Metabolismo vegetal de los glúcidos

Metabolismo vegetal de Carbohidratos
Monosacáridos – OligosacáridosPolisacáridos
2012
CO2
H2O
Captación y
Fijación de
E. luminosa
Fotosíntesis
Biosíntesis
de azúcares
Azúcares formados durante la Fotosíntesis
Tipo de Azúcar
Cetoheptosa
Cetohexosa
Aldohexosa
Cetopentosa
Cetopentosa
Aldopentosa
Tetrosa
Triosa
Triosa
Azúcar
Sedoheptulosa-7-P
Fructosa-6-P
Glucosa-6-P
Ribulosa-5-P
Xilulosa-5-P
Ribosa-5-P
Eritrosa-4-P
Dihidroxiacetona-P
Gliceraldehído-3-P
CO2 + H2O
Oligosacáridos
UDP-Gluc Polisacáridos
Fotosíntesis
Fructosa-6-P
Fosfoglucosa
isomerasa
Ciclo de las
Pentosas-P
Glucosa-6-P
Eritrosa-4-P
Glicólisis
Compuestos aromáticos
Quinonas
Flavonoides
Lípidos
Ác. Grasos
Terpenoides
y esteroides
Sacarosa
Azúcares
Otros
Ramificados
Monosacáridos
C, S, OInositol
Glicósidos
Ac.Fítico
Ác. Ascórbico
Ác. Pirúvico
Ác. Fosfoenol
Pirúvico
Ác. Nucleicos
Acetil-CoA
Malonil-CoA
Ác. Mevalónico
Policétidos
Ác. Glutárico
Ciclo de Krebs
Ác. Succínico
NH3
Proteínas
AA
Porfirinas
Alcaloides
Nucleótidos Azúcares (NDPAzúcar)
Forma activada de monosacáridos, o ác, urónico derivados de éstos, que actúan
como donores en reacciones de transglicosilación para síntesis de Polisacáridos
Pirofosforilasa
Azúcar
Fosfato de
Azúcar
Sintetasa
Nucleótido
de Azúcar
Polisacáridos
UDPGlucosa (Nucleótido Uridin Difosfato de Glu)
Estructura y Síntesis
(UTP)
1- UDPG-Pirofosforilasa
2- Pirofosfatasa
(UDPG)
Reacción de transglicosilación
UDP-galactosa
Ác. urónico
3- Sintetasa del azúcar
4- 4-epimerasa
5- Oxido-reductasa
6-Decarboxilasa
Interconversión de azúcares por intervención de
Nucleótidos Azúcares (NDPAzúcar)
Ej: levaduras y
Phaseolus aureus
UDP-Glucosa
UDP-4-ceto-D-Glucosa
UDP-Galactosa
Reducción-Epimerización
Ej: hojas de tabaco
UDP-Glucosa
UDP-D-Glucuronato
UDP-D-Xilosa
UDP-4-ceto-6-deoxiglucosa
UDP-L-Ramnosa
UDP-4-ceto-D-Glucuronato
UDP-4-ceto-D-Xilosa
Biosíntesis de Inositol a partir de Glu-6-P
Ciclitoles
Ej: Phaseolus vulgaris
y Sinapis alba
D-Glucosa-6-P
Ciclo aldolasa
OH
OH
OH
OH
D-Glucosa-6-P
+ NH4+
- Glu-6-P, Gal-6-P
Dihidroxiacetona-P
-Oxidación C5
-Condensación aldólica
-Reducción
OH
1-L-mioinositol-1-P
Fosfatasa
-Hidrólisis
Mg2+ o Mn2+
Mioinositol
oxigenasa
OH OH
OH
OH
-Oxidación
OH
OH
D-Glucuronato
Precursor de:
-D-Xilosa y L-Arabinosa (pentosas)
-Apiosa (monosas ramif)
1-L-mioinositol
Se almacena como hexafosfato:
Ác. Fítico (complejos con Ca+2, Mg+2 y K+)
-Galactinol (olig. S. Rafinosa)
-Germinación de las semillas
-Períodos de estres nutricional de la planta
-Fuente para producción de ác. glucurónico
Metabolismo del Ácido Fítico
Reserva de Inositol
Reserva de H de C
Inositol Libre
Procesos oxidativos
y gluconeogénesis
Inositol Libre
B
Glucosa-6-P
A
Inositol-1-P
E
Inositol-2-P
C
Inositol-P2
D
Inositol-1,2-P2
C
Inositol-P3
D
Inositol-P3
C
Inositol-P4
D
Inositol-P4
C
A: inositol-1-P-sintetasa
B: inositol quinasa
C: fosfoinositol quinasa (Pi a partir de ATP)
D: fitasa (desfosforilación)
E: inositol-2-fosfatasa
Inositol-P5
D
Inositol-P5
C
Inositol-P6
(Ác. Fítico)
D
Inositol-P6
(Ác. Fítico)
Fitina
(Sal de Ca+2 y Mg+2)
Constituye una reserva importante de P
Biosíntesis de azúcares ramificados
Apiosa- Hamamelosa
Apiosa
-aislado de una flavona glicósido: apiina, de Perejil
CH=O -Pentosa ramificada en C3 (3-C-hidroximetil aldehído-D-glicerotetrosa)
CH–OH
HO–CH2–C–OH
CH2–OH
Biosíntesis
UDP-Glucuronato
ciclasa
UDP-Gluc
deshidrogenasa
UDP-Gluc
UDP-Apiosa
UDP-Glucuronato
NAD
NADH
NAD
NADH
CO2
Hamamelosa
CH2–OH -ligado glicosídicamente al tanino de Hamamelis
-Hexosa ramificada en C2 (2-C-hidroximetil -D-Ribosa)
HO–CH2–C–OH
CH–OH
CH–OH
Biosíntesis
CH2–OH
cloroplasto
Condensación aldólica de dos
moléculas de Gliceraldehído-3-P
Éster
fosfórico
Fosfatasa
citoplasma
Hamamelosa libre
Biosíntesis del ácido ascórbico
D-Glucosa
D-Galactosa
L-Galactono- 1,4-lactona
Ácido ascórbico
[Ox]
3-oxo-L-gulonolactona
Ácido deshidroascórbico
En uvas y geranios
Glucosa (uvas)
Ácido ascórbico
Ácido tartárico + fragmento
de 2C
Ác. Oxálico
(geranios)
C, S y O Glicósidos
Porción No glicosídica
(aglicona)
+
Porción Glicosídica
(mono u oligosacáridos)
Según el tipo de unión entre la porción aglicona y el azúcar, se clasifican en:
O-Glicósidos
C-Glicósidos
(Unión C-C)
Glicósidos cianogénicos
Distribución restringida
S-Glicósidos
(tioglicósidos)
Glucosinolatos
Durrina
Prunasina
(deriv. tirosina)
(deriv. fenilalanina)
Vitexina
Otros
(deriv. flavona)
Glucotropaeolina
(deriv. fenilalanina)
Arbutina
Rutina
Isotiocianatos
tiocianatos
nitrilos
S elemental
Carbohidratos de Reserva
Ciclo Acumulación- Utilización
Solubles
Sacarosa
Disacárido
Oligosacáridos
Derivados de sacarosa por adición de una
o varias moléculas de gal, fru o glu:
-Serie de la Rafinosa (sobre la mitad glu, uniones α )
-Serie de la Gentianosa (sobre la mitad glu, uniones β)
-Kestosa y panteosa (sobre la mitad Fru)
Insolubles
Polisacáridos
-Almidón
-Mananos
-Xiloglucanos
Metabolismo de la Sacarosa
α-Glucosa
β-Fructosa
ESTRUCTURA
-Oligosacárido No reductor
-Más importante producto de
la Fotosíntesis
FUNCIONES
-Transporte (Ppal producto de translocación (F))
-Reserva
-Transitoria (Mesófilo de Hojas)
-Permanente (Parénquima de reserva, en Vacuolas)
-Fuente inmediata de C
-Energética
Biosíntesis de Sacarosa
Los niveles de Sacarosa en la planta depende de los mecanismos de
degradación y biosíntesis, varían según el vegetal, el momento metabólico de
la planta y el órgano de la planta
CITOSOL
Vacuola
Acumulación
SACAROSA
Cloroplasto
Fotosíntesis
Fijación de C
SACAROSA
Triosas Fosfato
Hexosas Fosfato
Transporte por
Floema
La síntesis de sacarosa tienen lugar en multitud de órganos y tejidos, es
particularmente intensa en hojas
-Tejidos Fotosintéticos: a partir de Triosas Fosfato y Almidón de asimilación.
-Tejidos No Fotosintéticos; polisacáridos de reservas como indol, fructosanos
Metabolismo de Sacarosa
Sacarosa sintetasa
(SS o SuSy)
Síntesis
Sacarosa sintetasa
(SS o SuSy)
SACAROSA
Sacarosa-6-P-sintetasa
(SPS)
Degradación
Invertasas
Hidrolasas
Biosíntesis de Sacarosa
(Sacarosa Sintetasa)
Sacarosa Sintetasa
Fructosa
+
UDP-Glu
Sacarosa
+
UDP
UDP-Glu
+
PPi
Biosíntesis UDP-Glu
UDP-Glu pirofosforilasa
Glucosa-1-P
+
UTP
pirofosfatasa
2Pi
Sacarosa Sintetasa
- Única enzima totalmente reversible que efectúa transglicosidaciones,
que involucran nucleótidos azúcares
-Trabaja con nucleótidos de distintas base: UDP Glu, ADP Glu, TDP Glu
-pH óptimo cambia según sentido de la reacción
-Enzima con regulación redox
-Ox: sintetiza
-Red: degrada
-Relacionada con el metabolismo y función del floema
-Provee precursores para formar polisacáridos de reserva y estructurales
(acumulac de almidón, sint. de pared celular )
-Interviene en formación de callosa
-Localización: citosol
Biosíntesis de Sacarosa
(Sacarosa-6-P-Sintetasa)
Sacarosa-6-P-Sintetasa
Fructosa-6-P
+
UDP-Glu
Sacarosa-6-P
+
UDP
Sacarosa fosfatasa
Sacarosa
+
Sacarosa-6-P-Sintetasa
Es una enzima con propiedades reguladoras
Enzima libre: escasa actividad
Activadores: Citrato *
α-cetoglutarato
Malato
Fumarato
Glucosa-6-P
Inhibidores: Citrato (bajas [ ])
Sacarosa
Fructosa-P
Pi
Pi
Degradación de la Sacarosa
-Vía reversible: Sacarosa sintetasa
Sacarosa Sintetasa
Sacarosa
+
Fructosa
UDP
+
UDP-Glu
Nucleótidos Azúcar
Para procesos
biosintéticos
α-glucosidasas
-Vía irreversible o hidrolítica: Hidrolasa
Invertasas
β-fructofuranosidasas
Invertasa
Sacarosa
+
H2O
Glucosa
+
Fructosa
Hexosas libres
Para procesos metabólicos
Translocación de Sac desde Floema
Clasificación de Invertasas
Ácidas (pH 3-5,5)
pH óptimo
Neutras o alcalinas (pH 7-7,5)
Citosólicas
Intracelulares
localización
Procesos
metabólicos
Vacuolares
Apoplásmicas
Extracelulares
Translocación de
Sacarosa desde Floema
de Pared Celular
(insolubles)
Permeabilidad de las membranas de las plantas a la sacarosa
Existen plantas cuyas membranas son:
-Permeables a la Sacarosa
Nicotiana tabacum
Ricinus communis
Solanum tuberosum
Daucus carota
Beta vulgaris
-Impermeables a la Sacarosa
(células deben escindir el azúcar antes de tomarlo)
Saccharum officinarum
Canna indica
Zea mays (raicillas)
Floema
Sacarosa
Apoplasto
Invertasa apoplásmica
Hexosas
Pared Celular
Invertasa de Pared Celular
Hexosas
Citosol
Sacarosa
Sacarosa
Sacarosa
sintetasa
Invertasa Alcalina
Citosólica
Invertasa
vacuolar
Hexosas
Fru
+
Glu
Fru
+
UDP-Glu
PPi
Vacuola
Hexosa fosfato
Las invertasas atacan:
-C1
y
-β-fructofuranósidos (Fru terminal y preferentemente
que forme parte de la sacarosa)
Regulación de las invertasas
-Productos de Reacción
-Estrés, lesiones, infecciones
-Luz
-Fitohormonas
-Temperatura
-Inhibidores endógenos
La regulación varía según la especie
Biosíntesis de Oligosacáridos
Oligosacáridos de la serie de la Rafinosa
Biosíntesis de Galactinol
mio-inositol
UDP-Galactosil
transferasa
UDP-Gal
UDP
Galactinol
(1-O-α-D-galacto
piranosil-mio-inositol)
Donante de Galactosa en biosíntesis de oligosacáridos de la serie de la Rafinosa
Gal al OH C6 Gluc
Sacarosa
Galactinol
Gal (α1-6) a Gal precedente
Rafinosa
inositol
Estaquiosa
Galactinol inositol
Verbascosa
Galactinol inositol
Galactinol
inositol
Semillas de leguminosas
Cereales
Algodón
Labiadas
Reserva de H de C
Transporte de Carbono
Aumenta resistencia al frío
Ajugosa
Polisacáridos
Compuestos de peso molucular muy elevado. De 11 a miles de restos de
monosacáridos
Pueden ser compuestos muy variados pues los monosacáridos pueden enlazar
por varios grupos alcohol
Propiedades
No son dulces
Pueden ser solubles, formar suspensiones colidales (geles) o ser insolubles.
Se pueden hidrolizar a monosacáridos
Clasificación
Por los monosacáridos constituyentes:
Homopolisacáridos: mismo tipo de monosacárido repetido
Heteropolisacáridos: diferente tipo
Por la ramificación de la molécula
Lineales: Cada monosacárido dos enlaces glucosídicos a otros
Ramificados: Algún monosacárido con más de dos uniones a otros
Por su función
Estructurales : Forman elementos estructurales de las células o los
organismos pluricelulares
De reserva: Reserva de monosacáridos
De reconocimiento: Identificación celular
Polisacáridos de reserva suelen ser ramificados y se encuentran en
citoplasma o vacuolas.
Polisacáridos estructurales suelen ser lineales
Los polisacáridos de reserva sirven para acumular monosacáridos,
generalmnete glucosa, sin aumentar la presión osmótica celular.
Suelen ser ramificados para movilizar más rapidamente los restos de
monosacárido
La síntesis del almidón comienza con la unión de dos triosas fosfato formando
fructosa 2, 6-Bisfosfato. Una fosfatasa (fructosa 1, 6 Bisfosfatasa) elimina uno de
los fosfatos formando fructosa 6-fosfato que es isomerizada a glucosa 6-fosfato
para pasar después a glucosa 1-fosfato por acción de la ADP glucosa
pirofosforilasa; se invierte una molécula de ATP y se obtiene la ADP-Glucosa y
pirofosfato que es hidrolizado a fosfato inorgánico por acción de una
pirofosforilasa. La ADP-Glu es la unidad que se acaba añadiendo a la cadena en
formación por acción de la almidón sintasa. A destacar de esta ruta es:
1/ La unidad
estructural para la
síntesis es la ADP-Glu.
2/ Dos enzimas
constituyen puntos de
regulación:
- Fructosa 1, 6
Bisfosfatasa.
- ADP Glucosa
Pirofosforilasa.
3/ En la síntesis de
almidón se obtiene
fosfato.
La regulación de la síntesis de almidón y sacarosa puede agruparse en torno a
dos factores:
1/ Necesidades de la planta.
2/ Enzimas checkpoint + translocador de fosfato + luz. Si el uso de sacarosa es
menor que la síntesis de triosas, se desvía para almidón y de ese modo no se
disminuye la velocidad de fotosíntesis, la cual puede depender de la velocidad
de síntesis de sacarosa si la de almidón está muy reducida.
Enzimas implicadas en la degradación del
ALMIDON