Metabolismo (Cambio en griego)

Una reacción química es un proceso por el cual uno o mas compuestos son convertidos o cambiados a uno o mas compuestos diferentes.

2 H2 + O2 → 2 H2O

ADP + glucosa → Glucosa 6-fosfato + ATP

Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo de un organismo vivo están organizadas en secuencias especificas llamadas vías metabólicas.

Estas reacciones están catalizadas por enzimas (catalizadores proteínicos).

Cada compuesto participante se le llama metabolito.

Metabolismo

Reacciones

Catabólicas: Conversión de moléculas complejas en mas simples.

Algunas de estas reacciones producen energía química (ATP).

Reacciones

Anabólicas: Conversión de moléculas pequeñas en grandes durante el proceso de biosíntesis.

Requieren ATP.

Reacciones

Anfibolitas: Ambas vías o reacciones.

↑

ATP Ley de Lipmann: El ATP sirve como moneda

común de intercambio de energía en todos los sistemas vivos.

Compuesto bioquímico mas importante en la vida terrestre.Puentes de fosfato de alta energía = 12000 Cal de energía X mol de ATP

O O O

II II II

O ─ P P P ─ O ─ CH2 O

I I I

O O O H H H H

OH OH

NH2

N

N

N

N

Trifosfato

Adenina

Ribosa

ATP

ATP+ 12 000 cal

- 12 000 cal ADP + PO3

+ 12 000 cal

- 12 000 cal AMP +

2PO3

Utilidad del ATP en la célula: TRANSPORTE DE MEMBRANA; Suministro energético para el

transporte del sodio a través de la membrana celular, SINTESIS DE COMPUESTOS QUIMICOS EN LA CELULA; Para

promover la síntesis proteica por parte de los ribosomas, Y EL TRABAJO MECANICO; Para proporcionar la energía necesaria

para la contracción muscular

ENDOGENO Y DE LA DIETA

Polímeros GrasasCarbohidratos

complejosProteínas

Unidades monomericas

Ácidos Grasos y Glicerol

Glucosa y otros azucares

Aminoácidos

Etapa I

Acetato activado

Piruvato

Acetil-CoA

Etapa II

Productos finales

Etapa III

H2O H2O

ADP + P

ATP + H2O

H2O

Ciclo de Krebs

CO2H2O NH3

e-

ADP + Pi → ATP + H2OO2

H+

Componente PROPIEDADES GENERALES

PROCESOS BIOQUIMICOS ASOCIADOS PORCENTAJE DE VOLUMEN

CANTIDAD POR CELULA

Citosol No sedimentable Glicolisis, gluconeogenesis, glicogenesis, glicogenolisis, via de las pentosa fosfato; sisntesis de acidosgrasos, esteroides, purinas, pirimidinas, y proteinas (ribosomas libres), superoxido dismutasa de cobre y zinc.

54 1

Lisosoma Basurero de la celula Catepsinas (degradan varias clases de proteinas), DNAsa, RNAsa, hexoaminidasa A y esfingomielinasa.

1 300

Mitocondria Motor celular, sitio principal de formacion de ATP

Ciclo de Krebs, β-oxidacion de acidos grasos, fosforilación de oxidativa, actividad de la deshidrogenasa piruvato y de superoxido dismutasa del manganeso.

22 1700

Núcleo Deposito y expresión de los genes

Duplicación del DNA, síntesis y procesamiento del RNA

6 1

Peroxisoma Metabolismo del peroxido de hidrogeno

Catalasa y peroxidasa de hidrogeno 1 400

Membrana plasmática

Frontera entre el exterior e interior de la célula

ATPasa de sodio y potasio, insulina y receptores de glucagon, translocasa de glucosa y γ-glutamil transpeptidasa

1 1

Retículo endoplasmico liso

Biosíntesis de lípidos complejos

Síntesis de fosfolipidos, hidroxilación de esteroides y actividad de citocromo P-450

6 1

Retículo endoplasmico rugoso y complejo de Golgi

Síntesis de Proteínas de la membrana y de proteínas de exportación

Síntesis y procesamiento de proteínas 9 1

Propiedades metabólicas de los componentes de la celula

Una enzima es un catalizador proteínico

Un catalizador es una sustancia que altera la velocidad de una reacción

Actúan sobre: sustratos

productos

Moléculas resultantes

Enzimas

Hasta 103- a 1011- veces mas rápido en comparación a una

reacción no catalizada.

Disminuye la energía libre de activación de una reacción

EnzimasProteínas Simples.- Contienen residuos de aminoácidos, por ejemplo; enzimas digestivas; tripsina, quimiotripsina y elastasa.

Proteínas Complejas.- Contienen residuos de aa + Cofactor no aminoácido.

Holoenzima = enzima activa completa, formada por la porcion proteinica (apoenzima) y el cofactor.

Holoenzima = apoenzima + cofactor

Sitio Activo.- parte pequeña de la enzima responsable de la unión con el sustrato y actuar químicamente en ellos para catalizar su transformación en productos.

Sitio Alosterico.- Sitio regulatorio de algunas enzimas, no en sitio de unión con sustrato, es donde las moléculas reguladoras, llamadas efectores alostericos, se unen a la enzima para alterar su conformación y su actividad. Pueden aumentar (efectores +)(efectores +) o disminuir (efectores -)(efectores -) la velocidad de una reacción catalizada por una enzima. No siguen la constante de Michaelis Menton

Clase Reacción

Clases Principales

Oxidoreductasas

Transferasas

Hidrolasas

Liasas

Isomerasas

Ligasas

Transfieren el hidrogeno; actuan en el hidrogeno o en el peroxido

Transfieren diversos grupos

Desdoblan un enlace en una molecula (lisis por agua) con la

formación de dos productos

Convierten un reactante en dos productos que contienen un doble

enlace en vez de que ocurra en el reactante

Catalizan reacciones de transferasas intramoleculares,

racemasas, epimerasas

Catalizan reacciones de condensacion dependientes de ATP

Subclases seleccionadas

Hidratasas

Cinasas

Mutasas

Fosforilasas

Sintasas

Sintetasas

Añaden agua a enlaces dobles; liasas

Transfieren grupos fosforilo del ATP; transferasas

Mueven grupos fosforilo intramolecularmente; isomerasas

Desdoblan un enlace en una molecula (lisis por fosfato) con la

formacion de productos; transferasas

Síntesis independiente de ATP, glucogeno sintetasa, transferasas

Síntesis dependiente de ATP; ligasas

CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS

Cinética enzimatica

Constante de Michaelis = Concentración de sustrato en la cual la velocidad es la mitad (Vmax/2) de la velocidad máxima de reacción

Km = Vmax/2

Vel

ocid

ad (

v)

Sustrato

Km

Vmax/2

Vmax

Se alcanza cuando sustrato es saturado por la enzima

No aplica en las enzimas alostericas

Inhibidores enzimáticos

Inhibidores irreversibles.- Forman un enlace covalente con una enzima y la inactivan de manera permanente.

Inhibidores reversibles.- se unen en una forma no covalente a las enzimas y sus características están determinadas por la cinética enzimatica de estado constante. Inhibidores competitivos.- se unen al mismo sitio de la enzima que el

sustrato. Sus efectos pueden ser contrarestados a concentraciones altas de sustrato. No afectan la Vmax. Km aumenta

Inhibidores no competitivos.- no se unen al mismo sitio que el sustrato y sus efectos no pueden ser contrarestados a concentraciones altas de sustrato. Vmax se reduce.

Metabolismo de Carbohidratos y formación de ATP Energía libre.- La cantidad de energia liberada por la

oxidación completa de un alimento se llama energía libre de oxidación de los alimentos (ΔG). Se expresa como cal x mol de sustancia.

1mol de glucosa (180 gr. de glucosa) = 686000 calorías.

Polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas

Monosacáridos: Glucosa, Mannosa, Galactosa, Fructosa, Ribosa, Xilosa.

Disacáridos: Lactosa (galactosa + glucosa), Maltosa (glucosa + glucosa), Sacarosa (glucosa + fructosa), Isomaltosa (glucosa + glucosa), Trealosa (D-glucosa + D-glucosa).

Polisacáridos: Almidon (plantas) Glucogeno (ostiones) Celulosa (plantas, no digerible, fibra)

Química de los Carbohidratos

Digestión de los carbohidratos Enzimas digestivas:

La digestión de carbohidratos incluye su hidrólisis a monosacáridos. Ocurre en boca y en intestino delgado. Los monosacáridos y polisacáridos son absorbidos del intestino a la sangre. Hepatocitos toman y metabolizan la fructuosa, galactosa, glucosa y manosa.

Enzima Fuente Sustrato Productos

α-Amilasa

Dextrinasa

Isomaltasa

Lactasa

Maltasa

Sacarasa

Trehalasa

Glándulas salivales,

Páncreas

Intestino Delgado

Intestino Delgado

Intestino Delgado

Intestino Delgado

Intestino Delgado

Intestino Delgado

Almidón, glucógeno

Dextrinas

α-1,6-Glucosidos

Lactosa

Maltosa

Sacarosa

Trealosa

Oligosacaridos

Glucosa

Glucosa

Galactosa y glucosa

Glucosa

Fructosa y glucosa

Glucosa

Digestión de los carbohidratos

Almidón

α Amilasa pancreatica 50-80%

Ptialina (saliva) 20-40% también llamada α Amilasa

Maltosa

Glucosa

Maltasa y α-dextrinasa intestinal

Lactosa

Galactosa

Lactasa (intestino)

Sacarosa

Fructosa

Sacarasa (intestino)

polímeros de 3-9 moléculas de glucosa

Al mezclarse con acido de las secreciones gastricas su

actividad se bloquea (pH ↓ 4)

Membrana celular hepatocito

Glucosa 6-fosfato Fructosa 6-fosfato

ATPATP

GLUCOLISIS

Galactosa 1-fosfato

ATP

Uridina difosfato galactosa

Uridina difosfato glucosa

Glucosa 1-fosfatoGLUCOGENO (hígado y músculo) D

ifusi

ón fa

cilit

ada

INSULINA ↑ DIFUSION

FACILITADA

Bet

a-A

mila

sa

Glu

cam

ylas

e

Glucogénesis y Glucogenólisis

Glucosa

Galactosa Fructosa

Membrana celular hepatocito

Glucosa 6-fosfato Fructosa 6-fosfato

ATPATP

GLUCOLISIS

Galactosa 1-fosfato

ATP

Uridina difosfato galactosa

Uridina difosfato glucosa

Glucosa 1-fosfato

GLUCOGENO (hígado y músculo)

GLUCOGENESISGlucogeno fosforilasa

GLUCOGENOLISIS Enzima fosforilasa activada por la epinefrina y el glucagon

Fosfoglucomutasa

UD

P-g

luco

sa

fosf

orila

sa

Glucogeno sintasa

Fosforilación de la Glucosa

Glucocinasa del hígado o Hexocinasa de las demás células

Acción irreversible

Acción de la Fosfatasa en células hepáticas, epitelio tubular renal y

células epiteliales intestinales, no existe en

musculo.

Vía de la Glucólisis

Reacción neta por molécula de glucosa:

Glucosa + 2ADP + 2PO4 → 2 Acido Pirúvico + 2ATP + 4H

Eficacia Global de formación de ATP de 43%, el 57% se pierde como calor

Reacciones irreversibles

Pace-setting enzyme of glycolysis limit the rate of glycolysis

This allosteric enzyme is stimulated by ADP and AMP and is inhibited by ATP and citrate. Most active when the energy of a cell is low.

Aldolytic reaction of glycolysis. Plentiful in skeletal and heart muscle tissues

Krebs Cycle

Inicia con el transporte de dos moléculas de acido piruvico derivadas a la matriz de la mitocondria y su conversión a Acetil-CoA,

Krebs Cycle

Acetyl-CoA se combina con con el acido oxaloacetico para formar acido cítrico.

Se libera la porción CoA que se pueden utilizar para formas mas Acetil-CoA a partir del acido piruvico.

La porcion acetyl se convierte en parte integral de la molecula de acido citrico.

Krebs Cycle

Krebs Cycle

=3ATP

=3ATP

3ATP=

Krebs Cycle

=3ATP

=3ATP

3ATP=

=1ATP

Krebs Cycle

=3ATP

=3ATP

3ATP=

=1ATP

2ATP=

Krebs Cycle

=3ATP

=3ATP

3ATP=

=1ATP

2ATP=

=12 ATP / cycle

AlaCysGliSerHdroxiprolitreonina

IsoleuGlicTrip

LeucLisinaPhenilalaTripTiro

Tirosina Phenilala

Aceto Acetil CoA

Krebs Cycle

=3ATP

=3ATP

3ATP=

=1ATP

2ATP=

=12 ATP / cycle

Krebs Cycle

Krebs Cycle

Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP.

Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.

De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa.

Fosforilacion oxidativa

El NADH y FADH2, moléculas donadores de electrones que "fueron cargadas" durante el ciclo del ácido cítrico, se utilizan en un mecanismo intrincado (que implica a numerosas enzimas como la NADH-Q reductasa, la citocromo c oxidasa y la citocromo reductasa), gracias a la bomba H+ que moviliza los protones contra un gradiante de membrana.

Un gran complejo proteico llamado ATP-sintetasa situado en la membrana, permite a los protones pasar a través en ambas direcciones; genera el ATP cuando el protón se mueve a favor de gradiente, y consume una molécula de ATP para bombear un protón en contra de gradiente.

Debido a que los protones se han bombeado al espacio intermembranoso de la mitocondria en contra de gradiente, ahora pueden fluir nuevamente dentro de la matriz mitocondrial y mediante la vía ATP-sintetasa, se genera ATP en el proceso.

La reacción es: ADP3- + H+ + Pi ↔ ATP4- + H2O

Fosforilacion Oxidativa

Cada molécula de NADH contribuye suficientemente a generar la fuerza motriz de un protón que produzca 2.5 moléculas de ATP.

Cada molécula de FADH2 produce 1.5 moléculas de ATP. Todas juntas, las 10 moléculas de NADH y las 2 FADH2 contribuyen a través de la oxidación de

la glucosa (glucólisis, conversión de piruvato en acetil-CoA y ciclo de Krebs) a formar 34 de las 30 moléculas totales de ATP transportadoras de energía.

Hay que decir que estos valores de moléculas de ATP son máximos. En realidad cada molécula de NADH contribuye a formar entre 2 y 3 moléculas de ATP, mientras que cada FADH2 contribuye a un máximo de 2 moléculas de ATP.

Primer nivel: El NADH llega a las crestas mitocondriales, donde se oxida con una "flavoproteína", reduciéndola (o sea cargándola de electrones).

Segundo nivel: Posteriormente la flavoproteína se oxida y reduce a una coenzima denominada "Q". Durante este proceso se libera energía que ejecuta una primera fosforilación oxidativa de ATP.

Tercer nivel: Es en este nivel donde recién ingresa el FADH. La coenzima Q que se encuentra reducida, se oxida reduciendo así a un compuesto denominado citocromo b. Durante esta oxidación se libera energía para ejecutar la segunda fosforilación oxidativa de ATP.

Como concepto, un citocromo es una proteína rica en Fe (por lo cual se oxida y reduce fácilmente). Cuarto nivel: El citocromo b se oxida, reduciendo así al citocromo c. Quinto nivel: El citocromo c se oxida, reduciendo así al citocromo a. Sexto nivel: El citocromo a se oxida con oxigeno, reduciéndolo de esta forma a agua. Durante esta última oxidación se libera la

energía para ejecutar la tercera y última fosforilación oxidativa de ATP.

Fosforilación Oxidativa

Como conclusión se puede decir que por cada NADH que ingresa a la "cadena respiratoria" se consiguen 3 ATP. Mientras que por cada FADH que ingresa a la "cadena respiratoria" (a la altura de la coenzima A) se obtienen 2 ATP.

Metabolismo energético: balance final de ATP´s. Como ya habíamos resumido anteriormente, hasta antes de ingresar a la "cadena respiratoria" teníamos un total de 4 ATP´s,

10 NADH´s y 2 FADH´s. Si tomamos en cuenta que cada NADH equivale a 3 ATP´s y cada FADH equivale a 2 ATP´s, tendríamos la siguiente

sumatoria: 4 ATP´s (de la glucólisis y formación de Acetil CoA) + 30 ATP´s (provenientes de los NADH´s) + 4 ATP´s (provenientes de los FADH´s).

Con un total de 38 ATP´s como producto del metabolismo energético de una molécula de glucosa. Fácil ¿verdad?.

Fosforilación Oxidativa

Na+

Lung volumes