Metabolismo Energético: Carbohidratos, Lípidos y Proteínas

Digestión y Absorción de Macronutrientes

• Carbohidratos: La digestión comienza con la α-amilasa salival y pancreática. La absorción se realiza mediante transportadores específicos como SLGT1/2 (simportador de glucosa y galactosa dependiente de sodio) y GLUT5 (difusión facilitada de fructosa). GLUT2 facilita la difusión de monosacáridos al torrente sanguíneo.
• Proteínas: La pepsina en el estómago y el páncreas digiere las proteínas en un ambiente ácido.
• Lípidos: La lipasa lingual, gástrica y pancreática digieren los lípidos.

Enzimas y pH

• La pepsina actúa en el estómago a pH ácido.
• Las enzimas intestinales actúan a pH básico.

Transporte de Monosacáridos

• Glucosa y galactosa: Desde el lumen a la célula por SLGT y a la sangre por GLUT2.
• Fructosa: Entra por GLUT5 y sale por GLUT2.

Fosforilación Oxidativa y a Nivel de Sustrato

• Fosforilación oxidativa: Flujo de protones que produce energía, con participación de NADH y FADH en la cadena de transporte de electrones (CTE).
• Fosforilación a nivel de sustrato: Producción directa de ATP a partir de la glucosa (sustrato).

Regulación Hormonal de la Glicemia

• Páncreas:
  • Células α: Glucagón (hiperglicemiante).
  • Células β: Insulina (hipoglicemiante).
• Diabetes Mellitus: Falla en este sistema.
• Adrenalina y Cortisol: Efecto hiperglicemiante.
• Hiperglicemia: Glucosa alta.
• Hipoglucemia: Glucosa baja.

Glucólisis

• Ocurre en el citoplasma.
• Diez pasos divididos en dos fases: gasto energético y ganancia energética.
• Fases:
  • Fase 1 (Gasto energético): Glucosa → Glucosa-6-fosfato (hexoquinasa), Fructosa-6-fosfato → Fructosa-1,6-bifosfato (fosfofructoquinasa).
  • Fase 2 (Ganancia energética): Dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se convierten en dos piruvatos.
• Destino del Piruvato:
  • Aeróbico (oxígeno): Ciclo de Krebs (Acetil-CoA).
  • Anaeróbico (hipoxia): Fermentación láctica (regeneración de NAD+).

Ciclo de Krebs

• Acetil-CoA se une al oxalacetato para formar citrato.
• Participación del succinil-CoA que se transforma en succinato.
• Por cada glucosa (dos piruvatos → dos Acetil-CoA): 2 GTP, 2 FADH2 y 8 NADH.
• Cadena de Transporte de Electrones (CTE): 1 NADH → 3 ATP, 1 FADH2 → 2 ATP.

Glucogénesis (Estado Alimentado)

• Creación de nueva glucosa a partir de moléculas no glucosídicas (lactato, piruvato, glicerol).
• Ocurre cuando se agota el glucógeno.
• Adrenalina y glucagón inhiben la glucógeno sintasa; la insulina la activa.

Glucogenólisis

• Degradación de glucógeno.
• Hígado: Forma glucosa para liberar a la sangre.
• Músculo esquelético: Solo para uso propio.
• Glucagón (células α pancreáticas) activa AMPc, que activa la glucógeno fosforilasa.
• Adrenalina (músculo) activa AMPc y la glucógeno fosforilasa.
• Insulina inhibe este proceso.

Regulación de la Glucólisis

• Fase Preparatoria (Consume 2 ATP): Primeros 5 pasos.
• Fase de Beneficios (Obtiene 4 ATP): Últimos 5 pasos.
• Beneficio Neto: 2 ATP por molécula de glucosa.
• Productos: 2 ATP, 2 NADH, 2 piruvatos.
• Reacciones Limitantes (Irreversibles):
  • Hexoquinasa (músculo) o Glucoquinasa (hígado).
  • Fosfofructoquinasa 1 (PFK1): Reacción marcapaso.
  • Piruvato quinasa (PK).
• Regulación:
  • Fructosa-2,6-bifosfato, ADP y AMP: Aumentan la glucólisis.
  • ATP, ácido cítrico, Acetil-CoA y ácidos grasos: Disminuyen/inhiben la glucólisis.

Vía de las Pentosas Fosfato

• Obtención de pentosas (formación de ADN y ARN).
• Ocurre en células con rápida división celular (médula ósea, mucosa intestinal).
• Necesidad de ribosa-5-fosfato para la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.
• Producción de NADPH (coenzima reducida) para la biosíntesis de ácidos grasos, colesterol y hormonas esteroideas.
• Glucosa-6-fosfato puede seguir la glucólisis, glucogenogénesis o ingresar al ciclo de las pentosas.

Síntesis de Ácidos Grasos

• Síntesis y almacenamiento (TAG).
• Catabolismo: β-oxidación y oxidación del Acetil-CoA.
• Acetil-CoA: Precursor necesario.
• Ocurre en el citosol.
• Regulada por la enzima ACC (Acetil-CoA carboxilasa).
• Malonil-CoA: Intermediario que regula la degradación de ácidos grasos.
• Enzimas Participantes:
  • Acetil-CoA carboxilasa (ACC): Paso inicial y regulador.
  • Ácido graso sintasa (AGS o FAS): Homodímero con múltiples actividades catalíticas.
• Glucagón y adrenalina fosforilan la ACC para inhibir la síntesis de ácidos grasos. La insulina promueve la síntesis.

Movilización y Utilización de Ácidos Grasos

• Glucagón activa la movilización.
• Ruta de adenilato ciclasa → AMP cíclico → Proteína quinasa → Lipasa sensible a hormona.
• La lipasa sensible a hormona degrada triacilgliceroles a ácidos grasos.
• Los ácidos grasos se transportan en la sangre unidos a la albúmina.
• El glicerol se mueve al hígado y se convierte en intermediario glucolítico o gluconeogénico.

β-Oxidación

• Ocurre en la matriz mitocondrial.
• Genera Acetil-CoA (ciclo de Krebs), NADH y FADH2 (CTE).
• Pasos:
  • Deshidrogenación.
  • Incorporación de agua.
  • Oxidación de hidroxiacil-CoA a cetona.
  • Ruptura.
• Degradación de un ácido graso de 16 carbonos: 131 ATP (neto 129 ATP tras la activación).
• Ácidos grasos impares: Producen propionil-CoA, que se convierte en succinil-CoA (ciclo de Krebs).
• Paso limitante: Entrada del ácido graso a la mitocondria mediante la carnitina aciltransferasa 1 (inhibida por malonil-CoA).

Lipoproteínas (VLDL)

• VLDL moviliza triacilglicerol y colesterol desde el hígado a los tejidos periféricos.
• Productos: 4 ATP, 8 NADH, 2 FADH2 (32 ATP en total).
• La degradación de ácidos grasos genera más energía que la glucólisis.

Cuerpos Cetónicos

• Se sintetizan a partir de dos moléculas de Acetil-CoA.
• Enzimas involucradas:
  • Tiolasa.
  • HMG-CoA sintasa.
  • HMG-CoA liasa.
• Ocurre en diabetes no tratadas/mal tratadas y ayunos prolongados.
• Sobreproducción baja el pH sanguíneo (acidosis), causando coma o muerte.

Ciclo de la Urea

• Inicia con el aminoácido ornitina.
• El grupo amonio es utilizado por la carbamoilfosfato sintetasa 1.
• Carbamoil fosfato se une a la ornitina (ornitina trans-carbomoilasa) para generar citrulina.
• La citrulina sale de la mitocondria y se une al aspartato (argininosuccinato sintasa) para formar argininosuccinato.
• El argininosuccinato se transforma en arginina (argininosuccinato liasa), liberando fumarato (ciclo de Krebs).
• La arginina (arginasa, exclusiva del hígado) se degrada en ornitina y urea.
• La urea se transporta en la sangre para ser eliminada por la orina.
• La ornitina vuelve a ingresar a la mitocondria.

Exceso de Proteínas y Ayuno Prolongado

• Exceso de Proteínas: Aumento de la degradación de aminoácidos y producción de urea.
• Ayuno Prolongado: Utilización de reservas de proteína, aumento de urea.

Conexión con el Ciclo de Krebs

• El fumarato del ciclo de la urea se transforma en malato (ciclo de Krebs).
• El malato se transforma en oxalacetato, que junto con glutamato genera aspartato.
• El aspartato genera argininosuccinato, que vuelve a generar fumarato.

Regulación de la Glicemia a lo Largo del Tiempo

• Al comer: La glicemia sube y luego baja por la insulina.
• Después de 4 horas: El glucagón aumenta la glucogenólisis.
• A partir de 12 horas: Gluconeogénesis (agotamiento de reservas de glucógeno).
• A partir de 24 horas: Movilización de ácidos grasos (LSH), degradación de proteínas, formación de cuerpos cetónicos y gluconeogénesis.
• A partir de 48 horas: Aumento de cuerpos cetónicos y degradación de proteínas.

Gluconeogénesis

• Proceso anabólico (piruvato a glucosa).
• Ocurre principalmente en el hígado (citosol).