Post on 11-Oct-2018
BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO
TEMA 10 Metabolismo
“Yo intento enseñar porque, consiga o no enseñar a otros,
consigo infaliblemente instruirme a mi mismo.”
El electrón es zurdo
Isaac Asimov
Metabolismo
๏ Concepto: Conjunto de reacciones bioquímicas que se producen en el interior de la célula y transforman unos compuestos en otros.
๏ Funciones:
‣ Obtener energía (ATP) a partir de componentes capturados del entorno o procedentes de la energía solar.
‣ Transformar las sustancias capturadas en materia prima para las células (precursores de los sillares de las macromoléculas).
‣ Síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos y otros componentes celulares.
‣ Degradar y sintetizar biomoléculas necesarias para funciones celulares específicas: hormonas, neurotransmisores, …
Fuentes de carbono y energía para la vida celular
Segúnlaformaquímicadelcarbono Segúnlafuentedeenergía
Utilizan CO2 como fuente de
Carbono
Toman el Carbono del
entorno:Glucosa
Utilizan luz como fuente de energía
Obtienen la energía de
reacciones redox
Metabolismo
Autótrofos Heterótrofos Fotótrofos Quimiótrofos
Organismo FuentedeCarbono FuentedeEnergía Ejemplos
Fotoautótrofos CO2 Luz-Célulasverdesdeplantassuperiores-bacteriasfotosintéticas
Fotoheterótrofos Compuestosorgánicos Luz -Bacteriaspúrpurasnosulfuradas
Quimioautótrofos CO2 Reaccionesredox -Bacteriasdesnitrificantes
Quimioheterótrofos Compuestosorgánicos Reaccionesredox
-Organismossuperiores(animales,hongos)-Mayorpartedemicroorganismos
Metabolismo
Aunque el metabolismo comprende centenares de reacciones diferentes, existen
una serie de RUTAS METABÓLICAS centrales que son pocas e idénticas en la
mayor de seres vivos.
Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones químicas que relacionan
entre sí a dos compuestos o metabolitos importantes. La transformación de unos
metabolitos en otros se lleva a cabo mediante enzimas específicos.
Rutas metabólicas
Hay2tendenciasenelmetabolismo:
CATABOLISMO: Fase destructiva, las moléculas complejas se transforman en otras más
sencillas.Hay varios TIPOS segúnel aceptor final deelectrones y el gradodeoxidacióndel
compuesto.
FERMENTACIÓN: el aceptor finalmolécula pequeña la oxidación del compuesto es
parcial
RESPIRACIÓNAERÓBICA:elaceptoreselO2,laoxidaciónestotalhastaCO2yH2O.
RESPIRACIÓNANAERÓBICA:elaceptorfinalesuncompuestoinorgánico(iónnitrato,
sulfatoocarbonato).
ANABOLISMO: Fase constructiva, a partir de moléculas sencillas se fabrican otras más
complejas.
Catabolismo y Anabolismo
Las células obtienen energía mediante la oxidación de moléculas orgánicas.
Entendemos:
- la oxidación como eliminación de electrones.
- la reducción implica la adición o captación de electrones.
Óxido-Reducción
En las células las moléculas orgánicas, que se encuentran en un estado rico de
electrones (es decir, reducido), se convierten en H2O y CO2, que han cedido
electrones y, por tanto, están muy oxidados.
Desde otro punto de vista:
- la deshidrogenación es equivalente a la oxidación, cuando se transfieren
electrones mediante intercambio de hidrógenos.
- la hidrogenación es equivalente a la reducción.
Óxido-Reducción
Las reacciones metabólicas están ACOPLADAS, es decir, las de síntesis, consumidoras de
energíaestánacopladasconlasdedegradación,productorasdeenergía.
Transporte de Energía
Puede llevarse a cabo de dos formas:
๏ En forma de ATP
๏ En forma de Tte de Electrones
Transporte de Energía
๏ Es la molécula transportadora de energía más abundante en las células.
๏ Las enzimas acoplan las reacciones exergónicas a la producción de ATP.
๏ El ATP posee enlaces de alta energía entre sus restos fosfato, y cuando se hidroliza, hecho que sucede con mucha facilidad, libera esa energía que sirve, a su vez, para impulsar otras reacciones (siempre que se acoplen a ese proceso). La energía que almacena proviene de:
‣ Oxidación de los nutrientes ‣ Fotosíntesis, donde compuestos inorgánicos, gracias a la luz se
transforman en compuestos orgánicos que luego se oxidarán
๏ La hidrólisis del ATP aporta, en condiciones experimentales, 7.3 kcal / mol de energía útil.
Transporte de Energía – como ATP
๏ El ATP interviene en todas las reacciones de transferencia de fosfato en la célula y, por tanto, en la mayor parte de las transformaciones energéticas. Su energía química puede efectuar trabajo de tres formas distintas:
‣Trabajo mecánico: contracción y movilidad celular
‣Transporte activo o a través de las membranas celulares de iones y moléculas
‣Biosíntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas
• Otros nucleótidos como el GTP, UTP, CTP, etc. participan también como transportadores de grupos fosfato ricos en energía.
Transporte de Energía – como ATP
En algunas reacciones catabólicas, la energía es transportada mediante un flujo de electrones. Se genera un gran poder reductor ya que los nutrientes se oxidan para obtener energía.
Transporte de Energía – Tte de e-
Los electrones energéticos (a veces, forman parte de un átomo de H) pueden ser capturados por transportadores de electrones (citocromos) que, a su vez, pueden cederlos junto con su energía a otras moléculas.
Transporte de Energía – Tte de e-
Los transportadores de electrones más frecuentes son: NAD, NADP, FAD y FMN; que los llevan hasta la última molécula: la aceptora final de hidrógenos
Transporte de Energía – Tte de e-
Glucólisis
Es la degradación de glucosa a piruvato, se produce en el citosol y es un proceso anaeróbico. Gran parte de los azúcares son degradados en las células mediante esta vía.
Conjunto de rutas mediante las que se obtiene energía a partir de combustibles orgánicos y en ausencia de oxígeno molecular.
Láctica
Fermentaciones
Oxidación de combustibles orgánicos por el oxígeno molecular.
Transcurre en 3 ETAPAS:
(1) - Obtención de Acetil-CoA - - matriz mitocondrial
(2) - Oxidación completa del Acetil-CoA en el CICLO de
KREBS -- matriz mitocondrial
(3) - Tte electrónico, desde las coenzimas hasta el O2 --
membrana mitocondrial interna
Respiración aerobia
Respiración aerobia(2) - Oxidación completa del Acetil-CoA en el CICLO de KREBS - -
matriz mitocondrial
• Via común en células aerobias para
la oxidación completa de las grandes
biomoléculas.
• S e o b t i e n e n p r e c u r s o r e s
metabólicos.
• Naturaleza ANFIBÓLICA
• Aparentemente el rendimiento
energético del ciclo no es importante
– 1 GTP (ATP).
• La verdadera contribución del ciclo
es la obtención de electrones de alta
energía, extraídos por oxidación del
Acetil-CoA e incorporados a los
coenzimas NADH y FADH2 – (PODER
REDUCTOR).
Respiración aerobia
PODER REDUCTOR
O b s e r v a m o s e n e l catabolismo general cómo se va generando un continuo poder reductor en forma de electrones.
Respiración aerobia
• Conjunto de reacciones redox encadenadas en serie que transportan
electrones hasta el oxígeno molecular.
• Estas reacciones están catalizadas por determinados complejos enzimáticos.
• Los complejos enzimáticos hacen posible el flujo de e-/H+ de unos
transportadores a otros hasta alcanzar el O2 molecular.
• El O2 molecular actúa como último aceptor de e-/H+ se reduce y forma agua.
Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa
En cada reacción intervienen dos constituyentes con distintos potenciales redox; a
mayorpotencialmayorafinidadporloselectrones.
Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa
• Durante años se trató de explicar cuál era el mecanismo de la fosforilación oxidativa,
la hipótesis que mejor explica dicho proceso es la HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA.
• Postula que los transportadores electrónicos actúan como una BOMBA,
transportando iones H+ desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, a
través de la membrana mitocondrial interna.
• Se genera un gradiente electroquímico, como la membrana mitocondrial interna
es impermeable a los H+, éstos sólo pueden retornar a la matriz a través de la
ATP-Sintetasa (ATPasa) que utiliza el gradiente de H+ como fuerza
“protónmotriz” para formar ATP a partir de ADP + Pi.
Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa
NE: Norepinefrina HSL: Lipasa sensible a hormona UCP: Termogenina o proteína desacoplante
ROTURA DEL ACOPLAMIENTO Termogénesis en tejido adiposo marrón
Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa
•Sonlaprincipalreservaenergéticadelascélulas(sobretodolosTAG).•Sumetabolismoesmáslentoquelosazúcares.•TAG-setransformanen:•Glicerina---->DHP(Dihidroxiacetona3-P)---->GLUCÓLISIS
•Acidosgrasos------->β-Oxidación(HélicedeLYNEN)
Catabolismo de Lípidos
Beta-Oxidación
• Proceso metabólico en espiral que se produce en la matrizmitocondrial
(1)ElA.G.debeentraren lamitocondria;seactivauniéndosealCoA,seformaAcil-CoA--->GastodeATP
Catabolismo de Lípidos
(2) - Los Acil-CoA se transforman en la matriz mitocondrial en Acetil-CoA por pérdida sucesiva de fragmentos con 2 átomos de carbono.
La β-Oxidación es un proceso cíclico (en espiral) en el que el Acil-CoA se oxida gracias al FAD y al NAD y forma Acetil-CoA, que va al Ciclo de Krebs, y una nueva forma de Acil-CoA con dos átomos de carbono menos que el original:
En cada vuelta ocurre;
En la última vuelta, el fragmento de 2 carbonos resultante ya es un Acetil-CoA. Imaginemos el ácido palmítico (16 C), daría 7 vueltas y fabricaría por tanto 8 Acetil-CoA
Catabolismo de Lípidos
Catabolismo de AminoácidosAunque la función primordial de los AA es estructural por ser los precursores de las proteínas, en casos extremos, pueden ser utilizados como fuente energética. Para ello, los polipéptidos deben hidrolizarse hasta AA.
La degradación de los aminoácidos ocurre en dos fases, se debe separar el esqueleto carbonado del nitrógeno, ocurre en el citosol.
Gluconeogénesis o Neoglucogénesis
• Transformación de PIRUVATO - - - - - - -> GLUCOSA • No es un proceso inverso a la Glucólisis. • Comienza en el interior de la mitocondria y finaliza en el hialoplasma • Es utilizado por los animales para mantener los niveles de glucosa adecuados
• GRASAS - - - - - - > GLUCOSA ??? • Los animales no pueden efectuar la síntesis de glucosa a partir de las grasas ya que los 2 átomos de carbono del Acetil-CoA originado en el catabolismo de los ácidos grasos se pierden en forma de CO2 en el Ciclo de Krebs.
• Plantas y microorganismos sí pueden hacerlo, gracias al ciclo del GLIOXILATO, que elude las etapas de desprendimiento de CO2 anteriores originando succinato que se emplea con fines fotosintéticos. Se realiza en los glioxisomas.