METABOLISMO.METABOLISMO.

Departamento de Fisiología Departamento de Fisiología Celular.Celular.

Dra. Carolina Rodríguez Navarro. Dra. Carolina Rodríguez Navarro.

METABOLISMO.METABOLISMO. Etimológicamente el origen de la palabra Etimológicamente el origen de la palabra

metabolismo procede del metabolismo procede del griegogriego metabolé,metabolé, que que significa cambio, transformación. El significa cambio, transformación. El metabolismometabolismo es el conjunto de es el conjunto de reacciones bioquímicasreacciones bioquímicas común en todos los común en todos los seres vivosseres vivos, que ocurren en las , que ocurren en las célulascélulas, para la , para la obtención e intercambio de materia y obtención e intercambio de materia y energíaenergía con el con el medio ambientemedio ambiente y síntesis de y síntesis de macromoléculasmacromoléculas a partir de compuestos a partir de compuestos sencillos con el objetivo de mantener los sencillos con el objetivo de mantener los procesos vitales (procesos vitales (nutriciónnutrición, , crecimientocrecimiento, , relaciónrelación y y reproducciónreproducción) y la ) y la homeostasishomeostasis. .

Esta energía se almacena como uniones Esta energía se almacena como uniones químicas de alta energía en moléculas químicas de alta energía en moléculas transportadoras activadas, como el ATP y transportadoras activadas, como el ATP y el NADPH que, a su vez, sirven como el NADPH que, a su vez, sirven como fuentes transportables de los grupos fuentes transportables de los grupos químicos y los electrones que se químicos y los electrones que se requieren para la biosíntesis.requieren para la biosíntesis.

El metabolismo se ha separado en El metabolismo se ha separado en anabolismoanabolismo y y catabolismocatabolismo, según las , según las necesidades de síntesis de determinadas necesidades de síntesis de determinadas moléculas, estos dos procesos moléculas, estos dos procesos catabolismo y anabolismo integran el catabolismo y anabolismo integran el metabolismo celular. metabolismo celular.

El El catabolismocatabolismo es la parte del metabolismo que es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de moléculas sencillas y en el almacenamiento de la energía química desprendida en forma de la energía química desprendida en forma de enlaces fosfato de moléculas de ATP, mediante enlaces fosfato de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que contienen la destrucción de las moléculas que contienen gran cantidad de energía en los enlaces gran cantidad de energía en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas. químicas exotérmicas.

El catabolismo es el proceso inverso del El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo. La palabra catabolismo anabolismo. La palabra catabolismo procede del griego procede del griego katakata que significa hacia que significa hacia abajo. abajo.

Las proteínas, los lípidos y los Las proteínas, los lípidos y los polisacáridos que componen la mayor polisacáridos que componen la mayor parte del alimento que ingerimos se deben parte del alimento que ingerimos se deben degradar en moléculas más pequeñas degradar en moléculas más pequeñas antes de que nuestras células puedan antes de que nuestras células puedan utilizarlas, sea como fuente de energía o utilizarlas, sea como fuente de energía o como bloques de construcción de otras como bloques de construcción de otras moléculas.moléculas.

La mayoría de las vías catabólicas convergen La mayoría de las vías catabólicas convergen en el ciclo de Krebs.en el ciclo de Krebs.

El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa El ciclo de Krebs constituye la segunda etapa del del catabolismo de carbohidratoscatabolismo de carbohidratos. La . La glucólisisglucólisis rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos rompe la glucosa (6 carbonos) generando dos moléculas de piruvato (3 carbonos). En moléculas de piruvato (3 carbonos). En eucariotas el piruvato se desplaza al interior de eucariotas el piruvato se desplaza al interior de la la mitocondriamitocondria (gracias a un transportador (gracias a un transportador específico de membrana interna). En la matriz específico de membrana interna). En la matriz mitocondrial produce acetil-CoA que entra en el mitocondrial produce acetil-CoA que entra en el ciclo de Krebs. ciclo de Krebs.

En el En el catabolismo de proteínascatabolismo de proteínas, los enlaces , los enlaces peptídicos de las proteínas son degradados por peptídicos de las proteínas son degradados por acción de acción de enzimasenzimas proteasasproteasas en el en el tracto digestivotracto digestivo liberando sus constituyentes liberando sus constituyentes aminoacídicos. Estos aminoacídicos. Estos aminoácidosaminoácidos penetran en penetran en las células, donde pueden ser empleados para las células, donde pueden ser empleados para la síntesis de proteínas o ser degradados para la síntesis de proteínas o ser degradados para producir energía en el ciclo de Krebs. Para su producir energía en el ciclo de Krebs. Para su entrada al ciclo deben eliminarse sus grupos entrada al ciclo deben eliminarse sus grupos aminoamino (terminales y laterales) por acción de (terminales y laterales) por acción de enzimas enzimas aminotransferasasaminotransferasas y y desaminasasdesaminasas, , principalmente. principalmente.

En el En el catabolismo de grasascatabolismo de grasas, los triglicéridos son , los triglicéridos son hidrolizadoshidrolizados liberando liberando ácidos grasosácidos grasos y y glicerolglicerol. En el . En el hígado el glicerol puede ser convertido en glucosa vía hígado el glicerol puede ser convertido en glucosa vía dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato, por la dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato, por la gluconeogénesisgluconeogénesis (ruta (ruta anabólicaanabólica). En muy diversos ). En muy diversos tejidos, especialmente en tejidos, especialmente en músculo cardiacomúsculo cardiaco, los ácidos , los ácidos grasos son degradados en la matriz mitocondrial grasos son degradados en la matriz mitocondrial mediante sucesivos ciclos de mediante sucesivos ciclos de beta oxidaciónbeta oxidación que liberan que liberan unidades de acetil-CoA, que pueden incorporarse al unidades de acetil-CoA, que pueden incorporarse al ciclo de Krebs. En ocasiones, el ciclo de Krebs puede ciclo de Krebs. En ocasiones, el ciclo de Krebs puede rendir propionil-CoA (3 carbonos), que puede emplearse rendir propionil-CoA (3 carbonos), que puede emplearse para la síntesis de glucosa en la gluconeogénesis para la síntesis de glucosa en la gluconeogénesis hepática. hepática.

El El anabolismoanabolismo o o biosíntesisbiosíntesis es una de es una de las dos partes del las dos partes del metabolismometabolismo, , encargada de la síntesis o bioformación encargada de la síntesis o bioformación de de moléculas orgánicasmoléculas orgánicas ( (biomoléculasbiomoléculas) ) más complejas a partir de otras más más complejas a partir de otras más sencillas o de los sencillas o de los nutrientesnutrientes, con , con requerimiento de requerimiento de energíaenergía

La palabra anabolismo se originó del La palabra anabolismo se originó del griego griego AnaAna que significa arriba. que significa arriba.

El anabolismo es el responsable de:El anabolismo es el responsable de:La formación de los componentes La formación de los componentes

celulares y tejidos corporales y por tanto celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento. del crecimiento.

El almacenamiento de energía mediante El almacenamiento de energía mediante enlaces químicosenlaces químicos en moléculas orgánicas. en moléculas orgánicas.

El anabolismo se puede clasificar El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en:que se sinteticen en:

Replicación o duplicación de Replicación o duplicación de ADNADN. . Síntesis de Síntesis de ARNARN. . Síntesis de proteínasSíntesis de proteínas. . Síntesis de Síntesis de glúcidosglúcidos. . Síntesis de lípidos. Síntesis de lípidos.

La La glucólisisglucólisis, también denominada , también denominada glicólisisglicólisis o o ruta de EMBDEN-ruta de EMBDEN-MEYERHOFMEYERHOF, es la secuencia metabólica , es la secuencia metabólica en la que se oxida la en la que se oxida la glucosaglucosa. Consiste de . Consiste de nueve reacciones enzimáticas que nueve reacciones enzimáticas que producen dos moléculas de producen dos moléculas de piruvatopiruvato y dos y dos equivalentes reducidos de equivalentes reducidos de NADHNADH, los que, , los que, al introducirse en la al introducirse en la cadena respiratoriacadena respiratoria, , producirán dos moléculas de producirán dos moléculas de ATPATP..

Glucólisis significa partición de la molécula Glucólisis significa partición de la molécula de glucosa en dos moléculas de ácido de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico.pirúvico.

La oxidación completa de 1 mol de La oxidación completa de 1 mol de glucosa libera 686,000 calorías de energía glucosa libera 686,000 calorías de energía y sólo se necesitan 12,000 calorías de y sólo se necesitan 12,000 calorías de energía para formar un mol de ATP; en energía para formar un mol de ATP; en total se dan 38 moles de ATP por cada total se dan 38 moles de ATP por cada mol de glucosa metabolizada.mol de glucosa metabolizada.

La formación de ATP durante la La formación de ATP durante la glucólisis.glucólisis.

En total se sintetizan 4 moles de ATP por En total se sintetizan 4 moles de ATP por cada mol de fructuosa 1,6 difosfato que cada mol de fructuosa 1,6 difosfato que termina en ácido pirúvico.termina en ácido pirúvico.

Se precisan 2 moles de ATP para Se precisan 2 moles de ATP para fosforilar la glucosa original y formar fosforilar la glucosa original y formar fructuosa 1,6 difosfato antes de que fructuosa 1,6 difosfato antes de que empiece la glucólisis.empiece la glucólisis.

Por tanto la ganancia neta de moléculas Por tanto la ganancia neta de moléculas de ATP del proceso glucolítico completo de ATP del proceso glucolítico completo es sólo de 2 moles por cada mol de es sólo de 2 moles por cada mol de glucosa utilizado. glucosa utilizado.

Durante la glucólisis se pierden en total Durante la glucólisis se pierden en total 56,000 calorías de la glucosa original, lo 56,000 calorías de la glucosa original, lo que proporciona una eficiencia global de que proporciona una eficiencia global de síntesis de ATP del 43 %, el 57 % restante síntesis de ATP del 43 %, el 57 % restante de la energía se pierde en forma de calor.de la energía se pierde en forma de calor.

Cuando hay ausencia de Cuando hay ausencia de oxígenooxígeno, la glucólisis , la glucólisis es la única vía que produce ATP en los es la única vía que produce ATP en los animalesanimales. Los . Los organismosorganismos primitivos se primitivos se originaron en un mundo cuya originaron en un mundo cuya atmósferaatmósfera carecía carecía de 02 y, por esto, la glucólisis se considera de 02 y, por esto, la glucólisis se considera como la vía metabólica más primitiva. Está como la vía metabólica más primitiva. Está presente en todas las presente en todas las formas de vidaformas de vida actuales. actuales. Es la primera parte del Es la primera parte del metabolismometabolismo energético energético y en las células eucariotas ocurre en el y en las células eucariotas ocurre en el citoplasmacitoplasma..

En esta fase, por cada En esta fase, por cada moléculamolécula de de glucosa se forman 2 glucosa se forman 2 ATPATP y 2 y 2 NADHNADH

La reacción global de la glucólisis es: La reacción global de la glucólisis es: Glucosa + 2 Glucosa + 2 NADNAD+ + ADP + 2 Pi → 2 NADH + + + ADP + 2 Pi → 2 NADH +

2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O + 4 H+

El El ciclo de Krebsciclo de Krebs (también llamado (también llamado ciclo del ciclo del ácido cítricoácido cítrico o o ciclo de los ácidos ciclo de los ácidos tricarboxílicostricarboxílicos) es una serie de ) es una serie de reacciones químicasreacciones químicas de gran importancia, que de gran importancia, que forman parte de la forman parte de la respiración celularrespiración celular en todas en todas las las célulascélulas aerobiasaerobias, es decir que utilizan , es decir que utilizan oxígeno. En organismos aeróbicos el ciclo de oxígeno. En organismos aeróbicos el ciclo de Krebs es parte de la vía Krebs es parte de la vía catabólicacatabólica que realiza la que realiza la oxidación de oxidación de hidratos de carbonohidratos de carbono, , ácidos grasosácidos grasos y y aminoácidosaminoácidos hasta producir CO2 y agua, hasta producir CO2 y agua, liberando energía en forma utilizable (poder liberando energía en forma utilizable (poder reductor y ATP). reductor y ATP).

Ciclo del ácido cítrico.Ciclo del ácido cítrico.Se trata de una secuencia de reacciones Se trata de una secuencia de reacciones

químicas en la que el radical acetilo de la químicas en la que el radical acetilo de la acetil CoA se degrada en dióxido de acetil CoA se degrada en dióxido de carbono y átomos de hidrógeno.carbono y átomos de hidrógeno.

Todas estas reacciones se producen en la Todas estas reacciones se producen en la matriz de la mitocondria.matriz de la mitocondria.

En el estadio inicial del ciclo del ácido En el estadio inicial del ciclo del ácido cítrico, la acetil CoA se combina con el cítrico, la acetil CoA se combina con el ácido oxalacético para generar ácido ácido oxalacético para generar ácido cítrico.cítrico.

Durante los sucesivos pasos del ciclo se Durante los sucesivos pasos del ciclo se añaden varias moléculas de agua y se añaden varias moléculas de agua y se libera dióxido de carbono y átomos de libera dióxido de carbono y átomos de hodrógeno.hodrógeno.

Por cada molécula de glucosa Por cada molécula de glucosa metabolizada originalmente, entran 2 metabolizada originalmente, entran 2 moléculas de acetil CoA en el ciclo del moléculas de acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico junto a 6 moléculas de agua.ácido cítrico junto a 6 moléculas de agua.

Éstas se degradan a 4 moléculas de CO2, Éstas se degradan a 4 moléculas de CO2, 16 átomos de H y 2 moléculas de CoA. Se 16 átomos de H y 2 moléculas de CoA. Se forman 2 moléculas de ATP.forman 2 moléculas de ATP.

La La glucogénesisglucogénesis es la formación glucógeno a es la formación glucógeno a partir de la glucosa de los alimentos. partir de la glucosa de los alimentos.

Reacciones de la glucogénesisReacciones de la glucogénesis a) Síntesis de glucosa1-fosfato a partir de a) Síntesis de glucosa1-fosfato a partir de

glucosa6-fosfato.glucosa6-fosfato. b) Síntesis de UDP-glucosa a partir de b) Síntesis de UDP-glucosa a partir de

glucosa1-fosfato.glucosa1-fosfato. c) Síntesis de glucógeno a partir de UDP-c) Síntesis de glucógeno a partir de UDP-

glucosa.glucosa.

La gluconeogénesisLa gluconeogénesisLa gluconeogénesis es la biosíntesis de la La gluconeogénesis es la biosíntesis de la

glucosa a partir de otros metabolitos ya glucosa a partir de otros metabolitos ya presentes en el organismo (aminoácidos, presentes en el organismo (aminoácidos, ácidos grasos y otros). Esta glucosa es ácidos grasos y otros). Esta glucosa es necesaria para el uso como fuente del necesaria para el uso como fuente del combustible por el cerebro, los testículos, combustible por el cerebro, los testículos, los eritrocitos y la médula del riñón puesto los eritrocitos y la médula del riñón puesto que la glucosa es la fuente de energía que la glucosa es la fuente de energía única para estos órganos. única para estos órganos.

La gluconeogénesisLa gluconeogénesis El lactato:El lactato:

Es la fuente de predominio de los átomos del carbón para la síntesis Es la fuente de predominio de los átomos del carbón para la síntesis de la glucosa por medio de la gluconeogénesis. El lactato es de la glucosa por medio de la gluconeogénesis. El lactato es producido durante la glicólisis anaerobia por el músculo esquelético y producido durante la glicólisis anaerobia por el músculo esquelético y es transportado al hígado donde es convertido a glucosa es transportado al hígado donde es convertido a glucosa

El Piruvato:El Piruvato:Es generado por el músculo y otros tejidos finos periféricos, puede Es generado por el músculo y otros tejidos finos periféricos, puede ser transaminado hasta alanina que viaja al hígado para la ser transaminado hasta alanina que viaja al hígado para la gluconeogénesis. gluconeogénesis.

Los aminoácidos:Los aminoácidos:Los veinte aminoácidos, exceptuando la leucina y la lisina, pueden Los veinte aminoácidos, exceptuando la leucina y la lisina, pueden ser degradados hasta oxalacetato o piruvato para proporcionar ser degradados hasta oxalacetato o piruvato para proporcionar esqueletos de carbono, participando de esta manera de la esqueletos de carbono, participando de esta manera de la gluconeogénesis. gluconeogénesis.

El Glicerol: La oxidación de los ácidos grasos proporciona finalmente El Glicerol: La oxidación de los ácidos grasos proporciona finalmente el glicerol el cual puede ser utilizado por la gluconeogénesis el glicerol el cual puede ser utilizado por la gluconeogénesis