P Anorámica Global Del Metabolismo De Hidratos De Carbono

p anorámica global del metabolismo de hidratos de carbono tema 6. panorámica global del metabolismo de hidratos de carbono. introducción.

P anorámica global del metabolismo de hidratos de carbono
Tema 6. Panorámica global del metabolismo de hidratos de carbono.
Introducción.
Los carbohidratos son aldehídos o cetonas con múltiples grupos
hidroxilo. Constituyen la mayor parte de la materia orgánica de la
Tierra a causa de sus variadas funciones en todos los seres vivos.
1.
Los carbohidratos sirven como almacen de energía, combustibles e
intermediarios metabólicos. El almidón de las plantas y el
glucógeno de los animales son dos polisacáridos que rápidamente
pueden movilizarse para liberar glucosa, el combustible primordial
para generar energía. El ATP, es un derivado de azúcar
fosforilado, como lo son muchos coenzimas.
2.
Los azúcares ribosa y desoxirribosa forman parte de la trama
estructural del RNA y el DNA. La flexibilidad conformacional de
los anillos de estos azúcares es importante en el almacenamiento y
expresión de la información genética.
3.
Los polisacáridos son los elementos estructurales de las paredes
celulares bacterianas y plantas y del exoesqueleto de los
artrópodos. De hecho, la celulosa, el principal componente de las
paredes celulares de las plantas, es el compuesto orgánico más
abundante de la biosfera.
4.
Los carbohidratos están unidos a muchas proteínas y lípidos.
5.
Estudios recientes sugieren que las unidades de carbohidrato de la
superficie de las células son particularmente cruciales en el
proceso de reconocimiento intercelular.
Las rutas principales del metabolismo glucídico empiezan o terminan en
la glucosa.

La glucosa está siempre presente en la sangre. No está estática; las
moléculas de glucosa están continuamente siendo quitadas de la sangre
y reemplazadas, así que la concentración permanece relativamente
constante, cerca de 5 mM en humanos.
La glucosa entra en la sangre por tres sistemas mayoritarios:
1.
Por absorción del intestino (dieta)
2.
Por degradación del glucógeno en el hígado y músculo
3.
Por la gluconeogénesis en el hígado.
La glucosa es el único combustible utilizado en proporción apreciable
por muy pocas células especializadas siendo el principal combustible
utilizado por el cerebro. El metabolismo de la glucosa es defectuoso
en dos enfermedades metabólicas muy importantes en práctica clínica,
la obesidad y la diabetes.
La glucosa se metaboliza a piruvato y lactato en todas las células de
mamífero por la ruta de la glucólisis. Es necesario la fosforilación
de la glucosa para entrar en esta ruta. La glucólisis se puede llevar
a cabo en ausencia de oxígeno (anaerobia), siendo el producto final
lactato. Los tejidos que pueden utilizar oxígeno (aeróbico) son
capaces de metabolizar el piruvato hasta acetil-CoA, el cual puede
entrar en el ciclo del ácido cítrico (de Krebs) para oxidarse
completamente a CO2 y H2O, con liberación de mucha energía en forma de
ATP en el proceso de fosforilación oxidativa. De esta manera, la
glucosa es el principal combustible de muchos tejidos. Sin embargo, la
glucosa participa en muchos otros procesos: en la formación de
glucógeno (en el músculo esquelético y en el hígado); en la ruta de
las pentosas fosfato (fuente de ribosa para la biosíntesis de
nucleótidos y de ácidos nucleicos y de equivalentes reductores para la
biosíntesis de ácidos grasos y esteroides) ; en la síntesis de
glicerol para la formación de acilgliceroles (grasas); el piruvato y
los intermediarios del ciclo de Krebs suministran esqueletos
carbonados para la biosíntesis de aminoácidos, y el acetil-CoA es el
bloque de construcción para los ácidos grasos de cadena larga y de
colesterol, el precursor de todos los esteroides sintetizados por el
cuerpo.
1.
La glucólisis es una ruta que puede ser utilizada por todas las
células del cuerpo para extraer la energía química inherente en la
molécula de glucosa en condiciones de anaerobiosis. Esta vía
prepara la glucosa para su combustión aeróbica en el ciclo del
ácido cítrico, convierte la glucosa en piruvato y de este modo
queda preparada la situación para la oxidación completa de la
glucosa a CO2 y H2O.
2.
La gluconeogénesis, la síntesis de novo de la glucosa es una
función del hígado y de los riñones. Puede parecer simplemente el
inverso de la ruta glucolítica, a diferencia con ella (que produce
ATP), la gluconeogénesis requiere ATP y es un proceso que requiere
energía. La consecuencia es que sólo algunos de los pasos
catalizados por enzimas pueden ser comunes a la ruta glucolítica y
gluconeogénica.
2.
La glucogenogénesis, la formación de glucógeno desde la glucosa,
es un proceso que llevan a cabo muchas células con el fín de tener
glucosa al alcance para su propio uso posterior. El hígado
almacena glucógeno no para su propio uso sino para el
mantenimiento de los niveles de glucosa sanguínea, especialmente
el cerebro, tengan un suministro adecuado de este importante
sustrato.
2.
La glucogenolísis es la obtención de glucosa a partir del
glucógeno almacenado en el hígado y músculo.
La familia de los GUT. Regulación de los transportadores de glucosa.
Es conocido que la glucosa entra en la célula por difusión facilitada
mas que por difusión simple a través de la membrana. En los recientes
años los genes para las moléculas de transporte específico de glucosa
han sido clonadas y secuenciadas; las proteínas transportadoras han
sido expresadas en líneas celulares y sus características estudiadas.
Con una excepción (el cotransportador intestinal Na+-glucosa) estos
transportadores pertenecen a una familia de proteínas relacionadas y
son todos transportadores pasivos, permitiendo el movimiento de
glucosa a través de la membrana celular sólo bajo un gradiente de
concentración. La expresión de estos transportadores es tejido
específica, y sus propiedades son una parte integral de la regulación
del metabolismo de glucosa en el tejido particular.
Nombre
Tejido
Km
Importancia
GLUT1
Eritrocitos, tejido fetal, placenta, cerebro
5-7 mM
GLUT2
Hígado, riñón, intestino células  pancreáticas
Alta (7-20 mM)
Alta Km permite equilibrar la glucosa a través de la membrana
GLUT3
Cerebro
Baja (1.6 mM)
Baja Km permite una captación de glucosa relativamente constante con
independencia de la concentración extracelular
GLUT4
Músculo, tejido adiposo
5 mM
Es un transportador de glucosa sensible a insulina
GLUT5
Yeyuno
5 mM para la fructosa
Provablemente responsable de la captación de fructosa desde el
intestino
SGLT1
Duodeno, yeyuno, tubulos renales
Co-transportador de Na+-glucosa del intestino delgado (no froma parte
de la familia de los GLUT)
Visión global de lo que le sucede a la glucosa en diversas células.
1.
Eritrocitos: Después de penetrar la membrana plasmática mediante
transporte facilitado, la glucosa se metaboliza principalmente por
la glucólisis en los hematíes. Dado que los hematíes no tienen
mitocondrias, el producto final de la glucólisis es el lactato el
cual se libera desde la células al plasma sanguíneo. La glucosa
utilizada por la vía de las pentosa fosfato en los eritrocitos
proporciona NADPH, necesario en estas células principalmente para
mantener el glutatión en estado reducido. El glutatión reducido
desempeña un importante papel en la destrucción de los peróxidos
orgánicos y del peróxido de hidrógeno, mediante la reacción
catalizada por la glutatión peroxidasa. El NADPH es absolutamente
imprescindible para que el glutatión oxidado (GSSG) vuelva a
reducirse (GSH) por acción de la glutatión reductasa. Los
peróxidos provocan daños oxidativos irreversibles a las membranas,
DNA y otros muchos componentes celulares y, en consecuencia, deben
ser destruidos.


2.
E
l cerebro: capta la glucosa por trasporte facilitado en una ruta
que es independiente de la insulina. La glucólisis en el cerebro
da lugar a piruvato, el cual es seguidamente oxidado de forma
completa a CO2 y H2O. La vía de las pentosa fosfato es también muy
activa en éstas células generando parte del NADPH necesario para
la síntesis reductora y el mantenimiento del glutatión en estado
reducido.
3.
Las células musculares y cardiacas: utilizan rápidamente la
glucosa siendo el transporte de glucosa al interior de ambos tipos
de células dependiente de la presencia de insulina en la sangre.
Una vez captada por estas células, la glucosa puede ser utilizada
por la glucólisis para dar piruvato y lactato. Aquí también el
piruvato puede ser utilizado por el complejo de la piruvato
deshidrogenasa y el ciclo TCA dentro de la mitocondria
proporcionando considerable energía en forma de ATP. Estas
células, a diferencia de las anteriores, pueden sintetizar
cantidades considerables de glucógeno. En estas células los
procesos de síntesis y degradación de glucógeno son extremedamente
importantes

4.
Tejido adiposo: Acumula glucosa mediante un mecanismo dependiente
de insulina. El piruvato se genera por la glucólisis pudiendo ser
oxidado por el complejo de la piruvato deshidrogenasa para dar
acetil CoA dentro de los adipocitos. Sin embargo, en vez de ser
oxidado completamente a CO2 y H2O para la producción de ATP, el
acetato del acetil CoA se usa primordialmente para la síntesis de
novo de ácidos grasos en este tejido. La generación de NADPH por
la vía de las pentosas fosfato es un proceso importante en el
tejido adiposo ya que se necesitan cantidades considerables de
NADPH para los pasos reductores en la síntesis de ácidos grasos.
También tiene la capacidad de glucogenogénesis y glucogenolísis
pero estos procesos están más limitados en este tejido que en el
músculo y corazón.

5.
El hígado: La captación de glucosa por el hígado tiene lugar
independientemente de la insulina mediante un sistema de
transporte de alta capacidad. La glucosa es utilizada en buena
proporción por la vía de las pentosas fosfato para la producción
de NADPH, el cual es necesario para la síntesis reductora, el
mantenimiento del glutatión en estado reducido y numerosas
reacciones catalizadas por los sistemas enzimáticos
mitocondriales. Una función cuantitativamente menos importante
pero no menos vital de la vía de las pentosas fosfato es la
provisión de ribosa fosfato, requerida para la síntesis de
nucleótidos tales como ATP y los que se encuentran en el DNA y
RNA. La glucosa también se utiliza para la síntesis de glucógeno,
haciendo que el almacenamiento de glucógeno sea una característica
importante del hígado. La glucosa también se puede utilizar en la
ruta del ácido glucurónico, importante en la destoxificación de
fármacos y bilirrubina. El hígado tiene además una capacidad
importante para la glucólisis, utilizandose el piruvato como
fuente de acetil CoA para oxidación completa por el TCA y para la
síntesis de grasa por el proceso de la síntesis de novo de ácidos
grasos. A diferencia de otros tejidos, el hígado es único en el
sentido de que tiene la capacidad de convertir precursores
tricarbonados, tales como lactato, piruvato y alanina, en glucosa
por el proceso de la gluconeogénesis. La glucosa producida puede
entonces utilizarse para satisfacer las necesidades de glucosa de
las otras células del cuerpo.


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