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2.6.1: Metabolismo de los carbohidratos - Biología

2.6.1: Metabolismo de los carbohidratos - Biología



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Objetivos de aprendizaje

  • Analizar la importancia del metabolismo de los carbohidratos para la producción de energía.

Metabolismo de carbohidratos

Los carbohidratos son una de las principales formas de energía para animales y plantas. Las plantas construyen carbohidratos usando la energía de la luz del sol (durante el proceso de fotosíntesis), mientras que los animales comen plantas u otros animales para obtener carbohidratos. Las plantas almacenan carbohidratos en largas cadenas de polisacáridos llamadas almidón, mientras que los animales almacenan carbohidratos como molécula de glucógeno. Estos grandes polisacáridos contienen muchos enlaces químicos y, por lo tanto, almacenan mucha energía química. Cuando estas moléculas se descomponen durante el metabolismo, la energía de los enlaces químicos se libera y se puede aprovechar para los procesos celulares.

Producción de energía a partir de carbohidratos (respiración celular)

El metabolismo de cualquier monosacárido (azúcar simple) puede producir energía para que la use la célula. El exceso de carbohidratos se almacena como almidón en las plantas y como glucógeno en los animales, listo para el metabolismo si las demandas de energía del organismo aumentan repentinamente. Cuando esas demandas de energía aumentan, los carbohidratos se descomponen en monosacáridos constituyentes, que luego se distribuyen a todas las células vivas de un organismo. Glucosa (C6H12O6) es un ejemplo común de los monosacáridos utilizados para la producción de energía.

Dentro de la célula, cada molécula de azúcar se descompone a través de una compleja serie de reacciones químicas. A medida que se libera energía química de los enlaces en el monosacárido, se aprovecha para sintetizar moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) de alta energía. El ATP es la moneda de energía primaria de todas las células. Así como el dólar se usa como moneda para comprar bienes, las células usan moléculas de ATP para realizar un trabajo inmediato y potenciar reacciones químicas.

La descomposición de la glucosa durante el metabolismo se denomina respiración celular y se puede describir mediante la ecuación:

[ ce {C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía} ]

Producción de carbohidratos (fotosíntesis)

Las plantas y algunos otros tipos de organismos producen carbohidratos a través del proceso llamado fotosíntesis. Durante la fotosíntesis, las plantas convierten la energía luminosa en energía química mediante la construcción de moléculas de gas de dióxido de carbono (CO2) en moléculas de azúcar como la glucosa. Debido a que este proceso implica la construcción de enlaces para sintetizar una molécula grande, requiere una entrada de energía (luz) para continuar. La síntesis de glucosa por fotosíntesis se describe mediante esta ecuación (observe que es el reverso de la ecuación anterior):

[ ce {6CO2 + 6H2O + energía → C6H12O6 + 6O2} ]

Como parte de los procesos químicos de las plantas, las moléculas de glucosa se pueden combinar y convertir en otros tipos de azúcares. En las plantas, la glucosa se almacena en forma de almidón, que se puede descomponer en glucosa a través de la respiración celular para suministrar ATP.

Puntos clave

  • La descomposición de la glucosa que utilizan los organismos vivos para producir energía se describe mediante la ecuación: [ ce {C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía} nonumber ]
  • El proceso fotosintético que utilizan las plantas para sintetizar glucosa se describe mediante la ecuación: [ ce {6CO2 + 6H2O + energía → C6H12O6 + 6O2} nonumber ]
  • La glucosa que se consume se utiliza para producir energía en forma de ATP, que se utiliza para realizar trabajo y potenciar reacciones químicas en la célula.
  • Durante la fotosíntesis, las plantas convierten la energía luminosa en energía química que se utiliza para construir moléculas de glucosa.

Términos clave

  • trifosfato de adenosina: un nucleósido trifosfato multifuncional utilizado en las células como coenzima, a menudo llamado "unidad molecular de moneda de energía" en la transferencia de energía intracelular.
  • glucosa: un monosacárido simple (azúcar) con una fórmula molecular de C6H12O6C6H12O6C6H12O6; es una fuente principal de energía para el metabolismo celular

Los genes primarios del metabolismo de los carbohidratos participan en la memoria del estrés por calor en el meristemo apical del brote de Arabidopsis thaliana

En las plantas, el meristemo apical del brote (SAM) es esencial para el crecimiento de los órganos aéreos. Sin embargo, se sabe poco sobre sus respuestas moleculares al estrés abiótico. Aquí, mostramos que la SAM de Arabidopsis thaliana muestra una memoria autónoma de estrés por calor (HS) de una HS anterior no letal, lo que permite que SAM recupere el crecimiento después de la exposición a una HS que de otro modo sería letal varios días después. Utilizando la secuenciación de ARN, identificamos genes que participan en el establecimiento de la memoria transcripcional HS de SAM, incluidos los reguladores de células madre (SC) CLAVATA1 (CLV1) y CLV3, HEAT SHOCK PROTEIN 17.6A (HSP17.6A) y el gen primario del metabolismo de carbohidratos FRUCTOSE- BISFOSFATO ALDOLASA 6 (FBA6). Demostramos que la disponibilidad de azúcar es esencial para la supervivencia de las plantas a alta temperatura. EL FACTOR DE TRANSCRIPCIÓN DEL CHOQUE TÉRMICO A2 (HSFA2A) regula directamente la expresión de HSP17.6A y FBA6 uniéndose a los elementos del choque térmico en sus promotores, lo que indica que se requiere HSFA2 para la activación transcripcional de los genes de memoria SAM. En conjunto, estos hallazgos indican que las plantas han desarrollado un mecanismo de protección sofisticado para mantener los SC y, por lo tanto, su capacidad para reiniciar el crecimiento de los brotes después de la liberación del estrés.

Palabras clave: aldolasa carbono metabolismo estrés térmico brote meristema apical termomemoria termoimprimación.

Copyright © 2021 Los Autores. Publicado por Elsevier Inc. Todos los derechos reservados.


Contenido

Glucólisis Editar

La glucólisis es el proceso de descomponer una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, mientras se almacena la energía liberada durante este proceso como ATP y NADH. [2] Casi todos los organismos que descomponen la glucosa utilizan la glucólisis. [2] La regulación de la glucosa y el uso de productos son las categorías principales en las que estas vías difieren entre los organismos. [2] En algunos tejidos y organismos, la glucólisis es el único método de producción de energía. [2] Esta vía es común a la respiración anaeróbica y aeróbica. [1]

La glucólisis consta de diez pasos, divididos en dos fases. [2] Durante la primera fase, requiere la descomposición de dos moléculas de ATP. [1] Durante la segunda fase, la energía química de los intermedios se transfiere a ATP y NADH. [2] La descomposición de una molécula de glucosa da como resultado dos moléculas de piruvato, que pueden oxidarse aún más para acceder a más energía en procesos posteriores. [1]

La glucólisis se puede regular en diferentes pasos del proceso mediante la regulación por retroalimentación. El paso más regulado es el tercer paso. Esta regulación es para asegurar que el cuerpo no sobreproduzca moléculas de piruvato. La regulación también permite el almacenamiento de moléculas de glucosa en ácidos grasos. [6] Hay varias enzimas que se utilizan durante la glucólisis. Las enzimas regulan al alza, a la baja y a la retroalimentación regulan el proceso.

Gluconeogénesis editar

La gluconeogénesis (GNG) es una vía metabólica que da como resultado la generación de glucosa a partir de ciertos sustratos de carbono que no son carbohidratos. Es un proceso ubicuo, presente en plantas, animales, hongos, bacterias y otros microorganismos. [1] En los vertebrados, la gluconeogénesis se produce principalmente en el hígado y, en menor medida, en la corteza de los riñones. Es uno de los dos mecanismos principales - el otro es la degradación del glucógeno (glucogenólisis) - utilizado por humanos y muchos otros animales para mantener los niveles de glucosa en sangre, evitando niveles bajos (hipoglucemia). [2] En los rumiantes, debido a que los carbohidratos de la dieta tienden a ser metabolizados por los organismos del rumen, la gluconeogénesis ocurre independientemente del ayuno, las dietas bajas en carbohidratos, el ejercicio, etc. [3] En muchos otros animales, el proceso ocurre durante períodos de ayuno, inanición, dietas bajas en carbohidratos o ejercicio intenso.

En los seres humanos, los sustratos para la gluconeogénesis pueden provenir de cualquier fuente no carbohidrato que se pueda convertir en piruvato o intermedios de la glucólisis (ver figura). Para la descomposición de proteínas, estos sustratos incluyen aminoácidos glucogénicos (aunque no aminoácidos cetogénicos) de la descomposición de lípidos (como triglicéridos), incluyen glicerol, ácidos grasos de cadena impar (aunque no ácidos grasos de cadena par, ver más abajo) y de otras partes del metabolismo incluyen el lactato del ciclo de Cori. En condiciones de ayuno prolongado, la acetona derivada de los cuerpos cetónicos también puede servir como sustrato, proporcionando una vía de los ácidos grasos a la glucosa. [4] Aunque la mayor parte de la gluconeogénesis ocurre en el hígado, la contribución relativa de la gluconeogénesis por el riñón aumenta en la diabetes y el ayuno prolongado. [5]

La vía de la gluconeogénesis es altamente endergónica hasta que se acopla a la hidrólisis de ATP o GTP, lo que hace que el proceso sea exergónico de manera efectiva. Por ejemplo, la vía que va del piruvato a la glucosa-6-fosfato requiere 4 moléculas de ATP y 2 moléculas de GTP para proceder de forma espontánea. Estos ATP se obtienen del catabolismo de los ácidos grasos a través de la oxidación beta. [6]

Glucogenólisis Editar

La glucogenólisis se refiere a la degradación del glucógeno. [7] En el hígado, los músculos y los riñones, este proceso ocurre para proporcionar glucosa cuando es necesario. [7] Una sola molécula de glucosa se escinde de una rama del glucógeno y se transforma en glucosa-1-fosfato durante este proceso. [1] Esta molécula se puede convertir en glucosa-6-fosfato, un intermedio en la vía de la glucólisis. [1]

Luego, la glucosa-6-fosfato puede progresar a través de la glucólisis. [1] La glucólisis solo requiere la entrada de una molécula de ATP cuando la glucosa se origina en el glucógeno. [1] Alternativamente, la glucosa-6-fosfato se puede convertir nuevamente en glucosa en el hígado y los riñones, lo que le permite elevar los niveles de glucosa en sangre si es necesario. [2]

El glucagón en el hígado estimula la glucogenólisis cuando se reduce la glucosa en sangre, lo que se conoce como hipoglucemia. [7] El glucógeno en el hígado puede funcionar como una fuente de respaldo de glucosa entre comidas. [2] El glucógeno hepático sirve principalmente al sistema nervioso central. La adrenalina estimula la degradación del glucógeno en el músculo esquelético durante el ejercicio. [7] En los músculos, el glucógeno asegura una fuente de energía rápidamente accesible para el movimiento. [2]

Glucogénesis editar

La glucogénesis se refiere al proceso de síntesis de glucógeno. [7] En los seres humanos, la glucosa se puede convertir en glucógeno a través de este proceso. [2] El glucógeno es una estructura muy ramificada, que consta de la proteína central glicogenina, rodeada de ramas de unidades de glucosa, unidas entre sí. [2] [7] La ​​ramificación del glucógeno aumenta su solubilidad y permite que un mayor número de moléculas de glucosa sean accesibles para su descomposición al mismo tiempo. [2] La glucogénesis ocurre principalmente en el hígado, los músculos esqueléticos y los riñones. [2] La vía de la glucogénesis consume energía, como la mayoría de las vías sintéticas, porque se consumen un ATP y un UTP por cada molécula de glucosa introducida. [8]

Vía de las pentosas fosfato Editar

La vía de las pentosas fosfato es un método alternativo para oxidar la glucosa. [7] Ocurre en el hígado, tejido adiposo, corteza suprarrenal, testículos, glándulas mamarias, fagocitos y glóbulos rojos. [7] Produce productos que se utilizan en otros procesos celulares, al tiempo que reduce el NADP a NADPH. [7] [9] Esta vía se regula mediante cambios en la actividad de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. [9]

Metabolismo de la fructosa Editar

La fructosa debe someterse a ciertos pasos adicionales para ingresar a la vía de la glucólisis. [2] Las enzimas ubicadas en ciertos tejidos pueden agregar un grupo fosfato a la fructosa. [7] Esta fosforilación crea fructosa-6-fosfato, un intermedio en la vía de la glucólisis que se puede descomponer directamente en esos tejidos. [7] Esta vía se produce en los músculos, el tejido adiposo y el riñón. [7] En el hígado, las enzimas producen fructosa-1-fosfato, que entra en la vía de la glucólisis y luego se escinde en gliceraldehído y fosfato de dihidroxiacetona. [2]

Metabolismo de la galactosa Editar

La lactosa, o azúcar de la leche, consta de una molécula de glucosa y una molécula de galactosa. [7] Después de la separación de la glucosa, la galactosa viaja al hígado para convertirse en glucosa. [7] La ​​galactoquinasa utiliza una molécula de ATP para fosforilar la galactosa. [2] La galactosa fosforilada luego se convierte en glucosa-1-fosfato y, finalmente, en glucosa-6-fosfato, que se puede descomponer en la glucólisis. [2]

Muchos pasos del metabolismo de los carbohidratos permiten que las células accedan a la energía y la almacenen de manera más transitoria en ATP. [10] Los cofactores NAD + y FAD a veces se reducen durante este proceso para formar NADH y FADH2, que impulsan la creación de ATP en otros procesos. [10] Una molécula de NADH puede producir de 1,5 a 2,5 moléculas de ATP, mientras que una molécula de FADH2 produce 1,5 moléculas de ATP. [11]

Energía producida durante el metabolismo de una molécula de glucosa.
Ruta Entrada de ATP Salida de ATP ATP neto Salida NADH FADH2 producción Rendimiento final de ATP
Glucólisis (aeróbica) 2 4 2 2 0 5-7
Ciclo del ácido cítrico 0 2 2 8 2 17-25

Por lo general, la descomposición completa de una molécula de glucosa por respiración aeróbica (es decir, que involucra tanto la glucólisis como el ciclo del ácido cítrico) suele ser de unas 30 a 32 moléculas de ATP. [11] La oxidación de un gramo de carbohidrato produce aproximadamente 4 kcal de energía. [3]

La glucorregulación es el mantenimiento de niveles constantes de glucosa en el cuerpo.

Las hormonas liberadas por el páncreas regulan el metabolismo general de la glucosa. [12] La insulina y el glucagón son las principales hormonas involucradas en el mantenimiento de un nivel estable de glucosa en la sangre, y la liberación de cada uno está controlada por la cantidad de nutrientes actualmente disponibles. [12] La cantidad de insulina liberada en la sangre y la sensibilidad de las células a la insulina determinan la cantidad de glucosa que las células descomponen. [4] El aumento de los niveles de glucagón activa las enzimas que catalizan la glucogenólisis e inhibe las enzimas que catalizan la glucogénesis. [10] Por el contrario, la glucogénesis aumenta y la glucogenólisis se inhibe cuando hay niveles altos de insulina en la sangre. [10]

El nivel de glucosa circulatoria (conocido informalmente como "azúcar en sangre"), así como la detección de nutrientes en el duodeno es el factor más importante que determina la cantidad de glucagón o insulina producida. La liberación de glucagón es precipitada por niveles bajos de glucosa en sangre, mientras que los niveles altos de glucosa en sangre estimulan a las células a producir insulina. Debido a que el nivel de glucosa circulatoria está determinado en gran medida por la ingesta de carbohidratos en la dieta, la dieta controla los aspectos principales del metabolismo a través de la insulina. [13] En los seres humanos, la insulina es producida por las células beta en el páncreas, la grasa se almacena en las células del tejido adiposo y el glucógeno se almacena y libera según sea necesario por las células del hígado. Independientemente de los niveles de insulina, no se libera glucosa a la sangre a partir de las reservas internas de glucógeno de las células musculares.

Los carbohidratos se almacenan típicamente como polímeros largos de moléculas de glucosa con enlaces glicosídicos para soporte estructural (por ejemplo, quitina, celulosa) o para almacenamiento de energía (por ejemplo, glucógeno, almidón). Sin embargo, la fuerte afinidad de la mayoría de los carbohidratos por el agua hace que el almacenamiento de grandes cantidades de carbohidratos sea ineficaz debido al gran peso molecular del complejo agua-carbohidrato solvatado. En la mayoría de los organismos, el exceso de carbohidratos se cataboliza regularmente para formar acetil-CoA, que es una materia prima para la vía de síntesis de ácidos grasos, los ácidos grasos, triglicéridos y otros lípidos se utilizan comúnmente para el almacenamiento de energía a largo plazo. El carácter hidrófobo de los lípidos los convierte en una forma mucho más compacta de almacenamiento de energía que los carbohidratos hidrófilos. La gluconeogénesis permite que la glucosa se sintetice a partir de diversas fuentes, incluidos los lípidos. [14]

En algunos animales (como las termitas [15]) y algunos microorganismos (como los protistas y las bacterias), la celulosa puede desmontarse durante la digestión y absorberse como glucosa. [dieciséis]


Características generales

Aunque se han ideado varios esquemas de clasificación para los carbohidratos, la división en cuatro grupos principales (monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos) que se utilizan aquí es uno de los más comunes. La mayoría de los monosacáridos o azúcares simples se encuentran en las uvas, otras frutas y la miel. Aunque pueden contener de tres a nueve átomos de carbono, los representantes más comunes consisten en cinco o seis unidos para formar una molécula en forma de cadena. Tres de los azúcares simples más importantes: glucosa (también conocida como dextrosa, azúcar de uva y azúcar de maíz), fructosa (azúcar de frutas) y galactosa, tienen la misma fórmula molecular (C6H12O6), pero, debido a que sus átomos tienen diferentes disposiciones estructurales, los azúcares tienen diferentes características, es decir, son isómeros.

Los seres vivos pueden detectar cambios leves en la estructura estructural e influyen en el significado biológico de los compuestos isoméricos. Se sabe, por ejemplo, que el grado de dulzor de varios azúcares difiere según la disposición de los grupos hidroxilo (―OH) que componen parte de la estructura molecular. Sin embargo, aún no se ha establecido una correlación directa que pueda existir entre el sabor y cualquier arreglo estructural específico, es decir, aún no es posible predecir el sabor de un azúcar conociendo su arreglo estructural específico. La energía de los enlaces químicos de la glucosa suministra indirectamente a la mayoría de los seres vivos la mayor parte de la energía que necesitan para llevar a cabo sus actividades. La galactosa, que rara vez se encuentra como azúcar simple, generalmente se combina con otros azúcares simples para formar moléculas más grandes.

Dos moléculas de un azúcar simple que están unidas entre sí forman un disacárido o azúcar doble. El disacárido sacarosa, o azúcar de mesa, consta de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. Las fuentes más conocidas de sacarosa son la remolacha azucarera y el azúcar de caña. El azúcar de la leche o lactosa y la maltosa también son disacáridos. Antes de que los seres vivos puedan utilizar la energía de los disacáridos, las moléculas deben descomponerse en sus respectivos monosacáridos. Los oligosacáridos, que constan de tres a seis unidades de monosacáridos, se encuentran con bastante poca frecuencia en fuentes naturales, aunque se han identificado algunos derivados de plantas.

Los polisacáridos (el término significa muchos azúcares) representan la mayoría de los carbohidratos estructurales y de reserva de energía que se encuentran en la naturaleza. Las moléculas grandes que pueden constar de hasta 10.000 unidades de monosacáridos unidas entre sí, los polisacáridos varían considerablemente en tamaño, complejidad estructural y contenido de azúcar, hasta ahora se han identificado varios cientos de tipos distintos. La celulosa, el principal componente estructural de las plantas, es un polisacárido complejo que comprende muchas unidades de glucosa unidas entre sí; es el polisacárido más común. El almidón que se encuentra en las plantas y el glucógeno que se encuentra en los animales también son polisacáridos complejos de glucosa. Almidón (de la palabra en inglés antiguo stercan, que significa “endurecer”) se encuentra principalmente en semillas, raíces y tallos, donde se almacena como fuente de energía disponible para las plantas. El almidón vegetal se puede transformar en alimentos como el pan o se puede consumir directamente, como en las patatas, por ejemplo. El glucógeno, que consiste en cadenas ramificadas de moléculas de glucosa, se forma en el hígado y los músculos de los animales superiores y se almacena como fuente de energía.


Importancia de los carbohidratos

Los carbohidratos son una clase importante de macromoléculas biológicas que son una parte esencial de nuestra dieta y proporcionan energía al cuerpo.

Objetivos de aprendizaje

Describir los beneficios proporcionados a los organismos por los carbohidratos.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Los carbohidratos proporcionan energía al cuerpo, particularmente a través de la glucosa, un azúcar simple que se encuentra en muchos alimentos básicos.
  • Los carbohidratos contienen elementos solubles e insolubles, la parte insoluble se conoce como fibra, que promueve el movimiento intestinal regular, regula la tasa de consumo de glucosa en sangre y también ayuda a eliminar el exceso de colesterol del cuerpo.
  • Como fuente inmediata de energía, la glucosa se descompone durante el proceso de respiración celular, que produce ATP, la moneda de energía de la célula.
  • Dado que los carbohidratos son una parte importante de la nutrición humana, eliminarlos de la dieta no es la mejor manera de perder peso.

Términos clave

  • carbohidrato: Un azúcar, almidón o celulosa que es una fuente de energía alimentaria para un animal o una planta, un sacárido.
  • glucosa: un simple monosacárido (azúcar) con una fórmula molecular de C6H12O6 es la principal fuente de energía para el metabolismo celular
  • ATP: Un nucleótido que se encuentra en el tejido muscular y se utiliza como fuente de energía en reacciones celulares y en la síntesis de ácidos nucleicos. ATP es la abreviatura de trifosfato de adenosina.

Beneficios de los carbohidratos

Las macromoléculas biológicas son moléculas grandes que son necesarias para la vida y se construyen a partir de moléculas orgánicas más pequeñas. Una clase importante de macromoléculas biológicas son los carbohidratos, que se dividen en tres subtipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Los carbohidratos son, de hecho, una parte esencial de nuestra dieta, los granos, las frutas y las verduras son fuentes naturales de carbohidratos. Es importante destacar que los carbohidratos proporcionan energía al cuerpo, particularmente a través de la glucosa, un azúcar simple que es un componente del almidón y un ingrediente de muchos alimentos básicos.

Carbohidratos: Los carbohidratos son macromoléculas biológicas que se dividen en tres subtipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Como todas las macromoléculas, los carbohidratos son necesarios para la vida y se forman a partir de moléculas orgánicas más pequeñas.

Los carbohidratos en la nutrición

Los carbohidratos han sido un tema controvertido en el mundo de la dieta. Las personas que intentan perder peso a menudo evitan los carbohidratos, y algunas dietas prohíben por completo el consumo de carbohidratos, alegando que una dieta baja en carbohidratos ayuda a las personas a perder peso más rápido. Sin embargo, los carbohidratos han sido una parte importante de la dieta humana durante miles de años, los artefactos de civilizaciones antiguas muestran la presencia de trigo, arroz y maíz en las áreas de almacenamiento de nuestros antepasados.

Los carbohidratos deben complementarse con proteínas, vitaminas y grasas para formar parte de una dieta bien equilibrada. En cuanto a las calorías, un gramo de carbohidratos aporta 4,3 Kcal. En comparación, las grasas aportan 9 Kcal / g, una proporción menos deseable. Los carbohidratos contienen elementos solubles e insolubles, la parte insoluble se conoce como fibra, que es principalmente celulosa. La fibra tiene muchos usos, promueve el movimiento intestinal regular al agregar volumen y regula la tasa de consumo de glucosa en sangre. La fibra también ayuda a eliminar el exceso de colesterol del cuerpo. La fibra se une y se adhiere al colesterol en el intestino delgado y evita que las partículas de colesterol ingresen al torrente sanguíneo. Luego, el colesterol sale del cuerpo a través de las heces. Las dietas ricas en fibra también tienen un papel protector en la reducción de la aparición de cáncer de colon. Además, una comida que contenga cereales integrales y verduras da una sensación de saciedad. Como fuente inmediata de energía, la glucosa se descompone durante el proceso de respiración celular, que produce trifosfato de adenosina (ATP), la moneda de energía de la célula. Sin el consumo de carbohidratos, se reduciría la disponibilidad de & # 8220 energía instantánea & # 8221. Eliminar los carbohidratos de la dieta no es la mejor forma de adelgazar. Una dieta baja en calorías que sea rica en cereales integrales, frutas, verduras y carne magra, junto con mucho ejercicio y mucha agua, es la forma más sensata de perder peso.


Biología 171

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Discutir las formas en que las vías metabólicas de los carbohidratos, la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico se interrelacionan con las vías metabólicas de las proteínas y los lípidos.
  • Explicar por qué las vías metabólicas no se consideran sistemas cerrados.

Ha aprendido sobre el catabolismo de la glucosa, que proporciona energía a las células vivas. Pero los seres vivos consumen compuestos orgánicos distintos de la glucosa como alimento. ¿Cómo termina un sándwich de pavo como ATP en sus células? Esto sucede porque todas las vías catabólicas de los carbohidratos, proteínas y lípidos eventualmente se conectan a la glucólisis y las vías del ciclo del ácido cítrico (ver (Figura)). Las vías metabólicas deben considerarse porosas e interconectadas, es decir, las sustancias entran por otras vías y los intermediarios salen por otras vías. ¡Estas vías no son sistemas cerrados! Muchos de los sustratos, productos intermedios y productos en una vía particular son reactivos en otras vías.

Conexiones de otros azúcares con el metabolismo de la glucosa

El glucógeno, un polímero de glucosa, es una molécula de almacenamiento de energía en los animales. Cuando hay suficiente ATP presente, el exceso de glucosa se almacena como glucógeno tanto en el hígado como en las células musculares. El glucógeno se hidrolizará en monómeros de glucosa 1-fosfato (G-1-P) si bajan los niveles de azúcar en sangre. La presencia de glucógeno como fuente de glucosa permite que se produzca ATP durante un período de tiempo más largo durante el ejercicio. El glucógeno se descompone en glucosa-1-fosfato (G-1-P) y se convierte en glucosa-6-fosfato (G-6-P) en las células musculares y hepáticas, y este producto ingresa a la vía glucolítica.

La sacarosa es un disacárido con una molécula de glucosa y una molécula de fructosa unidas con un enlace glicosídico. La fructosa es uno de los tres monosacáridos "dietéticos", junto con la glucosa y la galactosa (parte de la lactosa del disacárido del azúcar de la leche), que se absorben directamente en el torrente sanguíneo durante la digestión. El catabolismo de la fructosa y la galactosa produce el mismo número de moléculas de ATP que la glucosa.

Conexiones de proteínas con el metabolismo de la glucosa

Las proteínas son hidrolizadas por una variedad de enzimas en las células. La mayoría de las veces, los aminoácidos se reciclan en la síntesis de nuevas proteínas. Sin embargo, si hay un exceso de aminoácidos o si el cuerpo está en un estado de inanición, algunos aminoácidos se desviarán hacia las vías del catabolismo de la glucosa ((Figura)). Es muy importante tener en cuenta que cada aminoácido debe tener su grupo amino eliminado antes de entrar en estas vías. El grupo amino se convierte en amoniaco. En los mamíferos, el hígado sintetiza urea a partir de dos moléculas de amoníaco y una molécula de dióxido de carbono. Así, la urea es el principal producto de desecho en los mamíferos, producido a partir del nitrógeno que se origina en los aminoácidos, y sale del cuerpo en la orina. Cabe señalar que los aminoácidos se pueden sintetizar a partir de intermedios y reactivos en el ciclo de respiración celular.


Conexiones de los metabolismos de lípidos y glucosa

Los lípidos conectados a la vía de la glucosa incluyen colesterol y triglicéridos. El colesterol es un lípido que contribuye a la flexibilidad de la membrana celular y es un precursor de las hormonas esteroides. La síntesis de colesterol comienza con grupos acetilo y avanza en una sola dirección. El proceso no se puede revertir.

Los triglicéridos, hechos de la unión de glicerol y tres ácidos grasos, son una forma de almacenamiento de energía a largo plazo en los animales. Los animales pueden producir la mayoría de los ácidos grasos que necesitan. Los triglicéridos se pueden producir y descomponer a través de partes de las vías del catabolismo de la glucosa. El glicerol se puede fosforilar a glicerol-3-fosfato, que continúa a través de la glucólisis. Los ácidos grasos se catabolizan en un proceso llamado beta-oxidación, que tiene lugar en la matriz de las mitocondrias y convierte sus cadenas de ácidos grasos en unidades de dos carbonos de grupos acetilo. Los grupos acetilo son recogidos por CoA para formar acetil CoA que pasa al ciclo del ácido cítrico.


Vías de fotosíntesis y metabolismo celular Los procesos de fotosíntesis y metabolismo celular constan de varias vías muy complejas. En general, se piensa que las primeras células surgieron en un ambiente acuoso, una "sopa" de nutrientes, posiblemente en la superficie de algunas arcillas porosas, tal vez en ambientes marinos cálidos. Si estas células se reproducían con éxito y su número aumentaba de manera constante, se deduce que las células comenzarían a agotar los nutrientes del medio en el que vivían a medida que cambiaban los nutrientes a los componentes de sus propios cuerpos. Esta situación hipotética habría dado lugar a que la selección natural favoreciera a aquellos organismos que podrían existir utilizando los nutrientes que permanecieron en su entorno y manipulando estos nutrientes en materiales sobre los que podrían sobrevivir. La selección favorecería a aquellos organismos que podrían extraer el máximo valor de los nutrientes a los que tenían acceso.

Se desarrolló una forma temprana de fotosíntesis que aprovechó la energía del sol utilizando agua como fuente de átomos de hidrógeno, pero esta vía no produjo oxígeno libre (fotosíntesis anoxigénica). (Otro tipo de fotosíntesis anoxigénica no producía oxígeno libre porque no utilizaba agua como fuente de iones de hidrógeno, utilizaba materiales como el sulfuro de hidrógeno y, en consecuencia, producía azufre). Se cree que la glucólisis se desarrolló en este momento y podría aprovechar la producción de azúcares simples, pero que estas reacciones no pudieron extraer completamente la energía almacenada en los carbohidratos. El desarrollo de la glucólisis probablemente antecedió a la evolución de la fotosíntesis, ya que era muy adecuado para extraer energía de materiales que se acumulaban espontáneamente en la "sopa primitiva". Una forma posterior de fotosíntesis utilizó agua como fuente de electrones e hidrógeno y generó oxígeno libre. Con el tiempo, la atmósfera se oxigena, pero no antes de que el oxígeno liberara metales oxidados en el océano y creara una capa de "óxido" en el sedimento, lo que permitió fechar el surgimiento de los primeros fotosintetizadores oxigenados. Los seres vivos se adaptaron para explotar esta nueva atmósfera que permitió que evolucionara la respiración aeróbica tal como la conocemos. Cuando se desarrolló el proceso completo de fotosíntesis oxigenada y la atmósfera se oxigeno, las células finalmente pudieron usar el oxígeno expulsado por la fotosíntesis para extraer considerablemente más energía de las moléculas de azúcar usando el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa.

Resumen de la sección

La descomposición y síntesis de carbohidratos, proteínas y lípidos se conectan con las vías del catabolismo de la glucosa. Los azúcares simples son galactosa, fructosa, glucógeno y pentosa. Estos se catabolizan durante la glucólisis. Los aminoácidos de las proteínas se conectan con el catabolismo de la glucosa a través del piruvato, acetil CoA y componentes del ciclo del ácido cítrico. La síntesis de colesterol comienza con grupos acetilo, y los componentes de los triglicéridos provienen del glicerol-3-fosfato de la glucólisis y los grupos acetilo producidos en las mitocondrias a partir del piruvato.

Respuesta libre

¿Describiría las vías metabólicas como inherentemente derrochadoras o inherentemente económicas? ¿Por qué?

Son muy económicos. Los sustratos, intermedios y productos se mueven entre vías y lo hacen en respuesta a bucles de inhibición de retroalimentación finamente ajustados que mantienen el metabolismo equilibrado en general. Los intermedios en una vía pueden ocurrir en otra y pueden moverse de una vía a otra con fluidez en respuesta a las necesidades de la célula.


Ver el vídeo: Metabolismo de Carbohidratos (Agosto 2022).