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  • 1. METABOLISMO DE CARBOHIDRATOSMetabolismo.- Serie de reacciones químicas que experimentan las substanciasdentro de un organismo, desde su ingestión hasta la eliminación de losproductos de degradación; el metabolismo incluye 2 fases :a) Anabolismo.- Serie de caminos o reacciones, en las que las moléculaspequeñas a simples participan para formar moléculas más complejas. Incluyereacciones de síntesis.b) Catabolismo.- Serie de caminos o reacciones en las que participan moléculascomplejas, para la final obtener moléculas más simples o sencillas. Incluyereacciones de degradación o descomposición.DIGESTION Y ABSORCION DE CARBOHIDRATOS. p;La digestión y la absorción de carbohidratos son parte del metabolismo de losmismos.La digestión implica todos los procesos físicos y químicos que se llevan a cabosobre los alimentos, con el fin de reducirlos de tamaño, para que puedan serabsorbidos, la absorción implica el paso de los nutrientes desde el intestinohacia la sangre.Digestión y absorción de carbohidratos en animales no rumiantes: p;Solo el hombre y el cerdo (ninguna otra especie de animal doméstico lo hace)producen y secretan amilasa salival, de ahí que una muy pequeña digestión delalmidón se produzca a nivel de la boca, y continua por un tiempo muy cortocuando los alimentos pasan al estómago, el pH ácido a este nivel, inhibe laacción de la amilasa salival, por ello la mayor parte de la digestión ocurre anivel del intestino delgado, la siguiente tabla nos muestra el nombre de lasenzimas, el sitio donde se producen y los productos que se generan una vezque las enzimas actúan sobre los carbohidratos de los alimentos.Los procesos que se describirán a continuación son en general válidos paratodos los animales domésticos no rumiantes, en lo que respecta a la absorcióny digestión a nivel de estómago e intestino delgado. En los no rumiantesherbívoros como el conejo y el caballo, existen algunas particularidades dedigestión, pero se dan fundamentalmente a nivel de intestino grueso.
  • 2. PRINCIPALES ENZIMAS DEL TRACTO DIGESTIVOSubstrato Enzima Origen Producto de la digestiónCarbohidratosAlmidón, glucógeno Amilasa Saliva páncreas Isomaltosa, Dextrina MaltosaMaltosa Maltasa Int. delgado GlucosaLactosa Lactasa Int. delgado Glucosa .galactosaSacarosa Sacarasa Int. delgado Glucosa .fructosaIsomaltosa Isomaltasa Int. delgado Glucosa p;Como podemos obsevar si analizamos la tabla, el objetivo de la acción de lasenzimas que participan en la digestión, es el de romper las moléculas decarbohidratos complejos, hasta los monosacáridos : glucosa, fructosa ygalactosa, solamente estos 3 monosacáridos, son los que pueden serabsorbidos desde el intestino hacia la sangre, la glucosa es la principal fuentede energía para los animales no rumiantes, mientras que la fructosa y galactosason fuentes menores, y en caso de ser necesario, las enzimas del organismopueden transformar estos 2 últimos carbohidratos a glucosa.Debe señalarse que la enzima lactasa no se produce en las aves, y que en lasespecies en que sí se produce (mamíferos), es más activa en los animalesjóvenes (debido a su dieta láctea) que en los adultos. Otro aspecto importante arecalcar es que la enzima sacarasa es de escasa producción en los rumiantes.La digestión y absorción de carbohidratos en el conejo y en el equino ocurre demanera semejante a la antes descrita, existen sin embargo algunasparticularidades que se mencionarán a continuación.Conejos.-----------En los animales silvestres, el alimento ingerido pasa porestómago, duodeno, y llega al colon distal (en esta primera etapa no se usa elcolon proximal), donde el quimo(nombre que recibe el material alimenticiosemidigerido procedente del estómago) se enriquece con agua y mucina,formándose unas pequeñas bolitas llamadas cecotrofos,, los cuales al sereliminados por el ano, son reingeridos por el animal (cecotrofia) para sermasticadas, deglutidas, digeridas en el estómago y duodeno, y pasan ahora alcolon proximal, luego al colon distal, para ahora sí salir excretadas como bolitasmás sólidas (heces).Equinos.----------------El proceso de digestión y absorción descrito al principio deeste tema, es valido también para los equinos. En estos animales, el quimoprocedente del intestino delgado llega a nivel de el ciego y el colon, los cuales
  • 3. son muy voluminosos y albergan a una gran cantidad de flora bacteriana,gracias a dicha flora bacteriana se llevan a cabo una serie de fermentacionessemejantes (pero menos completas) a las que ocurren en los rumiantes sinembargo son mucho más ineficientes que los rumiantes para sacar provecho delos alimentos con alto contenido de fibra.La necesidad de un aporte constante de energía a la célula se debe a que ellalo requiere para realizar varias funciones, entre las que destacan: (a) larealización de un trabajo mecánico, por ejemplo, la contracción muscular ymovimientos celulares, (b) el transporte activo de iones y moléculas y (c) lasíntesis de moléculas. Para la mayoría de los animales, incluyendo al hombre,la energía útil para la célula es la energía química, la cual se encuentracontenida en los nutrientes (carbohidratos y lípidos, principalmente) que seconsumen. A través de un conjunto procesos enzimáticos bien definidos, lacélula extrae dicha energía y la hace disponible para que se realicen una granvariedad de procesos celulares, entre los que destacan los encaminados a lasíntesis de (anabolismo) y degradación (catabolísmo) de biomoléculas, a lasuma de ambos procesos se le identifica como Metabolismo. La célula hadiseñado para la glucosa, los ácidos grasos y los aminoácidos un procesometabólico único (metabolismo de carbohidratos, de lípidos y de proteínas,respectivamente), acompañado cada uno de ellos de un estricto mecanismo deregulación (control metabólico).A continuación, se hará una breve descripción de los procesos anabólico ycatabólico de la glucosa.Las vías enzimáticas relacionadas con el metabolismo de la glucosa son:(1) oxidación de la glucosa, (2) formación de lactato (3) metabolismo delglucógeno,(4) gluconeogénesis y (6) vía de las pentosas fosfato.OXIDACIÓN DE LA GLUCOSALa oxidación de la glucosa involucra un conjunto de reacciones enzimáticos,ligadas una de la otra y vigiladas por un estricto control metabólico, todo con elúnico fin, de hacer disponible para célula, la energía química contenida en laglucosa. La reacción global es:Glucosa CO2 + H2O + ATP
  • 4. La formación de CO2 + H2O + ATP a partir de la glucosa, se lleva a cabo,porque existe una disponibilidad de O2 y que aunado a la necesidad deenergía, se inducen los procesos enzimáticos claramente definidos porsustratos y productos, ellos
  • 5. son: (1) glucólisis, (2) transformación del piruvato en acetil CoA, (3) ciclo deKrebs y(4) fosforilación oxidativa.Glucólisis. La glucólisis se realiza en el citosol y comprende la conversión deglucosa en piruvato, cuya reacción global es:Glucosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 + + 2 H2OEn este proceso participan 10 enzimas diferentes que catalizan diez reaccionessecuénciales, las cuales podríamos dividir en tres etapas: a) formación defructosa 1,6-bisfosfato a partir de glucosa, b) formación de triosas fosfato(gliceraldehido 3-fosfato y dihdrixiacetona fosfato) a partir de fructosa 1,6-bisfosfato y c) formación de piruvato a partir de gliceraldheido 3-fosfato.En la primer etapa se consumen dos ATP´s, uno con la enzima hexoquinasa ydespués de una reacción de isomerización, se emplea el segundo ATP, con laenzima fosfofructoquinasa , reacciones que dan origen a la fructosa 1,6-bisfosfato, con la que se inicia la segunda etapa, al convertirse la fructosa 1,6-bisfosfato en sustrato de la enzima aldolasa y cuyos productos son las dostriosas fosfato (gliceraldehido 3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato),seguidamente se inicia la tercer etapa, la que se caracteriza por laisomerización de la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido 3-fosfato por loque al finalizar esta etapa, contamos con dos moléculas de gliceraldehido 3-fosfato, mismas que servirán de sustrato para la formación de piruvato, uno porcada una de ellas. Con la síntesis de piruvato, termina la tercer etapa, la quese distingue inicialmente, por el requerimiento de la coenzima NAD + y de un Pi(ortofosfato), para oxidar y fosforilar al gliceraldehido 3-fosfato el cual setransforma en 1,3-bisfosfoglicerato mas NADH (coenzima reducida), a partir deeste producto recién formado y por acción de la enzima fosfoglicerato quinasase sintetiza y se libera, la primer molécula de ATP y mas adelante, en lareacción catalizada por la piruvato quinasa, se forma a nivel de sustrato, lasegunda molécula de ATP. Es en este punto, donde finaliza la glucólisis, sinembargo, son los 2 ATP´s liberados y los 2 equivalentes reducidos (NADH +) losque no debemos olvidar. Con la importación del piruvato hacia la mitocondria ysu transformación en acetil-CoA se inicia la siguiente etapa de la oxidación de laglucosa. Las mitocondrias albergan la enzima piruvato deshidrogenasa, las
  • 6. enzimas del ciclo de Krebs, las enzimas que catalizan la oxidación de los ácidos
  • 7. grasos y las enzimas y proteínas involucradas en el transporte de electrones ysíntesis de ATP, por lo que las hace ser, los centros del metabolismo oxidativoen eucariontes.Transformación del piruvato en acetil CoA. Una ves formado el piruvato, estese transloca hacia el interior de la mitocondria, en donde será transformado poracción del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa ( piruvatodehisrogenasa, dihidrolipoil deshidrogenasa y dihidrolipoil transacetilasa) enAcetil CoA, vía un reacción de tipo descarboxilación oxidativa.Piruvato + CoA + NAD+ acetil-CoA + CO2 + NADHLas coenzimas y grupos protéticos requeridos en esta reacción son pirofosfatode tiamina (TPP), dinucleótido de flavina y adenina (FAD), dinculeótido deniacina y adenina (NAD+) y lipoamida (ácido lipóico). La descarboxilaciónoxidativa del piruvato, dirige a los átomos de carbono de la glucosa a suliberación como CO2 en el ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) y porconsiguiente, la producción de energía.El ciclo de Krebs. Este proceso, se inicia con la condensación irreversible delas moléculas de Acetil-CoA y oxaloacetato, esta reacción es catalizada por laenzima citrato sintasa y su producto es el citrato. A partir de citrato, se despliegauna serie de reacciones irreversibles, que culminan con la generación de otramolécula de oxaloacetato, pasando por la formación de -cetoglutarato y sutranformación en succinil CoA + NADH + CO2, reacción catalizada por uncomplejo enzimático denominado complejo del -cetoglutarato deshidrogenasaque requiere como coenzimas y grupos prostéticos a TPP, FAD, NAD + ylipoamida, igual a los requeridos por el complejo de la piruvato deshidrogenasa.Otros intermediarios son: la formación de succinato y liberación de un GTP apartir de succinil CoA y por consiguiente la síntesis de fumarato a partir desuccinato, reacción el la cual se libera un FADH2, existe también en el ciclo deKrebs un sitio mas de descarboxilación oxidativa, en donde se forma NADH +CO2 y otro donde únicamente se libera NADH. La estequiometria del ciclo deKrebs es:Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA
  • 8. E CICL DE K B L O RE S El ciclo de Krebs es la vía común para la oxidación aeróbica de los sustratos energéticos, condición que convierte a este proceso enzimático en la vía degradativa más importante para la generación de ATP. Los 3NADH y el FADH2 liberados en el ciclo de Krebs, son reoxidados por el sistema enzimático transportador de electrones (Figura 1), estableciendo así un flujo de electrones, los cuales son dirigidos hacia el O2 como aceptor final, los productos de este proceso son una molécula de agua y una gran cantidad de energía liberada, energía que es utilizada para sintetizar ATP. Al acoplamiento entre la oxidación de los equivalentes reductores (NADH, FADH2) y la síntesis de ATP (ATP sintetasa) se les conoce como fosforilación oxidativa. Figura 1.
  • 9. Cadena respiratoria y ATP sintasa.Cadena transportadora de electrones. La cadena transportadora deelectrones es una serie de cuatro complejos (I, II, III, IV) a través de los cualespasan los electrones. Los electrones son llevados del Complejo I y II alComplejo III por la coenzima Q (CoQ o ubiquinona) y del Complejo III alComplejo IV por la proteína citocromo c.
  • 10. Los electrones del NADH mitocondrial son transferidos al FMN uno de losgrupos prostéticos de la NADH-Q oxidorreductasa (Complejo I), posteriormentelos electrones se transfieren a un segundo tipo de grupo prostético el de lasproteínas hierro-azufre y de aquí pasarán a la coenzima Q (QH2 o ubiquinol),quien también recibe electrones de la succinato-Q reductasa (Coplejo II) a estecomplejo pertenece la enzima del ciclo de Krebs succinato deshidrogenasa laque genera FADH2, quien cede sus electrones a proteínas hierro-azufre y deaquí a la coenzima Q para formar QH2 . La función del Complejo III identificadocomo Q-citocromo c oxidorreductasa es catalizar la transferencia de electronesdesde QH2 al citocromo c oxidado (cyt c). La etapa final de la cadenatransportadora de electrones consiste en la oxidación del cyt c reducidogenerado por el Complejo III y la consiguiente reducción del O2 a dosmoléculas de H2O. Esta reacción es catalizada por la citocromo c oxidasa(Complejo IV). Durante el flujo de electrones por la cadena respiratoria serealiza una transferencia de protones (H +) vía los Complejos I, III y IV que vadesde la matriz de la mitocondria hacia la zona localizada entre la mambranamitocondrial interna y externa (espacio intermembranal).
  • 11. Figura 2. Complejos de la cadena respiratoria.
  • 12. La coincidencia de un flujo de electrones y de protones a través de unamembrana lipídica ocasiona la generación de un gradiente de pH y unpotencial de membrana, ambas condiciones constituyen una fuerza protón-motriz que se utiliza para dirigir la síntesis de ATP vía la enzima ATP sintasa(Figuras 1 y 2).ADP3¯ + HPO42¯ + H+ ATP4¯ + H2OUn flujo de H+ a través de la ATP sintasa ocasiona la liberación del ATP hacia lamatriz mitocondrial. La fuente inmediata de estos protones es el espaciointermembranal, en donde se localizan los protones que fueron translocados através de los Complejos I, III y IV de la cadena transportadora de electrones.Hasta ahora se ha considerado la oxidación del NADH y FADH2 formados en lamitocondria (transformación del piruvato en acetil CoA y ciclo de Krebs), sinembargo, NADH citosólico liberado durante la reacción catalizada por lagliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa debe ser reoxidado para que continúela glucólisis, por lo que deberá ser transferido a la mitocondria para suoxidación a nivel de la cadena transportadora de electrones, pero debido a queeste equivalente reductor no puede atravesar por sí mismo la membranamitocondrial, la célula contempló la reducción de un sustrato por el NADH en elcitoplasma, una vez reducido este sustrato, es transportado hacia la matrizmitocondrial por un acarreador específico , ya dentro de la mitocondria, elsustrato reducido será oxidado y devuelto al citoplasma para experimentar denuevo el mismo ciclo. A este sistema de transporte específico, se le conoce conel nombre de lanzadera, para el NADH de citoplasma son dos las lanzaderasreportadas, uno es el de la dihidroxiacetona fosfato/glicerol-3-fosfato quegenera dentro de la mitocondria FADH2 y que es especialmente activa en elcerebro, y el otro sistema de transporte es el de la lanzadera malato/aspartatoprincipalmente activa en hígado y corazón, y que produce NADH.FORMACIÓN DE LACTATO.Cuando la cantidad de oxígeno disponible para la célula es limitada, comoocurre en el músculo durante la actividad intensa, el NADH generado durante la
  • 13. glucólisis no puede reoxidarse a tasas comparables en las mitocondrias y conla finalidad de mantener la homeostasis, el piruvato es entonces reducido por elNADH para formar lactato,
  • 14. reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa esta desviación metabólicadel piruvato mantiene a la glucólisis operativa bajo condiciones anaeróbicas. Lareacción global de la conversión de glucosa a lactato es:Glucosa + 2Pi + 2ADP 2 lactato + 2 ATP + 2 H2OMETABOLISMO DEL GLUCÓGENOEl glucógeno es un polisacárido donde se almacenan glucosas, es unaestructura de un elevado peso molecular, altamente ramificado. Los residuos deglucosa están unidos mediante enlaces glucosídicos  (1-4) y  (1-6), losprincipales depósitos de glucógeno en los vertebrados se encuentran en elmúsculo esquelético y en el hígado. La degradación de estas reservas deglucosa o movilización del glucógeno tiene como finalidad suministrar glucosa6-fosfato, la enzima clave en la ruptura del glucógeno es la glucógenofosforilasa quien escinde mediante la adición de ortofosfato (Pi) los enlaces detipo  (1-4) para producir glucosa 1-fosfato. La ruptura de un enlace por laadición de un ortofosfato se reconoce como fosforolisis.
  • 15. Glucógeno + Pi(n unid glucosa 1-fosfato + glucogeno(n -1residuos)trasnferenci o por residuos)a deja expuesto un unsolo residuo de enla misma enzima glucantransferasa, lo que da lugar a una molécula deglucosa (1-6), este ce glucosa libre y una estructura noresiduo se libera gluc ramificada de residuos de glucosapor la actividad (1 osídi susceptible de ser fraccionado por la co6)- fosforilasa. La glucosa 1-fosfato gluc producida por la fosforilasa, debe osid convertirse a glucosa 6-fosfato para metabolizarse mediante la glucólisis, asa esta reacción es catabolizada por la que enzima fosfoglucomutasa. El hígado pose libera glucosas a sangre durante la e la actividad muscular y los intervalos entre comidas para que puedan consumirla principalmente el cerebro y músculo esquelético. Sin embargo, la glucosa fosforilada, producida por la degradación del glucógeno no se transporta con facilidad fuera de las células, para esto, el hígado contiene una enzima hidrolítica, la glucosa 6-fosfatasa, que escinde el grupo fosforilo y produce glucosa libre y ortofosfato. La degradación del glucógeno esta regulada por s hormonas adrenalina (músculo) y glucagón (hígado). La síntesis de glucógeno la realiza la célula de una manera totalmente diferente al mecanismo de su degradación:Síntesis:Glucógeno + UDP-glucosaglucógeno n +1 + UDPDegradación:Glucógenon+1 + Piglucógeno n + glucosa 1-fosfato La UDP-glucosa es una forma
  • 16. activada de la glucosa y se sintetiza apartir de glucosa 1-fosfato y UTP enuna reacción caltalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa. Para lasíntesis de glucógeno es necesaria lapresencia de un oligosacárido deglucosas (este oligosacárido seencuentra unido a una proteínaidentificada como glucogenina) unidaspor enlaces  (1-4) y la enzimaglucógeno sintetasa que es la enzimareguladora del proceso. La enzimaglucógeno sintetasa enlaza mediantela formación un enlace  (1-4)glucosídico a la glucosa del UDP-glucosa con una de las glucosas deloligosacárido, lo que desplaza al UDP,repetidas participaciones de laglucógeno sintetasa hacen posible elcrecimiento del glucógeno. Laglucógeno sintetasa catalizasolamente la síntesis de enlaces  (1-4), por lo que es necesaria laparticipación de otra enzima paraformar enlaces  (1-6), que hagan delglucógeno un polímero ramificado. Laramificación tiene lugar después deque un cierto número de residuos deglucosa se hayan unido medianteenlaces  (1-4) por la glucogenosintetasa. La enzima ramificante omejor dicho, la amilo-(1,4 1,6)-transglucosilasa, esta enzimatransfiere un fragmento terminal de 6 ó7 residuos de longitud, desde unextremo de al menos 11 residuos delongitud a un grupo hidroxilo situadoen posición 6 de un residuo deglucosa del interior del polímero, estareacción crea dos extremos para quecontinué la acción de la glucógenosintetasa. Las ramificaciones sonimportantes porque aumentan lasolubilidad del glucógeno y el número
  • 17. de extremos a partir de los que sepuede obtener glucosa 1-fosfato. Lahormona encargada de regular lasíntesis de glucógeno es la insulina.GLUCONEOGENESISLa mayoría de los órganos animalespueden metabolizar diversas fuentesde carbono para generar energía. Sinembargo el cerebro y sistema nerviosocentral, así como la médula renal, lostestículos y los eritrocitos, necesitanglucosa como única o principal fuentede energía. Por consiguiente, lascélulas animales deben ser capacesde sintetizar glucosa a partir de otrosprecursores y también de mantenerlas concentraciones sanguíneas deglucosa dentro de los límitesestrechos, tanto para elfuncionamiento adecuado de estostejidos como para proporcionar losprecursores para la síntesis deglucógeno. Cuando las reservas deglucosa sufren una rápida disminuciónse inicia la síntesis de glucosa a partirde precursores no carbohidratados(sustratos gluconeogénicos), procesoconocido como gluconeogénesis. Lossustratos gluconeogénicos son:lactato, aminoácidos, glicerol,propionato, la gluconeogénesis tienelugar principalmente en el citosol,aunque algunos precursores segeneren en las mitocondrias y debenser transportados al citosol parautilizarse. El principal órganogluconeogénico es el hígado, con unacontribución menor, aunque aúnsignificativa, de la corteza renal, losprincipales destinos de la glucosaformada en la gluconeogénesis son eltejido nervioso y el músculoesquelético. En la glucólisis la glucosase convierte a piruvato y en lagluconeogénesis el piruvato seconvierte a glucosa. Sin embargo, lagluconeogénesis no es el procesoinverso de la glucólisis. En la glucólisislas reacciones irreversibles
  • 18. catalizadas por la hexoquinasa,fosfofructoquinasa y la piruvatoquinasa, son salvadas en lagluconeogénesis por las enzimas:Piruvato carboxilasa yfosfoenolpiruvato carboxiquinasa:
  • 19. Piruvato + CO2 + ATP +H2Ooxaloacetato + ADP + Pi + 2H+Oxaloacetato +GTPfosfoenolpiruvato + GDP +CO2Fructosa 1,6-bisfosfatasa:Fructosa1.6-bisfosfatofructosa 6-fosfatoGlucosa 6-fosfatasa:Glucosa 6-fosfatoglucosa + PiLa estequiometríade la gluconeogénesis es:2 Piruvatos+ 4 ATPA + 2 NADH + 6 H2Oglucosa +4 ADP + 2 GDP + 6 Pi +2 NADH + 2 H+Como se puede observar, el costoenergético para la gluconeogénesis esmayor que el de la glucólisis. El lactatose incorpora a la gluconeogénesis víasu conversión a piruvato y el glicerolentra a nivel de las triosas fosfato.VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATOEste proceso enzimático estádiseñado para satisfacer lasnecesidades celulares de NADPH, elcual es empleado en la síntesisreductora de ácidos grasos, colesterol,nucleótidos y glutatión, entre otrasmoléculas. La vía de las pentosasfosfato se inicia con la oxidación detres moléculas de glucosa 6-fosfato ypor lo tanto, tres de 6-fosfogluconatopor las enzimas glucosa 6-fosfatodeshidorgenasa y 6-fosfogluconatodeshidrogenasa respectivamente,para generar el númerocorrespondiente de NADPH y ribosa5-fosfato. La ribosa 5-fosfato, esutilizada por la célula para la síntesisde RNA, DNA, ATP, NADH, FAD ycoenzima A. Con la finalidad deconvertir el exceso de monosacáridode cinco átomos de carbonofosforilados producidos en este