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MÁSTER EN NUTRICIÓN MÓDULO 1 METABOLISMO II.
Metabolismo y su patología TEMA 6 BIOSÍNTESIS DE
GLÚCIDOS
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Síntesis de carbohidratos desde precursores
sencillos. La ruta desde el fosfoenolpiruvato
hasta la glucosa-6-fosfato es común en la
conversión biosintética de muchos precursores
diferentes en glúcidos tanto en animales como en
plantas. La biosíntesis de glucosa constituye una
necesidad absoluta en todos los mamíferos, dado
que el cerebro y el sistema nervioso, los
eritrocitos, testículos, medula renal y los
tejidos embrionarios, requieren glucosa sanguínea
como única o mayoritaria fuente de
combustible. Tan solo el cerebro humano requiere
120 g de glucosa diariamente.
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La formación de glucosa desde precursores no
glucídicos se denomina gluconeogénesis. En
animales, los precursores habituales son
lactato, piruvato, glicerol y algunos
aminoácidos. La figura muestra las rutas opuestas
de la glucólisis y de la gluconeogénesis en el
hígado de rata. La gluconeogénesis no es la
simple reversión de la glucólisis. Hay tres pasos
de rodeo energético (en naranja). También se
muestran los dos puntos principales de regulación
de la gluconeogénesis.
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(No Transcript)
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Tres reacciones de la glucólisis son
irreversibles in vivo y no pueden ser utilizadas
en gluconeogénesis. El paso de glucosa a glucosa
6-fosfato catalizado por la hexoquinasa. Este
paso irreversible se rodea por la reacción de
glucosa 6-fosfatasa. La fosforilación de la
fructosa 6-fosfato a fructosa 1,6-bisfosfato,
catalizado por la PFK-1. Este paso se rodea por
la reacción de la fructosa 1,6-bisfosfatasa
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La conversión de fosfoenolpiruvato a piruvato por
la piruvato quinasa La conversión de piruvato a
fosfoenolpiruvato requiere un rodeo de dos
reacciones exergónicas 1. reacción de la
piruvato carboxilasa, que convierte el piruvato
en oxalacetato 2. reacción de la
fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, que convierte
oxalacetato en fosfoenolpiruvato.
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(Vitamina H o B7)
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(No Transcript)
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Rutas alternativas desde el piruvato al
fosfoenolpiruvato. La ruta que predomina depende
según sea el precursor gluconeogénico (lactato o
piruvato) y viene determinada por las necesidades
citosólicas de NADH en la gluconeogénesis. La
ruta de la derecha predomina cuando el precursor
es el lactato porque se genera NADH citosólico en
la reacción de la lactato deshidrogenasa. Esta
ruta predomina en los eritrocitos o músculo
siendo especialmente importante en los
vertebrados de mayor tamaño después de un
ejercicio vigoroso
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La gluconeogénesis es energéticamente costosa
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(No Transcript)
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Las ácidos grasos con un número par de átomos de
carbono no pueden ser una fuente de carbono para
la síntesis neta de glucosa en los animales y los
microorganismos. Los ácidos grasos se catabolizan
a acetil-CoA, el cual entre en el ciclo del ácido
cítrico. Por cada dos carbonos que entran en
forma de acetil-CoA, se pierden dos carbonos en
forma de CO2, por lo que no hay producción neta
de oxalacetato para la biosíntesis de glucosa por
esta vía. No obstante, la oxidación de ácidos
grasos proporciona cantidades extraordinarias de
energía (en forma de NADH, ATP y GTP) para
sostener la gluconeogénesis
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Regulación de la gluconeogénesis. Dos destinos
alternativos del piruvato conversión a glucosa y
glucógeno vía gluconeogénesis, u oxidación a
acetil-CoA para la producción de energía. El
primer enzima de cada ruta está regulado
alostéricamente. El acetil-CoA estimula la
actividad de la piruvato carboxilasa e inhibe la
actividad del complejo de la piruvato
deshidrogenasa.
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La regulación hormonal de la glucólisis y la
gluconeogénesis en el hígado está mediada por la
fructosa 2,6-bisfosfato, efector alostérico de
los enzimas fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) y
fructosa 1,6-bisfosfatasa (FBPasa-1)
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Cuando se fija la fructosa 2,6-bisfosfato a su
sitio alostérico sobre la PFK-1, aumenta la
afinidad de este enzima hacia su sustrato
fructosa 6-fosfato y reduce su afinidad hacia los
inhibidores alostéricos ATP y citrato. La
fructosa 2,6-bisfosfato activa la PFK-1 con lo
que estimula la glucólisis hepática. La fructosa
2,6-bisfosfato inhibe la FBPasa-1 reduciendo de
este modo la gluconeogénesis.
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La concentración celular del regulador fructosa
2,6-bisfosfato está determinada por sus
velocidades de síntesis por la fosfofructoquinasa-
2 (PFK-2) y degradación por la fructosa
2,6-bisfosfatasa (FBPasa-2).
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PFK-2 y FBPasa-2 son dos enzimas que son parte de
la misma cadena polipeptídica, son una misma
proteína bifuncional. El equilibrio de estas dos
actividades en el hígado y el nivel de fructosa
2,6-bisfosfato está regulado por el glucagón, que
estimula la adenilato ciclasa, que sintetiza
cAMP. Este compuesto estimula una proteína
quinasa dependiente de cAMP, que transfiere un
grupo fosfato desde el ATP al enzima bifuncional
PFK-2/FBPasa-2
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La gluconeogénesis convierte las grasas y
proteínas en glucosa en las semillas en
germinación. Los triacilgliceroles almacenados en
las semillas se oxidan a acetil-CoA y
dihidroxiacetona fosfato durante la germinación
ambos son sustratos para la gluconeogénesis en
las plantas. Hay que recordar que el acetil-CoA
no es un sustrato para la gluconeogénesis en los
animales
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La gluconeogénesis convierte las grasas y
proteínas en glucosa en las semillas en
germinación. La conversión de ácidos grasos
almacenados a sacarosa en las semillas en
germinación empieza en los glioxisomas que
producen succinato exportándolo a la mitocondria
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La gluconeogénesis convierte las grasas y
proteínas en glucosa en las semillas en
germinación. En la mitocondria, el succinato se
convierte en oxalacetato por enzimas del ácido
cítrico. El oxalacetato entra en el citosol
actuando como material de partida para la
gluconeogénesis y la síntesis de sacarosa que es
el azúcar de transporte en las plantas.
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Biosíntesis de glucógeno. En los animales y
algunos microorganismos, el exceso de glucosa
disponible de los glúcidos de la dieta o de la
gluconeogénesis se almacena en forma de
glucógeno. La síntesis de glucógeno ocurre
virtualmente en todos los tejidos, pero es
especialmente importante en el hígado y en el
músculo esquelético. En el hígado, sirve de
depósito de glucosa rápidamente convertible en
glucosa sanguínea para su distribución a otros
tejidos. En el músculo, se degrada vía glucólisis
para proporcionar energía en forma de ATP para la
contracción muscular
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Biosíntesis de glucógeno El punto de inicio de la
síntesis de glucógeno es la glucosa 6-fosfato,
que puede provenir -de la glucosa libre por la
reacción de la hexoquinasa en hígado o
glucoquinasa en músculo D-glucosa ATP ?
D-glucosa 6-fosfato ADP -gran parte de la
glucosa ingerida durante una comida es captada
por los eritrocitos en la sangre convirtiéndose
en lactato, que es captado por el hígado y
convertido en glucosa 6-fosfato por
gluconeogénesis Para iniciar la síntesis de
glucógeno, la glucosa 6-fosfato se convierte
reversiblemente en glucosa 1-fosfato por la
fosfoglucomutasa Glucosa 6-fosfato ? Glucosa
1-fosfato
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La formación de UDP-glucosa por acción de la
UDP-glucosa pirofosforilasa es una reacción clave
en la biosíntesis del glucógeno Glucosa 1-fosfato
UTP ? UDP-glucosa PPi Esta reacción
transcurre en la dirección de formación de la
UDP-glucosa debido a que el pirofosfato se
hidroliza rápidamente a ortofosfato
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Alargamiento de una cadena de glucógeno por la
glucógeno sintasa. Se transfiere el residuo
glucosilo de la UDP-glucosa al extremo no
reductor de una rama del glucógeno formando un
nuevo enlace (a1?4)
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El enzima ramificante del glucógeno,
glucosil-(4?6)-transferasa forma un nuevo punto
de ramificación durante la síntesis del glucógeno
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Inicio de la síntesis de una partícula de
glucógeno con una proteína cebadora, la
glucogenina. 1. Unión covalente de un residuo de
glucosa a la glucogenina 2. Formación de un
complejo fuerte glucogenina-glucógeno sintasa 3.
Adición secuencial de hasta 7 residuos más de
glucosa 4. La glucógeno sintasa se disocia de la
glucogenina y extiende la cadena de glucógeno 5.
La acción combinada de la glucógeno sintasa y del
enzima ramificante completa la partícula de
glucógeno
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Regulación recíproca de la glucógeno sintasa y la
glucógeno fosforilasa por fosforilación y
desfosforilación