Biosíntesis de los carbohidratos

BIOSINTESIS DE LOS CARBOHIDRATOS
TABLA DE CONTENIDO
Introducción
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Justificación
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Objetivos
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Síntesis del glucoso
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fosfato a partir
del ácido pirúvico
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Regulación de la ruta que va desde
el piruvato al glucoso
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fosfato −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Glucogénesis a partir de intermediarios
del ciclo del ácido tricarboxílico −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Glucogénesis a partir de aminoácidos −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Glucogénesis a partir del
acetil
CoA vía ciclo glioxilato −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Formación fotosintética de las hexosas
por reducción del dióxido de carbono −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Síntesis del glucógeno y del almidón −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Conversión del glucoso
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fosfato en otras hexosas −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Conclusiones
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Bibliografía
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INTRODUCCIÓN
La biosíntesis de la glucosa y de otros carbohidratos, a partir de precursores sencillos, es uno de los procesos
biosintéticos más importantes, que llevan a cabo los organismos vivos.
En estos procesos se destacan como precursores el glucoso−6−fosfato, el ATP, el acetil CoA y el dióxido de
carbono; estos son importantes tanto en plantas como animales para realizar los diferentes procesos de
biosíntesis de carbohidratos.
OBJETIVO GENERAL
Interpretar, aprender y diferenciar el proceso de la biosíntesis de los carbohidratos de los demás procesos de
los organismos y comprender todas sus fases de conversión.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
♦ Identificar los diferentes procesos de la biosíntesis de los carbohidratos.
♦ Interpretar todas las formulas que hacen posible estos procesos de biosíntesis.
♦ Diferenciar los diferentes precursores de la síntesis de los carbohidratos.
♦ Síntesis del glucoso
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fosfato a partir del ácido pirúvico:
La conversión del glucoso
6
fosfato en piruvato constituye una ruta central da la degradación de los carbohidratos, en la mayoría de los
organismos; pueden ser aeróbias o anaeróbias.
Y el proceso inverso del piruvato en glucoso
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fosfato constituye una ruta central en la biosíntesis (monosacáridos y los polisacáridos), tanto en los animales
como en las plantas.
Monosacárido: carbohidrato que contiene un solo azúcar sencillo.
Polisacárido: macromoléculas lineales o ramificadas por muchas unidades de monosacáridos, unidades entre
sí, por enlaces glucosídicos.
La formación de carbohidratos a partir de aminoácidos y ácido láctico se denomina gluconeogénesis, lo cual
significa formación de nuevo azúcar.
Los vegetales también utiliza la ruta entre el piruvato y el glucoso
6
fosfato pata dar origen a hexosas a partir del CO2.
La mayor parte de las etapas reaccionales de la ruta biosintética están catalizadas por enzimas del ciclo
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glucolítico; en la ruta glucolítica normal existen tres etapas irreversibles las cuales no se utilizan en la
transformación del piruvato en glucosa.
Biosintéticamente esas etapas son sobrepasadas mediante reacciones alternativas, que son de beneficio para la
síntesis.
La primera de las etapas es la conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato, es lógico que no pueda realizarse
por inversión directa de la reacción de la piruvatoquinasa, debido a su enorme cambio positivo de energía
libre estándar que esta posee.
Piruvato + ATP fosfoenolpiruvato + ADP
Gº´= +7.5 kcal
En vez de esto, la fosforilación del piruvato se consigue mediante un proceso de reacciones de rodeo, implica
la ayuda de enzimas, tanto del citoplasma como de los mitocondrios.
El primer eslabón esta catalizado por el piruvato − carboxilasa de los mitocondrios.
Piruvato + CO2 + ATP _acetil − CoA__ oxalacetato + ADP + Pi
La piruvato − carboxilasa es una enzima reguladora y es inactivo en ausencia de su modulador positivo, el
acetil − CoA.
El oxalacetato es formado a partir del piruvato, reducido a malato en los mitocondrios, a expensas del NADH
NADH+ H+ + oxalacetato NAD+ + malato
Después del malato difunde al exterior del mitocondrio y al citoplasma que lo rodea, es donde resulta
reoxidado por la forma citoplasmática de la malato − deshidrogenasa NAD − dependiente, rindiendo
oxalacetato extramitocondrial.
Malato + NAD+ oxalacetato + NADH + H+
Sobre el oxalacetato actúa la fosfoenolpiruvato − carboxiquinasa rindiendo fosfoenolpiruvato, en una reacción
en la que el trifosfato de guanosina (GTP) actúa como donador de fosfato.
Oxalacetato + GTP fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP
Ahora escribimos la ecuación global de la senda Bypass, con la que se forma fosfoenolpiruvato a partir del
piruvato.
Piruvato + ATP + GTP
fosfoenolpiruvato + ADP + GDP + Pi
Reacciones de rodeo (Bypass) en la síntesis de la glucosa, y de la glucosa y del glucogeno, a partir del
piruvato.
Fructuoso
1, 6
difosfato + H2O
fructuoso
3
6
fosfato + Pi
Gº´= 3.9 kcal
Se trata de una enzima regulador que es fuertemente inhibido por los moduladores negativos AMP o ADP
El glucoso
6
fosfato dispone de varios destinos posibles. En el hígado de los vertebrados rinde la glucosa libre de sangre.
Esto no ocurre por inversión de la reacción de la hexoquinasa sino por acción de la glucoso
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fosfatasa que cataliza la siguiente hidrólisis irreversible
Glucoso
6
fosfato + H2O
glucosa + Pi
Gº´= −3.3 kcal
Esta enzima es característica del retículo endoplasmático del hígado de los vertebrados. La glucosa
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fosfatosa no se encuentra en los músculos o en el cerebro.
Si sumamos las reacciones biosinteticas que conducen del piruvato a la glucosa, tenemos la siguiente reacción
global:
2CH3COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 6H2
glucosa + 2NAD+ + 4ADP + 2GTP + 6Pi
Por cada molécula de glucosa que se forme se consumen seis enlaces de alta energía y se requieren dos
moléculas de NADH come reductor.
La siguiente ecuación solo es la inversa da la conversión de la glucosa en piruvato.
Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+
2CH3COCOOH + 2ATP + 2H+ + 2H2O
Para impulsar la formación parte superior, hay que invertir sus enlaces fosfato de elevada energía para
proporcionar el empuje suficiente.
• Regulación de la ruta que va desde el piruvato al glucoso
6
fosfato
La figura 17.3 contiene un resumen de los puntos de control del camino que conduce el piruvato al
glucoso
6
fosfato. Esta ruta metabólica como en la gran mayoría, su primera etapa es catalizada por un enzima
regulador, el piruvato carboxilasa, estimulada por el acetil
CoA. Aquí en consecuencia, la síntesis de la glucosa se favorece cuando hay un exceso de acetil
CoA mitocondrial, mas del requerido por las células. El punto de control secundario es catalizado por la
difosfafructoso−fosfatasa, esto también resulta inhibido por el AMP pero a su vez estimulada por ATP.
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• Glucogénesis a partir de intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico
La ruta anterior, permite también la síntesis neta de la glucosa a partir del piruvato y del fosfopiruvato. El
citrato, el isocitrato, el cis
aconitato, el
oxoglutarato, el succinato y el fumarato son los principales intermediarios del ciclo del ácido tricarboxílico,
estos elementos gracias a este ácido pueden experimentar su oxidación a malato. Este malato puede abandonar
el mitocondrio y experimentar oxidación a oxalacetato en el citoplasma extramitocondrial, donde se forma el
fosfoenolpiruvato, por la acción fosfoenolpiruvato
carboxilasa del citoplasma.
• Glucogénesis a partir de aminoácidos
Algunos átomos de carbono de los aminoácidos derivados de proteínas son convertidos por los animales en
acetil
CoA o en intermediarios del ciclo tricarboxílico. Los aminoácidos precursores del fosfoenelpiruvato y de la
glucosa se denominan aminoácidos glucogénicos; estos también penetran en el ciclo del ácido tricarboxílico,
son algunos, la alanina, el ácido glutámico y el ácido aspártico.
• Glucogénesis a partir del acetil
CoA vía ciclo glioxilato
Las plantas y muchos microorganismos son capaces de efectuar síntesis de carbohidratos con ácidos grasos
pasando por el acetil
CoA, esto puede ser posible gracias a las reacciones del ácido glixolato. Esto permite que el acetil
CoA se convierta en ácido succínico, de acuerdo a la siguiente ecuación.
2 Acetil
CoA + NAD+ + 2H2O
succinato + 2CoA + NADH + H+
Esta ruta requiere dos enzimas que no se encuentran en los animales superiores. El succinato originado
produce oxalacetato, y este a la vez el precursor de fosfoenolpuruvato. Gracias a esto la grasa de las semillas
en germinación pasa a convertirse en glucoso.
• Formación fotosintética de las hexosas por reducción del dióxido de carbono
La formación fotosintética de las hexosas a partir del dióxido de carbono constituye un proceso biosintético
masivo en las plantas. La energía luminosa absorbida se conserva en las células fotosintéticas. El ATP y el
NADH se utilizan, para provocar la reducción de dióxido de carbono y para formar glucoso y otros productos
reducidos, esto ocurre en la fase oscura de la fotosíntesis.
♦ Síntesis del glucógeno y del almidón
El glucoso
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fosfato no solo es precursor de la glucosa de la sangre, también es precursor de los polímeros de reserva
glucógeno y almidón. Primero se convierte en glucoso
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fosfato; esto es gracias a la fosfoglucomutosa.
• Conversión del glucoso
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6
fosfato en otras hexosas
Anteriormente se han descrito rutas de conversión del glucoso
6
fosfato en D
fructuoso
6
fosfato y en D
manoso
6
fosfato. Otra ruta importante es la de la transformación se la D
glucosa en D
galactosa. Para esto se forma la UDP glucosa; entonces tiene la epimerización enzimática en el carbono 4, de
la UDP y así se forma la uridin
difosfato
galactosa.
UDP
Glucosa
UDP
Galactosa
La UDP Galactosa constituye un precursor de la síntesis del disacárido lactosa, que se da en la glándula
mamaria.
• Síntesis de los disacáridos lactosa y sacarosa
El glucoso
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fosfato formado por gluconeogénesis es, el principal precursor de varios disacáridos.
En los animales las porciones de galactosa, glucosa de la lactosa, azúcar y leche se derivan del glucoso
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fosfato.
GLOSARIO
♦ Aerobios: Organismos que viven en oxígeno y lo utilizan.
♦ Anaerobios: Organismos que pueden vivir sin oxígeno.
♦ Aminoacil
sintetasa: enzima que cataliza la activación de un aminoácido.
♦ ATP (Adenosin
trifosfato): ribonucleótido−5'−trifosfato que, en el ciclo energético celular, funciona como
donador de grupo fosfato.
♦ ATP
sintetasa: complejo enzimático de la membrana mitocondrial interna, cuya función consiste en
formar ATP, a partir de ADP y fosfato, durante la fosforilación oxidativa.
♦ Coenzima A: coenzima que contiene acido pantotenico, y que sirve como portador de grupos
acilo en determinados reacciones enzimaticas.
♦ Fosforilacion oxidativa: fosforilacion enzimatica del ADP a ATP, acoplada con el transporte
electronico, desde el substrato al oxigeno molecular.
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♦ Glucolisis: tipo de fermentacion por el cual la glucosa se rompe anaerobicamente y rinde dos
moleculas de acido lactico.
♦ Gluconeogenesis: biosintesis de nuevo carbohidrato, a partir de precursores que no son
hidratos de carbonos.
♦ Proceso reversible: proceso que se realiza sin cambios de entropia.
♦ Entropia: distribucion al azar o desorden de un sistema.
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