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MÁSTER EN NUTRICIÓN MÓDULO I METABOLISMO II.
Metabolismo y su patología TEMA 8 INTEGRACIÓN
DEL METABOLISMO
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Rutas metabólicas de la glucosa 6-fosfato en el
hígado 1) La glucosa 6-fosfato se desfosforila
por la glucosa 6-fosfatasa para dar glucosa libre
que se exporta para mantener los niveles de
glucosa en sangre 2) La G6P que no se necesita
para mantener los niveles de glucosa en sangre se
transforma en glucógeno en el mismo hígado 3)
Puede ser oxidada totalmente para obtener
energía, aunque el combustible preferido de los
hepatocitos son los ácidos grasos 4) El exceso de
glucosa que no está destinado a sangre ni
glucógeno hepático puede destinarse a la
biosíntesis de lípidos (triacilgliceroles,
fosfolípidos, colesterol) que se transportan a
otros tejidos por lipoproteínas plasmáticas 5) La
G6P es también sustrato de la vía de las pentosas
fosfato proporcionando poder reductor (NADPH) y
D-ribosa 5P como precursor de la síntesis de
nucleótidos
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Metabolismo de los aminoácidos en el hígado 1)
Actúan como precursores de la síntesis de
proteínas en los hepatocitos. El hígado renueva
constantemente sus proteínas y es el lugar de
síntesis de la mayoría de las proteínas
plasmáticas 2) Los aminoácidos pueden pasar a
sangre y dirigirse a otros órganos para que se
realice la síntesis de proteínas 3) Ciertos
aminoácidos se utilizan como precursores para la
biosíntesis de nucleótidos, hormonas y otros
compuestos en el hígado y otros tejidos 4) Los
aminoácidos que no se precisan para la
biosíntesis de proteínas u otras moléculas en el
hígado u otros tejidos son desaminados y
degradados para proporcionar acetil-CoA e
intermedios del ciclo del ácido cítrico, que -se
pueden convertir en glucosa o glucógeno por
gluconeogénesis -se pueden oxidar a CO2 y H2O
para producir ATP -se pueden convertir en lípidos
para su almacenamiento El amoníaco se elimina
mediante el ciclo de la urea
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Rutas metabólicas de los ácidos grasos en el
hígado 1) Los ácidos grasos (AG) pueden dar lugar
a lípidos en el hígado 2) En la mayoría de las
circunstancias los AG constituyen el principal
recurso energético para el hígado, oxidándose
completamente a CO2 y H2O con producción de
ATP 3) El exceso de acetil-CoA producido por la
oxidación de AG y no utilizado por el hígado se
convierte en cuerpos cetónicos que se vierten a
la sangre y en tejidos periféricos son sustratos
para el ciclo del ácido cítrico. Son una forma de
transportar acetilo. Durante el ayuno prolongado
hasta 1/3 de la energía que necesita el corazón y
un 70 de la del cerebro la suministran los
cuerpos cetónicos 4) Parte del acetil-CoA formado
se utiliza para la biosíntesis de colesterol y
derivados (hormonas y sales biliares) 5) Los AG
se convierten en triacilgliceroles, ésteres de
colesterol y fosfolípidos y se empaquetan en
lipoproteínas plasmáticas para su transporte 6)
Algunos ácidos grasos se unen a seroalbúmina y
son transportados por la sangre al corazón y los
músculos esqueléticos donde se degradan como
combustible
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Fuentes de energía para la contracción
muscular En el músculo en reposo los principales
combustibles son los ácidos grasos que vienen del
tejido adiposo y los cuerpos cetónicos que vienen
del hígado Los músculos moderadamente activos
utilizan glucosa además de ácidos grasos y
cuerpos cetónicos que se oxidan completamente a
CO2 y H2O para rendir ATP En los músculos más
activos la demanda de ATP es tan grande que el
flujo sanguíneo no puede suministrar el O2 y los
combustibles lo bastante deprisa para producir el
ATP sólo a través de la respiración aerobia En
estas circunstancias el glucógeno almacenado en
el músculo se degrada a lactato por fermentación
(a ello está dedicado enteramente). El músculo
esquelético no contiene glucosa 6-fosfatasa, no
libera glucosa a la sangre nunca
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Fuentes de energía para la contracción
muscular Los músculos esqueléticos almacenan una
cantidad relativamente pequeña de glucógeno (1
de su peso total) Por consiguiente hay un límite
máximo de producción de ATP por glucólisis
durante el ejercicio intenso. Además, la
acumulación de lactato y el descenso del pH
asociado hacen disminuir la eficacia del
músculo El músculo puede obtener más ATP de la
hidrólisis de la fosfocreatina
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Los músculos esqueléticos contienen una cantidad
considerable de fosfocreatina, que puede
regenerar rápidamente ATP a partir de ADP
mediante una reacción catalizada por la creatina
quinasa. Durante la contracción activa y la
glucólisis esta reacción está orientada hacia la
síntesis de ATP, pero durante la recuperación del
ejercicio físico el mismo enzima se utiliza para
sintetizar de nuevo fosfocreatina a partir de
creatina y ATP
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Cooperación metabólica entre el músculo
esquelético y el hígado (Ciclo de Cori) Tras una
intensa actividad muscular la respiración se
mantiene profunda por un cierto tiempo. El O2 se
utiliza para la producción de ATP por
fosforilación oxidativa en el hígado El ATP se
utiliza para la gluconeogénesis en el hígado a
partir de lactato que ha sido transportado desde
los músculos por la sangre La glucosa así formada
vuelve a los músculos para restablecer el
contenido de glucógeno
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Micrografía electrónica de músculo esquelético
Micrografía electrónica de músculo cardíaco
A diferencia del músculo esquelético, el músculo
cardíaco se encuentra en actividad continua El
corazón tiene un metabolismo aerobio permanente y
las mitocondrias son más abundantes en éste
órgano (la mitad del volumen celular) El corazón
utiliza como combustible una mezcla de glucosa,
ácidos grasos libres y cuerpos cetónicos que
llegan de la sangre. Estos combustibles se oxidan
completamente a CO2 y H2O para generar ATP El
músculo cardíaco no almacena ni lípidos ni
glucógeno en grandes cantidades Se almacenan
pequeñas cantidades de reservas energéticas en
forma de fosfocreatina
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El cerebro emplea energía para la transmisión de
impulsos El cerebro de los mamíferos adultos
utiliza normalmente tan sólo glucosa como
combustible El cerebro tiene un metabolismo
respiratorio muy activo utilizando, al menos, un
20 del total de O2 consumido por un humano
adulto en reposo Puesto que el cerebro contiene
muy poco glucógeno depende de forma permanente de
la glucosa sanguínea Aunque no puede utilizar
directamente ácidos grasos libres puede, si es
necesario, utilizar b-D-hidroxibutirato formado
en el hígado (sobre todo en ayuno prolongado o
inanición) La utilización de b-D-hidroxibutirato
en ayuno prolongado permite preservar las
proteínas musculares, que son el último recurso
del cerebro para obtener glucosa
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La energía del ATP se precisa para crear y
mantener un potencial eléctrico a través de las
membranas plasmáticas de las neuronas La membrana
plasmática contiene un transportador contra
gradiente dependiente de ATP, la NaK
ATPasa Puesto que se transportan tres iones Na
hacia el exterior y dos iones K hacia el
interior por cada ATP hidrolizado, la NaK
ATPasa resulta electrogénica (genera una
diferencia de potencial eléctrico entre el
interior y el exterior de la neurona) Este
potencial transmembrana es esencial para la
transmisión del impulso nervioso
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Regulación hormonal del metabolismo energético La
concentración de glucosa en sangre está
controlada hormonalmente. Las fluctuaciones en la
glucosa de la sangre (que normalmente se halla
alrededor de 80 mg/100 mL o 4,5 mM), se deben
fundamentalmente a la ingestión de alimentos o al
ejercicio intenso Estas variaciones se compensan
por una serie de cambios en el metabolismo de
varios órganos (fundamentalmente hígado, músculo
y tejido adiposo) desencadenados por adrenalina,
glucagón e insulina
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La adrenalina prepara al organismo para un
aumento de actividad, movilizando la glucosa de
la sangre a partir de glucógeno y otros
precursores
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Incluso en ausencia de una actividad física
importante o de un estado de tensión, tras varias
horas de haber ingerido glúcidos en la dieta, los
niveles de glucosa en sangre disminuyen por
debajo de 4,5 mM a causa de la oxidación
constante de la glucosa por el cerebro y otros
tejidos Unos niveles de glucosa en sangre
reducidos provocan la liberación de glucagón Esta
hormona estimula la liberación de glucosa a
partir de glucógeno hepático y desvía el
metabolismo energético en el hígado y el músculo
hacia la utilización e ácidos grasos ahorrando la
glucosa para su utilización por el cerebro
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El glucagón estimula la degradación neta del
glucógeno hepático por activación de la glucógeno
fosforilasa e inhibición de la glucógeno
sintasa El glucagón inhibe la degradación de
glucosa por la glucólisis en el hígado y estimula
la síntesis de glucosa por gluconeogénesis
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Durante el ayuno prolongado los triacilgliceroles
se convierten en la principal fuente
energética Se degradan proteínas celulares para
fabricar glucosa a partir de los aminoácidos
gluconeogénicos El hígado transforma los ácidos
grasos en cuerpos cetónicos que son utilizados en
otros tejidos incluyendo el cerebro
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Unos niveles de glucosa en sangre elevados
estimulan la liberación de insulina Esta hormona
acelera la captación de glucosa por los tejidos y
favorece el almacenamiento de compuestos de
reserva energética como el glucógeno y los
triacilgliceroles. En la diabetes no tratada se
hace difícil la utilización de la glucosa Cuando
los niveles de glucosa en sangre son altos, la
glucosa se excreta tal cual en la orina Los
tejidos pasan a depender de los ácidos grasos
como combustible, dando lugar a cuerpos
cetónicos, y degradan proteínas celulares para
fabricar glucosa a partir de sus aminoácidos
glucogénicos