Unidad 12

Introducción al metabolismoIntroducción al metabolismo

I.E.S. Los BolichesBiología 2º Bachillerato

1. Concepto de metabolismo2. Características de las reacciones metabólicas3. Organismos autótrofos y heterótrofos4. Las enzimas5. El ATP6. Coenzimas de oxidacción-reducción7. Vitaminas

1.- Concepto de metabolismo

Metabolismo = conjunto de reacciones químicas que se realizan en el interior de la célula

A B C DEnzima 1 Enzima 2 Enzima 3

Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3

El producto de una reacción es a su vez el reactivo de la siguiente

Estas reacciones están encadenadas:

Cada uno de los conjuntos de reacciones encadenadas que constituyen el metabolismo se denomina ruta o vía metabólica:

A B C

D E F

G H I

Ruta metabólica lineal

Ruta metabólica ramificada

Cada reacción está catalizada por una enzima específica

1.- Concepto de metabolismo

Metabolismo = conjunto de reacciones químicas que se realizan en el interior de la célula

A B C DEnzima 1 Enzima 2 Enzima 3

Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3

El producto de una reacción es a su vez el reactivo de la siguiente

Estas reacciones están encadenadas:

Cada uno de los conjuntos de reacciones encadenadas que constituyen el metabolismo se denomina ruta o vía metabólica:

A B C

D E F

G H I

Ruta metabólica lineal

Ruta metabólica ramificada

Cada reacción está catalizada por una enzima específica

1.- Concepto de metabolismo

Metabolismo = conjunto de reacciones químicas que se realizan en el interior de la célula

A

B

C

D

EF

Z

Cada vez que funciona un ciclo se gasta una molécula de A y se forma una de Z, pero los intermediarios no se consumen

Ruta metabólica Cíclica

-Lineales-Ramificadas-Cíclicas

Rutas metabólicas

1.- Concepto de metabolismo

-Lineales-Ramificadas-Cíclicas

Rutas metabólicas

1.- Concepto de metabolismo-Metabolismo constructivo = ANABOLISMO (necesita Energía)-Metabolismo degradativo = CATABOLISMO (produce Energía)

1.- Concepto de metabolismo-Metabolismo constructivo = ANABOLISMO (necesita Energía)-Metabolismo degradativo = CATABOLISMO (produce Energía)

Anabolizantes => construcción… de masa muscular

2.- Características de las reacciones metabólicas

-Ocurren en medio acuoso (disolución)-Encadenadas y acopladas-Producen o necesitan Energía (Exergónicas o Endergónicas)-Toda reacción química necesita el aporte de una Energía de Activación o inicial.-Cada reacción catalizada por una enzima específica, que disminuye la energía de activación.-En la misma reacción acoplada, una misma enzima cataliza dos reacciones a la vez.

2.- Características de las reacciones metabólicas

Reactivos Productos + Energía

Reactivos + Energía Productos

REACCIÓN EXERGÓNICA

REACCIÓN ENDERGÓNICA

2.- Características de las reacciones metabólicas

2.- Características de las reacciones metabólicas

Otra analogía: el movimiento de la turbina está acoplado al

desembalse del agua

2.- Características de las reacciones metabólicas

Un ejemplo real:

2.- Características de las reacciones metabólicas

¿De qué modo se transfiere la energía en el metabolismo?

Hay dos formas de transferencia de energía:

A) Mediante la TRANSFERENCIA DE ELECTRONES

B) Mediante la TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFATO

2.- Características de las reacciones metabólicas

¿De qué modo se transfiere la energía en el metabolismo?

Hay dos formas de transferencia de energía:

A) Mediante la TRANSFERENCIA DE ELECTRONES

Analogía: “Uno pierde y otro gana”

(REACCIONES REDOX)

2.- Características de las reacciones metabólicas

¿De qué modo se transfiere la energía en el metabolismo?

Hay dos formas de transferencia de energía:

A) Mediante la TRANSFERENCIA DE ELECTRONES

(REACCIONES REDOX)

En ocasiones hay también transferencia de átomos de Hidrógeno:

( ya que H = H+ + e- )

2.- Características de las reacciones metabólicas

¿De qué modo se transfiere la energía en el metabolismo?

Hay dos formas de transferencia de energía:

A) Mediante la TRANSFERENCIA DE ELECTRONES

B) Mediante la TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFATO

3.- Organismos autótrofos y heterótrofos

4.- Las enzimas

-Son proteínas globulares-Actúan como catalizadores, aumentando la velocidad de las reacciones químicas del metabolismo.-Disminuyen la energía de activación.-No se consumen: al recuperarse intactas pueden seguir actuando tras la reacción:

Para encender una cerilla también hace falta invertir o gastar una energía inicial

4.- Las enzimasNomenclatura y clasificación

-Denominación histórica, sin relación con la función catalítica que realizan. Ejemplo: pepsina, tripsina, papaína…-Sufijo –ASA añadido al nombre del reactivo o de la reacción. Ejemplos: sacarasa, amilasa, lipasas, hidrolasas…-Nomenclatura sistemática: NOMBRE DE SUSTRATO/S + REACCIÓN QUÍMICA REALIZADA –ASA (+ nombre de coenzima en muchos casos). Ejemplos: lactato deshidrogenasa, gliceraldehido 3-fosfato NAD oxidorreductasa

Louis Pasteur pensaba que para que se den las reacciones químicas propias de los

fermentos era imprescindible que hubiera células vivas.

Estaba, en parte, equivocado.

Antiguamente las enzimas se conocieron con el nombre de “fermentos”

4.- Las enzimasPropiedades

A) Son proteínasB) Tienen un CENTRO ACTIVOC) Tienen una gran ESPECIFICIDADD) Tienen una gran efectividadE) Se localizan en los lugares adecuados

4.- Las enzimasPropiedades

A) Son proteínas (salvo una excepción: ribozimas)

-Simples-Conjugadas

B) Tienen un CENTRO ACTIVO

E + S ES E + P

E = enzimaS = sustratoES = complejo enzima-sustratoP = producto

De forma transitoria, se une la enzima al sustrato formando un complejo ES

4.- Las enzimas

E + S ES E + P

E = enzimaS = sustratoES = complejo enzima-sustratoP = producto

4.- Las enzimas

Un ejemplo:

4.- Las enzimasPropiedades

A) Son proteínasB) Tienen un CENTRO ACTIVOC) Tienen una gran ESPECIFICIDADD) Tienen una gran efectividad: reacciones de 103 a 1010 veces más

rápidas que sin catalizadorE) Se localizan en los lugares adecuados

La compartimentación celular no es fruto de la casualidad: aumenta la efectividad ya que:- Se logra un pH, salinidad, etc. óptimos

4.- Las enzimas

-Las coenzimas suelen formar parte del centro activo.-Una misma coenzima, p.ej. NAD, puede actuar con distintos apoenzimas, en reacciones diferentes

4.- Las enzimasCinética enzimática

-No se consumen => vuelven a actuar => entre 100 y 1000 moléculas de sustrato / segundo-Saturación por el sustrato: se alcanza una velocidad máxima

Km = [S] correspondiente a ½ Vmax

La Km es una medida de la afinidad de la enzima por el sustrato

4.- Las enzimasFactores que afectan la enzimática

TemperaturaLa actividad aumenta con la Tª pero a partir de una Tª óptima baja por la desnaturalización térmica de la enzima (proteína)

pHExiste un pH óptimo

4.- Las enzimasInhibición de la actividad enzimática

Inhibidor enzimático = sustancia que disminuye la velocidad de la reacción catalizada por la enzima y, en algunos casos, anularla completamente.

Inhibición

Reversible

Irreversible

Competitiva

No competitiva

Tóxicos (venenos)Ej. cianuro

4.- Las enzimasEnzimas reguladoras = enzimas que pueden aumentar o disminuir su actividad

catalítica en función de sustancias moduladoras.

-E. no alostéricas-E. alostéricas

Además del centro activo, tienen un sitio alostérico (*) al que se une una molécula de modulador

ModuladoresActivadores

Inhibidores

4.- Las enzimas

ModuladoresActivadores

Inhibidores

Un caso muy frecuente: inhibición por producto final (feedback negativo o retroalimentación negativa).

5.- El ATP: la “moneda energética”

(Ya lo vimos como el principal ejemplo de ribonucleótido trifosfatado)

La presencia de fosfato confiere carácter ácido a la molécula de los nucleótidos

H+

H+

H+

5.- El ATP(p.ej.) degradación completa de la glucosa:

Parte de esta energía se utiliza en la síntesis de ATP:

(Proceso endergónico, variación de energía libre: valor positivo)

(Proceso exergónico)

Reacción acoplada a alguna reacción endergónica)

5.- El ATP

También pueden hidrolizarse el ADP y el AMP:

El ATP y las reacciones de fosforilación y de defosforilación expuestas actúan como mecanismos de almacenamiento y transporte de energía libre en los procesos metabólicos de todas las células, es decir, como monedas de intercambio energético que permiten todas las funciones celulares.

Otras monedas energéticas:

UTP … síntesis de glúcidosCTP … síntesis de lípidos GTP … síntesis de proteínas

6.- Coenzimas de oxidación-reducciónLa mayoría de las oxidorreductasas utilizan como coenzima el NAD+

6.- Coenzimas de oxidación-reducción

Vitaminas

-Hidrosolubles: forman parte de muchas coenzimas

-Liposolubles: otras funciones…