Usmp Ch Y Glucogeno

Carbohidratos Generalidades Química de carbohidratos Digestión y absorción Distribución

Generalidades Los carbohidratos son los nutrientes más difundidos en la naturaleza.Son responsables de atender las mayores necesidades calóricas de los seres vivos. El carbohidrato más difundido e importante para el metabolismo humano es la glucosa y dentro de los alimentos es el almidón. El almidón y todos los otros carbohidratos que ingerimos en la dieta se transforman en glucosa antes de ser metabolizados. Químicamente los carbohidratos son polialcoholes con un grupo aldehído o cetona, diferenciándose por lo tanto en aldosas y cetosas. Son componentes estructurales de muchos organismos incluyendo bacterias y algas, el exoesqueleto de los insectos y la celulosa de las plantas.

Estructura básica de un carbohidrato CHO Los monosacáridos son polialcoholes (mínimo dos OH) con un grupo aldehídico o cetónico. Cuando se unen para formar di, oligo o polisacáridos lo hacen mediante un enlace glucosídico.

H-C-OH

CH2OH C=O

OH-C-H

OH-C-H

H - C-OH

H - C-OH

H - C-OH

H - C-OH

CH2OH

CH2OH

Los carbonos asimétricos de los monosacáridos Un carbono asimétrico es aquel que tiene cuatro diferentes compuestos unidos a sus cuatro enlaces. La glucosa tiene cuatro carbonos asimétricos, el 2, 3, 4 y 5

CHO H-C-OH OH-C-H H - C-OH H - C-OH CH2OH

Isómeros, epímeros Compuestos con la misma fórmula global pero distinta fórmula espacial. Casi todos los monosacáridos de seis carbonos tienen la fórmula C6H12O6 :glucosa, fructosa, manosa, galactosa. Cuando la diferencia radica en un solo átomo de carbono se les llama epímeros (también son isómeros): glucosa y galactosa.

CHO H-C-OH

CHO H-C-OH

OH-C-H

OH-C-H

H - C-OH

OH-C-H

H - C-OH

H - C-OH

CH2OH CH2OH glucosa galactosa

Clasificación de carbohidratos Se clasifican de acuerdo a AZÚCARES COMUNES EN EL METABOLISMO su complejidad en : aldehido cetona monosacáridos Triosas gliceraldehido dihidroxicetona disacáridos oligosacáridos Tetrosas eritrosa eritrulosa polisacáridos ribosa ribulosa Los monosacáridos de xilosa xilulosa acuerdo al número de carbonos se clasifican en: Pentosas arabinosa triosas glucosa fructosa tetrosas manosa pentosas hexosas Hexosas galactosa heptosas

Heptosas

sedoheptulosa

Estructura química de la glucosa CHO ! CHOH ! CHOH ! CHOH ! CHOH ! CH 2 OH

Es una hexosa con cinco grupos OH y un grupo CHO. Comúnmente adopta formas cíclicas semejantes al pirano (hexagonal) o al furano (pentagonal). La glucosa en solución adopta la forma piranósica en un 99% y furanósica en un escaso 1%. En el espacio la forma piranósica se dispone como una silla o como un bote.

Formas espaciales de glucosa H-C-OH hemiacetal

H-C-OH OH-C-H

CH2OH O H H H OH H OH OH

O

H

H - C-OH

Haworth

H -C CH2OH

OH

O O

Fisher

Hemiacetales Menos del 1% de los azúcares se encuentra bajo la forma de cadena abierta. Siempre están como anillos. Estos anillos provienen de la reacción expontánea de un grupo aldehido con un alcohol. Si el anillo tiene seis carbonos es un pirano y si tiene cinco un furano. Eso crea un nuevo C asimétrico (N°1 de una aldosa o N°2 de una cetosa). Este carbono se llama anomérico y da lugar a dos formas de azúcar α y β. En la naturaleza tenemos D glucopiranosa: 64% β y 36% α.

Reacciones químicas de los monosacáridos Si el O del C anomérico de un carbohidrato no está unido a otra estructura, tiene capacidad reductora. Capacidad que se mide porque reduce el cobre de algunos reactivos, como Benedict o Fehling. Eso se usó como -por muchos años- como test de búsqueda de glucosa en sangre u orina, pero da positivo con cualquier carbohidrato.

Reacciones de carbohidratos Los polisacaridos no tienen poder reductor, tampoco el disacárido sacarosa. Por su enlace glucosídico pierden el poder reductor de su aldehida. Los grupos aldehido pueden oxidarse para formar grupos carboxilo -CHO -COOH. Así la glucosa se transforma en ácido glucónico y la galactosa en galactónico. El alcohol primario del C N°6 también puede trans formarse en carboxilo –COOH y generar ácido glucorónico o galacturónico.

Importancia fisiológica de las pentosas Pentosa ribosa ribulosa arabinosa xilosa lixosa xilulosa

Origen ác.nucleícos metabolismo gomas de frutas gomas de frutas músculo cardiaco metabolismo

Importancia estructura de ác.nucleicos y de coenzimas vía de las pentosas glucoproteínas glucoproteínas lixoflavina del musc.cardiaco vía de ácidos urónicos

Importancia fisiológica de las hexosas Origen

Importancia Es el azúcar por excelencia del Frutas, cereales, Glucosa leguminosas metabolismo Frutas y miel de caña El hígado la convierte en glucosa Fructoa (sacarosa) para su metabolismo El hígado la convierte en glucosa Galactosa Lactosa de la leche para su metabolismo Manosa Gomas vegetales Glucoproteínas Hexosa

Disacáridos Son azúcares formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glicosídico. Los disacáridos más comunes en la naturaleza son: sacarosa: glucosa+fructosa. lactosa: glucosa+galactosa. maltosa: glucosa+glucosa.

Dos de ellos, la lactosa y la maltosa tienen poder reductor, no así la sacarosa debido a que el enlace compromete ambos radicales reductores, el aldehído de la glucosa y la acetona de la fructosa. Están ampliamente distribuidos en la naturaleza.

Disacáridos comunes... CH2OH

CH2OH O

H

H

OH

ma

O H

OH

H

H

OH

H

H

O

lto

H

OH

H

H

OH

sa

OH

CH2OH

act

l

osa

CH2OH O

H

H

OH

O

H

OH

OH H

CH2OH

a

H

os

OH

r ca

OH

H

H

O

sa

H

CH2OH

CH2OH O

OH

O H

H

H

H

O H

OH

H

H

OH

H

OH

H

H

OH

OH

Oligosacáridos y Polisacáridos Llamamos oligosacáridos a los complejos de 3 a 12 monosacáridos y polisacáridos a los de más de 12 monosacáridos. Se dividen en : Homopolisacáridos: un solo carbohidrato. Heteropolisacáridos: con varios monosacáridos ejemplo, glucosa amino glucanos.

Dónde están los Polisacáridos? Homopolisacáridos: Reserva:  Almidón, (amilosa y amilopectina).Granos,cereales  Glucógeno.Músculos, hígado  Dextrano: D glucosa. Ramificaciones distintas. Expansores.Sintetizado en el laboratorio  Inulina: D fructosa. Cebolla y ajo. Pruebas médicas. Estructurales:  Celulosa: D glucosa. Enlaces β . No digerible.  Quitina: N acetil glucosamina. Insectos.  Lignina: alcoholes aromáticos. Heteropolisacáridos: agar, goma, celulosa, pectina.

Polisacáridos El almidón está formado por cadenas de glucosa unidas mediante enlaces glucosídicos del tipo alfa 1,4 y algunos de tipo alfa 1,6. Es la fuente más importante de carbohidratos de la alimentación. Su hallazgo es esencialmente vegetal. Está constituido en un 15 a 20% por amilosa estructura helicoidal no ramificada, y en un 80 a 85% por amilopectina que son cadenas ramificadas de 24 a 30 residuos de glucosa unidas por enlaces 1,4 y ramificaciones 1,6. El glucógeno tiene una estructura bastante similar, pero un origen animal. Es más ramificada que el almidón, con 12 a 14 residuos de glucosa unidos por enlaces 1,4 y ramificaciones 1,6.

Otros polisacáridos... La celulosa está formada por unidades de β D glucopiranosa unidas por enlaces β 1,4, reforzadas por puentes de hidrógeno. No es digerida por falta de una hidrolasa β en el jugo digestivo. En los rumiantes hay microorganismos que atacan el enlace β . La inulina es un polímero de la fructosa y se encuentra en raíces de alcachofa o de la dalia. La quitina esta formada por unidades de Nacetil glucosamina unida por enlaces beta glucosídicos. Es el exoesqueleto de insectos y crustáceos. Los mucopolisacáridos o glucosaminoglucanos, contiene aminoazúcares y ácidos urónicos, que cuando se unen a una proteína se les conoce como proteoglucanos del hueso, la elastina o la colágena. Ejemplo también lo son el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y la heparina.

Digestión de carbohidratos El proceso de digestión de los carbohidratos tiene dos lugares principales: la boca y la mucosa intestinal. Generalmente comemos pocos monosacáridos por lo que lo que se necesita es : endoglucosidasas y disacarasas. Sirven para atacar a los poli, oligosacáridos y disacáridos.

Digestión en la boca Durante la masticación actúa la α amilasa de las glándulas salivares. Rompe el almidón en sus enlaces α 1,4. Los humanos no tenemos β 1,4 glucosidasas que rompe la celulosa. Si la poseen los microorganismos de los poligás tricos. Ellos si aprovechan la celulosa de los pastos. Como nuestros amilopectina y glucógeno contienen enlaces α 1,6, como resultado tenemos maltosa e isomaltosa con enlaces 1,6. Dicha digestión se detiene en el estómago: pH ácido .

Digestión por la amilasa Dextrina limitante

Maltotriosa

Maltosa Dextrina limitante

Glucosa

Digestión intestinal... Luz intestinal

Superficie de pared intestinal

Lactosa Maltosa Almidón amilasa Maltotriosa Dextrina límite Sacarosa

lactasa

glucosidasa sacarasa

galactosa glucosa fructosa

Absorción intestinal... K 2Na glucosa

SGLT1

ATP Na

Na

galactosa ADP fructosa

GLUT5

K

GLUT2

glucosa galactosa fructosa

Absorción de monosacáridos D Galactosa D Glucosa D Fructosa D Manosa D Xilosa D Arabinosa

%

110 100 43 19 15 9

Destino de los carbohidratos Hasta un 50% de la glucosa es transformada en lactato en la pared intestinal, para facilitar la gradiente. Luego debe ir al hígado a transformarse por la neoglucogénesis. Por la vena porta va al hígado donde se metaboliza el 60% o más de todos los carbohidratos.

Metabolismo del glucógeno

Glucosa: suministro El organismo requiere Disacáridos Monosacáridos una fuente constante de glucosa, necesaria para órganos tan delicados GLUCOSA como el cerebro y con pocas mitocondrias como los hematíes. La glucosa es suminis- Aminoácidos trada por diversos sustratos...

Glucógeno

Almidón

Glucógeno Es la forma de almacenamiento de carbohidratos en los tejidos animales. Corresponde del 6 al 10% del peso del hígado (aprox. 70 a 100 g) y del 1 al 2% del peso del músculo (aprox. 250 a 400g). Es un polímero de la alfa D glucosa, con moléculas unidas por enlaces 1,4 y 1,6. El glucógeno muscular es fuente de glucosa para este tejido, mientras que el glucógeno hepático mantiene la glicemia.

Estructura del glucógeno El glucógeno se encuentra en el citosol de las células (musculares, hepáticas, renales, etc.) En el músculo se almacena como pequeños gránulos esféricos, llamados partículas beta con 60 000 residuos de glucosa. El hígado tiene gránulos grandes como rosetas llamadas partículas alfa, que son agregados de partículas beta. La estructura tiene una ramificación cada 10 moléculas lineares. Las ramificaciones aumentan la velocidad de recambio y la solubilidad del glucógeno. Cada molécula de glucógeno tiene una proteína llamada glicogenina, unida covalentemente al carbohidrato. La cadena está formada por uniones glicosídicas alfa 1,4 y la ramificaciones por uniones alfa 1,6.

Cómo se mantiene la glicemia...? La ingesta dietética es esporádica y no siempre suficiente, luego el organismo debe suplementar la glicemia a partir del glucógeno.

8:00h

12:00h

16:00h

20:00h

24:00h

4:00h

8:00h

Contenido de glucógeno del hígado durante el día

Localización del glucógeno Dos son los órganos más ricos en glucógeno: músculo e hígado. El glucógeno hepático es el 6 a 10% del peso fresco y hace un total de 100g aprox. El glucógeno muscular es de 1 a 2% y hace un total de 400g. Una molécula de glucógeno tiene un PM de 108.

Posprandial

Ayuno

Estructura del glucógeno Está formado por múltiples moléculas de alfa D-glucosa unidas por enlaces glicosídicos del tipo 1,4 para formar cadenas lineares y, lue-go de 8 a 10 residuos lineales una ramificación mediante un enlace 1,6.

Enlace glucosídico 1,4 y 1,6

Fosforilación de la glucosa Reacción irreversible, que impide el regreso de la glucosa por gradiente. Catalizada por: Hexoquinasa o Glucoquinasa. La hexoquinasa es inhibida por glucosa 6-P que a su vez se acumula por una alta relación ATP/ADP. Enzima de bajo Km y baja Vmax, por lo que tiene gran afinidad pero pobre capacidad de metabolizar. La glucoquinasa es fundamental en el hígado, tiene alta Km por lo que sólo actua a altas concentraciones de glucosa y tiene alta Vmax por lo que su capacidad de metabolizar es también alta.

Hexoquinasa vs. glucoquinasa Hexoquinasa Tejido todos Km bajo Vmax baja Especificidad varias hexosas Inhibición por G6P si

Glucoquinasa hígado alto alta D-glucosa no

Síntesis de glucógeno La glucosa 6P se convierte en glucosa 1P por una mutasa. La glucosa 1,6 difosfato es un intermediario de la reacción. La glucosa 1P reacciona con la UTP para formar UDP-glucosa. La hidrólisis del pirofosfato resultante por una pirofosfatasa garantiza la continuidad de la reacción.

Glucosa ATP

Hexoquinasa

ADP Glucosa 6P Fosfoglucomutasa Glucosa 1P Glucosa 1P uridiltransferasa CH2OH H OH H

H OH

O

H

H

UTP O

pi NH

O

O

O

N

O-P-O-P-O-CH2 O OH OH OH UDP-glucosa H H H H OH OH

Glucógeno

(Glucosa)n

sintetasa

(Glucosa)n+1 UDP

Glucógeno:alargamiento de la cadena... Requiere la tranferencia de una glucosa del UDP-glucosa, al extremo no reductor de la cadena. La enzima responsable de formar los enlaces glicosídicos es la glucógeno sintetasa o glucosil transferasa. La UDP resultante de la actividad de la sintetasa regenera UTP gracias a la enzima nucleósido difosfoquinasa.

UDP + ATP --------------UTP + ADP

Glucógeno: elongación y ramificación

sintetasa

ramificante

Glucógeno: formación de ramificaciones... El glucógeno tiene ramificaciones cada 8 unidades lineares de glucosa. Se produce gracias a la actividad de la enzima ramificante o glucosil 4,6 transferasa o amilo 1,4, 1,6 transglicosilasa. Dicha enzima transfiere 5 a 8 unidades de glucosa, rompiendo un enlace 1,4 y creando un enlace 1,6. La ramificación incrementa la solubilidad del glucógeno y acelera el proceso de síntesis y degradación

7UDP glucosa glucógeno sintetasa 7UDP

Enzima

ramificante

Glicogenina Polipéptido de 332 aminoácidos con una tirosina terminal. Ella se une a 8 glucosas expontáneamente y sirve de inicio a la actividad de la sintetasa.

Tyr-OH

Glicogenina Glicosilación expontánea

8 UDP-glucosa 8 UDP Tyr-O-(glucosa)8

Glicogenina primaria nUDP-glucosa nUDP

Glucógeno sintetasa Enzima ramificante

Tyr-O-- (Glucosa) n α – 1,4- y α 1,6

Complejo Glucogenina-Glucógeno

Degradación del glucógeno La más importante enzima involucrada es la glucógeno fosforilasa. Ella rompe los enlaces alfa 1,4 por simple fosforilación. Es una hexoglucosidasa y actúa secuencialmente hasta que quedan cuatro unidades antes de la ramificación .Dextrina limitante.

(Glucosa) n

P1

Glucógeno fosforilasa Glucosa 1 P Fosfoglucomutasa

Glucosa Glucosa 6 P 6 fosfotasa (en el hígado) Glicólisis Glucosa P1 Lactato Piruvato Piruvato Lactato dehidrogenasa deshidrogenasa Acetil CoA CO2 CO2 y H2O

Desramificación La enzima desramificante es la combinación de la glucosil 4,4 transferasa, que rompe tres glucosas de la ramificación y la anexa a un extremo para que actúe la fosforilasa y la amilo 1,6 glucosidasa que libera la única glucosa libre. 1 a 3% es liberado por la maltasa ácida . Enf. Pompe

Glucógeno (6) Pi fosforilasa (6)glucosa P

Enzima desramificante transferasa

Enzima desramificante H2O

glucosa

Glucogénesis-glucogenolisis Glucógeno

UDP

Fosforilasa+ Glucano transferasa Enz.desramificante

Glucógeno sintetasa + Enz.ramificante UDPglucosa

Glucosa 1P

2Pi

Glucosa 6P

UTP

Glucosa 6 Fosfatasa (H2O)

Glucoquinasa (ATP+Mg)

Glucosa

Transportadores: Hígado:GLUT2 Músculo:GLUT4

Papel del AMPc en el hígado

Epinefrina Receptor glucagon

Receptor Β adrenérgico

Adenil ciclase

G+

+ G ATP

-

AMPc

Glucógeno +

Glucosa1P Piruvato Grasa

Glucosa 6P Glucosa

Regulación de la fosforilasa La fosforilasa existe bajo dos formas, activa o fosforilada e inactiva o defosforilada Por lo tanto aquellas hormonas que estimulan la presencia de AMPc y por lo tanto activan a la proteín quinasa activan a la fosforilasa quinasa y esta a la fosforilasa de glucógeno. Y la insulina que activa a la proteín fosfatasa inactiva a la fosforilasa del glucógeno. Glucagon

+

Epinefrina

ATP AMPc Fosforilasa quinasa Fosforilasa quinasa inactiva activa Glucógeno fosforil. Glucógeno fosforil. inactiva activa Fosfatasa

Insulina +

Regulación de la glucógeno sintetasa La glucógeno sintetasa es inactivada por la proteín quinasa, que a su vez es activada por la presencia de AMPc, segundo mensajero del glucagon o epinefrina La glucógeno sintetasa es activada por la proteín fosfatasa, activada a su vez por la insulina. Glucagon

+

Epinefrina

ATP

AMPc

Sintetasa activa Protein fosfatasa

+

Protein quinasa

Sintetasa inactiva

+ Insulina