UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUNCIONALES PROGRAMA DE MEDICINA BIOQUMICA I.

UNIDAD V

OBJETIVO TERMINAL: Integrar los diferentes mecanismos de regulacin metablica que utiliza la economa de un individuo sano en condiciones normales, para explicar cmo se garantizan los requerimientos energticos indispensables en la realizacin del trabajo biolgico

Prof.. Mara Beln Rivero Paris

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CONCEPTOS FUNDAMENTALES :

Interrelaciones Metablicas

Comprenden la integracin de todos los rganos que usan y generan

combustibles e interactan para mantener un estado estacionario dinmico

adecuado a las diversas situaciones que enfrenta el organismo en el transcurso

de la vida.

Este estado estacionario dinmico se conoce como HOMEOSTASIA y

desde el punto de vista bioqumico define al individuo sano. La homeostasia se

refiere no solo a la adecuada distribucin de los componentes energticos sino

tambin al apropiado abastecimiento y eliminacin de los diferentes

metabolitos, productos de la funcin celular.

En este sentido, los metabolitos se mantienen en concentraciones

constantes en los diversos compartimientos del organismo, de manera

rigurosamente controlada.

Ej: niveles de glucosa en sangre = glicemia. Valores de estado

estacionario: 80 a 120 mg/dl.

Estos valores se refieren al ayuno y pueden presentar variaciones en los

diferentes momentos de la alimentacin durante el da. La capacidad del

organismo de retornar dichos niveles a valores de estado estacionario se

relaciona estrechamente con el trmino homeostasia; el no poderlo hacer

implica ingresar al campo de la patologa o no normalidad.

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Para mantener la homeostasia, el organismo utiliza mecanismos de

coordinacin metablica entre las vas anablicas y las vas catablicas.

Durante el crecimiento y la maduracin, la velocidad de las vas anablicas es

mayor que la de las vas catablicas. Despus de la edad adulta hay una especie

de equilibrio, siendo que despus de los 70 aos hay un ligero predominio del

catabolismo derivado principalmente de la degeneracin celular y una mermada

capacidad de reposicin.

La coordinacin metablica se logra gracias a la existencia de una

divisin del trabajo entre los rganos y a una efectiva comunicacin entre ellos.

HOMEOSTASIA

Interrelaciones Metablicas

Divisin del trabajo Metablico

Comunicacin entre rganos

Regulacin metablica

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La divisin del trabajo metablico:

Se refiere a la especializacin metablica de los diferentes tejidos, la cual contribuye a una mejora adaptacin del individuo a su medio ambiente.

La adaptacin metablica incluye clulas especializadas en degradar alimentos, otras en almacenar lpidos, unas mas en convertir la energa qumica en movimiento, algunas de soporte, otras de comunicacin, etc.

Hay un amplio grupo de clulas responsables de la integracin y organizacin jerrquica en beneficio del conjunto. La anarqua conduce a la muerte.

En este sentido, estudiaremos las funciones metablicas de los siguientes rganos: HIGADO: es el rgano central del metabolismo por varias razones, principalmente de tipo estructural:

El sistema portal drena la mucosa intestinal y vierte la sangre directamente en el hgado.

Es el primer tejido comprometido en el control del nivel sanguneo de glucosa, lpidos y aminocidos.

En el hgado coexisten tres sistemas de irrigacin. Dos aferentes (arterial y portal), y uno eferente (venoso).

Arquitectura celular heptica: 1. Parenquimales (hepatocitos 70%) 2. Endoteliales 3. Kupffer 4. Ito 5. Pit 6. Ductales

Zonacin funcional como consecuencia de diferencias en: Concentracin de substratos en el sinusoide Expresin actividad enzimtica

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Estas caractersticas anatmicas determinan que el hgado pueda

realizar una gran cantidad de vas metablicas que otros tejidos no pueden

realizar. Por otra parte, lo hacen susceptible de una fina regulacin.

El hgado se encarga de las siguientes funciones metablicas:

Sintetizar el combustible para todos los rganos

Controlar y regular la composicin qumica de la sangre,

principalmente la glicemia

Sintetizar protenas plasmticas como albminas y globulinas

Las principales vas que ocurren en l son: la sntesis de cidos

grasos, el manejo de glucgeno, gluconeognesis y cetognesis.

El Malonil-CoA presente en el hgado acta como sensor del

estado energtico: cuando hay suficiente energa, el malonil-CoA

inhibe a la acil-carnitina transferasa evitando la beta-oxidacin de

cidos grasos y la cetognesis.

Puede usar como combustible a la glucosa, los cidos grasos y los

aminocidos.

Ms an, en el hgado, al igual que en otros rganos como el rin

podemos observar una distribucin zonal del trabajo metablico dada por la

existencia de diferentes tipos celulares con diferente ubicacin, relacionados

con los elementos mencionados arriba: la concentracin de sustratos en el

sinusoide y la expresin de la actividad enzimtica.

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MSCULO ESQUELTICO:

Las clulas musculares funcionan convirtiendo la energa qumica en energa mecnica.

Metablicamente estn especializadas en degradar las sustancias

nutritivas y producir el ATP necesario para la contraccin muscular.

Durante el ejercicio la glucosa necesaria para la combustin es obtenida directamente del glucgeno.

En las clulas musculares predomina la va glucoltica.

RIN:

Filtracin del plasma sanguneo

Reabsorcin de electrolitos, azcares y aminocidos del filtrado

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Regulacin pH sanguneo y equilibrio cido-bsico

Regulacin balance hdrico corporal

Obtiene energa de gluconeognesis y esqueleto carbonado de algunos

aas

La mayor parte de la energa generada se usa para transporte

Utiliza Glu y Gln para generar amonio INTESTINO DELGADO:

Digestin y absorcin de principios inmediatos de la dieta

Obtiene energa de Gln dieta o sangunea

Metabolismo Gln genera Prolina, lactato, citrato, ornitina y citrulina

Enva lactato y alanina al hgado como sutratos gluconeognicos TEJIDO ADIPOSO:

Los adipocitos son clulas especializadas que funcionan primariamente

con el propsito de almacenar combustible como triacilgliceroles.

Ms del 85% del volumen celular consiste en un nico gran glbulo de

grasa.

Es el sitio primario para la remocin o depuracin de los quilomicrones.

Debido a su bajo contenido en agua y elevado contenido de grasas, los

tejidos adiposos presentan la mayor relacin caloras-peso (8 Kcal. por

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gramo de tejido). Esto hace que sea el tejido ms eficiente para

almacenar combustible.

MIOCARDIO:

Funciona aerobiamente y bajo condiciones normales usa cidos grasos como combustible principal

tambin puede usar cuerpos cetnicos, lactato y piruvato

contiene algo de glucgeno, pero se usa muy poco bajo condiciones

ordinarias

durante circunstancias de perfusin alteradas (arteriopata coronaria) la gluclisis es una importante fuente de produccin de energa.

Para que el trabajo metablico pueda llevarse a cabo con eficiencia y

regulacin adecuada, debe existir un sistema de comunicacin entre los

diferentes rganos que llevan a cabo el trabajo metablico. Esta comunicacin

se da a travs de seales qumicas organizadas en dos sistemas principales:

SNC Neurotransmisores

SISTEMA ENDOCRINO Hormonas

COMUNICACIN METABLICA

REGULACIN METABLICA

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SISTEMA NERVIOSO:

Las seales qumicas enviadas se realizan en forma de

neurotransmisores, muchos de ellos son aminocidos modificados

El sistema nervioso proporciona la red de comunicaciones entre los

rganos, el medio exterior y todas las partes del cuerpo. Es por ello que

requiere nutrientes slidos y oxgeno para satisfacer sus requerimientos

metablicos.

En condiciones de reposo, el metabolismo del sistema nervioso supone

aproximadamente un 15% del metabolismo corporal total y est dado

solamente por neuronas.

La principal necesidad metablica de las neuronas es bombear iones a

travs de sus membranas, principalmente transportar iones de sodio y

calcio al exterior de la membrana neuronal e iones de potasio y cloro al

interior.

No est capacitado para un gran metabolismo anaerobio por la elevada

tasa metablica neuronal, y la casi nula reserva de glucosa y oxgeno

enceflicos

SISTEMA ENDOCRINO

Est formado por un conjunto de glndulas que sintetizan diversas

seales qumicas en forma de hormonas, cuya funcin es coadyuvar a la

coordinacin entre los distintos tejidos de un organismo.

EL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL Y EL SISTEMA ENDOCRINO

TRABAJAN COORDINADAMENTE EN UN EJE NEURO-ENDOCRINO donde

las seales qumicas van comunicando rganos de manera secuencial hasta llegar

al rgano final u rgano blanco

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Hormona:

Toda sustancia producida por un tejido del organismo, la cual, a travs

de la circulacin, alcanza y modifica las funciones de los tejidos distantes,

llamados tejidos blanco.

Hormonas Liposolubles

a) Son insolubles en agua b) Su vida media es relativamente larga, desde una hora hasta varios das. c) Su receptor celular esta localizado intracelularmente y el mediador que

ejerce la accin fisiolgica es el complejo receptor-hormona. d) Se activan funcionalmente al formar un derivado que lo solubiliza en

agua.

Ej: esteroides, calcitriol, retinoides y yodotironinas.

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Hormonas Hidrosolubles a) Son solubles en agua. b) No requieren de una protena srica para su transporte. c) Su vida media es de minutos y se inactivan funcionalmente por

protelisis o por otro mecanismo de degradacin de la hormona. d) El receptor hormonal esta situado en la membrana plasmtica. e) El mediador es un segundo mensajero, del tipo AMP cclico o el calcio. Ej: derivados de los aminocidos, polipptidos, protenas o

glucoprotenas: catecolaminas, insulina, glucagn

El efecto de la accin de las hormonas puede ser de diversa ndole. Una

hormona puede modificar la actividad de una enzima. Esto lo realiza

generalmente con la ayuda de una molcula a la que se llama segundo mensajero

ya que recoge el mensaje de la interaccin inicial de la hormona con su

receptor especfico en el respectivo tejido. Este segundo mensajero, a su vez,

promueve la realizacin de alguna cascada de sealizacin celular que termina

induciendo algn cambio en la actividad de la enzima, siendo frecuente que este

ltimo se produzca por fosfo/defosforilacin de la misma, por una va de

activacin de protein-quinasas.

Por otro lado, una hormona tambin podra modificar la tasa de sntesis

de alguna enzima, o bien afectar la permeabilidad de membranas celulares a

algn metabolito o algn in.

Es importante mencionar que el mecanismo de accin hormonal tambin

estar relacionado con la naturaleza lipo o hidrosoluble de la hormona.

A continuacin, estudiaremos algunos aspectos importantes de las

principales hormonas que regulan el metabolismo en el ser humano y permiten

que se mantenga en condiciones de homeostasia.

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INSULINA:

Biosntesis de insulina: ocurre en las clulas Beta de los Islotes de

Langerhans en el pncreas. Se libera cuando hay un aumento de la glicemia.

Efectos metablicos de insulina en el hgado

Aumenta la glucogenognesis (glicoquinasa y glucgeno sintetasa)

Disminuye glucogenlisis (fosforilasa)

Aumenta la gliclisis (FosfoFrucctoKinasa, PiruvatoKinasa, Piruvato Deshidrogenasa)

Disminuye conversin de Acidos Grasos Libres a Cuerpos Cetnicos

Preproinsulina (RER)

mRNA (ncleo)

Proinsulina (86 aa, Golgi)

Insulina (31 aa) (grnulos secretorios)

Endopeptidasas Carboxipeptidasas

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Disminuye incorporacin de aminocidos

Inhibe gluconeognesis (Pirovatocarboxilasa, PEPcarboxilasa, F16DP)

Aumenta sntesis de Triglicridos , LDL y VLDL

ANABOLICOS Glucognesis Sntesis de TG, LDL y VLDL Sntesis Proteica

ANTICATABOLICOS

Glucogenlisis

Cetognesis

Gluconeognesis

Efectos metablicos de insulina en el msculo

Aumenta la sntesis de protenas (incorporacin de aas y sntesis ribosomal)

Disminuye la liberacin de aas

Favorece el transporte de Glucosa (GLUT-4)

Aumenta la sntesis de glucgeno (transporte de G,

glucgeno sintetasa)

Disminuye glucgenolisis (fosforilasa)

Activa gliclisis (FosfoFructoKinasa y Piruvato Deshidrogenasa) Efectos metablicos de insulina en el tejido adiposo

Favorece el transporte de Glucosa (GLUT-4)

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Activa la gliclisis (FFK y PD)

Activa la lipasa endotelial: hidrlisis de TG circulante

Aumenta el transporte de Acidos Grasos Libres

Aumenta el aporte de Glicerolfosfato

Aumenta el almacenamiento de TG

Inhibe la lipasa celular

GLUCAGON: Es secretado en las clulas A de los Islotes de Langerhans en el pncreas.

GRPP GLUCAGON

GLP-1 GLP-2 (29 aa)

Aumento posprandial Aumenta secrecin de Insulina

Origen intestinal y pancretico

Molcula de proglucagn (160 aa)

Intestino

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Se libera cuando hay una disminucin de la glicemia. Su objetivo principal es el hgado Su sntesis y su liberacin estn controladas por la insulina

La secrecin de glucagn: Aumenta cuando se elevan los niveles de:

Arginina Alanina Catecolaminas Colecistoquinina Polipptido inhibitorio gstrico glucocorticoides Estmulo colinrgico

Disminuye cuando se elevan los niveles de:

glucosa AGL

Mecanismo de accin del glucagn

Glucagon

Receptor con 7 dominios

GTP

Adenilciclasa

AMPc

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Acciones biolgicas de glucagn en el hgado:

Aumenta la glucogenlisis (fosforilasa)

Disminuye la formacin de glucgeno (glucgeno sintasa)

Disminuye la gliclisis (FFK, PK, PD)

Aumenta la gluconeognesis (Pcarboxilasa,PEPcarboxikinasa, F16DP)

Aumenta captacin de aas

Aumenta cetognesis (acetil carnitin transferesa mitocondrial) Acciones biolgicas de glucagn en el tejido adiposo:

Aumenta la liplisis (lipasa celular) ADRENALINA:

tambin llamada epinefrina

puede comportarse como hormona o como neurotransmisor como hormona, es una hormona vasoactiva secretada en situaciones de

alerta por las glndulas suprarrenales

es una monoamina catecolamina, simpaticomimtica derivada de los aminocidos fenilalanina y tirosina

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aumenta a travs de su accin en hgado y msculos, la concentracin de glucosa en sangre, ya que, al igual que el glucagn, moviliza las reservas de glucgeno heptico y, a diferencia del glucagn, tambin las musculares.

aumenta la liplisis (receptor alfa)

aumenta la glucogenlisis y calorignesis (receptor beta)

En forma resumida, podemos enfocar el metabolismo y su control,

empleando los llamados MAPAS METABLICOS en los cuales se incluyen los

rganos implicados, los metabolitos intercambiados y la regulacin de la

interrelacin metablica que ocurre entre ellos de la siguiente manera:

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Para la interpretacin de estos mapas metablicos debemos tomar en

cuenta los perfiles de los principales rganos

en el metabolismo de los combustibles, como sigue:

Tejido Combustible

almacenado

Combustible

preferido

Combustibles

exportados

Cerebro Ninguno Glucosa Cuerpos cetnicos en

ayuno prolongado

Ninguno

M. Esqueltico reposo Glucgeno cidos Grasos Ninguno

M.Esqueltico ejercicio Ninguno Glucosa Lactato, Alanina

M. Cardaco Ninguno cidos grasos Ninguno

Tejido Adiposo Triglicridos cidos grasos cidos grasos, glicerol

Hgado Glucgeno,

triglicridos

Aminocidos, glucosa,

cidos grasos

cidos grasos, glucosa,

cuerpos cetnicos

A continuacin se presentan algunos cuadros que resumen el control

endocrino de los diferentes metabolismos enfocados por grupos de

nutrientes para facilitar el estudio:

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Control endocrino del metabolismo de Carbohidratos Va metablica Aumenta Disminuye

Glucogenognesis Insulina (Hgado, Musculo)

Glucagon (Hgado), epinefrina

Gliclisis y oxidacin a piruvato

Insulina (Tejido Adiposo)

Glucagon

Gluconeognesis Glucocorticoides, glucagon, epinefrina, hormona crecimiento

Insulina

Va pentosa fosfato Insulina

Glucogenolisis Glucagon (Hgado), epinefrina

Insulina

Control endocrino del metabolismo lipdico:

Va metablica Aumenta Disminuye

Lipognesis Insulina (T.Adposo) Glucagn (Hgado) Epinefrina

Cetognesis Glucagn (Hgado) Insulina (Hgado)

Liplisis Glucagn Glucocorticoides

Insulina (T. Adiposo)

Sntesis de colesterol

Insulina (Hgado) Glucagn (Hgado)

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Control endocrino del metabolismo proteico

Sntesis proteica: - Insulina - testosterona - estrgenos - GH

Protelisis: - T3 - glucocorticoides