Metabolismo de carbohidratos, lípidos y aminoácidos en Biología: glucógeno, fotosíntesis, lípidos, colesterol y transaminación

Carbohidratos de reserva

Almidón

El almidón es un polisacárido formado por α-glucano (1→4): amilosa (lineal) y amilopectina (con ramificaciones (1→6) cada 24 a 30 residuos).

Glucógeno

El glucógeno presenta ramificaciones cada 8 a 14 residuos y se almacena en gránulos citoplasmáticos de 100 a 400 Å, con cerca de 120 mil unidades de glucosa. Su mayor almacenamiento se encuentra en el hígado y el músculo.

Degradación del glucógeno

• Glucógeno fosforilasa: rompe los enlaces α(1→4) liberando glucosa-1-fosfato.
• Enzima desramificadora del glucógeno: rompe las ramificaciones hidrolizando la unión α(1→6).
• Fosfoglucomutasa: convierte la glucosa-1-fosfato en glucosa-6-fosfato.

Regulación de la glucógeno fosforilasa

• La glucógeno fosforilasa transforma la fosforilasa b (inactiva) en fosforilasa a (activa).
• ATP y glucosa-6-fosfato promueven el estado inactivo.
• La forma covalente consta de un grupo fosfato; la fosforilación se realiza mediante fosforilasa quinasa, con consumo de 2 ATP → 2 ADP.
• Glucagón → ↓ AMPc → PKA rompe enlaces, activando la degradación.
• Forma alostérica de la glucógeno fosforilasa.

Síntesis del glucógeno

• UDP-glucosa pirofosforilasa: toma glucosa-1-fosfato y la convierte en UDP-glucosa.
• Glucogenina: une 7 residuos de UDP-glucosa (inicio de la cadena).
• Glucógeno sintetasa: extiende la cadena.
• Amilo (1,4→1,6) transglucosidasa: transfiere 7 residuos a un extremo para generar la ramificación 1→6.
• La glucosa inhibe la secreción de glucagón.

Fotosíntesis

Fase luminosa

Ocurre en los tilacoides, con fosforilación oxidativa y transporte de electrones. Produce NADPH y ATP a partir de la luz.

Fase oscura (ciclo de Calvin)

Ocurre en el estroma. Utiliza el NADPH y el ATP para sintetizar hidratos de carbono.

Lípidos

Los lípidos se clasifican según su función y estructura:

• Neutros (reserva energética): triacilglicéridos.
• Polares:
  • Glicerofosfolípidos: fosfolípidos y plasmalógenos.
  • Colesterol.
  • Esfingolípidos:
    • Esfingomielina.
    • Cerebrósidos: galactocerebrósidos (presentes en neuronas), glucocerebrósidos y gangliósidos (oligosacáridos).

Triacilglicéridos

Los TAG simples son triésteres de glicerol, como la triestearina y la triolina. Los TAG complejos se nombran en relación con el glicerol esterificado.

Los lípidos son más reducidos que los hidratos de carbono y generan más energía al ser oxidados. Al ser apolares, se conservan deshidratados y ocupan menos volumen que los carbohidratos. Además, generan aislamiento térmico.

Colesterol

Presenta carácter anfifílico y un anillo rígido. Abunda en el plasma sanguíneo, se encuentra esterificado y es precursor de las hormonas esteroides.

Las células transforman el colesterol en TAG, que se empaquetan en quilomicrones y son transportados al sistema linfático.

Síntesis de colesterol

• Condensación de 3 acetatos.
• Conversión de mevalonato a unidades isoprenoides activadas (isopentenilo, componente del colesterol).
• Polimerización de 6 isoprenos para formar el escualeno.
• Ciclación del escualeno para formar colesterol.

Síntesis de ésteres de colesterol

Proceso por el cual el colesterol se transforma en una molécula más hidrofóbica, facilitando su almacenamiento y transporte.

Degradación de ácidos grasos: β-oxidación

• Carnitina palmitoil transferasa I (en el citosol) y II (en la matriz mitocondrial).
• Degradación: oxidación → hidratación → oxidación → escisión.
• Síntesis: condensación → reducción → deshidratación → reducción.
• La enzima acetil-CoA carboxilasa transforma el acetil-CoA en malonil-CoA.

Gluconeogénesis y precursores

Precursores gluconeogénicos: lactato → (2) piruvato; aminoácidos → (2) oxalacetato; propionato; glicerol → (2) triosa fosfato; fructosa y galactosa → glucosa.

Ciclo de la alanina

2 piruvato + 2 NH₂ → 2 alanina.

Aminoácidos esenciales y sus precursores metabólicos

• Piruvato: alanina, cisteína, glicina, serina, triptófano.
• Oxalacetato: asparagina, aspartato (+ piruvato).
• Fumarato: fenilalanina, tirosina.
• Succinil-CoA: isoleucina, metionina, treonina, valina.
• α-cetoglutarato (glutamato): arginina, glutamina, histidina, prolina.
• Acetoacetil-CoA: leucina, lisina, fenilalanina, triptófano, tirosina.
• Acetil-CoA: isoleucina, leucina, triptófano.

Transaminación

Reacciones catalizadas por aminotransferasas con PLP (fosfato de piridoxal) como cofactor:

• Aspartato + α-cetoglutarato ⇌ oxalacetato + glutamato.
• Alanina + α-cetoglutarato ⇌ glutamato + piruvato.