Fisiopatología del metabolismo de los hidratos de carbono

INTRODUCCIÓN

UD 19: FISIOPATOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO

1. INTRODUCCIÓN 2. FISIOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS 2.1 CATABOLISMO DE LA GLUCOSA: reacciones de oxido-reducción

• OBTENCIÓN DE ENERGIA EN PRESENCIA DE OXIGENO: PROCESOS AERÓBICOS: A) GLUCÓLISIS: SÍNTESIS DEL ÁCIDO PIRÚVICO B) CICLO DE KREBS: OXIDACIÓN TOTAL DE LAS MOLÉCULAS C) CADENA RESPIRATORIA (FOSFORILACIÓN OXIDATIVA): PRODUCCIÓN DE GRAN CANTIDAD DE MOLÉCULAS DE ATP (ENERGÍA)

OBTENCIÓN DE ENERGÍA EN AUSENCIA DE OXÍGENO: PROCESOS ANAEROBIOS A) FERMENTACIÓN LÁCTICA 2.2 GLUCOGENOGÉNESIS, GLUCOGENOLISIS, GLUCONEOGÉNESIS. A) GLUCOGENOGÉNESIS: ALMACEN DE GLUCÓGENO EN HÍGADO Y MÚSCULO B) GLUCOGENOLISIS: UTILIZACIÓN DEL GLUCÓGENO ALMACENADO (GLUCOSA) C) GLUCONEOGENESIS: OBTENCIÓN "DE NOVO" DE GLUCOSA A PARTIR DE AA (PROTEINAS) Y GLICEROL (GRASAS) 3. CONTROL DEL METABOLISMO DE LA GLUCOSA: hormonas y sistema nervioso 4. PATOLOGÍA I: DIABETES MELLITUS. 4.1 CLASIFICACIÓN DE LA DIABETES MELLITUS: A) DIABETES TIPO 1 (DEL JOVEN) B) DIABETES TIPO 2 (DEL ADULTO) C) DIABETES GESTACIONAL D) OTROS TIPOS DE DIABETES 4.2 CRITERIOS DIAGNÓSTICOS DE DIABETES 4.3 FISIOPATOLOGÍA Y SÍNTOMAS DE LA D.M. A) Alteraciones metabólicas crónicas B) Descompensaciones metabólicas agudas:

• Cetoacidosis diabética
• Hiperglucemia hiperosmolar no cetósica
• Hipoglucemia
• Acidosis láctica C) Complicaciones orgánicas tardías por mal control de la diabetes:
• Microangiopatía diabética o de pequeños vasos 1a) Neuropatía diabética b) Nefropatía diabética c) Retinopatía diabética
• Macroangiopatía diabética o de grandes vasos: a) Angina b) IAM c) Insuficiencia vascular periférica d) Arterioesclerosis cerebral
• Otras complicaciones 5. TRATAMIENTO FARMACOLÓGICO DE LA DM. 6.TRATAMIENTO DIETÉTICO DE LA DIABETES MELLITUS (dietoterapia

Para más información: https://www.fundaciondiabetes.org/1 .- INTRODUCCIÓN: metabolismo (catabolismo y anabolismo) El METABOLISMO consiste en la utilización de los alimentos una vez que han sido digeridos, absorbidos y transportados hasta las células. El metabolismo es un proceso formado por otros dos: el CATABOLISMO que rompe las moléculas de alimentos en moléculas menores, liberando energía al hacerlo, y el ANABOLISMO que hace lo contrario, transforma moléculas de nutrientes en moléculas mayores, consumiendo energía (ATP) al hacerlo.

Ambos tienen lugar en la célula y se producen de una forma continuada y simultánea. El catabolismo libera energía de dos formas:

• QUÍMICA: La energía química se obtiene en forma de ATP, que es uno de los compuestos más importantes del universo, ya que suministra energía directamente a las reacciones que la requieren, en todas las células y en todos los tipos de organismos vivientes
• CALÓRICA: El calor es utilizado para mantener la temperatura corporal.

Por tanto, el catabolismo es un proceso de descomposición que libera energía (ATP y calor) , mientras que el anabolismo es un proceso de síntesis que consume esta energía (ATP) ADP y ATP Son moléculas transportadoras de energía. La energía que se necesita para las reacciones endergónicas se obtiene de la hidrólisis del ATP. Desfosforilación P ATP H2O E NH2 NH- O 6 0 H H2 0 H H H H " H H2O OH OH P OH OH Fosforilación Además del ATP y el ADP también existen los nucleótidos de guanina GTP y GDP con función similar. Cuando las reacciones son exergónicas, la energía se emplea en la formación de ATP ADP H2. FISIOPATOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS: El organismo metaboliza los carbohidratos en procesos catabólicos y anabólicos. La mayoría de las células humanas utilizan los carbohidratos, sobre todo la GLUCOSA, como su primera fuente de combustible (energía), catabolizan la mayor parte y sólo anabolizan (crean) una pequeña proporción. Cuando la cantidad de glucosa que penetra en las células es insuficiente para suplir las necesidades energéticas, emplean las vías alternativas y catabolizan las GRASAS o las PROTEÍNAS.

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

Reacciones de Oxido-Reducción

2.1. CATABOLISMO DE LA GLUCOSA: reacciones de oxido-reducción OXIDARSE: ganar atomos de O o perder atomos de H: perder electrones REDUCIRSE: ganar atomos de H: ganar electrones

• OBTENCIÓN DE ENERGIA EN PRESENCIA DE OXÍGENO: PROCESOS AERÓBICOS: A) GLUCÓLISIS: FORMACIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO (PIRUVATO) La glucolisis es el primer paso en el catabolismo de los carbohidratos. Rompe la molécula de glucosa para formar dos moléculas de ácido pirúvico (una molécula de glucosa contiene seis átomos de carbono, y una molécula de ácido pirúvico, tres). glucosa ATP I- ADP Etapa I glucosa 6- fosfato Etapa II fructosa 6- fosfato ATP ~ADP Etapa III fructosa 1,6- difosfato Etapa IV PGAL < >DHAP [dihidro clacetona-fo itato ] NAD++ Etapa V NADH 1,3 difosfoglicérico ADP * ATP Etapa VI ácido 3 fosfoglicérico ácido 2 -fosfoglicérico X 2 L+ H20 Etapa Vil y VIII PEP ADP -> Etapa IX ATP piruvicoLa glucolisis tiene lugar en el CITOPLASMA de las células humanas. Se trata de un PROCESO ANAERÓBICO, o sea, no utiliza oxígeno. En ella se rompen enlaces químicos, liberando energía (ATP) y prepara la glucosa para el segundo paso en el catabolismo (EL CICLODE KREBS O DEL ÁCIDO TRICARBOXÍLICO). Resultado de la glucolisis: 1 glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2P + 2 ACIDO PIRUVICO + 2NADH+H+ + 2ATP A KREBS CADENA RESPIRAT. ENERGIA B) CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO O CICLO DE KREBS: oxidación total de las moléculas Una reacción intermedia elimina una molécula de dióxido de carbono (CO2), formando ACETIL CoA, de dos carbonos, que entra en el ciclo del ácido cítrico. Esta ACETIL CoA puede venir de (el piruvato, del catabolismo de las grasas o del catabolismo de los aa). En este ciclo se liberan dos moléculas adicionales de dióxido de carbono (2 CO2) y ciertas moléculas (NADH2 y FADH2) con poder reductor ya que tienen ELECTRONES DE ALTA ENERGÍA Como esta parte de la vía necesita oxígeno, se denomina AERÓBICA y se produce en las MITOCONDRIAS celulares. H3C-CO-COO" piruvato NAD+ H+ NADH 1 co2 COASH HC-CO. SCOA H acetil-CoA H-C-COO" NADH + H O NAD+ 2 H-C-COO" H50 H-C-COO" H-C-COO" H citrato H H-C-COO" oxalacetato H-C-COO" H-C-COO" malato H-C-COO" HỘ H-C-COO" NAD+ OOC-C-H H + NADHE fumarato H FADH2 2 H H+ NADH NAD+ H-C-COO" FAD -- H-C-COO" COASH H-C-H H-C-COO" C-coo" H H-C-COO" =0 succinato H-C-H C-SCOA GTP GDP CO2 succinil-COA HO-C-COO" HO H-C-COO" H ~H20 CICLO DE KREBS isocitrato - CO2 P @ cetoglutaratoResultado del ciclo de Krebs: por cada glucosa que entra en la glucolisis hay que dar 2 vueltas en el ciclo de Krebs (1 glucosa = 2 piruvatos) 1 AZIDO PIRUBIKO + 2H2O + 4NAD+ + FAD + GDP+ Pi-++ 3CO2 + 4NADH2 + X 2 FADH2 + GTP(ATP) C) CADENA RESPIRATORIA (FOSFORILACIÓN OXIDATIVA): síntesis de grandes cantidades de ATP En los pasos explicados hasta ahora no se consigue grandes cantidades de ATP: 2 ATP en la glucolisis y otros 2 en el ciclo de Krebs. Pero el 90% del ATP se conseguirá a partir de las moléculas NADH2 y FADH2 que poseen electrones de alta energía que se liberarán de estas moléculas oxidándolas y que pasarán a otras situadas en diferentes niveles energéticos que se reducirán. Los electrones de alta energía liberados en las fases anteriores (NADH2 y FADH2) entran en una serie de reacciones químicas en la mitocondria donde tiene lugar la formación de ATP. Membrana mitocondrial externa 2H+ Cyt c Espacio Inter membrana + + + + e e Membrana mitocondrial interna I II 0000 H2O FAD ֏02+2H* FADH2 ADP + Pi Fo NADH + H+ NAD+ Matriz mitocondrial F1 ATP H+ e IV eRESUMEN DE LA FORMACIÓN DE ATP EN EL CATABOLISMO DE LA GLUCOSA Respiración (se produce en la mitocondria) ve, H. S Aceptores de electrones e ADP + P ATP P + ADP c.H F ATP Con Oxígeno e R Glucosa Ácido Piruvico Ciclo de Krebs Transporte de electrones Glucólisis (se produce en el citosol) Sin Oxígeno Fermentación (se produce en el citosol Ácido láctico o etanol Todas las reacciones químicas del catabolismo de la glucosa se pueden resumir en una sola ecuación: Glucolisis + Ciclo de Krebs + Cadena respiratoria = 38 ATP Resumen del rendimiento energético máximo obtenido por la oxidación completa de la glucosa Producción de moléculas en: Proceso Citosol Matriz mitocondrial Transporte electrónico Glucólisis 2 ATP +2 ATP 2 NADH- 6 ATP 6 ATP Ácido Pirúvico a acetil CoA 2 x (1 NADH) 2 x (3 ATP) 6 ATP Respiración +2 ATP Ciclo de Krebs 2 x (1 ATP) 2 x (3 NADH) 2 x (9 ATP) -18 ATP 2 x (1 FADH2) 2 x (2 ATP)- 4 ATP Total: 38 ATP * En algunas células, el costo energético de transportar electrones desde el NADH formado en la glucolisis, a través de la membrana interna del mitocondrio, baja la producción neta de estos 2 NADH a 4 ATP; asi, la producción máxima total en estas células es 36 ATP. ATP ADP + POBTENCIÓN DE ENERGIA EN AUSENCIA DE OXÍGENO: PROCESOS ANAERÓBICOS: fermentación láctica Algunas células corporales, sobre todo HO GLUCOLISIS los hematíes, no tienen orgánulos celulares ni C 2 ADP )+ 2 Pi 2 ATP H-C-OH tampoco las enzimas necesarias para realizar HO-C-H H-C-OH la respiración aeróbica. Por lo tanto, estas H-C -OH CH2OH células, deben basarse sólo en la glucólisis Glucosa 2 2 NADH2 NAD para producir ATP (2 ATP), sólo consiguen el HO O 0- 3% de la energía que puede proporcionar una H -C-OH molécula de glucosa, esta cantidad puede ser CH3 suficiente. Los hematíes producen 2 Ácido láctico continuamente ácido láctico, que se difunde hacia el plasma y es llevado a los hepatocitos, que pueden convertir el ácido láctico en ácido piruvico y posteriormente en glucosa y glucógeno. C www.biologia.edu.ar 2 HO O C=O CH3 Ácido pirúvico FERMENTACIÓN LÁCTICA Esta vía es utilizada habitualmente por las células musculares sobre todo en un ejercicio intenso Las flechas en rojo señalan las reacciones metabólicas que tienen lugar en un estado de esfuerzo físico. Las verdes tienen lugar en reposo Glucosa Fermentación láctica "Lactato Músculo Glucógeno Glucosa Lactato Sangre Glucosa Gluconeogénesis ......... es Lactato Glucógeno Hígado Figura : Esquema del ciclo de Cori Resumen del Catabolismo de la Glucosa: La glucosa es catabolizada para formar ácido pirúvico durante la glucólisis. Si hay oxígeno, el ácido pirúvico se convierte en acetil CoA y entra en el ciclo de Krebs para transferir energía al. mayor número posible de moléculas de ATP durante la fosforilación oxidativa. Si no hay oxígeno, el ácido pirúvico se convierte en ácido láctico. Este déficit se subsana posteriormente cuando el ATP que se produce