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• Bryant Manuel Ortiz Aquino

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2015

Metabolismo de la Glucosa

Ortiz Aquino Bryant Manuel Nutrición Crecimiento y Desarrollo Dr. Ronal Gallo

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AGRADECIMIENTO

A Dios, por protegerme durante todo mi camino y darme

fuerzas

para

superar

obstáculos

y

dificultades a lo largo de toda mi vida, por ser mi guía y protector todos los días, a mis padres por su apoyo incondicional.

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INDICE Agradecimiento………………………………………………………… Resumen………………………………………………………………… Sumary…………………………………………………………………… Introducción……………………………………………………………… Capítulo I:…………………………………………………………………

Capitulo II…………………………………………………………………

Capitulo III:…….………………………………………………………….

Conclusiones……………………………………………………………. Bibliografía……………………………………………………………….

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RESUMEN La glucólisis es el nombre que recibe el metabolismo anaerobio de la glucosa. Este proceso suministra una fuente de energía rápida, ideal para periodos de ejercicios cortos e intensos. También puede definirse como la secuencia de reacciones que convierte una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, con la producción neta concomitante (o asociada si lo prefieres) de dos moléculas de ATP. Es un proceso anaerobio, es decir, que no requiere de oxígeno (O2) fenómeno que es debido a que apareció en la evolución antes de que en la atmósfera reinara éste. El piruvato producido en la glucólisis, puede convertirse en lactato mediante la fermentación láctica o en etanol en la fermentación alcohólica. En presencia de oxígeno (condiciones aeróbias el piruvato puede oxidarse en CO2 generando una cantidad de energía notable. Por otro lado, la glucosa, la molécula necesaria para que arranque la glucogénesis, puede obtenerse a partir de piruvato y ácido láctico mediante otra ruta: la gluconeogénesis. Palabras claves: metabolismos, energía y glucosa.

SUMMARY 4

Glycolysis is the name given to the anaerobic metabolism of glucose. This process provides a quick energy source, ideal for short periods of intense exercise. It can also be defined as the sequence of reactions that converts glucose molecule into two molecules of pyruvate, with the concomitant net production (or associate if you prefer) of two molecules of ATP. It is an anaerobic process, that is, that does not require oxygen (O2) phenomenon is due to the evolution appeared before in the atmosphere reigning it. The pyruvate produced in glycolysis, can become lactate by lactic or alcoholic fermentation ethanol fermentation. In the presence of oxygen (aerobic conditions pyruvate may be oxidized to CO2 generating a remarkable amount of energy. Furthermore, glucose, necessary for starting glycogenesis molecule can be obtained from pyruvate and lactic acid by another route: gluconeogenesis. Keywords: metabolism, energy and glucose.

INTRODUCCION La glucosa es uno de los proveedores de energía más importantes del cuerpo. Nuestro cerebro, especialmente, necesita un suministro constante de 5

glucosa, pero también nuestros músculos y el resto de órganos necesitan cubrir sus necesidades energéticas. El cuerpo intenta tener siempre preparada una reserva de glucosa suficiente en la sangre. Por este motivo, el nivel de glucosa fluctúa a lo largo del día, manteniéndose, en ayunas, entre 70 y 100 mg/dl en las personas sanas (normoglucemia) 1 2. La insulina se forma en determinadas células del páncreas. Después de una comida el páncreas libera insulina a la sangre. La insulina se acopla a determinados receptores de las células y se encarga de que las paredes celulares dejen pasar la glucosa absorbida procedente de los alimentos. Sin insulina la glucosa no puede pasar a las células, se queda en la sangre, sube el nivel de azúcar en la sangre y las células se quedan sin poder utilizar su principal fuente de energía. La insulina no solo es importante para la utilización de la glucosa, sino también para el metabolismo lipídico y para el aprovechamiento de los aminoácidos de los que se compone las albúminas 3.

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Por todo lo mencionado anteriormente, es que nace la necesidad de plantear la siguiente interrogante: ¿Qué conocimientos existen sobre el metabolismo glucosa?

OBJETIVOS: Para dar respuesta a la pregunta se ha planteado el siguiente objetivo general: Dar a conocer sobre el metabolismo de la glucosa. Para poder conseguir el objetivo general, se han planteado los siguientes objetivos específicos: a) Informar acerca de las definiciones de glucosa y glucolisis, b) Dar a conocer el manejo del metabolismo de la glucosa, c) Dar a conocer las diferentes etapas del ciclo de Krebs y sus reacciones. La monografía está compuesta por 3 capítulos, los que a continuación se describen: el primer capítulo denominado “Glucosa y Glucolisis” pretende dar a conocer el significado de cada una así como también las funciones de glucolisis en el organismo. En el segundo capítulo denominado “Metabolismo de la glucosa” se pretende dar a conocer brevemente el manejo del azúcar en el organismo humano. En el tercer capítulo denominado “Ciclo de Krebs” se pretende dar a conocer específicamente la ruta metabólica del ciclo de Krebs y sus diferentes reacciones.

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ANTECEDENTES: Holandés Antoine van Leewenhoek describió la existencia de la unidad funcional, anatómica y de origen de los seres vivos, la célula. Hasta finales del siglo XIX, era universalmente aceptado que los procesos de la vida eran el resultado directo de una fuerza vital y que estos procesos ocurrían exclusivamente en las células. En el verano de 1896, esta doctrina llamada vitalismo, parte de las ideas de la generación espontánea, fue desacreditada por el experimento que dio origen al nacimiento de a Bioquímica. M Hahn, un científico alemán, trataba de separar proteínas de la levadura en un mortero con arena muy fina y tierra de diatomeas, que no es sino las frústula o envoltura de polisacáridios de las diatomeas uno protoctistas muy bonitos. El extracto de levadura se filtró en un paño muy fino y desafortunadamente para Hahn, era muy difícil de preservar. Hans Buchner, colega de Hahn le recordó que la fruta se conserva agregándole azúcares, haciendo una mermelada, le sugirió agregar sacarosa. El experimento lo realizó Eduard, hermano de Hans que visitaba el laboratorio para experimentar con extractos de levadura. Cuando agregó la sacarosa al extracto de levadura, de la solución emergían burbujas. Eduard concluyó que la fermentación, el proceso descrito por Louis Pasteur como la vida sin aire, estaba ocurriendo. La hipótesis de Buchner consistió en que la fermentación resulta de la actividad de una enzima, que el llamó zimasa. Actualmente llamamos a este proceso que realmente se lleva a cabo por 10 enzimas, glucólisis del griego glycos: dulce + lysis: ruptura. En 1941, Fritz Lipman y Herman Kalkar descubrieron las funciones de los compuestos de alta energía como el ATP en el metabolismo intermedio. Las 8

funciones de los cofactores como el NAD+ y de los compuestos fosforilados en el metabolismo, se describieron por primera vez en la glucólisis (4).

REVISIÓN LITERARIA CAPITULO I Glucosa Y Glucolisis Glucosa La glucosa es un carbohidrato, y es el azúcar simple más importante en el metabolismo humano. La glucosa se llama un azúcar simple o un monosacárido, porque es una de las unidades más pequeñas que tiene las características de esta clase de hidratos de carbono. La glucosa también se llama a veces dextrosa. El jarabe de maíz es principalmente glucosa. La glucosa es una de las principales moléculas que sirven como fuentes de energía para las plantas y los animales. Se encuentra en la savia de las plantas y en el torrente sanguíneo humano, donde se conoce como "azúcar en la sangre". La concentración normal de glucosa en la sangre es de aproximadamente 0,1%, pero se vuelve mucho más alta en personas que sufren de diabetes (5).

Glucólisis Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo.

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Durante la glucólisis se obtiene un rendimiento neto de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH; el ATP puede ser usado como fuente de energía para realizar trabajo metabólico, mientras que el NADH puede tener diferentes destinos. Puede usarse como fuente de poder reductor en reacciones anabólicas; si hay oxígeno, puede oxidarse en la cadena respiratoria, obteniéndose tres ATPs; si no hay oxígeno, se usa para reducir el piruvato a lactato (fermentación láctica), o a CO2 y etanol (fermentación alcohólica), sin obtención adicional de energía (6). LAS FUNCIONES DE LA GLUCÓLISIS SON: 1. La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como fuente de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y fermentación (ausencia de oxígeno). 2. La generación de piruvato que pasará al ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica. 3. La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos que pueden ser utilizados en otros procesos celulares. En eucariotas y procariotas, la glucólisis ocurre en el citosol de la célula. En células vegetales, algunas de las reacciones glucolíticas se encuentran también en el ciclo de Calvin, que ocurre dentro de los cloroplastos. La amplia conservación de esta vía incluye los organismos filogenéticamente más antiguos, y por esto se considera una de las vías metabólicas más antiguas.

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CAPITULO II Metabolismo de la Glucosa La glucólisis se inicia en el citosol y produce dos ácidos pirúvicos a partir de cada molécula de Glucosa, de tal manera que cada conjunto de reacciones de matriz ocurren dos veces durante el metabolismo de una sola molécula de Glucosa. En la matriz mitocondrial ocurre la formación de CoA y el Ciclo del Ácido Cítrico o ciclo de Krebs, llamado así en honor de su descubridor Hans Krebs. Primera etapa: Formación de acetil CoA El ácido pirúvico se divide en CO2 y un grupo acetil. El grupo acetil se une a la coenzima–A para formar acetil CoA. Simultáneamente el NAD+ recibe dos electrones y un ion hidrógeno para formar el NADH. El acetil CoA entra a la segunda etapa de las reacciones en la matriz.

Segunda etapa: Ciclo del Ácido Cítrico o Ciclo de Krebs 1.- El acetil CoA cede su grupo acetil al ácido oxalacético para formar ácido cítrico. 2.- El ácido cítrico se reordena para formar ácido isocítrico. 3.- El ácido isocítrico cede un carbono para el CO2 formando ácido 11

isocetoglutárico; se forma NADH a partir de NAD+. 4.- El ácido isocetoglutárico pierde un carbono hacia CO2, formando ácido succínico, se forma NADH a partir de NAD+ y energía adicional que está almacenada en forma de ATP. En este punto, se han producido dos moléculas de CO2. (Estas dos moléculas de CO2, junto con la que fue liberada durante la formación de acetil CoA se toman en cuenta para los tres carbonos del ácido pirúvico original.) 5.- El ácido succínico se convierte en ácido fumárico, y el transportador de electrones FAD es cargado para formar FADH2. 6.- El ácido fumárico se convierte en ácido maléico. 7.- El ácido maléico se convierte en ácido oxalacético y se forma NADH a partir de NAD+. 8.- El ciclo del ácido cítrico produce tres moléculas de CO2 y NADH, una de FADH2 y una de ATP por cada acetil CoA. 9.- El NADH y el FADH donarán sus electrones al sistema de transporte de electrones de la membrana interna, donde la energía de los electrones se utilizará para sintetizar ATP. 10.- Los electrones de los transportadores de electrones NADH y FADH2 entran al sistema de transporte de electrones de la membrana mitocondrial interna. Aquí su energía se utiliza para elevar el gradiente de iones hidrógeno. El movimiento de iones hidrógeno hacia su gradiente a través de las enzimas que sintetizan ATP produce la síntesis de 32 a 34 moléculas de ATP. Al final del sistema de transporte de electrones, se combinan dos electrones con un átomo de oxígeno y dos iones hidrógeno para formar agua

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CAPITULO III Ciclo de Krebs y reacciones Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular. En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química. El ciclo de Krebs es una ruta metabólica anfibólica, ya que participa tanto en procesos catabólicos como anabólicos. Este ciclo proporciona muchos precursores para la producción de algunos aminoácidos, como por ejemplo el cetoglutarato y el oxalacetato, así como otras moléculas fundamentales para la célula. 13

El ciclo toma su nombre en honor del científico anglo-alemán Hans Adolf Krebs, que propuso en 1937 los elementos clave de la ruta metabólica. Por este descubrimiento recibió en 1953 el Premio Nobel de Medicina 9. Reacciones del Ciclo de Krebs Las enzimas que juegan un papel en el ciclo de Krebs y las reacciones que catalizan son las siguientes: 1 - La citrato sintetasa facilita la unión del oxalacetato con el resto acílico que lleva la coenzima A. Para ello se necesita adicionalmente un H 2O y al final la coenzima A queda libre. 2 y 3 – La aconitasa cataliza la producción de cis-aconitato quitándo un H 2O del citrato. Después incorpora un H2O al cis-aconitato para formar isocitrato. 4 – La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato (y reduce al mismo tiempo NAD+, produciendo NADH/H+). Como producto intermedio de este paso resulta oxalosuccinato (no aparece en el esquema) que se convierte en alfacetoglutarato mediante la descarboxilación. Resulta que el producto de este paso contiene 5 átomos de carbono en vez de 6. El grupo carboxílico se libera en forma de dióxido de carbono (CO2). 5 – El alfa-cetoglutarato se une con una coenzima A con la ayuda de la alfacetoglutarato-deshidrogenasa para formar succinil-CoA. En este paso se libera otro CO2, lo que deja el producto con 4 átomos de carbono. Además se genera un NADH/H+. 6 - Durante la reacción 6 que es catalizada por la succinil-CoA-sintetasa, se genera el succinato y una molécula de GTP (un compuesto rico en energía). La coenzima A queda libre otra vez para reacciones siguientes. 7 – La succinato-deshidrogenasa procede a la oxidación del succinato formando el fumarato. En la misma reacción se obtiene un FADH 2, que a continuación reduce a la coenzima Q (ubiquinona), generando QH 2 (ubiquinol). 8 – Sigue la hidratación del fumarato por la fumarasa y se obtiene el malato.

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9 – Finalmente, la malato-deshidrogenasa permite la oxidación del malato, generando oxalacetato y otro NADH/H +. Regenerado, el oxalacetato puede aceptar de nuevo un acetil-CoA y recorrer el ciclo, ganando más “energía” en forma de NADH/H+ y QH2 que puede ser utilizada en la cadena respiratoria. El ciclo de Krebs no es solamente una ruta catabólica sino que también juega un papel importante en varios procesos anabólicos (por eso se llama una vía anfibólica). Por ejemplo, el oxalacetato y el alfa-cetoglutarato sirven como precursores en la biosíntesis de algunos aminoácidos. Otros de los metabolitos del ciclo participan en la gluconeogénesis y en la síntesis de los ácidos grasos 9

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CONCLUSIONES: 

La glucólisis es la vía citosólica de todas las células de mamífero para el metabolismo de la glucosa (o del glucógeno) el piruvato a lactato.



Puede funcionar de manera anaeróbica al regenerar NAD+ oxidado (que se

requiere

en

la

reacción

de

la

gliceraldehído

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fosfato

deshidrogenasa), al reducir piruvato hacia lactato.



El lactato es el producto terminal de la glucólisis en condiciones anaerobias (p. ejm. en músculo que está haciendo ejercicio), o cuando falta la maquinaria metabólica para la oxidación adicional de piruvato (p. ej., en los eritrocitos). 15



La glucólisis está regulada por tres enzimas que catalizan reacciones no en equilibrio (irreversibles): hexocinasa, fosfofructocinasa y piruvato cinasa.



En los eritrocitos, puede evitarse el paso por el primer sitio en la glucólisis para la generación de ATP, lo que lleva a la formación de 2,3bisfosfoglicerato, que tiene importancia en el decremento de la afinidad de la hemoglobina por el ü2.



Las condiciones que involucran un deterioro del metabolismo del piruvato suelen llevar a acidosis láctica.

BIBLIOGRAFIA: 1. McKee T. y McKee J. (2009). Bioquímica la base molecular de lavida. (4ª ed.).Capítulo 7. "Hidratos de carbono". Capítulo 8. "Metabolismo de los hidratos de carbono." 2. Murray, R.K. y Mayes, P.A (2005).Bioquímica de Harper. (16ª ED.). México: El Manual Moderno, S.A. de C.V. ISBN: 9789707290716 Melo, V. (2007). Bioquímica de los procesos metabólicos. (2ª ed.). 3. Claude Ville. Biología. 7ma edición. 1985.

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4. Daniel Meyer. Apuntes de biología. Zamorano. 1997. 5. Miriam Vilca Arana Huaire Quiñones Alicia "Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático" CARRERA DE ENFERMERÍA BIOQUÍMICA CICLO II. 6. Ganong william f., fisiologia medica, 13a edición, editorial manual moderno, 1992 7. Lehninger albert l. Bioquímica, editorial omega, 1995 8. Murray robert k, et al. Bioquímica de harper, 14a edición, editorial manual moderno, 1994 9. Pine stanley h., química organica, 2a edición, editorial mcgraw hill,1988

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