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

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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