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BIOQUIMICA APLICADA
Prof. Lilliam Sivoli
Principales vías metabólicas que intervienen en la producción de energía:
proteinas carbohidratos lípidos
aminoácidos glucosa Acidos grasos
piruvato
Acetil CoA
Ciclo del ácidocítrico
Cadena de electrones y Fosforilación oxidativa
Transportadores electrónicos (coenzimas reducidas)
CO2
ATP
GTP
ATP
NADH
NADHNADH
NADH
FADH2
FADH2
La función principal de los glúcidos en la nutrición de un La función principal de los glúcidos en la nutrición de un animal es servir como fuente de energía para llevar a animal es servir como fuente de energía para llevar a cabo los procesos normales de la vida.cabo los procesos normales de la vida.
La función principal de los glúcidos en la nutrición de un La función principal de los glúcidos en la nutrición de un animal es servir como fuente de energía para llevar a animal es servir como fuente de energía para llevar a cabo los procesos normales de la vida.cabo los procesos normales de la vida.
Los glúcidos y los lípidos son las dos Los glúcidos y los lípidos son las dos fuentes principales de energía para el fuentes principales de energía para el
cuerpo del animal.cuerpo del animal.
El contenido de lípidos de la mayoría de las El contenido de lípidos de la mayoría de las dietas que se les suministran a los animales dietas que se les suministran a los animales
productores de alimento es de menos del productores de alimento es de menos del 5%, de manera que la mayor parte de la 5%, de manera que la mayor parte de la
energía proviene de los glúcidos.energía proviene de los glúcidos.
Los glúcidos y los lípidos son las dos Los glúcidos y los lípidos son las dos fuentes principales de energía para el fuentes principales de energía para el
cuerpo del animal.cuerpo del animal.
El contenido de lípidos de la mayoría de las El contenido de lípidos de la mayoría de las dietas que se les suministran a los animales dietas que se les suministran a los animales
productores de alimento es de menos del productores de alimento es de menos del 5%, de manera que la mayor parte de la 5%, de manera que la mayor parte de la
energía proviene de los glúcidos.energía proviene de los glúcidos.
Es el proceso por el cual los sistemas vivosadquieren y usan la energía para llevar
adelante las funciones vitales
Comprende los procesos físicos y químicosinvolucrados en el mantenimiento y
reproducción de la vida
Es el proceso por el cual los sistemas vivosadquieren y usan la energía para llevar
adelante las funciones vitales
Comprende los procesos físicos y químicosinvolucrados en el mantenimiento y
reproducción de la vida
PORQUE ESTUDIAR EL METABOLISMO?
Comprender y conocer los factoresinvolucrados que determinan la eficienciaproductiva y reproductiva de los animales.
Buscar métodos-tecnologías (por ej. enalimentación y el manejo de los animales)
que levanten las limitantes y permitanoptimizar los procesos de reproducción,
lactación y crecimiento
PORQUE ESTUDIAR EL METABOLISMO?
Comprender y conocer los factoresinvolucrados que determinan la eficienciaproductiva y reproductiva de los animales.
Buscar métodos-tecnologías (por ej. enalimentación y el manejo de los animales)
que levanten las limitantes y permitanoptimizar los procesos de reproducción,
lactación y crecimiento
El caballo en entrenamiento es un animal que El caballo en entrenamiento es un animal que desarrolla un trabajo, lo que supone un consumo de desarrolla un trabajo, lo que supone un consumo de energía. Para realizar este trabajo, hacen falta unas energía. Para realizar este trabajo, hacen falta unas reservas energéticas. Según Pagan (1992) las reservas reservas energéticas. Según Pagan (1992) las reservas de un caballo de 500 kg están constituidas por de un caballo de 500 kg están constituidas por triglicéridos de los tejidos adiposos (40000 g) y muscular triglicéridos de los tejidos adiposos (40000 g) y muscular (1400-2800 g) y el glucógeno del tejido muscular (3150-(1400-2800 g) y el glucógeno del tejido muscular (3150-4000 g) y hepático (90-220 g).4000 g) y hepático (90-220 g).
P. PÉREZ DE AYALAP. PÉREZ DE AYALA
BARCELONA, 7 y 8 de Noviembre de 1995 XI CURSO DE ESPECIALIZACION FEDNABARCELONA, 7 y 8 de Noviembre de 1995 XI CURSO DE ESPECIALIZACION FEDNA
La obtención de esta energía se realiza por la La obtención de esta energía se realiza por la oxidación del ATP, elemento escaso y que hay que regenerar oxidación del ATP, elemento escaso y que hay que regenerar rápidamente. Existen dos vías de obtención de ATP, la rápidamente. Existen dos vías de obtención de ATP, la fosforilación oxidativa, donde intervienen lípidos e hidratos fosforilación oxidativa, donde intervienen lípidos e hidratos de carbono en presencia de oxígeno, y la glicolisis, donde se de carbono en presencia de oxígeno, y la glicolisis, donde se hidroliza el glucógeno y de la glucosa se obtiene ácido láctico hidroliza el glucógeno y de la glucosa se obtiene ácido láctico por vía anaeróbica. por vía anaeróbica.
En general, se acepta que los animales que realizan En general, se acepta que los animales que realizan esfuerzos cortos pero muy intensos obtienen energía por esfuerzos cortos pero muy intensos obtienen energía por glicolisis, mientras que los que hacen pruebas de resistencia glicolisis, mientras que los que hacen pruebas de resistencia trabajan por fosforilación oxidativa (INRA, 1990). La razón de trabajan por fosforilación oxidativa (INRA, 1990). La razón de esto se ha buscado en el tipo de fibras musculares que esto se ha buscado en el tipo de fibras musculares que actúan y en que la glicolisis, aunque menos eficaz, es un actúan y en que la glicolisis, aunque menos eficaz, es un sistema más rápido para la obtención de ATP que la sistema más rápido para la obtención de ATP que la oxidación de los lípidos (Pagan, 1992). oxidación de los lípidos (Pagan, 1992).
El primer tipo de esfuerzos produce acumulación de El primer tipo de esfuerzos produce acumulación de ácido láctico en el músculo, disminuyendo el pH y ácido láctico en el músculo, disminuyendo el pH y produciendo fatiga. En el segundo caso, ésta se produce por produciendo fatiga. En el segundo caso, ésta se produce por agotamiento de las reservas de glucógeno.agotamiento de las reservas de glucógeno.
Relación entreRelación entreRelación entreRelación entre
NUTRICION Y METABOLISMONUTRICION Y METABOLISMONUTRICION Y METABOLISMONUTRICION Y METABOLISMO
CARBOHIDRATOSDEFINICION:
SON ALDEHÍDOS O CETONAS POLIHIDROXILADOS
SON POLIHIDROXIALDEHÌDOS (ALDOSAS) E HIDROXIACETONAS (CETOSAS) Y SUS DERIVADOS
SON LOS COMPUESTOS ORGÀNICOS MÀS ABUNDANTES DE LA BIOSFERA.
SON “HIDRATOS” DE CARBONO, EN LOS QUE LA RELACION C: H: O ES DE
1: 2: 1
FORMULA ESTEQUIOMETRICA
LOS CARBOHIDRATOS SON ALDEHÌDOS O CETONAS QUE POSEEN LA FORMULA EMPÌRICA DE (CH2O) n
POR EJEMPLO: LA D-glucosa es (C H2 O)6
O TAMBIEN C6(H2O)6
(CH2O)n Otros no muestran esta relacion y contienen N, P, S.
Se forman durante la FOTOSINTESIS
Conectan directamente, la energía solar y la energía de enlace químico de los seres vivos.
CARBOHIDRATOS
Clorofila
Dióxidocarbono Agua Glucosa Oxige
noAgua
F O TO S I N T E S I S
EnergíaSolar
Ecosistema
Energía Solar
Fotosíntesis (Cloroplasto)
Respiración Celular (mitocondria)
CO2 + H2O MoléculasOrgánicas
+ O2
Energía para el Trabajo Celular
Energía Calórica
Ciclo del Carbono Ciclo del Carbono Ciclo del Carbono Ciclo del Carbono
FUNCION DE LOS CARBOHIDRATOS
SIRVEN COMO COMBUSTIBLE Y COMO FUENTE DE CARBONO EN LAS CELULAS NO FOTOSINTETICAS DE LOS ANIMALES Y MICROORGANISMOS
EL ALMIDON Y EL GLUCOGENO ACTUAN COMO RESERVA TEMPORAL DE GLUCOSA
Importancia de los Carbohidratos
Punto de vista Biológico y Comercial:
Los CHO en los organismos Vivos:
1. Proveen energía a través de su Oxidación (4Kcal/g)
2. Proveen Carbono para la síntesis de Componentes celulares.
3. Sirven como una forma de almacenamiento de Energía Química.
4. Forman parte de los componentes estructurales de algunas células y tejidos.
FUNCIONES BIOLÒGICAS
CONSTITUCIÒN DE MOLÈCULAS COMPLEJAS: GLUCOLÌPIDOS, GLICOPROTEÌNAS, ÀCIDOS NUCLEICOS, CONDROITÌN SULFATO, QUERATÀN SULFATO
REGULA EL METABOLISMO LIPIDICO
BIOSÌNTESIS DE ÀCIDOS GRASOS
APORTA FIBRA A LA DIETA
Funciones biológicas:
Función energética
Biosíntesis de ácidos grasos
Constitución de moléculas complejas como: glicolípidos, glicoproteínas, ácidos nucleicos, glicoesfingolípidos.
Aporte de fibra en la dieta (celulosa, Agar, gomas)
Forman parte de las paredes celulares de plantas y bacterias. Intervienen en las interacciones y el reconocimiento celular (otras células, hormonas, virus)
FUNCION DE LOS CHO`S
FORMAN PARTE DE LAS PAREDES BACTERIANAS
INMUNIDAD ESPECIFICA
PROTECCION, SOPORTE, DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN LAS PAREDES CELULARES DE PLANTAS
Interés industrial:
Materias primas para la industria: Materias primas para la industria: papelpapel maderamadera fibras textiles fibras textiles productos farmacéuticos....productos farmacéuticos....
IMPORTANCIA
LA GLUCOSA ES EL COMBUSTIBLE METABOLICO MAS IMPORTANTE DE LOS MAMIFEROS. ES EL PRECURSOR EN LA SÌNTESIS DE OTROS CHO`S
ENFERMEDADES RELACIONADAS: Diabetes mellitus, galactosemia, enfermedades del almacenamiento del glucògeno e intolerancia a la lactosa
DISTRIBUCION EN LA NATURALEZA
SON LAS BIOMOLECULAS MAS ABUNDANTES EN LA NATURALEZA (MAS DE LA MITAD DE TODO EL C (ORGÁNICO) SE ENCUENTRA EN LOS CHO.
REPRESENTAN SOBRE LA BASE DE MASA, LA CLASE MÀS ABUNDANTE DE BIOMOLÈCULAS ORGÀNICAS SOBRE LA TIERRA.
LA MAYOR PARTE DE LOS CARBOHIDRATOS SE ACUMULAN COMO RESULTADO DE LA FOTOSÌNTESIS
Los CHO generalmente tienen formulas moleculares que son múltiplos de (CH2O)n. Esta es una formula simple. Algunos contienen: grupos aminos, sulfatos y fosfatos.
Todos los compuestos que incluiremos dentro del termino CHO o bien tienen esta formula o pueden obtenerse a partir de sustancias que la tienen
Por ejemplo, glucosa tiene la formula C6H12O6. Los carbohidratos más sencillos son los
Monosacáridos (osas)
Monosacaridos que constituyen los CHO mas simples tienen un grupo carbonilo y multiples grupos hidroxilos– Si el grupo carbonilo se encuentra al final, el azúcar es una aldosa, si no, el azúcar es una Cetosa.
Carbohidratos:
Que es un Carbohidrato?
Aldehidos o Cetonas con multiples grupos hidroxilos (OH)
Cetonas – ambos grupos unidos al grupo carbonilo son carbonos
Aldehidos – un carbono y un hidrogeno unidos al grupo carbonilo
Acetona: Acetaldehido
CLASIFICACIÒN (De acuerdo al No. de unidades monomètricas)
MONOSACARIDOS (1 UNIDAD) Ej.- Molècula de glucosa
OLIGOSACARIDOS (ENTRE 2 y 10 UNIDADES)
Ej.- Disacarido: sacarosa
POLISACARIDOS (POLIMEROS QUE CONTIENEN MÀS DE 20 MONOSACARIDOS)
Los Carbohidratos:
Todos los CHO consisten de las siguientes moléculas:
Mono – sacáridos Di - sacáridos
Poli - sacáridos
Clasificación de los monosacáridos:
-De acuerdo al Grupo Funcional:
Aldosas: grupo funcional aldehído (C1)
Ej. D-gliceraldehido
Cetosas: grupo funcional cetona (C2)
Ej. dihidroxiacetona
(el mas simple de los monosacáridos del grupo de las aldosas)
(el mas simple de los monosacáridos del grupo de las cetosas)
Clasificación de los monosacáridos:
función carbonilo:
AldosasGrupo funcional aldehido
Cetosas Grupo funcional cetona
O C R H
O C R R’
Monosacáridos: Son los CHO mas simples. (CH2O)n n=3-9 Las triosas son los monosacáridos mas sencillos. El sufijo “osa” se utiliza para designarlos e
indica multiples grupos OH Ej: Glucosa
El mas abundante de los monosacaridosPresente en su estado libre en frutas, plantas, miel, sangre y orina de los animales.Es una Aldohexosa ( C6H12O6)
CLASIFICACIÒN (DE ACUERDO AL No DE ATOMOS DE
CARBONO)
TRIOSAS 3CTETROSAS 4CPENTOSAS 5CHEXOSAS 6CHEPTOSAS 7COCTOSAS 8C
Clasificación de los monosacáridos:-De acuerdo al número de carbonos:
triosas
tetrosas
pentosas
hexosas
heptosas
nonosas
3C
4C
5C
6C
7C
9C
EjemplosCategoría # Carbonos
Gliceraldehido, dihidroxiacetona
Eritrosa, Eritrulosa
Ribosa, ribulosa, xilulosa
Glucosa, galactosa, manosa, fructosa
Sedoheptulosa
Ac. Neuramínico (ac. Siálico)
Combinando ambas Clasificaciones:
Aldotriosas y Cetotriosas Aldotetrosas y Cetotetrosas Aldopentosas y Cetopentosas Aldohexosas y Cetohexosas …..y asi sucesivamente
Clasificación de los Carbohidratos
CHOSimples
CHOComplejos
MonoSacáridos
DiSacáridosPoliPoliSacaridosSacaridosAsimilablesAsimilables
PoliSacaridosno no asimilablesasimilables
TIPO EJEMPLOS FUENTETIPO EJEMPLOS FUENTE
ArabinosaArabinosaRibosaRibosaGlucosaGlucosaFructosa Fructosa GalactosaGalactosa
SacarosaLactosaMaltosa
AlmidónAlmidón (Amilosa+amilopectina(Amilosa+amilopectina))
GlucógenoGlucógeno
CelulosaHemicelulosaPectinasGomasMucílagosAgar
Plantas,bacteriasGeneralizada (todos los org.)
Frutas, caña, remolachaLecheFrutasCereales,leguminosasRaices, tuberculos
Granos, leguminosas verdesFrutas
ESTRUCTURA PROYECCIONES DE FISCHER
(LINEAL)
PROYECCIONES DE HAWORTH (CICLICA)
FORMULAS DE CONFORMACION TRIDIMENSIONAL (SILLA O BOTE)
Fórmulas de Proyección de Fórmulas de Proyección de FischerFischer
Fórmulas estructurales lineales para representar a los Monosacáridos: el esqueleto carbonado se dibuja verticalmente con el C mas oxidado en la parte superior
Observe la convención aceptada para
enumerar los carbonos
La glucosa es una Aldohexosa
(combinando ambas clasificaciones)
CHO
HO- C -H
CH2OH
CHO
H- C -OH
CH2OH
D-gliceraldehído L-gliceraldehído
Aldotriosas:
Carbono asimétrico: carbono que esta unido a cuatro
sustituyentes diferentesEstereoisómeros: tienen grupos funcionales identicos
unidos en el mismo orden pero con diferente orientacion espacial
Isomeria D y L: Arbitrariamente asignada:D: El grupo –OH hacia la derecha
L: El grupo –OH hacia la izquierda
Los monosacáridos tienen configuracion “D” solo cuando el grupo OH unido a su carbono asimétrico mas alejado del grupo funcional (aldehido o cetona), se encuentra hacia la derecha en las Formulas de Proyección de Fischer, al igual que el D-gliceraldehido.Se llaman “L” cuando el OH se encuentra hacia la izquierda
CHO
HO C H
CH2OH
L-gliceraldehido D-gliceraldehido
D - Azucares
Virtualmente TODOS los monosacáridos
que ocurren naturalmente son de configuración “D”.
D- gliceraldehido
D-eritrosa
D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa
D-alosa D-altrosa D-glucosa D-manosa D-gulosa D-idosa D-galactosa D-talosa
D-treosa
Serie de las Aldosas:Monosacáridos derivados del
D-gliceraldehido
Cetotriosa:
CH2HO
C=O
CH2OH
Dihidroxiacetona
Dihidroxiacetona
D-eritrulosa
D-ribosa D-xilulosa
D-sicosa D-frutosa D-sorbosa D-tagosa
Serie de las Cetosas
Monosacáridos derivados de la
Dihidroxiacetona
ISOMEROS DE CONFIGURACION:
difieren en el arreglo espacial alrededor de los carbonos asimétricos.
Epímeros: isómerosestructurales quedifieren en la configuraciónde un solo carbonoAsimétrico.Son Diastereoisomeros
COH
H-C-OH
HO-C-H
H-C-OH
H-C-OH
CH2OH
COH
H-C-OH
HO-C-H
HO-C-H
H-C-OH
CH2OH
D-GlucosaD-Glucosa D-GalactosaD-Galactosa
EpímerosExamine la D-glucosa y la D-manosa
D-glucosa D-manosa
Solo difieren en la configuración del átomo de carbono Dos
Solo difieren en la configuración del átomo de carbono Dos
CHO
C
C
HHO
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Manosa
CHO
C
C
OHH
HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
D-Galactosa
CHO
C
C
OHH
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Glucosa
Epímeros: difieren en un solo carbono asimétrico:- D-Manosa es el 2-epímero de la D-Glucosa- D-Galactosa es el 4-epímero de la D-Glucosa
D-Glucosa D-Fructosa
Isomería: Aldosa- Cetosa
Estructura en anillo de los monosacáridos:
Piranosas
Un grupo aldehido de un monosacárido puede reaccionar reversiblemente con un alcohol (grupos OH de la misma molécula) para formar un hemiacetal intramolecular originando una Estructura cíclica.
Aldehido Alcohol hemiacetal
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CH OH
OC OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CHO
CH2OH
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CHO H
O
Carbonoanomérico
Nuevo centro de asimetríaen la D-Glucosa al formarse el ciclo
Forma abierta Forma a Forma b
Formas cíclicas:Formación de hemiacetal interno
Aun cuando a menudo los monosacaridos se dibujan como estructuras lineales, en soluciones acuosas los monosacáridos forman anillos. El grupo aldehido o cetona tienden a reaccionar con un OH de la misma molécula formando estructuras cíclicas
significa -OH del C-anomérico hacia abajo
significa –OH del C-anomérico hacia arriba
Al producirse la ciclación, el carbono carbonilo se transforma en un nuevo centro quiral. Este carbono se denomina, átomo de carbono anomérico
Estructuras de anillo de los CarbohidratosPiranosas
Varios monosacaridos (glucosa, galactosa y manosa) forman estructuras cíclicas del tipo de las piranosas en solución acuosa.
D-GlucosaFischer
Glucopiranosa
Haworth(~0.02%) (~ 38%)
Conformación estructural de las formas cíclica
• Aunque las fórmulas de Proyección de Haworth suelen utilizarse para representar los monosacaridos, realmente, son una simplificación ya que los anillos de piranosa no son planares debido a la geometría de los átomos de carbono saturados (ángulos de enlace). Las estructuras Conformacionales son mas exactas:
• Adoptan 2 clases de conformación:
Forma de Silla Forma de Bote
Los grupos en el anillo tienen 2 posibles orientaciones:
• Axial : perpendiculares al plano del anillo • Equatorial : paralelos al plano del anillo
α-D-Glucopiranosa
(Haworth)
α-D-Glucopiranosa
(Conformacional)Silla
Estructuras de anillo de los Estructuras de anillo de los monosacaridosmonosacaridos
Anillo de 5 carbonos mas común: furanosa Furanosa: Derivado del compuesto cíclico Furano
Furano: anillo de 5 miembros con 1 oxígeno– Ej: Fructosa y Ribosa forman anillos furanósicos
Anillo de 6 carbonos mas común : piranosa Piranosa: Derivado del compuesto cíclico Pirano
– Pirano: anillo de 6 miembros con 1 oxígeno– Ej: glucosa, galactosa, y manosa forman anillos piranósicos.
Pirano
Furano
La RibosaLa Ribosa: Es un azúcar presente en el : Es un azúcar presente en el ARNARN
El azúcar en el ADN es la 2-Desoxiribosa
Ribosa 2-Desoxiribosa
Monosacaridos mas importantes:
Desoxiribosa en el ADNDesoxiribosa en el ADN
Desoxiribosa del Ac Nucleico ADN
Contenida en los nucleótidos
desoxiribosa
Fosfato
Timidina-3’-monofosfato
D-GlucosaEl monosacárido más abundante de la naturaleza
- Libre: suero sanguíneo y medio extracelular (5 mM)zumo de uva
- Como monómero se presenta en una gran cantidad de oligosacáridos y polisacáridos
Prácticamente la totalidad de las células vivientes son capaces de obtener energía a partir de glucosa.
Hay células que únicamente pueden consumir glucosa, como fuente de energía y no otras moléculas, p.e.: neuronas (celulas cerebrales) y las que tienen pocas o ninguna mitocondria, como los eritrocitos. También las células que tiene poco aporte de oxigeno, como las del globo ocular.
Monosacáridos mas importantes:
Galactosa Necesaria para sintetizar diferentes
biomoléculas, como la Lactosa (en las glándula mamaria de los mamíferos), glucolípidos, glucoproteinas, determinados fosfolípidos.
Monosacáridos mas importantes:
Fructosa: Es el azúcar de las frutas, se encuentra en la
miel y algunos vegetales.
Su poder edulcorante es el doble del de la sacarosa (base a peso).De allí su uso en la industria de alimentos procesados
El sistema reproductor masculino utiliza fructosa en cantidades importantes. Se sintetiza en las vesículas seminales y posteriormente se incorpora al semen. Los espermatozoides utilizan este azúcar como fuente de energía.
Derivados de Derivados de MonosacáridosMonosacáridos
Los grupos funcionales de los monosacáridos pueden ser modificados por procesos naturales (o en el laboratorio) en compuestos que retienen su configuración básica (pero tienen diferentes grupos funcionales).
Varios son componentes metabólicos y estructurales importantes de los seres vivos.
Derivados de los Monosacaridos: Derivados de los Monosacaridos:
Azúcares- alcoholes – polioles, polialcoholes
Glucitol (sorbitol) – Tiene una estructura lineal como la glucosa Pero el grupo aldehídico (–
CHO) ha sido reemplazado por un
–CH2OH Se acumula en el cristalino
del ojo en las personas con diabetes y da lugar a la formación de cataratas D-glucitol
glucosaó Sorbitol
Los azúcares alcoholes tienen aprox. la mitad de las calorías de los azúcares.
Frecuentemente usados en productos bajos en calorías o “libres de azúcar”.
Derivados de los Monosacaridos: Azucares-Alcoholes:
Eritritol
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
COOH
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
COOH
Ácido D-Glucurónico Ácido L-Idurónico
Derivados de los Monosacáridos
Ácidos Urónicos: se originan por la oxidación de un grupo terminal CH2OH (pero no el grupo aldehído). Abundantes en el tejido conjuntivo.
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
CH2 O P
O
O-
O-
O
H
OH
H
OOH
H
H
OH
H
CH2OH
P
O
O-
O-
Glucosa-6-fosfato Glucosa-1-fosfato
Derivados de los MonosacáridosEsteres Fosfato: participan de manera
importante en muchas rutas metabólicas
Derivados de los Monosacáridos
N-Acetilglucosamina(2-desoxi 2-acetamido D-glucosa)
N-acetilgalactosamina(2-desoxi 2-acetamido D-galactosa)
O
H
H
OHOH
H
H
OH
H
HN C
O
CH3
CH2OH
O
H
H
OHOH
H
H
HN C
O
CH3
CH2OH
OH
H
Aminoazúcares
Estos compuestos son componentes importantes demuchos polisacáridos naturales. En general se encuentran como residuos monoméricos en oligo y poli-sacáridos complejos.
OH
H
OH
H
OH
H
CH2OH
O CH3OH
H
a-Metilglucósido
Derivados de los MonosacáridosDerivados de los MonosacáridosFormacion de glucósidos:La eliminación de una molécula de agua entre el –OH anomérico de unmonosacárido cíclico y el grupo –OH de otro compuesto da lugar a un O-Glucósido. Son abundantes en tejidos animales y vegetales (algunos muy tóxicos).
DISACARIDOSDISACARIDOSDISACARIDOSDISACARIDOS
Dos monosacaridos pueden unirse mediante un enlace glicosidico para formar DISACARIDOS via deshidratacion.
– Maltosa, el azucar de la malta, está formada por la union de 2 moléculas de Glucosa.
– Producto intermediario en la hidrólisis del almidón.
αααα αα - Maltosa - Maltosa αα - Maltosa - Maltosa
β - Maltosa
Disacáridos:
ββββ
Sacarosa: un disacárido Se produce en las hojas, raíces de las plantas
azúcar de caña , sorgo, piña, remolacha y zanahorias
La Sacarosa, el azúcar de mesa, está formado por la unión de glucosa y fructosa
y es la forma principal de transporte de azúcares en las plantas.
La Sacarosa, el azúcar de mesa, está formado por la unión de glucosa y fructosa
y es la forma principal de transporte de azúcares en las plantas.
2222
Ambos Carbonos anoméricos involucrados en el enlaceAmbos Carbonos anoméricos involucrados en el enlaceAmbos Carbonos anoméricos involucrados en el enlaceAmbos Carbonos anoméricos involucrados en el enlace
Disacárido Lactosa:
azúcar de la leche (concentración: 0-7%)
ß-DGalactopiranosa α-D-Glucopiranosa
Disacárido: Trehalosa
Hongos y levaduras, azúcar principal de la hemolinfa de los
insectos
α-D-glucopiranosil (1 1) α-D-glucopiranosa
Trisacáridos:
Rafinosa (azúcar de la remolacha)
Estaquiosa (algunos vegetales)
Polisacáridos:
Resultan de la condensación de más de 10 moléculas de monosacáridos
Clasificación de los Carbohidratos:
Homosacáridos Resultan de la unión devarios monosacáridos(solamente)
HeterosacáridosResultan al combinarsevarios monosacáridos con una fracción NO glucídica
Oligosacáridos
Polisacáridos
Peptidoglicanos
Glicoproteínas
Proteoglicanos
(De acuerdo a su composición)
Clasificación de los Polisacáridos:
Homopolisacáridos(un tipo de monosacárido)
Heteropolisacáridos(2 o mas tipos deMonosacáridos)
Reserva
Estructurales
AlmidónGlucógenoDextranoinulina
Celulosaligninaquitina
No nitrogenados
Nitrogenados
AgarHemicelulosasPectinasGoma arábiga
Glicosamino-glucanos
Cont…..
Polisacáridos: son polímeros de cientos a miles de monosacáridos unidos por enlaces glicosidicos.
Una función de los polisacáridos es actuar como macromoléculas almacenadoras de energía que son hidrolizados cuando es requerido.
Otros polisacáridos sirven como materiales estructurales para las células u organismos enteros.
Pueden tener una estructura lineal o ramificada
Polisacaridos, los polímeros de azúcares, presentan funciones de almacenamiento y estructurales
El Almidon es un polisacarido de almacenamiento
compuesto enteramente de monómeros de Glucosa.– La mayor parte de sus monomeros (las moleculas de
glucosa) estan unidas por enlaces 1-4. Tambien contiene enlaces 1-6 en el punto de ramificacion.
– Una forma no ramificada del almidón, la amilosa, tiene
forma de hélice. Varios miles residuos de glucosa– La forma ramificada, la amilopectina, es mas
compleja
Almidon
Amilosa Amilopectina
Cloroplasto Almidón
Las Plantas almacenan el almidón en los cloroplastos.
Las Plantas pueden almacenar el exceso de glucosa en forma de almidón y emplearlo cuando sea requerido como fuente de energía o de carbonos.
Los Animales que se alimentan de plantas, y el hombre, especialmente partes ricas en almidón, (papa, maíz, arroz, trigo) pueden también acceder a este almidón para satisfacer sus propias necesidades metabólicas.
La amilosa del Almidón es un Polisacárido de monómeros de alfa- D-glucopiranosa, unidos por enlaces 1-4. Son cadenas largas, sin ramificar.
Amilopectina: un polímero del Almidón:
Estructura primaria detallada en un punto de la ramificación (cada 20-25 residuos de glucosa).
Los Animales también almacenan glucosa pero en forma de un polisacárido llamado Glucógeno.
Glucógeno es como la amilopectina del almidón, pero altamente ramificado (cada 8-12 residuos de glucosa)
, Humanos y otros Vertebrados almacenan el glucógeno en el hígado y músculos pero solo alcanza para suplir sus necesidades energeticas por aproximadamente un día.
Glucógeno
Mitocondria Gránulos de Glucógeno
Glucógeno
EL GLUCOGENO: una molécula compacta, ocupa poco espacio
Aún cuando los polisacáridos pueden ser fabricados a partir de una variedad de monosacáridos, la glucosa es el monómero primario en su estructura.
Una diferencia clave entre los polisacáridos viene dada de las 2 posibles formas de estructura de anillo de la glucosa:
Estas 2 formas difieren en si el grupo OH unido al atomo de C1 se encuentra hacia arriba (beta-glucosa) o hacia abajo (alfa glucosa) del plano del anillo.
Los Polisacaridos Estructurales forman materiales de gran resistencia.
La Celulosa es el principal componente de las paredes celulares de las plantas.– La Celulosa es tambien un polimero de unidades de
D-glucopiranosa pero estos monómeros se encuentran en su forma de Beta anómeros, con uniones ß-(1-4).
La celulosa: sustancia orgánica mas
abundante en la tierra (1/3 de la biomasa de las plantas)
Proporciona un marco estructural que sostiene y protege a las células vegetales
Célula vegetal
Moleculas de
CelulosaMicrofibrillas de celulosaParedes cel. plantas
Paredes celulares
Otro importante polisacarido estructural es la quitina, presente en el exoesqueleto de los artropodos (incluyendo insectos, arañas, y crustaceos).– La Quitina es similar a la celulosa, excepto que
esta presenta un grupo que contiene nitrogeno en cada glucosa: N-acetil glucosamina
La quitina tambien forma el soporte estructural de las paredes celulares de varios hongos.
Homopolisacáridos Estructurales:
celulosapolímeros de polímeros de D-glucopiranosaD-glucopiranosa
enlaces (1-4)
quitinaElemento estructural del exoesqueletoElemento estructural del exoesqueletode insectos y crustáceosde insectos y crustáceospolímero de N-acetil-glucosaminapolímero de N-acetil-glucosamina
enlaces (1-4)
ligninaConfiere resistencia a la pared celularConfiere resistencia a la pared celularpolímero de alcoholes aromáticos (no es unpolímero de alcoholes aromáticos (no es un
CHO)CHO)
El tipo C: Es abundante en el cartílago, cordón umbilical y tendones
Aminoazúcar:N-acetilgalactosamina-sulfato
Ác D-glucurónico
Condroitin Sulfato
Cadena no ramificada de unidades de disacárido repetidas que contienen:
N-acetil-glucosamina
Ác D-glucurónico
No es sulfatado
Humor vítreo del ojo y liquido sinovial Humor vítreo del ojo y liquido sinovial (articulaciones)(articulaciones)
Acido Hialurónico
Presente en cartílago, córnea, hueso y núcleopulposo de los discos intervertebrales
N-acetilglucosaminasulfato
D-galactosa
Queratán sulfato
Glicoproteínas:Son proteínas unidas a cadenas de oligosacáridos o polisacáridos, que pueden tener funciones diversas:
IgGHumana Anticuerpos
Ovoalbúmina de las gallinas Proteína de almacenamiento en la clara del huevoRibonucleasa B Enzima
Mucina submaxilar Lubricación de la oveja
Proteína anticongelante Reduce el punto de congelación de los peces de los líquidos corporales
Proteínas de las Sistemas de transporte,membranas celulares receptores de señales
Proteína Función
Contenido1. Vias Metabólicas de los CHO: Glicolisis (degradación de la Glucosa) Gluconeogenesis (lactato, AA a glucosa) Glucogenogenesis (glucosa a glucógeno) Glucogenolisis (glucógeno a glucosa) Ruta de las Pentosas (degradación de la
glucosa)
2. Regulación de los procesos metabólicos
3. Aspectos clínicos relacionados con defectos en el metabolismo de los CHO.
Vias principales del Metabolismo de la Glucosa
Via metabólica
Función
Glicólisis Degradacion de glucosa a piruvato; Piruvato puede ser convertido a:Lactato (condiciones anaeróbicas)Oxidado a CO2 (condiciones aeróbicas)Convertido a ácidos grasos
Gluconeogénesis
Síntesis de novo de la glucosa; convierte compuestos no glucídicos a glucosa en condiciones de ayuno o estrés
Glucógeno-genesis
Síntesis de glucógeno usualmente a partir de glucosa (aunque el lactato del músculo puede ser una fuente de glucógeno)
Vias del Metabolismo de la Glucosa (cont.)
Glucógeno-lisis
Degradación del glucógeno por el hígado para: produción glucose o para producir energía para el trabajo muscular.Via de las
Pentosa fosfato
NADPH para reacciones biosintéticas azúcar ribosa para la producción de Ac. nucleicos
Glicólisis, el Ciclo de Krebs, la Cadena de Transporte de
electrones y la Fosforilación oxidativa:
Las vias metabólicas que transfieren la energía libre desde la glucosa al ATP…
H2O
Aminoácidos Ácidos
grasos
Glucosa
Piruvato
CO2
Acetil-CoA
CicloCiclode de
KrebsKrebs
NADH, FADH2
(Transportadores e- reducidos)Cadena respiratoria
(Transferencia e-)
2H+ + ½O2
ADPADP ATPATP+ Pi
ee--
ee--
ee--
ee--
Glicólisis-Contenido
•Los 10 pasos enzimáticos de interconversión química de la glucosa
• Rendimiento energético
•Mecanismos que controlan el flujo de metabolitos a través de la via
•Entrada de otros azucares a la via
•Conección con El Ciclo de Krebs, CR y FO
Carbohidratos de la dieta:
Tubo digestivo
Intestino delgado
Célula
digestión
absorción de glucosa
metabolismo
Intestino
glucosa via
sangre
cerebro
CO2
Músculo
glucógeno
Tejido
Adiposo
grasa
hígado
triacilglicerol
glucógeno
Páncreas
insulina
Acidosgrasos
CO2
Eventos metabólicos de la glucosa
Vía metabólica Central para la degradación de CHO (Glucosa) para la generación de energía y de intermediarios metabólicos biosintéticos para otras rutas
Bajo cond. anaeróbicas se recupera solo el 5% de la energía que estaría disponible por el metabolismo oxidativo
Ocurre en el citosol de las células eucariotas
Visión Global del Catabolismo de la Glucosa: GLICOLISIS
Glicolisis:glucosa + 2ADP +2Pi + 2NAD 2piruvato+2ATP+2NADH +2H++2H2O
Rendimiento energético 8 ATP
El destino ulterior del piruvato va a depender del organismo que se considere y de sus
circunstancias metabólicas
Condiciones Aeróbicas : el aceptor final de los electrones en la cadena de transporte de electrones es el oxígeno molecular (O2).
Condiciones Anaeróbicas : el aceptor final de los electrones NO es el oxígeno (O2) sino una molécula orgánica. Rinde menos energía que en condiciones aeróbicas porque el ciclo de Krebs opera bajo condiciones aeróbicas.
Respiración Celular
Via Glicolítica
1 Adición de grupos fosforilos para activar la glucosa.
2. Convertir los intermediarios en compuestos fosforilados de alta energía.
3. Acoplar la transferencia de grupos fosfatos al ADP para formar ATP.
1. Glucosa + ATP => Glu-6-P + ADP2. Glu-6-P <=> Fru-6-P3. Fru-6-P + ATP => Fru-1,6 bi-P + ADP4. Fru-1,6 bi-P <=> G-3-P + DHAP5. DHAP <=> G-3-P Neto:Glucosa + 2 ATP => 2 G-3-P + 2 ADP
Suma de las Reacciones 1ra Fase
6. 2 G-3P + 2Pi + 2NAD+ <=> 2 1,3 biPGli + 2NADH+2H+
7. 2 1,3-biPGli + 2 ADP <=> 3-PGli + 2 ATP8. 3-P Gli <=> 2-PGli9. 2-PGli <=> 2 PEP10. 2PEP + 2ADP => 2Piruvato + 2ATP Neto:2 G-3-P + 2 Pi + 4 ADP + 2NAD+ => 2 Piruvato + 4
ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Reacciones (6-10)
Cual es el máximo rendimiento de ATP en el catabolismo aeróbico de la glucosa?
Glicolisis:glucosa 2piruvato + 2NADH+2ATP 8 ATPs
Piruvato Deshidrogenasa:2piruvato 2acetil CoA + 2NADH 6 ATPs
CK:acetil CoA2CO2+3NADH+FADH2+GTP 12ATPsx2
Rendimiento global desde glucosa 38 ATPs
La Gluconeogénesis Síntesis de glucosa a partir de compuestos no glucidicos.
Utiliza varias de las mismas enzimas de la Glicólisis.
3 reacciones de la glicólisis tienen un Δ G< 0 esencialmente irreversibles
Hexoquinasa Fosfofructoquinasa
Piruvato quinasa. Estos pasos deben ser “bypaseados” en la Gluconeogénesis.
ocurre principalmente en el citosol de la célula
.
La Gluconeogénesis Fuente alterna de glucosa adicional a la glucosa dietaria y a la degradación del
glucogeno.
Una via similar a la reversión de la Glicólisis pero difiere en sitios críticos. Así, no son simples reversiones una de la otra.
El control de estas vias opuestas es recíproco.
Las condiciones fisiológicas que favorecen
una, desfavorecen la otra y viceversa.
Pasos Irreversibles (claves) de la Vía Glicolítica
Glucosa
Fructosa 6-P
Glucosa 6- P
Fructosa 1,6-bi P
Fosfoenolpiruvato Piruvato
HEXOQUINASA
FOSFOFRUCTOQUINASA
PIRUVATOQUINASA
Enzimas regulatorias
Gluconeogénesis
• Ocurre bajo condiciones de ayuno o ayuno prolongado
• Fuente de glucosa sanguinea luego que las reservas de Glucógeno son agotadas.
• El lugar de la gluconeogénesis y la fuente de precursores depende de la duración del ayuno:
> El hígado es el lugar luego de un ayuno corto> El riñón es el lugar luego de un ayuno prolongado (24h>)> I.Delgado > 48h ayuno y estados diabéticos
La producción de glucosa es costosa energéticamente
Entran: 2 piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH
Salen: glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 Pi
Por que producimos glucosa?
a) Necesitamos mantener los niveles de glucosa en sangre en un rango estrecho.
b) Algunos tejidos-- cerebro, eritrocitos y músculo en ejercicio usan glucosa a una tasa rápida y algunas veces requieren glucosa adicional a la glucosa dietética. Tambien otros tejidos como la médula renal y testiculos
[El cerebro y los eritrocitos solo usan glucosa como fuente de energia]
glucosaglucosa
Glucógeno(reserva de glucosa de fácil acceso junto a la existente en fluidos corporales) piruvato
AminoácidosGlicerol, piruvato
lactatoEn ayunotemprano
En ayunoprolongado
Propionato La gluconeogénesis
está activa permanentemente
en rumiantes:
La gluconeogénesisestá activa
permanentemente
en rumiantes:
Propionato
Potenciales vías del PiruvatoEl Piruvato puede serliberado como Lactatopor algunos tejidos (Ej. Músculo) y reconvertido a Glucosa vía gluconeogénesis(Ciclo de Cori)
Alternativamente, el Piruvato puede puede ser convertidoa Acetil CoA y entrar al C de K para su completa oxidación
Ciclo de Cori, se activa bajo ejercicio extenuante
Costo energético de la Gluconeogénesis De Piruvato a glucosa
De lactato a glucosaganados
usados
usados
Actividad Actividad evaluadaevaluadaActividad Actividad evaluadaevaluada
Investigar como se lleva a cabo la regulación de las Investigar como se lleva a cabo la regulación de las vías vías
En el metabolismo de los Carbohidratos: cite estudios En el metabolismo de los Carbohidratos: cite estudios relacionados con estasrelacionados con estas
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