GUIA ESTUDIO PARA LA UNIDAD V(1).pdf
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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