Metabolismo de Biomoléculas

Debemos ir degradando las: proteínas, carbohidratos y lípidos.

• Proteínas -> Aminoácidos
• Carbohidratos -> Glucosa
• Lípidos -> Glicerol y Ácidos grasos

Los lípidos se empiezan a degradar en la boca. Las proteínas se empiezan a degradar en el estómago. Las enzimas degradan.

Carbohidratos

Monosacáridos

• Glucosa
• Fructosa
• Galactosa

Disacáridos

• Lactosa: Galactosa + Glucosa
• Maltosa
• Sacarosa

Polisacáridos

• Glucógeno: Almacena energía en forma de glucosa. Cuando ingresa la glucosa al organismo puede tomar diferentes caminos.

Rutas Metabólicas de la Glucosa

Glucólisis

La glucólisis nos permite obtener piruvato, el cual se puede transformar en acetil-CoA para ingresar al ciclo de Krebs. Luego, los productos del ciclo de Krebs pueden ser utilizados en la cadena transportadora de electrones.

Desde el piruvato también podemos obtener lactato a través de la fermentación láctica. A partir de los ácidos grasos, mediante la beta-oxidación, podemos obtener acetil-CoA.

Todo depende de lo que requiera el organismo.

Cuando falta energía, se recurre a las reservas en forma de glucógeno.

Glucólisis: Detalles

La glucólisis transforma la glucosa en 2 moléculas de piruvato y 2 de NADH, con el objetivo de obtener energía.

• Fase de inversión: Los 5 primeros pasos consumen 2 ATP.
• Fase de ganancia: Los últimos 5 pasos generan la ganancia energética.
• Pasos irreversibles (1, 3 y 10): Son los puntos de regulación. Participan las enzimas:
  • Hexoquinasa (paso 1)
  • Fosfofructoquinasa (paso 3)
  • Piruvato quinasa (paso 10)

Como los pasos 1, 3 y 10 son irreversibles, van en una sola dirección.

Gluconeogénesis

La gluconeogénesis permite obtener glucosa a partir de piruvato. Se realizan «rodeos» metabólicos para sobrellevar los pasos irreversibles de la glucólisis.

• Catabolismo: Degrada una molécula grande a una pequeña (Glucosa a Piruvato).
• Anabolismo: Forma una molécula grande a partir de una pequeña (Piruvato a Glucosa).

Esquema de la Glucólisis

1. Glucosa
2. Fructosa 1,6-bifosfato
3. Gliceraldehído 3-fosfato
4. Fosfoenolpiruvato
5. Oxalacetato
6. Piruvato

Fermentación Láctica

El ácido láctico se obtiene en la fermentación láctica, en situaciones anaeróbicas (poco O₂). La enzima lactato deshidrogenasa cataliza la conversión de piruvato a ácido láctico. En este proceso, se utiliza NADH y se obtiene NAD⁺, el cual puede ser reciclado para ser usado nuevamente en la glucólisis.

Conversión de Piruvato a Acetil-CoA

En condiciones aeróbicas (presencia de oxígeno), el piruvato se convierte en acetil-CoA mediante la enzima piruvato deshidrogenasa. Este proceso es irreversible.

Resumen:

• Glucólisis: Ayuda a obtener energía.
• Glucosa -> Piruvato. Si falta O₂, se produce ácido láctico por fermentación y se recicla NAD⁺.

Ciclo de Krebs

En el ciclo de Krebs se produce NADH, FADH₂ y ATP.

• Pasos irreversibles: 1, 3 y 4.
• Cada vuelta del ciclo: Se forma 1 ATP, 3 NADH y 1 FADH₂, y se utiliza una molécula de acetil-CoA.

Moléculas del ciclo de Krebs que pueden volver a utilizarse:

• NADH y FADH₂ van a la cadena transportadora de electrones.

Carácter anfibólico del ciclo de Krebs: Participa tanto en procesos anabólicos como catabólicos.

Fuentes de Acetil-CoA:

• Glucólisis: Se obtienen 2 moléculas de acetil-CoA por cada molécula de glucosa.
• Beta-oxidación: Se puede obtener acetil-CoA, pero la cantidad depende de la longitud de la cadena de carbono del ácido graso.

Cadena Transportadora de Electrones

• Dadores iniciales de electrones: NADH y FADH₂.
• Aceptor final de electrones: O₂.
• Complejos I, III y IV: Traslocan protones, generando una fuerza protón-motriz. Los protones pasan a través de la ATP sintasa, la cual forma ATP.
• NADH produce más ATP que FADH₂.
• Se utiliza O₂ para producir ATP.
• Aumento del consumo de oxígeno: Indica que hay síntesis de ATP.

Otras Rutas Metabólicas

• Glucosa 6-fosfato: Se puede almacenar en forma de glucógeno mediante la glucogenogénesis.
• Glucogenólisis: Rompe el glucógeno y libera glucosa 6-fosfato para obtener energía.
• Gluconeogénesis: A partir de piruvato se puede obtener glucosa cuando hay baja concentración de glucosa en sangre. Se utilizan precursores no glicosídicos como aminoácidos, lactato o glicerol 3-fosfato.
• Vía de las pentosas fosfato: Permite la formación de ribosa 5-fosfato y NADPH. La ribosa 5-fosfato es importante en células en replicación. El NADPH se utiliza en la síntesis de ácidos grasos.

Rodeos de la Gluconeogénesis

1. Conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato.
2. Conversión de fructosa 1,6-bisfosfato en fructosa 6-fosfato.
3. Conversión de glucosa 6-fosfato en glucosa.

Ciclo de Cori

El lactato participa en el ciclo de Cori, donde se forma piruvato y, a partir de este, se realiza la gluconeogénesis.

Regulación Metabólica en el Ayuno

• Al comer: La glicemia sube y luego baja gracias a la insulina.
• Después de 4 horas: El glucagón permite aumentar el proceso de glucogenólisis.
• A partir de las 12 horas: Se obtiene energía a través de la gluconeogénesis, ya que se han agotado las reservas de glucógeno.
• A partir de las 24 horas: Se activa la movilización de ácidos grasos desde el tejido adiposo por medio de la lipasa sensible a hormonas (LSH), la degradación de proteínas, la formación de cuerpos cetónicos y se mantiene la gluconeogénesis.
• A partir de las 48 horas: Aumenta la actividad de cuerpos cetónicos y la degradación de proteínas.

Gluconeogénesis: Proceso Anabólico

La gluconeogénesis es un proceso anabólico (de algo pequeño a algo grande) donde se pasa de piruvato a glucosa. Ocurre principalmente en el hígado (citosol).

La glucólisis es catabólica y la gluconeogénesis es anabólica.

Preguntas y Respuestas

1. ¿Cómo describiría la reacción catalizada por una transaminasa?
   • a. Transfieren grupos amino entre dos cetoácidos.
2. Las transformaciones energéticas a partir de los nutrientes permiten la eventual obtención de energía para la célula. ¿A través de qué molécula llegan directamente los electrones a la cadena transportadora de electrones?
   • b. A partir del NADH y FADH₂ generados en el ciclo de Krebs.
3. Posterior a la ingesta de alimentos, ¿qué ruta metabólica espera que esté activa?
   • d. Ocurre la glucogenogénesis gracias a la activación de la glucógeno sintasa.
4. La regulación de la síntesis de colesterol depende de la enzima HMG-CoA reductasa. ¿Qué mecanismo disminuye la actividad de dicha enzima?
   • a. Inactivación de la enzima por fosforilación inducida por glucagón.
5. Si el aumento de la actividad metabólica de una célula muscular conlleva a un aumento en el consumo de O₂, ¿qué se espera que esté ocurriendo al interior de la mitocondria en este contexto?
   • a. Que aumente la fosforilación oxidativa.
6. ¿Cuántas moléculas se generan posterior a la beta-oxidación del siguiente ácido graso? (Imagen)
   • d. 8 moléculas de FADH₂.
7. Si una enzima posee los siguientes parámetros cinéticos: Km = 50 mM y Vmáx = 1,5 mol/min. Si al agregar un inhibidor se observa que los parámetros cinéticos de la reacción catalizada ahora son: Km = 75 mM y Vmáx = 1,2 mol/min. En base a estos datos, ¿qué se puede afirmar respecto al inhibidor utilizado?
   • e. El uso del inhibidor disminuye la afinidad de la enzima por su sustrato.
8. ¿De qué manera influye la concentración de NADH o de NAD⁺ sobre la velocidad del ciclo de Krebs?
   • b. La velocidad se verá disminuida por la regulación negativa del NADH a la enzima citrato sintasa.
9. La velocidad de la glucólisis se modifica a través de la regulación de sus enzimas claves. ¿Qué condición intracelular ACTIVA a la enzima fosfofructoquinasa 1 (PFK-1)?
   • b. Aumento de la concentración de fructosa 2,6-bifosfato (F2,6-BP).
10. Si un paciente lleva una semana sin consumir alimentos y posteriormente llega a urgencias donde le inyectan suero glucosado (SG) y se le da una comida balanceada, ¿qué cambios en la concentración de la molécula plasmática debería ocurrir 1 día después del tratamiento?
    • c. Debería disminuir los cuerpos cetónicos.