende y se encuentra un segundo pico un poco menos alto, de aquella insulina que estamos sintetizando de novo, y liberando inmediatamente.
Estos dos picos se reflejan en los niveles de glucemia, el primer pico de insulina largo, hace que glucemia que encontrábamos con valor máximo antes de la primera hora, comience a hacer un descenso rápido, y el segundo pico de insulina hace que la glucemia todavía tienda a descender hasta que alcanza los niveles mínimos de 60 hasta cuando se frena la producción y liberación de insulina que esta solo cuando hay exceso de glucosa.
Sin embargo el problema esta en el exceso de glucosa, el hígado absorbe la glucosa, recordemos que el trasportador de la glucosa es GLUT2 que depende de la concentración de la glucosa plasmática, la glucosa entra fácil al hígado, es fosforilada por al hexocinasa, y una enzima que en hígado es hexocinato o glucocinato, no responde a la regulación de la glucosa 6 fosfato, tiene un KM un poco mas alto, ósea que la glucosa que entra debe estar en concentraciones muy altas para que sea fosforilada y llevada a glucosa 6 fosfato. Y esa glucosa 6 fosfato, hasta ahora le hemos dado el destino de la glucólisis, pero cuando yo tengo exceso de glucosa el único destino no va a ser la glucólisis, entonces abrimos otro camino para hacer reserva de glucosa, un deposito. Básicamente esa reserva la hacemos en dos tejidos que tienen mayor facilidad de reserva: que son el hígado y músculo. En peso tiene más glicógeno el hígado que el músculo.
Entonces aunque esta descarga de glucosa, hacemos liberación de insulina y esta estimula el deposito de glicógeno, los niveles de glucemia disminuyen y volvemos a estar en condiciones normoglicemicas, cuando nosotros estamos en estado de ayuno entonces ocurre lo contrario, las células alfa del páncreas responden ante esa hipoglicemia liberando glucagon, la relación insulina/glucagon se altera, se estimula la vía contraria que es la glucogenolisis, y se empieza a liberar y degradar glicógeno, para producir glucosa que pasa a circulación a nivel hepático, el hígado es el que me va a aportar glucosa a los niveles plasmáticos.
Entonces miremos como vamos a tomar esta glucosa y la vamos a llevar hasta glicógeno, las reacciones que se dan son básicamente 4 reacciones, son muy sencillas pero de nuevo lo importante es la regulación, como se regula esta molécula.
Entonces tenemos esta primera molécula que es fruto de la fosforilación de la glucosa: glucosa 6 fosfato por una hexocinasa, la glucosa 6 fosfato se puede ir hacia la glucólisis, o hacia la glucogénesis (sintetizar glicógeno):
Glucosa 1 fosfatoLa primera enzima que va a actuar va ser la fosfoglucomutasa, esta enzima me convierte la glucosa 6 fosfato en glucosa 1 fosfato, pero antes pasa por un intermediario que es la glucosa 1,6bifosfato es una reacción completamente reversible.
Activación de la glucosa 1 fosfatoEsta glucosa 1 fosfato vamos a tener que activarla para poderla depositar en forma de glicógeno, activarla es asociarla a un nucleótido, el uridil di fosfato (UDP), entonces hacemos la asociación de la glucosa 1 fosfato al UDP para formar una UDPglucosa, esta reacción, la miramos, este dinucleotido (la base nitrogenada: el uracilo, una ribosa, 3 fosfatos) seria un UTP, aquí esta la glucosa fosforilada, entonces este fosfato va a asociarse sobre el primer fosfato del uridil (alfa) , se asocia el azúcar a la base nitrogenada y al primer fosfato de la base nitrogenada, formando el glucosa UDP, quedando la glucosa unida a una base nitrogenada con dos fosfatos.
Esta secunda reacción es reversible completamente, pero para garantizar que la dirección de la reacción sea la dada se hace hidrólisis de los pirofosfatos sobrantes, entonces cuando se hace esa hidrólisis para tener dos fosfatos inorgánicos, reacción bastante exergónicas, entonces así la reacción siempre va a ser en este sentido.
El pirofosfato lo que hace fundamental mente es direccionar la reacción, ella no aporta energía neta a la reacción solo su dirección.
Síntesis de glicógeno
El sustrato para hacer síntesis de glicógeno va a ser la UDP GLUCOSA, entonces a partir de esta molécula se hace depósito de glicógeno.
Entonces la primera reacción es catalizada por la glicógeno sintasa, en ella, se toma la UDP GLUCOSA, y se asocia a una cadena de carbohidratos por el extremo no reductor (carbono 4 en glucosa) se pega la glucosa y se libera el nucleotido, la energía para esta reacción la aporta la hidrólisis de ese enlace. Siempre vamos a hacer extensión por el extremo no reductor.
La glicógeno sintasa es una enzima que necesita Cebador para poder trabajar, una molécula sobre la cual pueda ella actuar, en este caso es la glucogenina, que es una proteína glucosilada, tiene residuos de glucosa dentro de su cadena, y esos residuos de glucosa presentan un extremo no reductor libre, una cadenita de generalmente 4 glucosa pegadas a la glucogenina, entonces sobre esa glucogenina es que actúa la glicógeno sintasa, a pegar residuos de glucosa a través del extremo 4, estableciendo enlaces (alfa 1-4), todos los enlaces de las cadenas lineales (del glicógeno)son (alfa 1-4).
RAMIFICACIONES
La siguiente reacción es cuando ya le tengo una cadena larga y se a pegado bastantes glucosas al extremo 4 de la cadena, extremo no reductor, aparece la segunda enzima, una enzima ramificante, que coge por lo menos 7 residuos de glucosa, rompe el enlace alfa 1-4 de los siete residuos y los va a trastear a un carbono de una glucosa hacia delante para establecer un nuevo enlace alfa 1-6, así empiezan a parecer las ramificaciones. El glicógeno sintasa no puede pegar ramificaciones adyacentes, tiene que dejar por lo menos 4 residuos de glucosa entre una ramificación y la otra, y si Uds. encuentran el glicógeno presenta más o menos cada 8 a 10 residuos de glucosa, sus ramificaciones.
Las ventajas que tiene la ramificación de glicógeno son 3:
1. Incrementa la solubilidad: el glicógeno es un depósito intracelular, en forma de gránulos, cada vez que se deposita 1 gr. de glicógeno se requieren 2 gr. de agua, entonces eso hace que la célula necesite mucho líquido para obtener este depósito.
2. Limita la cantidad de glicógeno que podemos depositar, precisamente por los requerimientos de agua para su hidrólisis es mayor, entonces la célula puede colapsar, se va a lisar.
3. Se va a obtener muchos extremos no reductores libres, entonces cada vez que se hace ramificación queda un carbono 4 libre, en todas las ramificaciones. Esos carbonos no reductores son el objeto o sitio sobre el cual trabaja las enzimas de degradación de glicógeno, entonces cuando UD requiere degradar glicógeno, tiene muchos sitios de donde agarrarse la enzima y empezar a liberar la glucosa. Sino no tuviera muchas ramificaciones, la degradación seria muy lenta, y el aporte de glucosa a circulación seria muy lento. Como tenemos muchos extremos no reductores libres, tenemos mayor probabilidad, mayor velocidad de liberación de glucosa.
La enzima ramificante rompe un enlace alfa 1-4 y formando un nuevo enlace alfa 1-6.Fíjense que nunca hay ramificaciones al tercer, dejamos un espacio entre la una y la otra.
La enzima clave de la síntesis de glicógeno es la glicógeno sintasa, quien lleva la batuta en este proceso. Esta enzima responde a dos estímulos, dos mecanismos regulatorios:
1. Mecanismo de modificación covalente: la presencia de fosforilarla o desfosforilarla.2. Mecanismo alostérico: que permite la regulación de la velocidad de formación de
glicógeno. Este mecanismo alostérico lo activa la presencia de glucosa 6 fosfato, lo va a activar, va a aumentar la velocidad. Pero a medida que se hace depósito de glicógeno, y la cantidad de glicógeno celular aumenta, la actividad de la glicógeno sintasa comienza a ser cada vez más lenta, de tal forma que vamos a tener un límite para hacer el depósito de glicógeno. Cuando llegamos a una cantidad critica, la glicógeno sintasa esta completamente inactiva.
Esta enzima es totalmente inducible, entonces algunos deportistas cuando quieren aumentar el deposito de glicógeno, lo que hace es degradar completamente la reserva completa de glicógeno a nivel muscular, hacen ayuno de carbohidratos, hacen actividad física, esto hace que los depósitos de glicógeno se reduzcan al máximo, luego hacen un consumo masivo de carbohidratos, estas ingestas masivas inducen la expresión de glicógeno sintasa, y los depósitos de glicógeno van a aumentar. Lo cierto es que a medida que el depósito de glicógeno aumenta, en la medida que la masa muscular aumenta, recordemos que el tamaño de la reserva de glicógeno, tiene una desventaja sobre la osmolaridad celular, es una partícula osmóticamente activa.
Estas reservas de glicógeno a nivel muscular, y a nivel hepático nos deben soportar hasta por 48 horas, la normoglicemia, dependiendo de la actividad física del paciente, ya que no es lo mismo perder los depósitos de glicógeno en completo reposo que en estado de actividad física.
DEGRADACION DEL GLUCOGENO
Nuevamente tenemos dos enzimas:
1. glicógeno fosforilasa: lo que hace fundamentalmente es coger extremos no reductores, romper enlaces alfa 1-4 utilizando una molécula de fosfato inorgánico que hay en la célula de manera libre, y liberamos moléculas de glucosa 1 fosfato, mantenemos los extremos no reductores libres, para que la nuevo glicógeno fosforilasa siga rompiendo y liberando moléculas de glucosa 1 fosfato. Esta enzima es dependiente de Fosfato de priridoxal, esta coenzima tiene como mecanismo de acción,
la formación de la base intermedia de shiff, y que funciona en reacciones de transaminacion, todas las enzimas que intervengan en el catabolismo proteico necesita fosfato de piridoxal (PLP). Y el PLP solo se utiliza en enzimas que tengan que ver con el metabolismo de las proteínas, excepto en la glicógeno fosforilasa, que no tiene que ver con metabolismo de proteínas.
Liberamos glucosa 1 fosfato, hay una limitante para la glicógeno fosforilasa y es que no puede romper enlaces alfa 1-6 ni tampoco enlaces alfa 1-4 que estén cerca de una ramificación alfa 1-6, hasta ahí ella actúa y pierde actividad.
2. Entonces aparece otra enzima, enzima desramificante, esta enzima aparece con dos actividades (en algunos libros se habla de dos enzimas en una sola cadenas polipeptídicas).
Las dos actividades son: Actividad glucosidasa Actividad transferasa.
La actividad transferasa, se encarga de coger los residuos de la ramificación, rompe el enlace alfa 1-4 y los trasfiere a un nuevo enlace alfa 1-4 lineal, así queda una sola glucosa con un enlace alfa 1-6 solamente. Mientras que sobre la cadena lineal que queda se sigue rompiendo por la acción de una glicógeno fosforilasa, rompiendo enlaces alfa 1-4 y liberando glucosa 1 fosfato.
Y la alfa 1-6 glucosidasa, rompe ese enlace alfa 1-6 y libera una glucosa libre.
Al final se obtiene liberación de glucosa 1 fosfato, o se libera una molécula de glucosa libre, esa molécula tiene dos destinos: si es en músculo la hexocinasa se encarga de convertirla en glucosa 6 fosfato y entra a la glucólisis. Si estamos en hígado la glucosa libre pasa a circulación para mejorar los niveles de glucemia plasmática.
La mayoría de la glucosa que se libera en forma de glucosa 1-fosfato secuestrada y esto tiene dos ventajas: Desde que se libera la glucosa 1 fosfato, se libera secuestrada, para el hígado es un
problema, por que el hígado requiere liberarla, pero ella tiene una enzima que se llama glucosa 6 fosfatasa, que convierte la glucosa 6 fosfato en glucosa libre y para afuera.
Para el músculo es una ventaja por que se libera de la acción de la hexocinasa, y rinde más desde el punto de vista energético. Por que cuando se pasa de glucosa a glucosa 6 fosfato se consume un ATP y en este caso por acción de una fosfoglucomutasa pasa de glucosa 1 fosfato a glucosa 6 fosfato, entonces se salta el paso por la hexocinasa ahorrándose un ATP.
La glucosa 1 fosfato en músculo y en hígado, y por la fosfoglucomutasa la convierte en glucosa 6 fosfato que se va utilizar para el entramado metabólico nuevamente.
Cuando se llega a glucosa 6 fosfato desde glicógeno, la hormona que predomina es el glucagon, entonces como predomina, se disminuye los niveles de fructosa 2-6 bifosfato, la glucólisis se inhibe, entonces esta glucosa 6 fosfato no se utiliza para obtener energía a nivel hepático, no se va a gastar en obtener energía, sino en aumentar los niveles de glucosa en sangre. Ya en el músculo, el glicógeno se puede degradar no solo por acción del glucagon sino también por la adrenalina, y esta no es inhibidora de la FFK2, entonces cuando se somete al paciente a estrés, a la actividad física, entonces se aumenta la adrenalina, se libera glucosa desde el glicógeno pero la glucólisis esta activa, se utiliza la glucosa como fuente de energía.
El hígado tiene una enzima, que no tiene el músculo, la glucosa 6 fosfatasa, entonces lo que hace es quitarle ese fosfato a esa glucosa y convertirla en glucosa libre que puede ser exportada a circulación. Este fosfato inorgánico se reutiliza para la acción de la glicógeno fosforilaza, para liberar glucosa 1 fosfato en síntesis de glicógeno.
REGULACION DEL METABOLISMO DEL GLUCOGENO:
2 sitios donde hacemos síntesis de glucógeno importantes fisiológicamente: hígado (en peso mas glucógeno) y músculo (mas cantidad de glucógeno). Pero también se puede hacer en otros órganos: riñón, intestino, encéfalo.
La regulación está a cargo de 2 enzimas La glucógeno sintasa por el lado de la vía de síntesis de glucógeno, llamada glucogénesis…
o glucogenogenesis…
La degradación del glucógeno o glucogenolisis va a estar a cargo de la glucógeno fosforilasa
En el metabolismo del glucógeno hay dos enzimas claves:
GLUCOGENO SINTASA: tiene dos mecanismos regulatorios uno de regulación covalente y otro de regulación alostérica la cual, recordemos, la da básicamente la glucosa 6 fosfato a nivel hepático cuando los niveles de glucosa 6 fosfato se aumentan, la enzima se inhibe, reduce su actividad. Vamos a dejar lo de la regulación covalente para poderlo asociar a la glucógeno fosforilasa porque van de la mano.
GLUCOGENO FOSFORILASA: es una enzima que tiene mecanismo de regulación covalente, es decir, fosforilarla o desfosforilarla y de regulación alostérica.
Como estamos hablando de dos tejidos que tienen depósitos de glucógeno, las enzimas pueden estar en dos estadios: Una forma A que es muy activa Una forma B que es menos activa.
El paso de la forma B a la forma A depende de modificación covalente. Entonces, la glicógeno fosforilasa fosforilada es activa y la glicógeno sintasa fosforilada es inactiva, y viceversa, la glicógeno fosforilasa no fosforilada es inactiva y la glicógeno sintasa no fosforilada es activa.
REGULACION POR MECANISMO ALOSTERICO Además la GLICOGENO FOSFORILASA tiene regulación alostérica. En el músculo como la principal función del glicógeno es brindar energía. Cuando yo tengo altas concentraciones de
ATP la glicógeno fosforilasa pasa de la forma R (relajada) que es la más activa, a la forma T (tensa) que es menos activa. Entonces el ATP inactiva la glicógeno fosforilasa o por lo menos le reduce la actividad. Otra vez, vámonos con el glicógeno fosforilasa: En músculo, la finalidad del glucógeno es producir energía, entonces cuando se tiene exceso de energía el ATP va a hacer regulación alostérica negativa sobre la glicógeno fosforilasa, la va a inactivar; esto lo logra como se logra en todas las enzimas alostéricas, disminuyendo la afinidad de la enzima por el sustrato. Cuando los niveles de energía en una
célula muscular se disminuyen el AMP aumenta, y ese AMP activa la glicógeno fosforilasa y se ha visto que quien es más sensible a la acción del AMP es la forma B de la glicógeno fosforilasa. Entonces el AMP permite que la forma B, que es menos activa, pase del estado tenso al estado relajado. Entonces miren que la glicógeno fosforilasa tiene dos formas de estar activada: la puedo activar alostericamente y la puedo llevar del estado tenso al estado B relajad que sería una forma activa de la enzima y la puedo llevar a la forma A relajada que sería la forma más activa de la enzima. LA MAYOR ACTIVIDAD LA TENDRÁ CUANDO ESTE FOSFORILADA Y HAYA AMP.
En el hígado como la finalidad de la degradación de glucógeno es mantener los niveles de glucemia, el regulador alostérico va a ser la glucosa, la cual pasa la forma A relajada a la forma A tensa, reduce la actividad de la glicógeno fosforilasa.
Aquí da un consejo para tener claridad sobre la regulación anterior: miren, ubíquense en la finalidad de los tejidos, y ubíquense en la finalidad del glicógeno y les queda más fácil mirar la regulación. Hígado tiene como finalidad depositar glucógeno para brindar glucosa luego el regulador alostérico va a ser la glucosa; niveles altos de glucosa van a disminuir la actividad de la enzima por mecanismo alostérico. En músculo la finalidad del glucógeno es obtener ATP, entonces cuando hay buenos niveles de ATP la glucógeno fosforilasa va a pasarse a la forma menos activa, del estado R al estado T, se vuelve menos activa; cuando hay mas AMP me esta indicando que hay menor cantidad de energía, que la condición energética de la célula es desfavorable, bajo esas circunstancias la glicógeno fosforilasa se va a aumentar la actividad por mecanismo alostérico, EL AMP ES UN MODULADOR POSITIVO DE LA GLICÓGENO FOSFORILASA MUSCULAR EL ATP ES UN MODULADOR NEGATIVO DE LA GLUCÓGENO FOSFORILASA MUSCULAR. LA GLUCOSA ES UN MODULADOR NEGATIVO DE LA GLUCÓGENO FOSFORILASA HEPÁTICA.
Respuesta a la pregunta de un estudiante: una cosa es el AMP y otra cosa es el cAMP. El AMP tiene un solo fosfato en el carbono 5, el cAMP tiene un fosfato en el carbono 5 pero tiene enlace con el carbono 3. El cAMP es un segundo mensajero, el AMP es un indicador de nivele energético.
REGULACION POR MODIFICACION COVALENTE
Viene el otro mecanismo regulatorio que tiene que ver con MODIFICACION COVALENTE y ese mecanismo regulatorio si depende de la acción de las hormonas. Vamos a mirar básicamente la acción de tres hormonas sobre el metabolismo del glucógeno: insulina, adrenalina y glucagon.
Y vamos a arrancar por LAS QUE ESTIMULAN:
Adrenalina y glucagon tienen el mismo tipo de receptor, es un receptor en serpentina acoplado a proteína G. entonces, tenemos la hormona, se asocia la hormona al receptor, se activa la proteína G, miren que la proteína G tiene 3 subunidades alfa, beta y gamma, la unión al receptor hace que la subunidad alfa y beta se desprendan, la subunidad alfa cambia un GTP por un GDP, esta forma de la proteína G es una forma activa pero la subunidad alfa de la proteína G también tiene actividad GTPasa (va a coger ese GTP y lo va a convertir nuevamente en GDP) entonces ahí hay un mecanismo de regulación, la actividad GTPasa hace que la funcionalidad de esta subunidad alfa sea limitada, va a reducir el tiempo de actividad de esa subunidad alfa. Entonces miremos nuevamente GTP pegado a la subunidad alfa, esta subunidad alfa activa cuando tiene GTP activa la enzima ADENILATO CICLASA, la cual me convierte el ATP en AMPc. Aquí aparece el segundo mecanismo regulatorio: el AMPc es degradado por la FOSFODIESTERASA entonces de forma el 5-adenosil monofosfato. Este cAMP es segundo mensajero y activa la proteinquinasa A y la proteinquinasa A va a fosforilar y de ahí para adelante lo que hacemos es fosforilacion. Entonces miren que la adrenalina como el glucagon a través de la proteína G son capaces de activar la proteinquinasa A.
Activada la proteinquinasa A entonces empezamos de ahí para abajo la cascada: se activo la proteinquinasa A, esta activación de la proteinquinasa A me va a activar una QUINASA DE LA FOSFORILASA, y esta me va a activar la glicógeno fosforilasa y esta a su vez me degrada glicógeno. Entonces si ven que la fosforilacion activa la glicógeno fosforilasa. Ahora, la proteinquinasa A también me fosforila la glicógeno sintasa y entonces me la vuelve inactiva. No voy a tener activación del mecanismo degradatorio del glucógeno que se llama GLUCOGENOLISIS al mismo tiempo que esta activa la glucogénesis. La una debe tener mayor actividad que la otra. Sobre el músculo actúa mas la adrenalina y a nivel del hígado actúa
mas el glucagon para activar esta ruta aunque también puede actuar la adrenalina pero utiliza un segundo mensajero diferente; Así pues, se une al receptor, el receptor activa la proteína G la cual ya no va a activar la adenilatociclasa sino que va a activar la FOSFOLIPASA C, la cual a su vez coge un fosfolipido que se llama FOSFATIDILINOSITOL BIFOSFATO que es un constituyente de la membrana celular y lo rompe liberándome TRIFOSFATO DE INOSITOL y una molécula de DIACILGLICEROL. El trifosfato de inositol va a aumentar los niveles de calcio liberando el que está en los depósitos intracelulares y el diacilglicerol junto con el calcio activa la calmodulina, entonces cuando yo tengo niveles de calcio altos dentro de la célula a través de la calmodulina se puede activar la glucógeno fosforilasa porque esto activa una PROTEINQUINASA C dependiente de calcio y empieza la cascada igual que la hace la proteinquinasa A. de esa forma trabaja la adrenalina en el hígado aunque quien prima en actividad a nivel hepático es el glucagon, la adrenalina prima en actividad a nivel del musculo. La diferencia esta en el segundo mensajero mientras que en el musculo la adrenalina utiliza como segundo mensajero el cAMP, en el hígado la adrenalina usa como segundo mensajero el calcio.
Ahora vamos con LAS QUE INHIBEN: la insulina a diferencia de la adrenalina y el glucagon lo que tiende es a quitar fosfatos luego ella coge y activa una FOSFOPROTEINFOSFATASA la cual le quita fosfatos a las proteínas (a la glicógeno sintasa y a la glicógeno fosforilasa) entonces, cuando yo le quito el fosfato a la glicógeno sintasa me voy del estado inactivo al estado activo pero si se lo quito a la glicógeno fosforilasa va a pasar del estado activo al estado inactivo. La quinasa de la fosforilasa también puede ser objeto de la acción de la fosfoproteinfosfatasa por ser una proteína y queda inactiva. De esa manera LA INSULINA AUMENTA LA ACTIVIDAD DE LA GLICÓGENO SINTASA Y DISMINUYE LA DE LA GLICÓGENO FOSFORILASA.
La QUINASA DE LA FOSFORILASA es una proteína que tiene 4 subunidades (alfa, beta, gamma y delta), la subunidad delta se puede modificar porque yo le pegue un fosfato, entonces cuando yo tengo la subunidad delta fosforilada, la actividad de la enzima aumenta, la subunidad beta es susceptible de activación por el calcio entonces si yo le doy calcio la subunidad beta se activa y la actividad de la fosforilasa de quinasa también aumenta, si están los dos estímulos la actividad es mucho mayor entonces, en el músculo cuando utd va a hacer la contracción muscular a través de la adrenalina utd fosforila la quinasa de la fosforilasa pues lo que va a hacer es aumentar la actividad de esa enzima y acuérdense que en la contracción muscular uno de los fenómenos que va a suceder es un aumento en la concentración de calcio intracelular entonces el calcio se pega también a esa enzima y
multiplica la actividad de esa forma logramos tener mucha energía en un corto tiempo cuando estamos ante un estimulo de estrés por ejemplo o en ayuno para el músculo.
Respuesta a la pregunta de una estudiante: empezando la insulina tiene un receptor tipo tirosinquinasa entonces acuérdense lo que veíamos en la primera clase que se activaba era un sustrato de respuesta a la insulina y que este era capaz de fosforilar una serie de proteínas, una de las cuales es la fosfoproteinfosfatasa y cuando esta se activa ella empieza a quitar fosfatos a las enzimas glicógeno sintasa, glicógeno fosforilasa y quinasa de fosforilasa. Este mecanismo es el mismo en músculo y en hígado.
La adrenalina y el glucagon van a fosforilar ambas luego inactivan la glicógeno sintasa y activan la glicógeno fosforilasa y la insulina tiende a desfosforilar ambas luego activo la glicógeno sintasa e inactivo la glicógeno fosforilasa.
ENFERMEDADES POR DEFECTOS EN EL METABOLISMO DE GLICOGENO
Pegado a ese metabolismo del glucógeno hay una serie de enfermedades de tipo congénito que son defectos en el metabolismo del glucógeno que se llaman glucogénesis, la intención es que miren que las alteraciones de la glicemia es decir, de los pacientes hipoglicemicos sobre todo e hiperglicemicos no siempre se deben a un defecto en la acción de la insulina o un defecto en la acción del glucagon. Son varias y se clasifican respecto a la enzima que está inactiva.
Entonces por ejemplo, la enfermedad de Von gierke hay deficiencia o alteración de la glucosa 6 fosfatasa; acuérdense que esta enzima lo que hace es liberar glucosa, convierte la glucosa 6 fosfato en glucosa libre y esta es la que supuestamente me debe aportar niveles de glicemia luego en este paciente vamos a tener un problema para mantener niveles de glucosa en ayuno luego es un paciente que tiende a ser hipoglicemico. Enfermedad de Pompe es un defecto en la alfa 1,4 glucosidasa, que es la que rompe los enlaces alfa 1,4; todos los órganos se afectan porque no hay capacidad para donar glucosa a circulación, el músculo no tiene como obtener glucosa. Enfermedad de Cori por deficiencia de una enzima desramificante, se afectan todos los tejidos. Enfermedad de Anderson que el problema es en la enzima ramificante entonces lo vemos como cadenas largas. Enfermedad de Mc ardle, deficiencia en la glucógeno fosforilasa a nivel muscular entonces se afecta el músculo esquelético. Enfermedad de Her´s que es la glucógeno fosforilasa a nivel hepático entonces se afecta el higado o el músculo si es la fosfofructoquinasa. A esos pacientes se les ve con hepatomegalia, hacen convulsiones, tienen retraso mental, hipoglucemias severas muchos de ellos hacen cataratas por el aumento en los niveles de la glucosa.
GLUCONEOGENESIS
GLUCONEOGENESIS
Como tenemos tejidos que son glucosa dependiente (encéfalo, eritrocito), tenemos que garantizarles un aporte de glucemia mínimo y resulta que nuestro consumo de CH no es constante por lo tanto tenemos cortos periodos de ayuno y en estos periodos yo debo garantizar niveles de normo glicemia, un mecanismo para garantizarlos es el depósito de glucógeno y la liberación de glucosa. Pero a veces esos estado de ayuno se prolongan, y entonces los depósitos de glucógeno comienzan a hacerse deficientes.Nuestra respuesta a eso es lo siguiente:
La primera respuesta es degradar glucógeno, el páncreas no libera tanta insulina y empieza a liberar mucho más glucagon (se liberan ambos para modular la actividad del glucagon, pero prima el glucagon), al liberarlo se altera la relación insulina y glucagon se altera y esto hace que yo activa ciertas rutas metabólicas. Entonces como esta primando el glucagon se activa la glucógeno fosforilasa y empieza a degradar glucógeno es decir a liberar glucosa. Cuando los depósitos de glucógeno hepáticos ya han disminuido empiezo yo a arrancar la otra ruta que se llama gluconeogenesis, el objetivo de esta es coger y sintetizar glucosa a partir de moléculas diferentes a los CH. Pero a la par que activo estas dos rutas voy y prendo el metabolismo de los lípidos como mi objetivo es mantener los niveles de normo glicemia y tengo un montón de tejidos pidiéndome energía pues aquellos tejidos que pueden usar acidos grasos (AG) les voy a regalar AG y empiezo a activar la LIPOLISIS. Los AG aumenta en circulación y entonces el musculo empieza a utilizar AG y no glucosa entonces los niveles de glicemia empiezan a aumentar por el ahorro que estoy haciendo. La otra hormona que pesa ahí es el CORTISOL el cual activa la lipolisis pero también activa la proteólisis, entonces, empieza a liberar aminoácidos (AA) para poder hace gluconeogenesis pero libera AG también para que haya ahorro energético.
En esta gluconeogenesis vamos a arrancar nosotros con metabolitos que no son CH y los vamos a convertir en CH (lactato que tenemos cantidades grandes de lactato circulando porque el eritrocito no hace más sino liberar lactato, el otro que usamos es el piruvato el cual lo obtenemos de la degradación de los AA cuando los metemos al ciclo de krebs y el otro metabolito es el glicerol 3 fosfato que se mete como gliceraldehido 3 fosfato a la gluconeogenesis; este glicerol 3 fosfato lo obtenemos de la degradación de los triacilgliceroles al quitarle los tres AG al glicerol y fosforilarlo y el ultimo sustrato para esto son los AA
Cuando hacemos liberación de AA, tenemos de tres clases:
GLUCOGÉNICOS: Son aquellos que me pueden aportar glucosa, terminan en productos intermedios del ciclo de krebs:
o Algunos terminan en piruvato: alanina cisteína, glicina, serina, triptofano; o algunos terminan en succinil CoA: isoleucina, metionina, treonina, valina; o otros terminan en alfa-cetoglutarato: arginina, glutamato, glutamina, histidina,
prolina; o otros en fumarato: fenilalanina, tirosina; o otros en oxalacetato: asparagina, aspartato.
CETOGENICOS:Que terminan en acetil CoA que son básicamente la leucina y la lisina y como terminan en acetil CoA no existe una enzima en mi organismo que sea capaz de coger la acetil CoA y volverla piruvato por una razón acuérdense que los carbonos que traiga la acetil CoA nosotros terminamos liberándolos como CO2 no hacen parte de ningún metabolito en el ciclo de krebs. Entonces, no hay una enzima que coja el acetil CoA y me la devuelva a piruvato. Si nosotros hubiésemos tenido esa enzima teníamos un problema resuelto, el ayuno, porque así entre mas AG tuviéramos mas posibilidades tendríamos de mantener normoglicemia. Cuando utd esta en ayuno libera grandes cantidades de AG, y la oxidación de AG me produce acetil CoA, si yo tuviese la enzima capaz de convertir acetil CoA piruvato, toda esa acetil CoA que yo obtengo de la oxidación de AG podría desviarla y convertirla en glucosa y entonces no necesitaría degradar AA, pero no la tenemos entonces el paso de la acetil CoA a piruvato esta claudicado.
MIXTOS: Son aquello que pueden terminar como glucogénicos o como cetogenicos.
MANTENIMIENTO DE NORMOGLICEMIA
CICLO DE CORI
El lactato es uno de los principales sustratos, y lo obtenemos de la glucólisis anaerobia a nivel del eritrocito y el músculo; el lactato lo transportamos por circulación hasta el hígado, en el hígado el lactato se transforma en piruvato y el piruvato se convierte en glucosa por el mecanismo de la gluconeogenesis y esa glucosa puede ser exportada a circulación y mantenemos niveles de normoglicemia. Eso es lo que se conoce como el CICLO DE CORI, reutilización del lactato nuevamente para convertirlo en glucosa.
CICLO DE LA ALANINA/GLUCOSA
Y esta el otro ciclo que es el de la alanina, glucosa-alanina. Entonces ese ciclo consiste en que cuando nosotros hacemos degradación proteica nosotros liberamos muchos AA. La primera reacción que deben sufrir esos AA es la transaminacion del grupo amino (quitarle el grupo amino). Cuando a estos AA yo les quito el grupo amino, se convierte en cetoacidos y esos cetoacidos son los que se meten al ciclo de krebs.
Entonces lo que tenemos aquí es precisamente eso: al aminoácido se le hace la transaminacion (le quitamos el grupo amino), y lo convertimos en un cetoacido, en este caso alfa-cetoglutarato que se puede meter al ciclo de krebs pero miren que al mismo
tiempo esta glucosa que yo estoy utilizando aquí en la glucólisis la voy a convertir en alanina, estoy reutilizando el piruvato, lo convierto en alanina, y esa alanina se va hasta el hígado, en el hígado vuelve a ser piruvato y el piruvato nuevamente glucosa. Estoy recogiendo cetoacidos como el piruvato para volverlo a reutilizar como glucosa. Podría ser otro mecanismo de la gluconeogenesis.
En los músculos y ciertos otros tejidos que degradan aminoácidos para combustible, los grupos amino se recogen en forma de glutamato por transaminación. El Glutamato se puede convertir en alfa-cetoglutarato por acción de la alanina aminotransferasa, formando simultáneamente alanina, por transferencia de sus grupos aminos al piruvato. Así constituida la alanina pasa a la sangre y viaja hasta el hígado. En el citosol de los hepatocitos, la alanina aminotransferasa, transfiere el grupo amino de la alanina a un alfa-cetoglutarato, formando glutamato y piruvato.
Los AA entran al ciclo de krebs a diferentes sitios y terminan en oxalacetato; la condición que debo tener ahora es sacar ese oxalacetato y reutilizarlo, entonces para poder utilizar ese oxalacetato tengo esta enzima la FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA. Esta enzima me permite coger el oxalacetato y convertirlo en fosfoenolpiruvato entonces de esa forma puedo yo entrar a utilizar los aminoácidos.
Entonces que es la gluconeogenesis? Es coger la glucolisis y ponerla en reversa. De piruvato pasar a fosfoenol piruvato, de fosfoenol piruvato a 2 fosfoglicerato, luego a 3 fosfoglicerato luego a 1,3 bifosfiglicerato luego a gliceraldehido 3 fosfato, fructosa 1,6 bifosfato, fructosa 6 fosfato y terminar nuevamente en glucosa 6 fosfato para poderla exportar.
En esto vamos a tener 3 barreras, por ser reacciones irreversibles:
HEXOQUINASA FOSFOFRUCTOQUINASA PIRUVATO QUINASA
PIRUVATO CINASACataliza el paso de fosfoenol piruvato a piruvato y esa reacción es irreversible. Entonces mi organismo tiene que buscar la forma de devolverse en esa primera reacción; para eso tenemos dos enzimas. Las cuales me permiten coger el piruvato y convertirlo en fosfoenol piruvato. Piruvato carboxilasa La primera es la PIRUVATO CARBOXILASA la cual coge el piruvato y lo convierte en oxalacetato, esa enzima es activada por la acetil CoA los cuales los tenemos altos cuando estamos haciendo
degradación de AG, que la estamos haciendo cuando tenemos un ayuno prolongado. Entonces el ayuno me esta estimulando de manera alosterica la piruvato carboxilasa.
La piruvato carboxilasa actua en presencia de biotina (coenzima de enzimas carboxilasas) y le agrega al piruvato un bicarbonato en presencia de ATP.
Fosfoenolpiruvato carboxilasa
Entonces tengo ese oxalacetato que luego sufre una modificación en presencia de GTP, pierde el CO2, pierde un carbono que proviene del bicarbonato y se convierte en fosfoenolpiruvato y empezamos a devolvernos en la gluconeogenesis aquí actua la FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA; ya pasamos la primera barrera.
DOS ENZIMAS ME AYUDARON LA PIRUVATO CARBOXILASA Y LA FOSFOENOLPIRUVATO CARBOXIQUINASA.
Entonces de aquí en adelante esas reacciones de fosfoenolpiruvato hasta fructosa 1,6 bifosfato son completamente reversibles. Entonces lo que hago es devolverme en esa ruta hasta llegar al fosfoenol piruvato.
Sin embargo hay que mirar que la formación de fosfoenolpiruvato se puede dar de dos formas según la concentración de piruvato o lactato que haya en el hígado, y según los requerimientos de NADH que requiera la célula durante la gluconeogenesis.
FOSFOFRUCTOCINASA 1
Aquí esta el segundo escollo: la FOSFOFRUCTOQUINASA.La FOSFOFRUCTOQUINASA: cataliza el paso de fructosa 6 fosfato a fructosa 1,6 bifosfato. La reacción era irreversible.
Fructosa 1,6 bifosfatasaPero aparece una segunda enzima la FRUCTOSA 1,6 BIFOSFATASA la cual convierte la fructosa 1,6 bifosfato en fructosa 6 fosfato, en una reacción bastante exergónicas de hidratación y donde se pierde un fosfato inorgánico.
Y de ahí para abajo cogemos la fructosa 6 fosfato y la vamos a convertir en glucosa 6 fosfato; esto lo pueden hacer dos enzimas: la FOSFOGLUCOMUTASA O LA HEXOSA MUTASA.
HEXOCINASA
Glucosa 6 fosfatasaY aparecen esta enzima que ya la conocíamos en el hígado que es la GLUCOSA 6 FOSFATASA que convierte la glucosa 6 fosfato en glucosa libre, es una reacción exergónicas, de hidratación y donde se pierde de nuevo un fosfato inorgánico. Y miren que ya cogimos sustratos provenientes de diferentes rutas (piruvato, AA, lactato) y los convertimos en glucosa, la cual en el hígado se va a exportar.
TEJIDOS GLUCONEOGENICOS
Y que tejidos hacen gluconeogenesis? Fundamentalmente el hígado. la ruta es activada por el glucagon el cual a su vez es el inhibidor de la glucolisis y la glucogenesis y entonces no
podemos hacer las dos rutas al tiempo. Por eso esa glucosa que viene de la gluconeogenesis no la vamos a depositar en forma de glucógeno, tiene que se para exportación. Hay otro tejido que puede hacer gluconeogenesis pero en condiciones muy tardias: el riñon hace algo de gluconeogenesis pero no tiene mucha importancia desde el punto de vista fisiológico; Pero si se sabe que es capaz de hacer gluconeogenesis.
BALANCE ENERGETICO DE LA GLUCONEOGENESIS
Vamos a sacarle la cuenta energética a la gluconeogenesis: esta gastando 2 ATP los cuales vienen de la oxidación de AG que la estoy haciendo en condiciones de ayuno y vamos a tener aquí una conexión grande entre el metabolismo de los AG y el metabolismo de la gluconeogenesis. Recuerden que en este proceso estoy gastando 4 ATP porque la primera parte la tengo que hacer dos veces para obtener la fructosa 1,6 bifosfato.
Dos connotaciones y acabamos: La energía que yo tengo aquí la estoy obteniendo de los AG cuya liberación se aumenta en
condiciones de ayuno Cuando yo estoy haciendo gluconeogenesis, parte de la actividad del ciclo de krebs esta
desviada a obtener piruvato extrayéndole el oxalacetato al ciclo de krebs. Es decir que el paso de oxalacetato a citrato e isocitrato se disminuyo. Consecuencias de esto: la acetil CoA que yo traigo de la oxidación de los AG no puede meterse al ciclo de krebs porque no tiene con quien asociarse, entonces esta acetil CoA se va a desviar a otra ruta y es la cetogenesis; por eso los pacientes en ayuno pueden hacer diabetes tipo I (que no produce insulina, luego no hay quien regule o reduzca la síntesis de glucosa por la gluconeogenesis ni hay quien inhiba la degradación de AG entonces la cantidad de acetil CoA que producen los diabéticos tipo I es grande y al mismo tiempo están haciendo gluconeogenesis; la única ruta que les queda es producir cuerpos cetonico y los producen a lo que les da el hígado y esos cuerpo cetonicos son de naturaleza acida y hacen cetoacidosis por deficiencia de insulina.)
V CLASE DE CARBOHIDRATOS
RESUMEN DE GLUCONEOGENESIS La gluconeogenesis es un proceso para sintetizar glucosa a través de sustratos diferentes a carbohidratos como tal. Ocurre mayoritaria nivel hepático, pero también se puede dar en otros tejidos, el riñón hace gluconeogenesis al igual que el músculo y el encéfalo. Sin embargo quien puede aportar glucosa a circulación es el hígado y en menor proporción el riñón.La gluconeogenesis muscular tiene como objetivo brindar glucosa para depósitos de glucógeno.Básicamente la gluconeogenesis se realiza a partir de:-lactato: el eritrocito y el musculoo producen grandes cantidades de lactato-el piruvato - los aminoácidos: la degradación de los aminoácidos ocurre siempre que hay periodos prolongados de ayuno. Ante esta circunstancia y por acción de la adrenalina y el cortisol nosotros empezamos a degradar proteínas y a liberar aminoácidos.LOS AMINOACIDOS SE CLASIFICAN:
- Glucogenicos: (arginina, cisteína, glicina, tirosina, treonina, metionina, valina, histidina, glutamina, glutamato, aspartato).Todos ellos terminan en productos intermedios del ciclo de krebs.
- Cetogenicos: (lisina y leucina) terminan como acetil-coA. Nosotros no tenemos enzima capaz de convertir acetil co A nuevamente en piruvato. Por esta razón no usamos los acidos grasos como fuente gluconeogenica, no hay forma de sintetizar glucosa a partir
de ácigos grasos a no ser que el acido graso sea de cadena impar y estos son productos del metabolismo de los rumiantes y de la flora intestinal, estos acidos grasos de cadena impar entran aquí en forma de succinil co A y entonces potencialmente podrían ser sustancias gluconeogenicas.
- Mixtos:
Uno de los principales aminoácidos que usamos como fuente de glucosa es la alanina, entonces aparece EL CICLO DE LA GLUCOSA-ALANINA donde el musculo utiliza glucosa en la glucolisis para producir piruvato, y al mismo tiempo durante el ayuno estamos degradando aminoácidos, y entonces tenemos una respuesta inducida donde el glutamato se va a converitir en alfa cetoglutarato, y el piruvato se transamina y se convierte en alanina, esta alanina pasa a circulación, llega hasta el hígado donde sucede nuevamente la reacción de transaminacion quitándole el grupito amino a la alanina y conviriendola en piruvato y transfiriendo ese grupo amino al alfa cetoglutarato hasta convertirlo en g.lutamato. Este piruvato se usa como fuente de la gluconeogenesis, sintetizamos glucosa y volvemos a mandarla a circulación. La glucosa que utiliza y que sintetiza el hígado y el riñón tienen como función mantener niveles de glicemia para que les sirva de sustrato a los tejidos glucosa dependientes como el encéfalo (que es un tejido glucosa dependiente) y el eritrocito.
Acá esta la otra fuente que es el lactato y otra fuente que viene de la degradación de los triaciligliceroles (TAG).Cuando estamos en periodos de ayuno por acción del glucagon y de la adrenalina se activa va enzima triacilglicerol lipasa, la cual degrada los TAG y libera los ácidos grasos, estos ac grasos se van a convertir en fuente de energía al musculo esquelético y cardiaco y a tejidos que no son glucosadependientes, esto hace que la glucosa circulante se vaya a ahorra y solo vaya a ser utilizada por los tejidos que son estrictamente dependiente de glucosa. Por otro lado la degradación de estos TAG brinda un glicerol que puede ser fosforilado y convertido en glicerol 3 fosfato y este puede ser sustrato de la deshidrogenasa y convertido en dihidroxiacetona fosfato; y acá ya nos metimos nuevamente en la glucolisis.
Esto era lo que les contaba de los ácidos grasos impares, nuestra oxidación consiste en quitar moléculas de 2 carbonos en forma de acetil co A y esta llevarla al ciclo de krebs, pero cuando tenemos un acido graso impar el producto final será una molécula de propionil co A y esta por una serie de reacciones de catalasa, epimerasa y una mutasa se convierte en succinil CoA y se convierte en el ciclo de krebs y puede ser potencialmente un sustrato para la gluconeogenesis.
La gluconeogenesis como tal es un proceso reverso de la glucólisis. El inconveniente de la gluconeogenesis son 3 reacciones principalmente.
- El paso de piruvato a fosfoenolpiruvato.- El paso de fructosa 1,6 bifosfato- El paso de glucosa 6 fosfato a glucosa libre.
En esta primera reacción intervienen 2 enzimas: - Piruvato carboxilasa: que coge el piruvato, lo carboxila y lo convierte en
oxaloactetato. (enzima dependiente de biotina y ATP). Las moléculas de acetil co A son activadoras de esta enzima. La acetil co A es un producto abundante en condiciones de ayuno porque en este estado metabólico, nosotros hacemos una degradación marcada de ácidos grasos y el producto final de esta degradación son moléculas de acetil co A.
- Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa: en presencia del GTP, el oxaloacetato pierde un carbono, el mismo carbono que se le pego anteriormente, y se convierte en fosfoenolpiruvato.
A través de estas 2 reacciones se esta rescatando el piruvato, el lactato y a través de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa esto rescatando el oxaloacetato y esqueletos carboxílicos de los aminoácidos. La primera reacción (por la piruvato carboxilasa) es mitocondrial, luego el oxaloacetato sale de la mitocondria y se convierte en fosfoenolpiruvato, el cual se va a devolver a 2 fosfoglicerato, 3 fosfoglicerato, 1,3 bifosfoglicerato, gliceraldehido 3 fosfato, cuando asociamos el gliceraldehido 3 fosfato con la dihidroxiacetona fosfato producimos la fructosa 1,6 bifosfato. Ahora la fructosa 1, 6 bifosfatasa convierte la fructosa 1,6 bifosfato en fructosa 6 fosfato y se libera un fosfato inorgánico. Hay que ponerle atención a esta reacción porque esta es la que evita que la glucólisis y la gluconeogenesis ocurran de manera simultánea. Fructosa 6 fosfato pasa a glucosa 6 fosfato, esta glucosa 6 fosfato en el hígado por la acción de la glucosa 6
fosfatasa queda como glucosa libre. Esta glucosa 6 fosfatasa esta regulada por la cantidad de glucosa 6 fosfato.
REGULACION DE LA GLUCONEOGENESIS
Cuando la célula esta en condiciones de ayuno y aumentan los niveles de glucagon, el glucagon tiene el efecto contrario a la insulina la cual predomina en estados postprandiales y activa la PFK2, esta enzima convierte la fructosa 6 fosfato en fructosa 2,6 bifosfato, por lo que aumentan los niveles de fructosa 2,6 bifosfato lo cual activa a la PFK1, y entonces se activa la glucolisis; los niveles altos de la fructosa 2,6 bifostato inhiben a la fructosa 1,6 bifosfatasa. Cuando el glucagon aumenta, este inhibe la PFK2 y activa la fructosa 2,6 bifosfatasa, esto va a llevar a que los niveles de la fructosa 2,6 bifosfato disminuyan (porque esta se convierte en fructosa 6 fosfato) y a que se inactive la PFK1 y a que se active la fructosa 1,6 bifosfatasa.En presencia de insulina se estimula la glucolisis y se inhibe la gluconeogenesis.Cuando se tiene glucagon se activa la función fosfatasa de la fructosa 2,6. Entonces se inhibe los niveles de fructosa 2, 6 bifosfato, se inhibe la PFK1, luego la glucolisis pierde actividad, se activa la función fructosa 1,6 bifosfatasa lo que estimula la gluconeogenesis.
ADICIONAL A ESTA REGULACION TENEMOS REGULACION ALOSTERICA.Los que regulan la glucolisis casi siempre son inhibidores de la gluconeogenesis.
Activadores de la Fructosa 2,6 bifosfatasa: ATP y CITRATO.¿Por qué el ATP en condiciones de ayuno?, porque el hígado recibe una gran descarga de ácidos grasos en condiciones de ayuno, por lo que el hígado tiene garantizado un buen balance energético en ayuno, pero adicionalmente tiene glucagon como hormona predominante, esto es lo que hace que se direccione la gluconeogenesis, porque en condiciones postprandiales también el hígado tiene buena cantidad de ATP pero predomina la insulina. Aquí adicional a tener ATP lo que afecta una u otra ruta es la hormona que va a primar. Cuando prima la insulina el ciclo de krebs esta dedicado a producir energía, pero en condiciones de ayuno el hígado esta recibiendo grandes cantidades de acetil co A, pero además de esto tiene el ciclo de krebs ocupado en otros 2 procesos: en la gluconeogenesis, es decir estamos sacándole oxaloacetato y recuerden que este se asociaba a la acetil co A para producir citrato, entonces como no hay oxaloacetato la acetil co A se acumula y el otro proceso que esta involucrado es en el ciclo de la urea.Inhibidores de la Fructosa 2,6 bifosfatasa: fructosa 2,6 bifosfato y el AMP.Activadores de la piruvato quinasa: fructosa 1,6 bifosfato.Inhibidores de la piruvato quinasa: ATP y alanina.Activadores de la piruvato carboxiquinasa, y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa: ATP y acetil co A.Inhibidores de la piruvato carboxiquinasa, y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa: ADP.Adicional a esto, la piruvato carboxiquinasa, y fosfoenolpiruvato carboxiquinasa son enzimas inducibles, el glucagon estimula o hace que se aumente la expresión del gen de estas 2 enzimas, la insulina es inhibidor de estas 2 enzimas.
VIA DE LAS PENTOSAS
Es una ruta alterna para la glucosa.Nuevamente arrancamos de glucosa 6 fosfato.
OBJETIVO DE LA RUTA: producción de NADPH+H (NADP reducido) y ribosa 5 fosfato.Ocurre en 2 fases:
- FASE OXIDATIVA: en esta fase se obtiene los 2 sustratos que queremos obtener de la glucosa. Se obtiene la ribos 5 fosfato y el NADPH+H.
- FASE NO OXIDATIVA: busca es evitar que se pierda los carbonos de la ribosa 5 fosfato. El objetivo de esta fase es reciclar la ribosa 5 fosfato para volverla a meter a la glucólisis. Entonces la vía de la glucólisis se cruza con la vía de las pentosas.
FASE OXIDATIVA:
Glucosa 6 P por acción de la glucosa 6 P deshidrogenasa se convierte en fosfofructolactona, aca brinda el NADP reducido.La fosfofructolactona lactonasa transforma en fosfogluconato. Fosfogluconato por acción de la fosfogluconato deshidrogenasa pasa a hacer ribulosa 5 P y obtengo el segundo NADP reducido.Y la ribulosa 5 P por acción de la isomerasa se convierte en ribosa 5 P.Acá se tienen 2 reacciones de oxido reducción.Lo primero que hay que tener en claro es la reacción de la glucosa 6 P deshidrogenasa, porque es la que regula la via de las pentosas. La regulación es muy simple: depende de la cantidad de NADP oxidado que haya, si la concentración de NADP es baja la via de las pentosas se inhibe pero si es alta se la glucosa 6P deshidrogenasa es bien activa. Entonces esta via directamente solo depende de la cantidad de NADP, e indirectamente puede depender de otros factores porque ese NADP tiene varias funciones: síntesis de acidos grasos, entonces cuando estamos haciendo una síntesis marcada de acidos grasos la cantidad de NADP oxidado es alto, luego la via de las pentosas es activa y quien me dice que sintetice acidos grasos es la insulina, osea que la insulina me esta estimulando esta via de manera indirecta. Cuando sintetizo acidos grasos y colesterol la cantidad de NADP oxidado es alta luego la via de las pentosas es activa. La otra función del NADP es en el eritrocito, donde se encarga de eliminar las formas reactivas del oxigeno.DE ACA PARA DELANTE VAMOS A TENER UNA VIA DE RECICLAJE.La via de las pentosas la van a realizar todas las células, porque todas las células necesitan sintetizar RNA, pero hay células en que la actividad es mas marcada, por ejemplo cuando yo estoy haciendo proliferación celular el objetivo de las pentosas es producción de ribosa 5 P y no NADP reducido, y si yo me voy para el tejido adiposo el objetivo fundamental es producir NADP reducido y no ribosa 5 P al igual que en el
eritrocito. Entonces en estos tejidos en los que no se usa la ribosa 5 P tengo que buscar la manera de recuperarlas y para esto usamos las transcetolasas y las transaldolasas.
VI CLASE DE CARBOHIDRATOSVIA DE LAS PENTOSAS
Ayer nos quedamos revisando la vía de las pentosas y miramos que tenia dos fases:Fase oxidativa: esta fase es irreversible y tiene como función principal producir el NADPH y la ribosa 5 fosfato, entonces en la fase oxidativa, la glucosa 6P se transforma en fosgluconolactona por acción de la glucosa 6 fosfato deshidrogenasa y producíamos un NADP reducido, esta fosfogluconolactona por acción de la lactonasa volviéndose fosfogluconato, y este por acción de una deshidrogenasa convirtiéndose en ribulosa 5-fosfato y liberándome un nuevo NADPH. Aquí estoy obteniendo los dos NADPH que produce la vía de las pentosas, una acá por acción de la glucosa 6 –fosfato deshidrogenasa y un segundo por la fosfogluconato deshidrogenasa y ahí una isomeraza que convierte la ribulosa 5P en ribosa 5 –fosfato. Esta fase oxidativa, no reversible que tiene como función producir estos dos NADPH la realizan todos los tejidos, xq todos o bien necesitan NADPH o bien necesitan ribosa 5 fosfato.El NADPH les contaba tiene dos funciones claves:
La función anabólica en la síntesis de ácidos grasos, en la síntesis de colesterol Protegerme contra los radicales libres y las formas reactivas de oxigeno, que tal vez es
la función mas importante en muchas células como los leucocitos y eritrocitos.
Luego de esta fase oxidativa, lo que hace la célula es tratar de recuperar esta ribosa 5 fosfato, cuando no se utiliza, cuando no vamos a usar esta ribosa, entonces viene una fase no oxidativa reversible, que sirve de conexión entre la vía de las pentosas y la glucólisis, con el único objetivo de evitar la perdida de elementos carbonados, evitar la perdida de esa ribosa 5
fosfato. Miren hasta aquí llevamos la fase oxidativa, ribulosa 5 fosfato convirtiéndose en ribosa 5 P por acción de una isomeraza. Miren que hay una epimerasa que me puede convertir esa ribulosa 5 P en xilulosa 5P entonces a partir de esa ribulosa o bien sintetizo ribosa 5 P o bien sintetizo xilulosa 5 P. la vía no oxidativa contiene dos tipos de enzimas: las trasncetilasas y las transaldolasas.La transcetolasa: toma ribosa 5 P más xilulosa 5 P que son los productos de la fase oxidativa. La transcetolasa toma estos dos carbonos de la xilulosa 5 P y se los transfiere a la ribosa para convertirla en una seudoheptulosa 7 fosfato (P) y un gliceraldehido 3P. Entonces las trasncetolasas siempre van a transferir dos carbonos, siempre transfieren dos carbonos. Entonces en la primera fase de esta reacción que es dependiente de la tiamina pirofosfato, vamos a tener Gliceraldehido 3P (G3P) y seudoheptulosa 7 fosfato.La segunda reacción del proceso que es catalizada por una tranaldolasa, vamos a tomar la molécula de seudoheptulosa 7 fosfato de la reacción anterior y Gliceraldehido 3P que también se obtuvo de la reacción anterior y vamos a quitarle tres carbonos a la seudoheptulosa y se lo vamos a pasar al G3P para convertirlo en fructosa 6 P y obtener una molécula de eritrosa 4 fosfato. Las transaldolasas transfieren 3 carbonos, las transcetolasas transfieren 2 carbonos, entonces aquí vamos a tener fructosa 6 P y eritrosa 4 P en esta segunda reacción. En la tercera reacción que es catalizada nuevamente por una transcetolasa tomamos la eritrosa 4 P producto de la reacción anterior y la asociamos con una nueva molécula de xilulosa 5 P (que se obtiene de la reacción de la epimerasa sobre la ribulosa 5 P) entonces eritrosa 4 P mas xilulosa 5 P me va a producir G3P y fructosa 6P. Miren que todos estos productos G3P y fructosa 6 P son productos intermedios de la glucólisis, entonces estamos conectando la vía de las pentosas con la fase productiva de la glucólisis con la G3P o también estamos conectando con la segunda fase de la glucólisis con la fructosa 6 P. En resumen que esta sucediendo: Fase oxidativa que me puede producir: ribosa 5 P o xilulosa 5 P. Transcetolasa: me asocia una ribosa 5P y una xilulosa 5 P y me las convierte en seudoheptulosa 7 P y G3P.
Transaldolasa: me asocia seudoheptulosa 7P y G3P para producirme fructosa 6P y eritrosa 4P, la fructosa 6P se va a la glucólisis.
Transcetolasa: La eritrosa 4P se asocia con una nueva molécula de xilulosa y me produce: fructosa 6P y G3P.
Miren que todos terminan aquí en glucólisis y una vez dentro de la glucólisis podemos hacer gluconeogenesis y obtener glucosa y reciclar la ruta de las pentosas fosfato. Entonces hay una conexión estrecha entre glucólisis y vía de las pentosas. Aquí la tenemos: Fase oxidativa: de la vía de las pentosas, a partir de glucosa 6P me produce ribulosa 5P y NADPH reducido. Fase no oxidativa de la vía de las pentosas que es reversible, termina en G3P y fructosa 6P. Importante esta condición por lo siguiente vamos a poner 3 casos:1. Vamos a ubicarnos en el adiposito: el adiposito necesita NADP recudido pero no necesita ribosa 5P, lo mismo que en el eritrocito, necesitamos NADP reducido pero no ribosa 5 P, que hace el eritrocito? Vía de las pentosas obtiene los NADP, ribosa 5P por la fase no oxidativa la transforma en fructosa 6P y G3P y esos dos productos en el caso de la glucólisis se irán a la glucólisis para producir energía y asi reciclamos la ribosa 5P. vamos a suponer que la célula es una célula en proliferación, necesita gran cantidad de ribosa 5P pero no necesita NADP reducidos, entonces no va hacer fase oxidativa lo que hace es glucólisis y a partir de la faso no oxidativa , la fructosa 6P y G3P, transcetolasa, transaldosa, transcetolasa llegamos nuevamente a ribosa 5 P, entonces le pusimos la reversa a la fase no oxidativa y a partir de la
G3P y fructosa 6P sintetizo ribosa 5P. Ustedes podrían jugar con eso en cell que necesitan ribosa y no necesitan NADP , es jugar con las dos condiciones: la vía de las pentosas y la glucólisis. Importancia:Función: síntesis de ácidos grasos y síntesis de colesterol(NADPH). Pero la otra función es eliminación de los radicales libres. Miren que cuando hay radicales libres tenemos esta molécula de glutation que es un glicopeptido que contiene cisteina y glicina, mire que la cisterna puede estar en estado reducido u oxidado. Como eliminamos el peroxido de hidrogeno? Glutation peroxidasa le transfiere los dos hidrógenos del glutation reducido y estos dos hidrógenos asociados con el peroxido se transforman en agua. Y el glutation reducido pasa estar oxidado. El NADP reducido dona los dos hidrógenos al glutatation lo reduce y el se oxida. Y la vía de las pentosas fosfato se encarga nuevamente de reducir el NADP. Entonces es la vía de las pentosas quien a través del glutation me permite eliminar gran parte de los radicales libres.Cuando se empezaron a hacer tratamientos a los pacientes contra la malaria con drogas como la pamaquina , es un fármaco que produce muchos radicales libres entonces consume gran cantidad de glutation reducido. A los pacientes que le colocaban esa droga, en un porcentaje de esos pacientes se empezó a observar que hacían una anemia hemolítica severa y morían al cabo de una o dos semanas fruto de esa anemia severa. Al principio no se sabía por que era , pero Luego se supo que esa pamaquina consumía gran cantidad de formas reducidas del glutation, pero eso no era lo que causaba la muerte. La muerte en estos pacientes se debía básicamente a que tenían una deficiencia parcial de la glucosa 6P deshidrogenasa, entonces producían una menor cantidad de NADP reducidos y entonces no tenían como luchar con esa carga adicional de radicales libres que les daba el fármaco, entones se morían de la anemia hemolítica . pero tienen una ventaja aquellos pacientes que presentan una deficiencia de la glucosa 6P deshidrogenasa, el plasmodium que es el parasito que causa la malaria ustedes saben que puede estar de dos formas. El plasmodium vivas para poderse reproducir necesita de NADP reducidos, entonces aquellos pacientes que tenían deficiencia de la glucosa 6P deshidrogenasa, tienen cierta resistencia a la infección por este plasmodium cierta, no es que sean resistentes.
REGULACION DE CARBOHIDRATOS: INTEGRACION
Revisemos en tres diapositivas, lo más importante de la regulación de los carbohidratos y lo vamos hacer trabajando básicamente en la acción de las hormonas, entonces aquí glutation, aumento del glutation, aumenta el AMPciclico; va hacer fosforilación de las enzimas, esa fosforilación va hacer que la glicógeno fosforilasa se activa y favorece la glucogenolisis. Fosforila la glicógeno sintasa y disminuye la síntesis de glicógeno. Recuerden que la glicógeno fosforilasa es la que degrada al glicógeno. Se fosforila la fosfofructokinasa 2, y ella se vuelve inactiva y se va activar la función fosfatasa y se disminuye la cantidad de fructosa 2,6 bifosfato, y asi se reduce la glucólisis y activamos la gluconeogenesis.Se fosforila la piruvato kinasa, se disminuye el paso de fosfoenolpiruvato a piruvato y hay un aumento de fosfoenolpiruvato y disminuye la piruvato. Cuando la glucólisis esta inhibida, la gluconeogenesis esta activada. Entonces miren que ahí esta como el glucagon regula la glucólisis, la glucogénesis y la gluconeogenesis.Efectos de tres hormonas claves del metabolismo:Insulina: aumenta la permeabilidad celular a la glucosa, básicamente en músculo y tejido adiposo a través del aumento en disponibilidad del transportador GLUT4, estimula la glucólisis acuérdense que activa la fosfofructokinasa 1 al aumentar los niveles de fructosa 2,6 bifosfato . Estimula la sintesis de glicógeno o glicógeno, activa la glicógeno sintasa, e inhibe la glicógeno fosforilasa quitándole los fosfatos. Recuerden que lo que hace la insulina es activar la fosfoprotein fosfatasa que le quita los fosfatos a la glicógeno sintasa y la activa, le quita el fosfato a la glicógeno fosforilasa y la inhibe. Activa la acetilcoenzima A carboxilasa y facilita la
disponibilidad de glicerol 3 P para hacer síntesis de triacilglicerol. Inhibe la gluconeogenesis a través de la fructosa 2,6 bifosfato disminuye la actividad de la fructosa 1,6 bifosfatasa y activa la piruvato kinasa, entonces va a favorecer el paso hasta piruvato, inhibe la lipólisis, disminuye la degradación de proteínas, aumenta la síntesis de proteínas y de ácidos nucleicos.
Glucagon: aumenta los niveles de AMPciclico que estimula la glucogenolisis activando la fosforilasa, inhibe la síntesis de glicógeno inhibiendo la glicógeno sintasa. Activa la lipasa sensible a hormonas, estimuela la gluconeogenisis porque reduce la disponibilidad de fructosa 2,6 bifosfato es un activador de la glucólisis pero un inhibidor de la gluconeogenesis. Si el glucagon reduce la cantidad de glucosa 2,6 Bifosfato va a inhibir la glucólisis y estimular la gluconeogenesis.Adrenalina: también aumenta los niveles de AMPciclico a nivel muscular, y mire que va aumentar los niveles de Triacilglicerolisis, aumenta la glucogenolisis activando la fosforilasa, disminuye la síntesis de glicógeno a nivel del músculo.Cual es el objetivo de estas tres hormonas, mantener normoglicemia.
Esta es la misma historia aumenta la entrada de glucosa por la expresión de los transportadores, aumenta la toma de glucosa por el hígado aumenta la síntesis de glicógeno estamos hablando de la insulina. Disminuye la degradación de glicógeno porque inactiva la glicógeno fosforilasa, aumenta la glucólisis y la acetil coA que vamos a usar para sintetizar ácidos grasos y de la glucólisis yo saco glicerol 3P para hacer síntesis de triacilgliceroles , entonces tengo los dos sustratos. Se activa la fosfofructoquinasa 1 y se activa el complejo piruvato deshidrogenasa. La insulina activa la acetilcoA carboxilsa y activa la lipoprotein lipasa e inhibe la lipasa sensible a hormona, entonces facilita la entrada de triacilglicerol al tejido adiposo.
Adrenalina: incrementa la disponibilidad de oxigeno en los tejidos y va a activar unas rutas como es la degradación de glicógeno, la gluconeogenesis, la glicólisis, la movilización de ácidos grasos, aumenta la secreción de glucagon, disminuye la secreción de insulina, la idea es aumentar la producción de glucosa para usarse como energía aumentar la producción de ATP, la disponibilidad de ácidos grasos se tiene que aumentar porque la idea es que el músculo utilice los ácidos grasos y entonces hagamos ahorro de glucosa cuando estamos en condiciones de ayunas o condiciones de estrés que es cuando liberamos la epinefrina o la adrenalina.
RESUMEN DE LA ACTIVIDAD HORMONAL
Vamos a mirar un poco como se evalúa desde el punto de vista clínico el metabolismo de los carbohidratos. Los niveles de glicemia normales deben estar en un rango entre 70-100mg/dl ese es el rango aceptado por la asociación de diabetes. Las patologías que mas se presentan alrededor del metabolismo de los Carbohidratos son la diabetes mellitas y las hipoglucemias son las que mas se van a presentar. Vamos a mirar la parte molecular, no la parte clínica, entones en la parte de la hiperglicemia, uno puede encontrar tres tipos de alteraciones:
1. paciente que tiene una alteración de la glucosa en ayunas: es aquel paciente que tiene la glicemia en ayunas por encima de 100mg/dl pero por debajo de 126. Menos de 126, digamos 125. Entonces entre 100-125 alteración de la glicemia en ayunas.
2. esta aquel paciente que en condiciones postpandriales, postpandrial quiere decir después de una ingesta: tiene la glicemia entre 140-199mg/dl. Ese paciente es un paciente intolerante a la glucosa.
3. Y esta el paciente diabético como tal: hay tres criterios para hacer diagnostico de diabetes: glicemia ayunas mayor o igual a 126, glicemia al azar o Ej. cualquier momento mayor o igual a 200mg/dl y glicemia postpandrial mayor o igual a 200mg/dl. El laboratorio es una simple ayuda, el diagnostico debe ir acompañado del cuadro clínico, cierto, eso si es muy evidente. En las pruebas de laboratorio deben ser comprobadas por duplicado en dos días diferentes.
La diabetes mellitus se puede presentar de dos tipos: la diabetes mellitus tipo I y la tipo II. La tipo I: es una enfermedad que se caracteriza por disminución en la
producción de insulina, se presenta generalmente a edad temprana entre los 15-20 años pero no significa que no puede presentarse en personas mucho mas jóvenes o muchos mas viejas, se asocia esa patología a factores genéticos, esta asociada al sistema mayor de histocompatibilidad, pero siempre se desarrolla ante un estimulo externo, hay un factor desencadenante, a veces son toxinas, a veces son infecciones, algún fármaco, `puede desencadenar respuestas autoinmunes que es lo que mas se presenta : producción de anticuerpos contra las células beta pancreáticas, entonces esta producción de anticuerpos contra las células beta, produce que el paciente deje de producir insulina. El cuadro es agudo, generalmente llega el paciente el coma,
cetoacidotico, presentan un dolor abdominal fuerte, si el paciente no tiene buena practica puede confundirlo con apendicitis, pero esta la deshidratación, en los pacientes diabéticos es muy característica la deshidratación, entonces esto nos va orientar muchísimo, pero Gustavo les hablara mucho mas de esto.
En estos pacientes hay una respuesta auto inmune, hay una deficiencia en la producción de insulina, el cuadro es agudo, se presenta la:
Polifagia (mucho apetito): se presenta por la deficiencia energética que tiene el pacientes un paciente pobre en la abundancia, tiene gran cantidad de glucosa pero no la puede usar.
Polidipsia (mucha sed): se presenta por la capacidad osmótica que tiene la glucosa, despierta esa sed cierto? Y eso también lleva de paso a la poliuria.
Poliuria(muchas visitas al intermediario cierto? jajá).En que se diferencia la diabetes tipo I de la tipo II, en el caso de la
Tipo II el paciente no tiene deficiencia en la producción de insulina, al contrario el paciente es un paciente normal, generalmente son pacientes obesos, con obesidad central, veremos como la obesidad produce resistencia a la insulina. Esta obesidad despierta esa respuesta a la insulina, el paciente ante esa respuesta a la glucosa empieza a producir grandes cantidades de insulina, entonces usted encuentra en el paciente una hiperinsulinemia y hay alteración inicialmente de la glucosa en ayunas, se presentan picos altos en ayunas. Llega el momento en que esa resistencia se va haciendo mayor, el páncreas responde secretando mas insulina pero llega el momento en que la capacidad del páncreas para secretar insulina es superada por la resistencia, entonces el paciente ahora si empieza a desarrollar la hiperglicemia marcada. Empiezan a subir los niveles de glicemia muy lentamente a lo largo de los años. Inicialmente empezamos a observar en ellos una resistencia a la insulina que se puede ver en una intolerancia a la glucosa. Es una paciente que usted le da la carga de glucosa y va encontrar a las dos horas un pico máximo de glucosa superior a los 140 pero inferior a los 200. al cabo de los años el paciente presenta una hiperglicemia, una marcada diabetes, pero estos pacientes no presenta la cetoacidosis a diferencia de la tipo I. es una enfermada mucho mas lenta en su desarrollo, generalmente se presenta alrededor de los 40 años, se asocia mucho a la obesidad.
Hay un tercer tipo de diabetes que es la Diabetes gestacional que se presenta en mujeres embarazadas entonces a ustedes
le llegan las pacientes embarazadas, le hacen una glicemia de control, si ustedes le encuentran a esa paciente factores de riesgo como partos macrosomicos, mujeres obesas, historias de abortos, antecedentes de diabetes, la obesidad, esos son factores de riesgo y van hacer un test de tamizaje, 50 gr de glucosa en solución y van hacer una glicemia a la hora cierto, si esa glicemia a la hora les da mayor a 140 tenemos que hacerle una segunda prueba de tamizaje, el test de osullivan . si no esta por encima de 140 la dejamos quieta y por allá a la 24 o 28 semana volvemos a repetir el proceso. Cuando le da positiva hacemos la prueba de O’sullivan que consiste en darle 100 gr de glucosa vía oral y tomarle pruebas en ayunas a la hora a las dos horas y las tres horas, los valores que yo esperaría serian: 95, 180, 155 y 140. en ese orden: ayunas 95, a la hora 180, a las dos horas 155 y a las 3 horas 140. eso lo recomienda la organización mundial de la salud. La asociación latinoamericana de diabetes dice que se pueden dar 75 gr y que solo hay necesidad de tomarle la prueba en ayunas, al a hora y a las dos horas, pero los valores son los mismos, 95, 180 y 155. cuales son los criterios: para ambos casos los criterios están en que dos de esos valores estén por encima de ese rango. Es decir que a la paciente le de la glicemia en ayunas mayor de 95 y la hora mayor de 180. si dan dos de esos valores por encima del criterio diagnostico me determinan diabetes gestacional, una paciente después del embarazo puede volverse una
persona normal, puede volverse intolerante o terminar siendo diabética. El embarazo produce resistencia al a insulina, la placenta despierta una respuesta de resistencia al insulina.
Con que pruebas contamos nosotros para hacer eso:Entonces vamos a tener varios tipos de pruebas:
1. La glicemia basal: o glicemia en ayunas en donde al paciente le tomamos una muestrita de sangre, hacemos la prueba de la glucosa. Se hace a través de una prueba enzimático, la glucosa oxidasa. La prueba de la glucosa oxidasa. El ayuno debe ser de 8-10 horas recomienda la ALAD(asociación latinoamericana de diabéticos, de 8-12 horas recomienda la OMS. Pero miren que ninguno acepta ayunos inferiores a 8 horas. Espero que el valor este entre 70-100 mg.
2. glicemia al azar: se le realiza al paciente en cualquier momento. Debe estar por debajo de 200mg/dl. Lo que pasa es que esta prueba es más difícil de interpretar, porque va a depender mucho del metabolismo del paciente , que estado de nutrición tiene y cuanto tiempo hace que comió.
3. la Glicemia pre-postpandrial: es una prueba en la que se toma al paciente una muestra de sangre en ayunas y se le toma una segunda muestra dos horas después de una carga, entonces aquí viene un jueguito., cuando le tocaba a uno pagar las pruebas particulares o el estado era el que pagaba la prueba siempre le daban a uno 75 gr. de glucosa en 350ml de agua, una solución al 20% pero resulta que cuando apareció la ley 100, las EPS no quisieron pagar la carga y apareció una glicemia pre-posdesayuno. Y si el medico no dice prueba pre-pos carga usted va al laboratorio y le dicen vaya y desayune bien y en dos horas le tomo la segunda muestra. Eso es una metodología que usaron durante mucho tiempo, ahora están volviendo a loo viejo. Porque si le dicen vaya y desayune bien, ese desayune bien varia en cada individuo dependiendo de lo que el considere que es un desayuno bien. La carga es muy relativa cuando le dicen a uno vaya y desayune bien. La prueba esta no sirve para hacer diagnostico, la usan para evaluar el tratamiento, si quiero evaluar como funciona el fármaco hipoglicemiante que le estoy dando, ver como funciona ante un desayuno normal. La prueba que es diagnostica es la que doy con carga le doy 75 gr. de glucosa disueltos en agua en 350ml, al 20%. Cuando le damos esa carga tenemos que decirle que se la toma en 5 minutos.75 gramos de glucosa son 15 sobres de azúcar de tinto, en un vaso de agua grande. Lo importante que necesito evaluar es que respuesta tiene insulina ante esa carga y para eso es importante el periodo de absorción, entonces ahí es donde juega ese tiempo de 5 min. Para que se lo tome. Además tengo que recomendarle al paciente que no haga dieta pobre en carbohidratos por lo menos 3 días antes, porque si el paciente hace la dieta, empieza a acumular insulina, y la descarga de insulina va a ser mucho mayor y la curva no va tender a ser un reflejo real, va a ser alterado. Si el paciente es de bajo peso le doy una carga de 1.75 gr. por Kg. de peso, siempre en solución del 20%. Ahora solo se hace glicemia en ayunas y a las dos horas, porque ya se ha visto que el resto no tiene valor clínico, a no ser que usted quiera diagnosticar una hipoglucemia.
4. La otra prueba es la hemoglobina glicosilada: cuando hablamos antes, decíamos que el exceso de carbohidratos tendía a pegarse a las proteínas y la hemoglobina no es la excepción, la hemoglobina se glicosilada con glucosa o fructosa, a través de un residuo de valina, es una unión no reversible, tengan en cuenta que el eritrocito tiene un transportador GLUT2, es decir que la cantidad de glucosa entra según los niveles de glucemia que tenga el paciente, si hay hiperglicemia entra mas glucosa y mas Hb se va a glicosilar. Esa glicosilacion es irreversible y solo se despega cuando se destruye el eritrocito, que tiene una vida media de 120 días. Es una prueba que sirve de seguimiento, y yo espero que el paciente tenga una hemoglobina glicosilada por debajo del 6-7%. Usted tiene su paciente diabético en
control, ellos son muy desorganizados. Si usted le dice al paciente necesito una glicemia en ayunas para prueba control, desde el viernes comienza hacer dieta para que el valor de la glicemia sea bien bajo, entonces llega con glicemia de 110 que es una maravilla. Pero si le hace un Hb glicosilada, los niveles van a estar altos, por que es reflejo de los últimos 120 días y ahí no le puede mentir el paciente.