• Author / Uploaded
• Cielo Anayanzi Alonso Montano

Citation preview

UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO

“METABOLISMO DE LOS AZUCARES” ALUMNA: CIELO ANAYANZI ALONSO MONTAÑO MAESTRO: MIGUEL HERNANDEZ DE LA CRUZ GRADO Y GRUPO: CC6 LICENCIATURA: MEDICO CIRUJANO FECHA: VILLAHERMOSA, TABASCO A 4 DE MARZO DE 2015.

CONTENIDO > METABOLISMO. - CARBOHIDRATOS. - LOS CARBOHIDRATOS SON DERIVADOS ALDEHÍDO O CETONA DE ALCOHOLES POLIHÍDRICOS. - VÍAS QUE PROCESA LOS PRINCIPALES PRODUCTOS DE LA DIGESTIÓN. - METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS. A. CICLO DE KREBS. B. OTRAS VÍAS DE IMPORTANCIA EN EL METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS. A) GLUCONEOGÉNESIS. B) CICLO DEL GLIOXILATO. C) VÍA DE LA PENTOSA FOSFATO. - EL METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS SE CENTRA EN EL SUMINISTRO DE GLUCOSA Y EL DESTINO DE LA MISMA. > IMPORTANCIA MEDICA - MUCHOS MONOSACÁRIDOS SON IMPORTANTES EN EL ASPECTO FISIOLÓGICO. - LOS POLISACÁRIDOS DESEMPEÑAN FUNCIONES DE ALMACENAMIENTO Y ESTRUCTURALES. - LOS CARBOHIDRATOS SE ENCUENTRAN EN MEMBRANAS CELULARES Y EN LIPOPROTEÍNAS.

Metabolismo. “Metabolismo” es el termino que se usa para describir la interconversión de compuestos químicos en el cuerpo, las vías que siguen moléculas individuales, sus interpelaciones, y los mecanismo que regulan el flujo de metabolitos a través de las vías. Las vías metabólicas se clasifican en tres: 1) Vías anabólicas, que son las implicadas en la síntesis de compuestos de mayor tamaño y mas complejos a partir de precursores de menor tamaño, por ejemplo, la síntesis de proteína apartar de aminoácidos, y a síntesis de reservas de triacilglicerol y glucógeno. Las vías anabólicas son endotérmicas. 2) Vías catabólicas, que están involucradas en la degradación de moléculas de mayor tamaño; por lo general implican reacciones oxidativas; son exotérmicas; dan por resultado equivalentes reductores y, principalmente por medio de la cadena respiratoria, ATP. 3) Vías anfibólicas, que se presentan en las “encrucijadas” del metabolismo, y actúan como enlaces entre las vías anabólicas y catabólicas, por ejemplo, el ciclo del ácido cítrico. El conocimiento del metabolismo normal es esencial para entender las anormalidades que fundamentan la enfermedad. El metabolismo normal incluye adaptación a periodos de inanición, ejercicio, embarazo y lactancia. El metabolismo anormal puede producirse por deficiencia nutricional, deficiencia de enzimas, secreción anormal de hormonas, o las acciones de fármacos y toxinas. Carbohidratos. Los carbohidratos están ampliamente distribuidos en vegetales y animales; tiene importantes funciones estructurales y metabólicas. En vegetales, la glucosa se sintetiza a partir de dióxido de carbono y agua por medio de fotosíntesis, y es almacenada como almidón o usada para sintetizar la celulosa de las paredes de las células vegetales. Los animales pueden sintetizar carbohidratos a partir de aminoácidos, pero casi todos se derivan finalmente de vegetales. La glucosa es el carbohidrato más importante; casi todo el carbohidrato de la dieta se absorbe hacia el torrente sanguíneo como glucosa formada mediante hidrólisis del almidón y los disacáridos de la dieta, y otros azúcares se convierten en glucosa en el hígado. La glucosa es el principal combustible metabólico de mamíferos (excepto de los rumiantes), y un combustible universal del feto. Es el percusor para la síntesis de todos los otros carbohidratos en el cuerpo, incluso glucógeno para almacenamiento; ribosa y desoxirribosa en ácidos nucleicos; galactosa en la lactosa de la leche, en glucolípidos, y en combinación con proteína en glucoproteínas y

proteoglucanos. Las enfermedades relacionadas con el metabolismo de los carbohidratos son diabetes mellitus, galactosemia, enfermedades por depósito de glucógeno e intolerancia a la lactosa. Los carbohidratos son derivados aldehído o cetona de alcoholes polihídricos. Los carbohidratos se clasifican como: 1. Los monosacáridos son los azúcares que no se pueden hidrolizar hacia carbohidratos más simples. Pueden clasificarse como triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas, dependiendo del número de átomos de carbono, y como aldosás o cetosas, dependiendo de si tienen un grupo aldehído o cetona. Además de aldehídos y cetonas, los alcoholes polihídricos (alcoholes azúcar o polioles), en los cuales el grupo aldehído o cetona se ha reducido a un grupo alcohol, también se encuentran de modo natural en los alimentos. Son sintetizados por medio de reducción de monosacáridos para uso en la manufactura de alimentos para la reducción de peso, y para diabéticos. Se absorben poco y tienen alrededor de la mitad del rendimiento de energía de los azúcares. 2. Los disacáridos son productos de condensación de dos unidades de monosacárido; los ejemplos son maltosa y sacarosa. 3. Los oligosacáridos son productos de condensación de 3 a 10 monosacáridos. Casi ninguno es digerido por las enzimas del ser humano. 4. Los polisacáridos son productos de condensación de más de 10 unidades de monosacáridos; los ejemplos son los almidones y las dextrinas, que pueden ser polímeros lineales o ramificados. Los polisacáridos a veces se clasifican como hexosanos o pentosanos, dependiendo de la identidad de los monosacáridos que los constituyen (hexosas, pentosas, respectivamente). Además de almidones y dextrinas, los alimentos contienen una amplia variedad de otros polisacáridos que se conocen en conjunto como polisacáridos no almidón; las enzimas del ser humano no los digieren, y son el principal componente de la fibra en la dieta. Los ejemplos son celulosa (un polímero de glucosa) de paredes de células vegetales, e inclina (un polímero de fructuosa), el carbohidrato de almacenamiento en algunos vegetales. Vías que procesa los principales productos de la digestión. La naturaleza de la dieta establece el modelo básico de metabolismo. Hay una necesidad de procesar los productos de la digestión de carbohidratos, lípidos y proteínas de la dieta, se trata en particular de glucosa, ácidos grasos y glicerol, y aminoácidos, respectivamente. En rumiantes (y, un tanto menos, en otros herbívoros) los microorganismo simbióticos fermentan la celulosa de la dieta hacia ácidos grasos de cadena corta (acético, propiónico, butírico), y en estos animales el metabolismo está adaptado para emplear estos ácidos grasos como los principales sustratos. Todos los productos de la digestión se metabolizan hacia un producto común, la acetil-CoA, que lego se oxida mediante el ciclo del acido cítrico.

Resumen de las vías para el catabolismo de carbohidratos, proteínas y grasas de la dieta. Todas las vías llevan a la producción de acetil-CoA, que s oxida en el ciclo del ácido cítrico y al final produce ATP mediante el proceso de fosforilación oxidativa.

Metabolismo de los carbohidratos. Los carbohidratos son uno de los principales componentes de la dieta de los seres humanos. Antes de que los carbohidratos puedan absorberse y utilizarse para obtener energía, es necesario que se descompongan hasta monosacáridos. Esta descomposición se lleva a cabo mediante el proceso de digestión. La digestión se inicia en la boca, en donde la amilasa de la saliva hidroliza el almid ón para formar dextrinas y maltosas intermedias. En el estomago, la amilasa de la saliva se inactiva por el pH acido del jugo gástrico. El pH del intestino delgado es mas alcalino, de manera que la digestión del almidón y el glucógeno a maltosa termina ahí gracias a la amilasa pancreática. La maltosa, junto con cualquier lactosa o sacárosa que se haya ingerido, se hidroliza frente a enzimas de la mucosa intestinal (disacáridasas) y forma los monosacáridos glucosa, galactosa y fructosa. Posteriormente estos monosacáridos son absorbidos a través de la pared intestinal hacia el torrente sanguíneo y llegan al hígado a través de la circulación portal. Como la glucosa es el único monosacárido que el cuerpo utiliza para energía, las enzimas hepáticas transforman la galactosa y fructosa en glucosa. En el primer paso de utilización de la glucosa, la glucosa del hígado reacciona con trifosfato de adenosina (ATP) en presencia de hexocinasa para formar glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfato sirve como punto de partida para tres vías posibles de metabolización de la glucosa.

Ciclo de Krebs. El ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs, ciclo del ácido tricarboxílico) es una secuencia de reacciones en las mitocondrias que oxidan la porción acetilo de la acetil-CoA, y reducen coenzimas que se reoxidan por medio de la cadena de transporte de electrones, enlazada a la formación de ATP. El ciclo del ácido cítrico es la vía común final para la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas porque la glucosa, los ácidos grasos y casi todos los aminoácidos se metabolizan hacia acetil-CoA o intermediarios del ciclo. También tiene una función fundamental en la gluconeogénesis, lipogénesis e interconversión de aminoácidos. Muchos de estos procesos ocurren en casi todos los tejidos, pero el hígado es el único tejido en el cual todos suceden en un grado significativo. En consecuencia, hay profundas repercusiones cuando, por ejemplo, grandes números de células hepáticas quedan dañadas, como en la hepatitis aguda, o remplazadas por tejido conjuntivo (como en la cirrosis). Los pocos defectos genéticos de las enzimas del ciclo del ácido cítrico que se han informado se relacionan con daño neurológico grave como resultado de alteración muy considerable de la formación de ATP en el sistema nervioso central. En investigaciones a cerca de la respiración de papillas musculares, Szent Gyorgy llego a la conclusión de que la oxidación de los hidratos de carbono esta catalizada por el succinato o fumarato, y posteriormente observo que actuaban también en este sentido el malato y el oxalacetato. Este efecto catalítico sobre la respiración fue confirmado casi inmediatamente por Stare y Baumann. Al año siguiente, Krebs observo que el acido cítrico tenia esta misma acción catalítica y, en el mismo año, Martius y Knoop demostraron que la oxidación del nitrato daba lugar a la formación de a-cetoglutarato. Al mismo tiempo, Krebs observo que la adición de oxalacetato conducía a la síntesis de acido cítrico. Para explicar conjuntamente estas acciones catalíticas, Krebs sugirió el acoplamiento, en forma cíclica, de estos ácidos, por paso de unos a otros y, ademas, que acido pirúvico, con el oxalacetico, darían lugar al acido cítrico. Estableció un ciclo al que dio el nombre de ciclo del acido cítrico, conocido también después por ciclo de Krebs, o ciclo de los ácidos tricarboxilicos. Posteriormente, fue demostrada la intervención del oxalsuccinio por Ochoa y Lynen, independientemente, y confirmada su existencia por experiencias provocadoras del acumulo de alguno de sus intermediarios. Este ciclo representa el punto final de la oxidación no tan solo de los hidratos de carbono, sino también de las grasas y de gran numero de aminoácidos. La mayor parte de las reacciones oxidativas se hacen a su través, y por ello representa la principal fuente de energía para todos lo procesos endergonicos, es decía, que requieren energía. Este ciclo proporciona también la mayor parte de los átomos de hidrogeno para la síntesis del agua, y la mayor parte del anhídrido carbónico producido en el organismo. Representado en la forma global y esquemática: Pasos del ciclo de Krebs: a) Decarboxilación del acido pirúvico y formación de acetil-coenzima A. - El acido pirúvico, procedente de la glucolisis y del catabolismo de algunos aminoácidos, debe

ser descarboxilado para entrar en el ciclo de Krebs. Esta decarboxilacion oxidativa es catalizada, en presencia de Mg, por un complejo multienzimatico, conocido globalmente como complejo de las piruvatodehidrogenasas (PDC), asociadas al acido lipoico y NAD, que se encuentra formando parte integrante de la estructura de las mitocondrias. Con este complejo enzimatico colaboran el pirofosfato de tiamina (TTP), el acido lipoico y el coenzima A (CoA). Se considera como mas probable en la actualidad que en una primera fase se forme, a partir del acido pirúvico y del TPP, el hidroxietil TPP; en una segunda, el acido acetil-dihidrolipoico, y en una tercera fase, el acetilcoenzima A y el acido dihidrolipoico, el cual es reoxidado a lipoico mediante el NAD, poniendose en marcha la cadena respiratoria a partir del mismo. La serie de

reacciones acopladas es la siguiente: El acetil-coenzima A formado, denominado también “acetato activo” o “fragmento dicarbonado”, es el que entra realmente en el ciclo de Krebs. Este acetil-CoA puede proceder también de la oxidación de los ácidos grasos, y es a su través como se produce la oxidación final de los mismos. b) Condensación del acetil-CoA con el oxalacetico. - Este acetil-CoA transfiere el radical acetilo al acido oxalacetico, formandose el acido cítrico. Esta reacción esta catalizada por el “enzima condensante”, descubierto y obtenido cristalizado por Ochoa. La reacción es la siguiente: La reacción en sentido inverso, de desintegración del acido cítrico en acetilcoenzima y oxalacetato, esta catalizada por la enzima “desintegrante”. Esta enzima se encuentra predominantemente en el citoplasma. El citrato puede atravesar la membrana mitocondrial y pasar al citoplasma. Esto parece establecer una forma de reobtener el acetilcoenzima para su reutilización en vías de sisntesis, como la de los ácidos grasos. Esta reacción requiere ATP.

c) El paso del acido cítrico a cis-aconitico e isocitrico. - El ácido cítrico se encuentra, en todos los sistemas biológicos, en equilibro con el cis-aconitico y el isocitrico, a través de reacciones de deshidratación e hidratación, catalizadas por un solo enzima, la “aconitasa”, en presencia de glutation o cistina y Fe++. El acido a-cetoglutarico puede entrar en el ciclo directamente, procedente e la transminación y deaminación del ácido glutamico, de otros aminoácidos (ornitina, prolina, glutamina, lisina e histidina), o también del catabolismo de los lípidos. d) Decarboxilación del acido a-cetoglutarico a succinico. - El acido a-cetoglutarico, en presencia de Mg, sufre una decarboxilacion oxidativa similar a la de el acido pirúvico, catalizada por un complejo enzimatico denominado a- cetoglutarato-dehidrogenasa, en la que interviene igualmente el pirufosfato de tiamina (TPP), el ácido lipoico, el coenzima A y el NAD, de la que se forman, como productos finales, el succinil- CoA y un mol de NAD reducido, o sea NADHH. Por tanto, la reacción global, sin tener en cuenta el TPP y el ácido lipoico que se generan, puede expresarse así. Esta reacción está inhibida por el arsénito y la hidroxilamina, no es reversible y en ella se libera otro mol de CO2. El NAD reducido pone en marcha la cadena oxidativa respiratoria y succinil- coenzima A, como presenta un enlace de alto nivel energético, da lugar a la síntesis de una molécula de ATP pasando por el trifosfato de guanosina (GTP), y liberándose ácido succínico. Esta reacción es catolizada por la o en presencia de Mg++. Es la única reacción del ciclo de Krebs que da lugar directamente a la síntesis de ATP, pues las otras lo hacen indirectamente a través de la cadena respiratoria. e) Oxidación del ácido succínico a fumárico.— El ácido succínico es deshidrogenado a fumárico por la , que es la único deshidrogenasa del ciclo que no es un piridinoenzima, sino que es un flavoenzima con hierro; en este punto la cadena respiratoria se pone en marcha a nivel del flavoenzima. Esta enzima es específico para la forma trans, que es la única que se produce y, se inhibe por el malonato. f) Hidatación del ácido fumárico mágico y designación de éste a oxolocético.- El ácido fumárico es hidratado por un enzima, la , cuya acción debe ser similar a la de la , dando lugar a la formación del mágico, el cual es hidrogenado por la , piridoenzima aliado al NAD, regenerándose el ácido oxalacético, que vuelve a estar a un punto para, condensado con el acetil- CoA, volver a iniciar el ciclo. Otras vías de importancia en el metabolismo de los carbohidratos: 1. Gluconeogénesis, por la que los precursores que no son carbohidratos, como lactato, piruvato, glicerol y aminoácidos se convierten en glucosa. 2. El ciclo del glioxilato, por medio de las plantas convierten acetil-CoA en glucosa. 3. Biosíntesis de oligosacáridos y glucoproteínas, mediante la que se sintetizan los oligosacáridos y se agregan a los residuos aminoacídicos específicos de las proteínas.

4. La vía de las pentosas fosfato, una vía alternativa de degradación de la glucosa que genera NADPH, la fuente de equivalentes de reducción en la biosíntesis deductiva y

ribosa-5-fosfato, el azúcar precursor de los ácidos nucleicos.

Gluconeogénesis. La glucosa tiene un papel en el metabolismo, como combustible y precursor de carbohidratos estructurales esenciales y otras biomoléculas. El cerebro y los eritrocitos sanguíneos dependen casi con exclusividad de la glucosa como fuente de energía. A pesar de esto, la capacidad del hígado para almacenar glucógeno es suficiente solo para abastecer al cerebro con glucosa durante alrededor de media día bajo condiciones de ayuno, la gluconeogénesis (literalmente, la síntesis de glucosa nueva), la biosíntesis de glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos debe cubrir la mayor ía de las necesidades de la glucosa del organismo. E los estucos de marcación isotópica en los que se determina la fuente de glucosa sanguínea durante el ayuno, se vio que la gluconeogénesis es responsable del 64% del total de la producción de glucosa luego de las primeras 22 horas de ayuno representa casi el total de la producción de glucosa por 46 horas. Tanto es así que la gluconeogénesis proporciona una fracción sustancial de la glucosa producida en los seres humanos durante el ayuno, aun después de unas pocas horas de ayuno. La gluconeogénesis se produce en el hígado y en menor medida en el riñón. Los precursores que no son carbohidratos y pueden convertirse en glucosa son los productos de la glucólisis, lactato y piruvato, los intermediarios del ciclo del ácido cítrico y los esqueletos de carbono de la mayoría de los aminoácidos. Sin embargo, primero, todas estas sustancias deben deben convertirse en a oxalacetato, la materia inicial para la gluconeogénesis. Los únicos aminoácidos que no pueden convertirse a oxalacetato en animales son la leucina y la lisina por que su ruptura proporciona sólo acetil-CoA. En los animales no hay vía alguna para la conversión neta de acetil-CoA a oxalacetato. De igual modo, los ácidos grasos no pueden convertirse como precursores de glucosa en los animales por que la mayoría se degrada por completo a acetil-CoA. Sin embargo, a

diferencia de los animales, las plantas contienen una vía de conversión de acetil-CoA a oxalacetato, el ciclo del glioxilato; entonces, esos ácidos graso pueden servir como la

Vías de conversión del lactato, el piruvato y los intermediarios del ciclo del ácido cítrico a oxalacetato. Los esqueletos carbonados de todos los aminoácidos excepto leucina y lisina pueden convertirse, al menos es parte, en oxalacetato y así en glucosa por medio de estas

única fuente de carbono de las células de una planta. El glicerol, un producto de la degradación del triglicérido se convierte a glucosa por la síntesis del intermediario glucolítico dihidroxiacetona fosfato.

Ciclo del glioxilato. El ciclo del glioxilato es una variante del ciclo del ácido cítrico (concretamente un “bypass” de las etapas descarboxilantes) que ocurre en los glioxisomas de la células vegetales (también ocurren en muchos hongos y protozoos). Permite general glucosa a partir de ácidos grasos, esto es muy importante en las semillas, debido a que la mayor parte de la energía metabólica necesaria para su desarrollo se encuentra en forma de triacilgliceroles. Las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en el ciclo del glioxilato son:

1. La acetil-CoA (procedente de la oxidación de ácidos grasos) reacciona con el oxalacetato formando citrato. La enzima que cataliza esta reacción es la citrato sintasa. 2. El citrato reacciona con la enzima aconitasa formando isocitrato. 3. El isocitrato, mediante una reacción catolizada por la enzima isocitrato liasa, se fragmenta en glioxilato y succinato. 4. El succinato es metabolizado en forma similar que en el ciclo del ácido cítrico a fumarato mediante la enzima succinato deshidrogenasa y luego a malato por la enzima fumarasa. 5. La acetil-CoA transfiere un acetilo al glioxilato produciendo malato en una reacción catalizada por la enzima malato sintasa. 6. El malato se deshidrogena para formar nuevamente oxalacetato mediante una reacción catalizada por la enzima malato deshidrogenasa. El oxalacetato es capaz de

generar glucosa mediante gluconeogénesis. Las enzimas citrato sintasa, aconitasa y malato sintasa que intervienen en el ciclo del glioxilato difieren estructuralmente de sus homólogas mitocondriales.

Vía de la pentosa fosfato. La vía de la pentosa fosfato (PPP) es principalmente una vía anabólica que utiliza 6 carbones de glucosa para generar azúcares de 5 carbonos y equivalentes reducidos. Sin

embargo, esta vía sí oxida la glucosa y bajo ciertas condiciones puede oxidar a la glucosa completamente a CO2 y agua. Las funciones más importantes de esta vía metabólica son: 1. Generan equivalentes reducidos, en la forma de NADPH, para reacciones de biosíntesis de reducción en las células. 2. Proveer a la célula con ribosa-5-fosfato (R5F) para la síntesis de nucleósidos y ácidos nucleicos. 3. Aunque no es una función significativa de la PPP, esta puede operar para metabolizar azucares de pentosa de la dieta que se derivan de la digestión de los ácidos nucleicos así como también para arreglar los esqueletos de carbonos de carbohidratos de la dieta en intermediarios glucolíticos/gluconeogénicos. La ruta de la pentosa fosfato tiene lugar en el citosol, y pueden dividirse en dos fases: • Fase oxidativa: se genera NADPH. • Fase no oxidativa: se sintetiza pentosas-fosfato y otros monosac áridos-fosfato. Fase oxidativa. Durante la fase oxidativa, a partir de glucosa-6-fosfato obtenida mediante la fosforilación de la glucosa libre, se obtiene NADPH y finalmente se forma la pentosa ribulosa-5-fosfato, motivo por el cual este proceso metabólico se denomina “la ruta de la pentosa fosfato”. La primera reacción es la oxidación de la glucosa-6-fosfato, llevada a cabo por la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. En este paso primer paso se deshidrogena el grupo C1 para dar un grupo carboxilo, el cual, junto al C5, forma una lactosa, es decir, un éster intramolécular. Es aquí donde se liberan dos hidrógenos de los cuales se transfiere un protón (H+) y dos electrones (e-) (hidridión) al NADP+ que actúa como aceptor de electrones reduciéndose hasta formar la primera molécula de NADPH; el protón sobrante queda libre en el medio. Acto seguido, se produce la hidrólisis de la lactona gracias a la actuación de la lactonasa, con lo que se obtiene el ácido libre 6-fosfogluconato. Seguidamente, éste último se transforma en ribulosa-5-fosfato por acción de la 6-fosfogluconato deshidrogenasa. Aquí se obtiene la segunda molécula de NADPH, además de la liberación de una molécula de CO2 debido a la descarboxilación oxidativa del ácido libre. Finalmente, la enzima pentosa-5-fosfato isomerasa, mediante un intermediario endiol, isomeriza la ribulosa-5-fosfato y la convierte en ribosa-5-fosfato, gracias a la transformación del grupo cetosa en aldosa. Esta última reacción prepara un componente central de la síntesis de nucleótidos para la biosíntesis de RNA, DNA y cofactores de nucleótidos. Al mismo tiempo, lleva a cabo la transición hacia la fase no oxidativa de la ruta metabólica de la pentosa fosfato. De este modo se acaba obteniendo dos moléculas de NADPH que, además de su uso en la biosíntesis reductiva, también es responsable del mantenimiento de un medio reductor en la célula. Esto puede verse si hay un déficit de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, producido por un defecto en un gen que se encuentra en el cromosoma X, pudiendo afectar con mayor proporción a los varones.

Fase no oxidativa. La fase no oxidativa de la ruta de la pentosa fosfato se inicia en caso que la célula necesite más NADPH que ribosa-5-fosfato. En este segundo proceso se encuentran una compleja secuencia de reacciones que permiten cambiar los azúcares C3, C4, C5, C6 y C7 de las pentosas para poder formar finalmente gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6fosfato, los cuales podrán seguir directamente con la glucólisis. Esta fase conlleva toda una serie de reacciones reversibles, el sentido de las cuales depende de la disponibilidad del sustrato. Asimismo, la isomerización de ribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato es también reversible. Esto nos permite poder eliminar el excedente de ribosa-5-fosfato para acabar transformándolo en productos intermediarios de la glucólisis. La primera reacción llevada a cabo es la epimerización, regulada mediante la enzima pentosa-5-fosfato epimerasa, que convertirá la ribulosa-5-fosfato, producto de la fase oxidativa, en xilulosa-5-fosfato, generando así el sustrato necesario para la siguiente reacción controlada por la transcetolasa, la cual actúa junto a la coenzima pirofosfato de tiamina (TPP). Ésta convertirá la xilulosa-5-fosfato en ribosa-5-fosfato y, mediante la transferencia de una unidad de C2 de la cetosa a la aldosa, se producirá gliceraldehído-3fosfato y sedoheptulosa-7-fosfato. Sucedido esto, la transaldolasa, con la ayuda de un resto lisina en su centro activo, transfiere una unidad C3 de la sedoheptulosa-7-fosfato a gliceraldehído-3-fosfato, con lo que se formarán la tetrosa eritrosa-4-fosfato, además de uno de los primeros productos finales: la hexosa fructosa-6-fosfato, la cual se dirigirá hacia la glucólisis. Acto seguido, la enzima transcetolasa vuelve a transferir una unidad C2, desde la xilulosa5-fosfato a eritrosa-4-fosfato, consiguiendo así formar otra molécula de fructosa-6-fosfato y un gliceraldehído-3-fosfato, ambos intermediarios de la glucólisis. De esta manera, se cierra la fase no oxidativa de esta ruta metabólica. Esta fase de la ruta conectará los procesos metabólicos que generan NADPH con los que originan NADH/ATP. Por otra parte, el gliceraldehído-3-fosfato y la fructosa-6-fosfato pueden intervenir, en vez de en el glucólisis, en la gluconeogénesis para formar una nueva síntesis de glucosa.

El metabolismo de los carbohidratos se centra en el suministro de glucosa y el destino de la misma. La glucosa es el principal combustible de casi todos los tejidos. Se metaboliza hacia piruvato por la vía de la glucólisis. Los tejidos aeróbicos metabolizan el piruvato hacia acetil-CoA, que puede entrar al ciclo del ácido para la oxidación completa hacia CO2 y HO2, enlazada a la formación del ATP en en el proceso de fosforilación oxidativa. La glucólisis también puede ocurrir de manera anaeróbica (en ausencia de oxígeno) cuando el producto terminal es lactado. La glucosa y sus metabolitos también participan en otros procesos: 1) la síntesis del polímero de almacenamiento glucógeno en el músculo esquelético y el hígado. 2) La vía de la pentosa fosfato, una alternativa para parte de las vías de la glucólisis. Es una fuente de equivalentes reductores (NADPH) para la síntesis de ácido graso, y la fuente de ribosa para la síntesis de nucleótido y ácido nucleico. 3) Los triosa fosfato dan lugar a la porción glicerol de los triacilgliceroles. 4) El piruvato y los intermediarios del ciclo del ácido cítrico proporcionan los esqueletos de carbono para la síntesis de aminoácidos, y la acetil-CoA es el precursor de ácidos grasos y colesterol (y, por ende, de todos los esteroides sintetizados en el cuerpo). La gluconeogénesis es el proceso de formación de glucosa a partir de precursores no carbohidratos, por ejemplo, lactato, aminoácidos y glicerol.

Perspectiva general del metabolismo de los carbohidratos, que muestra las principales vías y productos terminales. No se muestra la gluconeogénesis.

IMPORTANCIA MEDICA El correcto funcionamiento del metabolismo de los carbohidratos, junto con el correcto metabolismo del resto de los nutrientes, permite al organismo gozar de una buena salud. Digerir y asimilar correctamente los carbohidratos nos permitirá principalmente obtener la energía proveniente de los alimentos de una manera racional. De esta manera el organismo podrá disponer del combustible biológico adecuado para aportar la energía necesaria a las células, que permitirá tanto el trabajo como toda una serie de actividades del metabolismo basal (mantener la temperatura corporal aducida, lograr el adecuado funcionamiento del intestino, conseguir la correcta tensión sanguínea en las arterias o la adecuada función de las neuronas, mantener la respiración, etc). Además de aportar la energía adecuada, los carbohidratos pueden ser almacenados en forma de glucógeno a partir de la glucosa sobrante en el hígado y en los músculos. El organismo puede disponer de esta reserva en situaciones de emergencia transformándolo de nuevo en glucosa. El incorrecto metabolismo de los carbohidratos puede ser responsable de algunas enfermedades metabólicas. Entre ellas, la obesidad es una de las más frecuentes. Un metabolismo demasiado lento, junto con otros factores como el sedentarismo, una dieta inadecuada o el estrés, son las causas más comunes del sobrepeso y la obesidad. Muchos monosacáridos son importantes en el aspecto fisiológico. Los derivados de triosas, tetrosas y pentosas, y de un azúcar de siete carbonos (sedoheptulosa) se forman como intermediarios metabólicos en la glucólisis y la vía de la pentosa fosfato. Las pentosas son importantes en nucleótidos, ácidos nucleicos y varias coenzimas. La glucosa, galactosa, fructosa y manosa son las hexosas de mayor importancia fisiológica. Además, los derivados de la glucosa del ácido carboxílico, son importantes, entre ellos el d-glucuronato (para la formación de glucurónido y en glucosaminoglucanos) y su derivado metabólico, l-iduronato (en glucosaminoglucanos) y l-gulonato (un intermediario de la vía del ácido urónico. Los polisacáridos desempeñan funciones de almacenamiento y estructurales. Los polisacáridos comprenden los siguientes carbohidratos de importancia fisiológica: • El almidón es un homopolímero de glucosa que forma una cadena α-glucosídica, llamada glucosano o glucano. Es el carbohidrato más importante de la dieta en cereales, papas (patatas), legumbres y otras verduras. Los dos constituyentes principales son amilosa (13 a 20%), que tiene una estructura helicoidal no ramificada, y amilopectina (80 a 85%), que consta de cadenas ramificadas compuestas de 24 a 30 residuos de glucosa unidos por enlaces α1 → 4 en las cadenas, y por enlaces α1 → 6 en los puntos de ramificación.

Estructura del

El grado al cual la almidón. A)Amilosa amilasa hidroliza y B)Amilopectina. el almidón en los alimentos está determinado por su estructura, el nivel de cristalización o hidratación (el resultado del cocinado), y por el hecho de si está encerrado en paredes de células vegetales intactas (e indigeribles). El índice glucémico de un alimento feculento es una medida de su digestibilidad, con base en el grado al cual aumenta la concentración de glucosa en sangre en comparación con una cantidad equivalente de glucosa o un alimento de referencia, como pan blanco o arroz hervido. • El glucógeno es el polisacárido de almacenamiento en animales, y a veces se llama almidón animal. Es una estructura más ramificada que la amilopectina con cadenas de residuos 12-14 α-d-glucopiranosa (en enlace α1 → 4 glucosídico) con ramificación mediante enlaces α1 → 6 glucosídicos.

Glucogeno. A)Estructura general y B)Ramificación.

• La inulina es un polisacárido de la fructosa (y, en consecuencia, un fructosano) que se encuentra en tubérculos y raíces de dalias, alcachofas y dientes de león. Es fácilmente soluble en agua y se usa para determinar el índice de filtración glomerular, pero las enzimas intestinales no la hidrolizan. • Las dextrinas son intermediarios en la hidr ólisis del almidón. La celulosa es el principal constituyente de las paredes de las células vegetales. Es insoluble y consta de unidades de β-d-glucopiranosa unidas por enlaces β1 → 4 para formar cadenas largas y rectas fortalecidas por enlaces de hidrógeno que se entrecruzan. Los mamíferos carecen de enzimas que hidrolicen los enlaces β1 → 4; de esta manera, no pueden digerir la celulosa. Es una fuente importante de “volumen” en la dieta, y el principal componente de la fibra de la misma. Los microorganismos que se encuentran en el intestino de rumiantes y otros herbívoros pueden hidrolizar el enlace y fermentar los productos hacia ácidos grasos de cadena corta como una importante fuente de energía. Hay cierto metabolismo bacteriano de celulosa en el colon de seres humanos.

• La quitina es un polisac árido estructural en el exoesqueleto de crustáceos e insectos, y en hongos. Consta de unidades de N-acetil-d-glucosamina unidas por enlaces β1 → 4 glucosídicos. • Los glucosaminoglucanos (mucopolisacáridos) son carbohidratos complejos que contienen azúcares amino y ácidos urónicos. Pueden estar fijos a una molécula de proteína, lo que forma un pro teoglucano. Los proteoglucanos proporcionan la sustancia funda- mental o de relleno del tejido conjuntivo. Sostienen grandes cantidades de agua y ocupan espacio, lo que amortigua o lubrica otras estructuras, debido al gran número de grupos —OH y cargas negativas en la molécula que, por repulsión, mantienen separadas las cadenas de carbohidrato. Los ejemplos son el ácido hialurónico, el condroitín sulfato y la heparina. • Las glucoproteínas (también conocidas como mucoproteínas) son proteínas que contienen cadenas de oligosacárido ramificadas o no ramificadas; se encuentran en memoranas celulares y en muchas otras situaciones; la albúmina sérica es una glucoproteína. Los ácidos siálicos son derivados N- u O-acilo del ácido neuramínico; este último es un azúcar de nueve carbonos derivado de la manosamina (un epímero de la glucosamina) y el piruvato. Los ácidos siálicos son constituyentes tanto de glucoproteínas como de gangliósidos. Los carbohidratos se encuentran en membranas celulares y en lipoproteínas. Alrededor de 5% del peso de las membranas celulares es carbohidrato en glucoproteínas y glucolípidos. Su presencia sobre la superficie externa de la membrana plasmática (el glucocáliz) se ha mostrado con el uso de lectinas vegetales, aglutininas proteínicas que unen residuos glucosilo específicos. Por ejemplo, la concanavalina A une residuos αglucosilo y α-manosilo. La glucoforina es una importante glucoproteína de membrana integral de los eritrocitos del ser humano. Tiene 130 residuos aminoácido y abarca la membrana lipídica, con regiones polipeptídicas fuera de las superficies tanto externa como interna (citoplásmica). Las cadenas de carbohidrato están fijas a la porción amino terminal fuera de la superficie externa. Los carbohidratos también están presentes en apoproteína B de lipoproteínas plasmáticas.