Prof. Laura Carmona Salazar Semestre: 13-II

Transcripción

1 FACULTAD DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA CURSO DE BIOQUÍMICA CLÍNICA (CLAVE 1807) Licenciatura de QFB Prof. Laura Carmona Salazar Semestre: 13-II Este material es exclusivamente para uso educativo y no de lucro

2 QUÉ ES EL METABOLISMO?

3 Metabolismo Es la suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo, a través de una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente que constituyen las rutas metabólicas CARACTERÍSTICAS CADA PASO = CAMBIO QUÍMICO ESPECÍFICO (Eliminación, transferencia o adición de un átomo o grupo funcional) PRECURSOR PRODUCTO INTERMEDIARIOS (METABOLITOS)

4 EL METABOLISMOCONSTA DE VÍAS METABÓLICAS INTERCONECTADAS

5 Glucosa Glucógeno Hexocinasa Glucosa 6-fosfato VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO GLUCONEO- GÉNESIS Fosfoenolpiruvato GLUCÓ- LISIS SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS β-oxidación Piruvato Oxalacetato CICLO DE KREBS FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

6 LOS AZÚCARES (SACÁRIDOS) SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN UN GRUPO ALDEHÍDO O CETONA Y DOS O MÁS GRUPOS HIDROXILO ALDOSAS

7 LOS AZÚCARES (SACÁRIDOS) SON COMPUESTOS QUE CONTIENEN UN GRUPO ALDEHÍDO O CETONA Y DOS O MÁS GRUPOS HIDROXILO CETOSAS

8 LOS MONOSACÁRIDOS PUEDEN PRESENTAR UNA ESTRUCTURA CÍCLICA α EL GPO ALDEHÍDO DEL C-1 REACCIONA CON EL HIDROXILO DEL C-5 FORMANDO UN ENLACE HEMIACETAL (produce dos estereoisómeros, los anómeros α y β ) β Se puede oxidar fácilmente (reductor)

9 UN GRUPO HIDROXILO DE UN MONOSACÁRIDO PUEDE ADICIONARSE A UN CARBONO ANOMÉRICO DE UN SEGUNDO MONOSACÁRIDO FORMANDO UN ENLACE CETAL (ENLACE GLUCOSÍDICO) NO-REDUCTOR EXTREMO REDUCTOR

10 LOS POLISACÁRIDOS ESTÁN CONSTITUIDOS POR VARIOS MONOSACÁRIDOS CUYA DIVERSIDAD ESTÁ DETERMINADA POR LA NATURALEZA DE SUS UNIDADES MONOMÉRICAS ÚNICO TIPO O CONTIENEN DOS O MÁS TIPOS DIFERENTES EL TIPO DE ENLACE QUE SE FORMA ENTRE LAS UNIDADES LA LONGITUD DE SUS CADENAS Y EL GRADO DE RAMIFICACIÓN EN EL EXTREMO DE LA CADENA, HAY UN CARBONO ANOMÉRICO LIBRE QUE NO FORMA UN ENLACE GLUCOSÍDICO Y SE LE DENOMINA EXTREMO REDUCTOR

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13 PROCESO DE DIGESTIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS PARA PODER SER METABOLIZADOS SE REQUIERE SE ENCUENTREN EN FORMA DE MONOSÁCARIDOS 1) DIGESTIÓN: Se requiere de enzimas específicas: SALIVA: AMILASA que hidroliza al almidón para liberar maltosa 2) ABSORCIÓN: Se realiza en el intestino delgado LIBERACIÓN A TORRENTE SANGUÍNEO

14 EL TRANSPORTE DE LOS CARBOHIDRATOS

15 EL TRANSPORTE DE GLUCOSA PUEDE SER DEPENDIENTE DE HORMONA EL TRANSPORTE DE GLUCOSA EN HÍGADO Y CEREBRO ES INDEPENDIENTE DE INSULINA

16 EVENTOS ASOCIADOS A LA GLUCEMIA 1) Liberación de INSULINA de las células beta pancreáticas TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES RESPUESTAS: MODIFICA EL TRANSPORTE DE GLUCOSA Y EL METABOLISMO

17 HORMONA ORIGEN EFECTO EN [GLUCOSA] ACCIÓN HORMONAL INSULINA GLUCAGON ADRENALINA Células β del páncreas Células αdel páncreas Médula suprarrenal Transporte,glucogénesis, gluconeogénesis Glucogenólisis, gluconeogénesis Glucogenólisis TIROXINA Glándula tiroides Insignificante Glucogenólisis HORMONA DEL CRECIMIENTO HORMONA ADRENO- CORTICOTRÓPICA (ACTH) CORTISOL Pituitaria anterior Pituitaria anterior Corteza suprarrenal SOMATOSTATINA Células δdel páncreas Leve Antagonista de la insulina Antagonista de la insulina Antagonista de la insulina, gluconeogénesis Inhibe la liberación de insulina y glucagón

18 PRINCIPALES DESTINOS METABÓLICOS DE LA GLUCOSA SÍNTESIS DE GLUCÓGENO, ALMIDÓN, SACAROSA Reserva GLUCOSA Oxidación vía Pentosas fosfato Oxidación vía glucólisis RIBOSA-5-FOSFATO PIRUVATO

19 Fosforilación Isomerización GLUCOSA Hexocinasa GLUCOSA 6-FOSFATO Fosfohexosa isomerasa FRUCTOSA 6-FOSFATO Fosforilación PFK-1 FRUCTOSA 1,6-BIFOSFATO Rotura Aldolasa GLICERALDEHÍDO 3-FOSFATO Oxidación y Fosforilación Fosforilación a nivel de sustrato FRUCTOSA 1,6-BIFOSFATO G 3-P Deshidrogenasa DIHIDROXIACETONA FOSFATO 1,3-BIFOSFOGLICERATO PIRUVATO Fosforilación a nivel de sustrato Piruvato cinasa FOSFOENOLPIRUVATO 3-FOSFOGLICERATO Isomerización Fosfoglicerato cinasa Mutasa Enolasa 2-FOSFOGLICERATO

20 DESTINOS DEL PIRUVATO Condiciones Aeróbicas Piruvato Acetil-CoA CO 2 e - CO 2 Ciclo de Krebs Fosforilación Oxidativa Condiciones Anaeróbicas Piruvato NADH NAD + Lactato Fermentación del ácido láctico Condiciones Anaeróbicas (Levadura) Piruvato Etanol + CO 2 Fermentación alcohólica Destino anabólico: Precursor de la síntesis de alanina

21 DESTINO DEL PIRUVATO EN CONDICIONES AERÓBICAS: RESPIRACIÓN AERÓBICA: INCLUYE GLUCÓLISIS, CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

22 Glucosa Glucógeno Hexocinasa Glucosa 6-fosfato VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO GLUCONEO- GÉNESIS Fosfoenolpiruvato GLUCÓ- LISIS SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS β-oxidación Piruvato Oxalacetato CICLO DE KREBS FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

23 FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS RESERVA PIGMENTOS ESTRUCTURAL COFACTORES SEÑALADORES

24 LÍPIDO.- Es un grupo químicamente diverso cuya característica común es su insolubilidad en agua. Ácidos grasos.- Son derivados hidrocarbonados con un nivel de oxidación muy bajo donde sus cadenas pueden variar entre 4 a 36 átomos de carbono

25 FUENTES DE ÁCIDOS GRASOS DIETA DEL ALMACEN Tejido adiposo SÍNTESIS

26 PROCESAMIENTO DE LOS LÍPIDOS OBTENIDOS DE LA DIETA 1) CONSUMO DE LÍPIDOS 2) INTESTINO: 3) ABSORCIÓN por la mucosa intestinal Emulsificación de las grasas por acción de las sales biliares Degradación de los triglicéridos por acción de lipasas 4) EMPAQUETAMIENTO de los lípidos 5) DESTINO FINAL ENTREGA A ADIPOCITOS O MIOCITOS

27 LOS LÍPIDOS INGRESAN AL ORGANISMO COMO LÍPIDOS QUE TIENEN QUE SER PRIMERO DESDOBLADOS A LÍPIDOS MÁS SIMPLES QUE ENTONCES PUEDEN SER OXIDADOS TRIACILGLICÉRIDOS (TAG): 90% lípidos de la dieta FOSFOLÍPIDOS LIPASA PLA2: (FOSFOLIPASA A2) 1,2 y 2-acilgliceroles lisofosfolípidos oxidación: energía

28 EMPAQUETAMIENTO DE LOS LÍPIDOS PARA SU LIBERACIÓN A MÚSCULO Y TEJIDO ADIPOSO Estructura molecular de un Quilomicrón

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40 Movilización de ÁCIDOS GRASOS almacenados en tejido adiposo: señal de hambre TAG Lipasa de triacilgliceroles dependiente de Hormona (AMPc) Glicerol + ac. grasos TS (unidos a albúmina) Activación degradación AC GRASOS En otros tejidos Hígado y músculo

41 MOVILIZACIÓN DE TRIACILGLICEROLES ALMACENADOS EN EL TEJIDO ADIPOSO [GLUCOSA] BAJA AYUNO SEÑAL: GLUCAGÓN TRANSDUCCIÓN DE LA SEÑAL RESPUESTAS: ACTIVIDAD DE LIPASA HIDRÓLISIS DE TG LIBERACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS AL TORRENTE SANGUÍNEO

42 Glicerol Glicerol (adiposo) Glicerol (hígado) ATP ADP Glicerol cinasa NAD+ NADH Glicerol-3P Glicerol-3P DH DihidroxiacetonaP TPi HAMBRE GLUCÓLISIS Gliceraldehído-3P

43 LA BETA OXIDACIÓN (β-oxidación) ES EL PRINCIPAL PROCESO MEDIANTE EL CUAL LOS ÁCIDOS GRASOS, EN LA FORMA DE MOLÉCULAS ACIL-COA, SON OXIDADOS EN LA MITOCONDRIA PARA GENERAR ENERGÍA (ATP)

44 Metabolismo completo de los ácidos grasos Son tres fases oxidativas: Fase I. En la β- oxidación, se oxidan a acetil CoA Fase II. La acetil CoA que se produjo, entra al Ciclo de Krebs, en donde se oxida y en donde se forman las coenzimas reducidas Fase III. Las coenzimas reducidas NADH y FADH 2 se van a cadena respiratoria en donde se oxidan. FIN: CO 2, H 2 O y ATP

45 COLESTEROL Niveles elevados de COLESTEROL Enfermedad cardiovascular PRECURSOR DE HORMONAS ESTEROIDEAS Y SALES BILIARES ESTRUCTURAL EN LAS MEMBRANAS PUEDE MODULAR LA FLUIDEZ

46 COLESTEROL Estructuralmente es un núcleo derivado del ciclopentanoperhidrofenantreno. Está totalmente hidrogenado, sin dobles enlaces (se llama perhidro). Su numeración es muy importante. De las diferentes posiciones de la estructura del colesterol, las más importantes son: - Posición 3 -> Grupo OH. - Entre 5 y 6 -> Doble enlace. - Posición 17 -> Sale la cadena hidrocarbonada y varía dependiendo del grupo que consideremos. La célula lo fabrica a partir de acetil Co-A (2 C). El colesterol es un esteroide principalmente animal, las plantas tienen otros esteroles muy variados.

47 CONSIDERACIONES IMPORTANTES SOBRE EL COLESTEROL Procedencia: Dieta (aunque el colesterol plasmático varía poco con la dieta) Síntesis Endógena:Todas las células sintetizan colesterol Degradación: En los mamíferos, no existe maquinaria de degradación Eliminación: En forma de Sales Biliares o Colesterol libre. Eliminado de forma fecal

48 EN CONDICIONES DE ABUNDANCIA: EL COLESTEROL SE SINTETIZA A PARTIR DE ACETIL-CoA SE SINTETIZA UNA PARTE EN CITOSOL Y OTRA EN RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO EN HÍGADO

49 DESTINOS DEL ACETIL-CoA AYUNO (Glucagón) ACETIL-CoA CICLO DE KREBS FORMACIÓN DE CUERPOS CETÓNICOS FOSFORILACIÓN OXIDATIVA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS SÍNTESIS DE COLESTEROL

50 EL ACETIL-CoA ES EL ORIGEN DE LOS ÁTOMOS DE CARBONO DEL COLESTEROL

51 VISIÓN GENERAL DE LA BIOSÍNTESIS DE COLESTEROL EN CUATRO ETAPAS: 1. CONDENSACIÓN de tres unidades de acetato para formar un intermediario de seis átomos de carbono el MEVALONATO 2. CONVERSIÓN del mevalonato en unidades de isoprenos activados, la formación de ISOPENTILPIROFOSFATO (5 átomos de carbono) DIMETILALILPIROFOSFATO (5 átomos de carbono) 3. CONDENSACIÓN de seis moléculas de isopentilpirofosfato para formar una estructura lineal que es el ESCUALENO (30 átomos de carbono) 4. CICLACIÓN del escualeno para formar los cuatro anillos del núcleo esteroideo formando COLESTEROL

52 Etapa 1. Síntesis del mevalonato a partir de ACETIL-CoA CONDENSACIÓN de dos moléculas de Acetil-CoA para formar ACETOACETIL-CoA, que a su vez se condensa con otra molécula de Acetil CoA formando un compuesto de seis átomos de carbono β-hidroxi-β-metilglutaril-coa (HMG-CoA) a través de la acción de una Tiolasa y la HMG-CoA sintasa REDUCCIÓN del HMG-CoA para formar MEVALONATO, donde el NADPH cede los electrones, reacción catalizada por la HMG-CoA REDUCTASA, proteína integral del retículo endoplasmático

53 Etapa 2. Síntesis de ISOPENTILPIROFOSFATO y DIMETILALIL PIROFOSFATO El mevalonato se convierte en ISOPRENOS ACTIVADOS a través de tres reacciones consecutivas que requieren ATP, con una descarboxilación al final ISOPENTILPIROFOSFATO 6 C 5 C DIMETILALILPIROFOSFATO 5 C

54 Etapa 3. Condensación de seis unidades de isopreno activado para formar escualeno Dimetilalilpirofosfato Isopentenilpirofosfato 5 C 5 C CONDENSACIÓN Cabeza-cola 10 C Isopentenilpirofosfato 5 C 15 C

55 Etapa 3. Condensación de seis unidades de isopreno activado para formar escualeno 15 C 30 C ESCUALENO SU FORMACIÓN ES EL RESULTADO DE CONDENSACIONES SUCESIVAS DE ISOPRENOS ACTIVADOS

56 Etapa 4. Conversión del escualeno en el núcleo esteroideo de cuatro anillos

57 Etapa 4. Conversión del escualeno en el núcleo esteroideo de cuatro anillos

58 Etapa 4. Conversión del escualeno en el núcleo esteroideo de cuatro anillos 27 C

59 LA SÍNTESIS DE COLESTEROL SE REGULA A TRAVÉS DE LA HMG-CoA REDUCTASA

60 REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE COLESTEROL

61 EL COLESTEROL ES UN PRECURSOR DE OTRAS MOLÉCULAS ESTEROIDEAS IMPORTANTES: LAS SALES BILIARES, LAS HORMONAS ESTEROIDEAS Y LA VITAMINA C

62 SALES BILIARES.- Son los principales constituyentes de la bilis, se encargan de solubilizar los lípidos de la dieta, SON DETERGENTES GLICOLATO TAUROCOLATO

63 HORMONAS ESTEROIDEAS.- El colesterol es el precursor de las CINCO clases principales de hormonas esteroideas: PROGESTÁGENOS GLUCOCORTICOIDES COLESTEROL (C27) MINERALOCORTICOIDES ANDRÓGENOS Progestágenos (C21) ESTRÓGENOS Glucocorticoides (C21) Mineralocorticoides (C21) Andrógenos (C19) Estrógenos (C18)

64 LA SÍNTESIS DE HORMONAS ESTEROIDEAS REQUIERE DE LA REMOCIÓN DE ALGUNOS O TODOS LOS ÁTOMOS DE CARBONO DE LA CADENA LATERAL

65 REMOCIÓN DE LA CADENA LARGA DEL COLESTEROL PARA FORMAR LA HORMONA ESTEROIDEA

66 LA ESTERIFICACIÓN DEL COLESTEROL ES IMPORTANTE PARA SU TRANSPORTE Y ALMACENAJE