2. Vias Metabólicas Listo

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Maria T. Pacheco

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Descripción del metabolismo

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  • Maria T. Pacheco

  • Metabolismo

  • Temperatura, pH,

    inhibidores.

  • Catabolismo y Anabolismo

  • 1. Catabolismo

  • 1.1 Catabolismo aerbico

  • Cuando el ltimo aceptor hidrgenos o electrones es una molcula orgnica sencilla.

    Rutas de degradacin la glucosa se llaman fermentaciones.

    1.2 Catabolismo anaerbico

    En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aerbicas o anaerbicas, segn las condiciones ambientales de la clula. Ej. La clula muscular puede funcionar con oxgeno hasta que llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces condiciones anaerobias produciendo cido lctico.

  • RUTAS METABLICAS

    CATABOLISMO

  • Fermentaciones

  • Fotosntesis

    Otros procesos metablicos

  • Fotosntesis

    Otros procesos metablicos

  • Fotosntesis

  • Auttrofos

    2. Anabolismo

  • NOTA: Quimiosntesis

    Otra forma de obtencin de nutrientes.

    Las bacterias quimiosintticas

    son los nicos seres vivos no

    dependientes, ni directa ni

    indirectamente, de la luz solar.

  • a) Bacterias nitrosificantes. Como las del gnero nitrosomonas que obtienen energa en forma de ATP y coenzimas reducidas por medio de la oxidacin de sales amoniacales (NH4+) presentes en los excrementos y en la materia orgnica en descomposicin. b) Bacterias nitrificantes. Como las del gnero nitrobacter que oxidan los nitritos (NO2-) a nitratos (NO3-). El nitrgeno incorporado en los compuestos orgnicos es transformado de nuevo en nitrgeno contenido en compuestos inorgnicos que van a parar a los suelos o las aguas. De aqu podr ser absorbido nuevamente por las plantas, cerrndose as el ciclo del nitrgeno en la naturaleza. c) Bacterias del azufre incoloras. Estas bacterias oxidan los sulfuros a azufre y el azufre a sulfitos o a sulfatos. d) Bacterias del hierro. Oxidan los compuestos ferrosos a frricos. Estos dos ltimos tipos de bacterias medran, sobre todo en los yacimientos de azufre y hierro de origen volcnico y en particular en los llamados humeros negros.

  • El anabolismo se puede clasificar segn las biomolculas que se sinteticen en: 2.1 Sntesis de glcidos. 2.2 Replicacin o duplicacin de ADN. 2.3 Sntesis de ARN. 2.4 Sntesis de protenas. 2.5 Sntesis de lpidos.

  • 2.1 Sntesis de glcidos.

  • Fase oscura o ciclo de Calvin

  • La glucosa es polimerizada formndose almidn.

  • Rendimiento de la fotosntesis

  • 2.2 Replicacin o duplicacin de ADN.

  • Nucletidos de ADN

    Azcar: Desoxiribosa

    Grupo Fosfato

    Adenina

    1 Base nitrogenada Guanina

    Citocina

    Timina

    Nucletidos de ARN

    Azcar:Ribosa

    Grupo Fosfato

    Adenina

    1 Base nitrogenada Guanina

    Citocina

    Uracilo

    Los cidos nucleicos estn formados por subunidades llamadas NUCLETIDOS

  • Bases nitrogenadas

    Bases de anillo doble Bases de un anillo

  • Watson y Crick describieron la estructura del ADN

    Estructura del ADN

    El ADN tiene forma de doble hlice o escalera de caracol.

    El grupo fosfato y el azcar (desoxiribosa) representan los lados de la escalera.

    La unin de las bases representa los peldaos.

    Siempre se une una base prica con una pirimidinica: Adenina se une con Timina y Guanina se une a citocina.

  • Desglosemos la estructura del ADN

    P

    Azcar

    D

    P

    Azcar

    D

    P

    Azcar

    D

    P

    P

    P

    Azcar

    D

    Azcar

    D

    Azcar

    D

    Como se unen las bases entre si?

  • Replicacin del ADN Replicacin semiconservadora

    Cundo ocurre la replicacin del ADN?

    En que consiste la replicacin semiconservadora?

    - Las hebras del ADN se separan y sirven como plantillas. Se forman molculas con una hebra original de ADN y una hebra de ADN nuevo.

  • Paso 1: Desenrollado

    - La DNA helicasa desenrolla la

    molcula de ADN rompiendo los puentes de hidrgeno.

    - Las protenas de unin monoconcatenario mantienen separadas las hebras durante la replicacin.

    Pasos de la replicacin del ADN

    Enzima que interviene: DNA helicasa

  • Paso 2: Apareamiento de bases.

    - La DNA polimerasa cataliza la unin de

    nucletidos que correspondan o formen pares con la hebra original.

    - Las bases nitrogenadas que quedan libres al desenrollarse la molcula del ADN son las que darn la pauta para saber que nucletido es el correspondiente.

    Pasos de la replicacin del ADN

    Enzima que interviene: DNA polimerasa

  • Paso 3: Ensamblaje

    - Debido a que la molcula de ADN se replica en varios puntos a la vez, la DNA ligasa se encarga de unir todas las secciones replicadas.

    Pasos de la replicacin del ADN

    Enzima que interviene: DNA ligasa

  • Estructura del ARN

    El ARN est formado por una sola cadena de nucletidos.

    Tiene la funcin de sintetizar protenas a partir de las instrucciones del ADN.

    - ARN mensajero (ARNm): Lleva la informacin gentica del ADN en el ncleo para dirigir la sntesis de protenas.

    Hay 3 tipos de ARN: -ARN mensajero (ARNm) -ARN ribosomal (ARNr) -ARN de transferencia (ARNt)

    - ARN de transferencia (ARNt):Transporta aminocidos al ribosoma donde se ensamblan las protenas.

    - ARN ribosomal (ARNr): Se asocia con la protena para formar ribosomas.

  • Paso 1: Transcripcin

    - La molcula de ADN se abre como si fuera a

    replicarse.

    - La RNA polimerasa une los nucleotidos de RNA para formar el RNAm

    - De las dos hebras expuestas de DNA una se utiliza y es conocida como hebra plantilla.

    - Recuerda que para la formacin del RNA se utiliza la base nitrogenada uracilo en lugar de timina.

    Sntesis de protenas

    Enzimas que intervienen: DNA helicasa, RNA polimerasa

  • Paso 1: Transcripcin

    - Cada protena est conformada de

    diferentes aminocidos (recuerda que hay 20 aminocidos en la naturaleza).

    - Para la fabricacin de las protenas el ADN crea un cdigo dado por la secuencia de las bases.

    - La secuencia de 3 bases indica el cdigo para la formacin de un aminocido y se llama (CODON).

    - Ya con la informacin para la bsqueda de un aminocido el RNAm sale del ncleo.

    Sntesis de protenas

  • Paso 2: Traduccin - El RNA m se va a los ribosomas.

    - Las molculas de RNAt que se encuentran en el citoplasma interpretan el cdigo de RNAm presente en cada codn.

    - El RNAt con el cdigo forma un anti codn que es complementario a las bases que forman cada codn.

    - El RNAt va trayendo subsecuentemente varios anticodones.

    - El RNAr es el encargado formar enlaces entre los aminocidos que se van acumulando en los diferentes sitios del ribosomas hasta completar la protena.

    Sntesis de protenas

  • Escribe la cadena complementaria de ADN que surge del proceso de replicacin: A G C G T T G A A C

    T C G C A A C T T G

    Escribe la cadena complementaria despus del proceso de transcripcin: A G C G T T G A A C

    U C G C A A C U U G

    Escribe la cadena complementaria despus del proceso de traduccin:

    ADN hebra original

    ADN hebra nueva

    RNAm

    RNAt

    A G C G U U G A A C

  • 2.3 Sntesis de ARN.

  • 2.4 Sntesis de protenas.

    Cmo se transcribe y se traduce la secuencia de bases nitrogenadas del ADN en una secuencia de aminocidos de una protena?

  • Dogma central de la Biologa Molecular

  • TRANSCRIPCION: del ADN al ARNm

  • TRADUCCION

    En la sntesis de protenas se reconocen los tripletes que posee el ARNm.

    El ARNt moviliza los aminocidos ne-cesarios.

    El ARNm mensajero usa como plata-forma el ribosoma, especialmente el ARNr.

  • 2.5 Sntesis de lpidos.

    BIOSNTESIS DE CIDOS GRASOS La sntesis de cidos grasos se realiza mediante condensacin de unidades de dos tomos de carbono, con la intervencin del acetil-CoA. Activacin del acetil-CoA * Se lleva a cabo mediante un proceso decarboxilacin. * La incorporacin de un grupo carboxilo a la molcula de acetil-CoA proporciona un compuesto de tres tomos de carbono, el malonil-CoA, que se va a convertir en el dador de unidades de dos tomos de carbono.

  • Esta reaccin irreversible est catalizada por la enzima acetil-CoA-carboxilasa, que contiene biotina (vitamina B) como grupo prosttico.

    La reaccin que tiene lugar es:

    Acetil-CoA + ATP + HCO3- Malonil CoA + ADP

    + Pi + H+

  • Actividad del complejo cido graso sintasa

  • La sntesis de los cidos grasos saturados de cadena larga se desarrolla en el citoplasma de los hepatocitos, dnde se encuentra un gran complejo enzimtico que se denomina cido graso sintasa.

    Una de las protenas ms interesantes de este complejo es la protena transportadora de grupos acilo (ACP, acyl carrier protein) que, siendo una protena pequea de 77 aminocidos, realiza una compleja funcin de transporte. Su grupo prosttico, formado por una molcula de fosfopantetena, es muy similar estructuralmente al Coenzima A.

    A travs de este grupo prosttico, que acta como un brazo articulado mvil, se van a desplazar los intermediarios de la sntesis de centro activo en centro activo para formar el cido graso, a travs de varias reacciones.

  • Dependiendo de la fase de desarrollo de la sntesis de cidos grasos, se utilizarn una u otra de las actividades catalticas de la cido graso sintetasa.

    Estas actividades, en las clulas eucariotas, son las siguientes:

    1) Acetiltransferasa: Transfiere grupos acetilo a la enzima condensante.

    2) Maloniltransferasa: Transfiere grupos malonil a la protena transportadora de grupos acilo.

    3) Enzima condensante acil-malonil-ACP: Realiza una reaccin de condensacin entre el grupo malonil unido a ACP y el grupo acetil. El producto final de la reaccin es un compuesto de 4 tomos de carbono, que permanece unido a ACP (Acetacetil-ACP).

  • 4) -cetoacil-reductasa: Cataliza una reaccin de reduccin del acetacil a hidroxibutiril mediante la oxidacin del coenzima NADPH + H+; el hidroxibutiril se mantiene unido a ACP (Hidroxibutiril-ACP).

    5) Deshidratasa: Cataliza una reaccin de deshidratacin formndose un doble enlace en el hidroxibutiril que se transforma en crotonil-ACP.

    6) Enoil-reductasa: Cataliza una reaccin de reduccin del crotonil a butiril-ACP, que es ya un cido graso saturado de 4 tomos de carbono (butirato), unido a ACP. El coenzima que participa es el NADPH + H+.

    7) Tioesterasa: Cataliza la rotura del cido graso formado, separndolo del grupo sulfhidrilo de la molcula de ACP (tiolisis) y liberando al medio el producto final del complejo que es el palmitato, un cido graso saturado de 16 tomos de carbono.

  • De las enzimas descritas, la primera interviene slo en el inicio de la sntesis, y la ltima en la terminacin del proceso.

    Todas las dems intervienen en el crecimiento de dos en dos tomos de carbono hasta alcanzar el palmitato.

  • Lipogenesis of the palmitic acid by the acyl carrier protein.

  • Balance global de la sntesis de cidos grasos Para la sntesis del palmitato (C 16 ) se requieren 7 ciclos de elongacin y la reaccin neta sera: Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA + 14 NADPH + 20 H+Palmitato + 7 CO 2 + 14 NADP++ 8 CoA + 6 H 2 O Teniendo en cuenta la reaccin previa de activacin por la que tiene que pasar cada molcula de malonil-CoA, 7 Acetil-CoA + 7 CO 2 + 7 ATP 7 Malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 H + El balance global ser: 8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+Palmitato + 14 NADP ++ 8 CoA + 6 H 2 O + 7 ADP + 7 Pi

  • La sntesis de cidos grasos es un proceso costoso, con un fuerte gasto energtico. El consumo de energa no slo se mide como molculas de ATP, sino tambin como consumo de poder reductor en forma de NADPH en las dos reacciones de reduccin que realiza el complejo enzimtico sobre el sustrato. Aunque el ATP no sea utilizado directamente por la cido graso sintetasa, la sntesis no se llevara a cabo sin la activacin previa de las molculas de acetilo con consumo de ATP.

  • Origen del acetil-CoA para la sntesis de cidos grasos 1) El acetil-CoA utilizado en la sntesis de cidos grasos

    puede provenir de un excedente de glcidos ingeridos y degradados a travs de la va glucoltica hasta piruvato. En el interior de la mitocondria, el piruvato da lugar a acetil-CoA.

    2) Otra fuente de acetil-CoA son los excedentes de

    aminocidos, cuyos esqueletos carbonados dan lugar a acetil-CoA o a piruvato, y pueden ser utilizados en la formacin de cidos grasos.

  • La mayor parte del acetil-CoA, independientemente de su origen, se obtiene en la mitocondria, y para participar en la ruta sinttica debe transferirse al citoplasma; sin embargo, la membrana mitocondrial es impermeable y se ha de utilizar un sistema de transporte, que es la molcula de citrato, a travs de la denominada lanzadera del citrato.

    Regulacin de la sntesis de los cidos grasos

    El metabolismo de los cidos grasos est bajo un fuerte control de tal modo que sntesis y degradacin respondan a las necesidades del organismo. La sntesis se efecta a gran escala cuando hay un exceso de glcidos o protenas; o bien, cuando las necesidades energticas celulares estn cubiertas y hay un dficit en la ingesta de cidos grasos. La sntesis y la degradacin estn reguladas de forma recproca y antagnica, de manera que las dos rutas no puedan ser activas al mismo tiempo.

  • ELONGACIN E INSATURACIN DE LOS CIDOS GRASOS

    El palmitato formado por la cido graso sintetasa es un cido graso saturado de 16 tomos de carbono, para alargar este cido graso o para introducir dobles enlaces se requieren otros sistemas enzimticos, enzimas situadas en la cara citoplasmtica del retculo endoplsmico liso.

    Cuando las membranas del retculo se fragmentan, forman unas vesculas cerradas denominadas microsomas, donde se produce elongacin; y por ltimo tambin en las mitocondrias.

  • El proceso que tiene lugar es idntico al realizado por el complejo cido graso sintetasa. El donador de los dos tomos de carbono, es la molcula de malonil-CoA y la descarboxilacin da la energa para la condensacin, pasando a continuacin por las correspondientes reacciones de reduccin, deshidratacin y reduccin para dar lugar a un cido graso ms largo. Palmitato + Malonil-CoA Estearato (C 18 ) + CoA +

    CO 2

  • La insaturacin o formacin de dobles enlaces (cis) se realiza a travs de un complejo enzimtico oxidasa (acil graso-CoA desaturasa), que utiliza O 2 y NADH (o NADPH).

    De forma esquemtica la reaccin que tiene lugar es:

    Estearil-CoA + NADH + H++ O 2 Oleil-CoA (C 18 , cis9) + NAD++ 2 H 2 O

    Los dos sustratos son oxidados, estearil y NADH, y el aceptor de electrones reducido, es el oxgeno.

  • Los mamferos carecen de enzimas para introducir dobles enlaces ms all del carbono

    9, y por lo tanto, cidos grasos insaturados como el linoleato (C 18:2 9,12) o linolenato

    (C 18:3 9,12,15) son catalogados como cidos grasos esenciales, y deben ser

    incorporados en la dieta en alimentos de origen vegetal, ya que son precursores necesarios para la formacin de otros

    productos.

  • SNTESIS DE LPIDOS COMPLEJOS

    Los cidos grasos pueden entrar a formar parte de triacilgliceroles, para el almacenamiento de energa metablica, o bien pueden incorporarse a los fosfolpidos que construyen las membranas celulares. Dependiendo de las necesidades de la clula, se adoptar uno u otro camino.

    Cuando la clula est aumentando de tamao, se requiere la formacin de nuevas membranas y por lo tanto se incrementar la sntesis de fosfolpidos.

    Si no hay crecimiento celular y a travs de la ingesta se incorporan excedentes alimenticios, la energa sobrante se almacenar en depsitos grasos y la sntesis de triacilgliceroles aumentar.

  • Sntesis de triacilgliceroles y fosfoacilgliceroles

    Estos dos tipos de lpidos utilizan como metabolito intermediario comn la molcula de fosfatidato, para despus divergir por rutas distintas.

    La sntesis del fosfatidato empieza con la molcula de glicerol-3-fosfato, el cual se obtiene por reduccin de uno de los intermediarios de la ruta glucoltica, la dihidroxiacetona-fosfato.

    El glicerol-3-fosfato incorpora molculas activadas de cido graso en forma de acil-CoA, normalmente el cido graso que se une al carbono 1 es un cido graso saturado, mientras que el que se sita unido al carbono 2 es insaturado. La molcula resultante es el cido fosfatdico o fosfatidato.

  • A partir de aqu, para la sntesis de triacilgliceroles se hidroliza el grupo fosfato por accin de una fosfatasa, obtenindose un diacilglicerol y se incorpora un tercer cido graso en forma de acil-CoA a travs de un complejo triacilglicerol sintetasa asociado a las membranas del retculo endoplsmico liso.

  • La biosntesis y degradacin de triacilgliceroles estn reguladas recprocamente dependiendo de los recursos disponibles y de las necesidades del organismo.

    La cantidad de grasa corporal en el hombre no suele variar mucho a lo largo del tiempo, pero si se ingieren cantidades en exceso de glcidos, lpidos o protenas, estos excedentes energticos se almacenan en forma de triacilgliceroles, para ser usados posteriormente en periodos de carencia energtica.

    Para la sntesis de fosfoacilglicridos se une un nucletido activado CTP, formando un intermediario CDP-diacilglicerol, Fosfatidato + CTP + CDP-Diacilglicerol + Ppi.

  • La sntesis de esfingosina, un componente comn de los esfingolpidos, se realiza mediante la condensacin de palmitoil-CoA (un cido graso saturado) y serina (un aminocido), formando una amina de 18 tomos de carbono denominada esfinganina.

    A travs de una descarboxilacin y dos reducciones posteriores se obtiene la esfingosina. La incorporacin de un acil-CoA da lugar a la base estructural de los distintos esfingolpidos, que es la molcula de ceramida.

    Las esfingomielinas se obtienen por adicin de un grupo fosforilo esterificado con colina, procedente de la fosfatidil-colina. Si en vez del grupo fosfato y la colina, se produce la incorporacin secuencial de monosacridos, se forman los distintos glucoesfingolpidos.

    La incorporacin de los monosacridos se realiza a travs de intermediarios activados mediante unin a CTP o a UTP, y por la catalizacin de las glicosiltransferasas que forman enlaces glicosdicos, dando lugar a los ganglisidos y los cerebrsidos.

  • SNTESIS DE COLESTEROL Y MOLCULAS ESTEROIDEAS

    El colesterol es un componente crtico de las membranas de todas las clulas eucariotas, y es esencial para el crecimiento y la viabilidad de las clulas de los organismos superiores.

    El colesterol es un mediador importante en el grado de fluidez de las membranas; adems, es el precursor de las hormonas esteroideas y de los cidos biliares.

    No es un componente esencial en la dieta de los mamferos ya que puede ser sintetizado en los hepatocitos, partiendo de precursores sencillos.

  • Sntesis de colesterol

    Todos los tomos de carbono del colesterol provienen de molculas de acetil-CoA, sin embargo, el proceso de sntesis de colesterol no guarda ninguna semejanza con la sntesis de cidos grasos, an compartiendo ambos el mismo precursor o unidad bsica. La sntesis comienza con la condensacin de acetil-CoA y acetacetil-CoA.

    Acetacetil-CoA + Acetil-CoA + H 2 O 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA

  • Intermediario clave en la sntesis del colesterol:

    3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA + 2 NADPH + 2 H+ Mevalonato + 2 NADP++ 2 CoA

    La enzima que cataliza esta reaccin, la hidroxi-metil-glutaril-CoA reductasa, situada en las membranas del retculo endoplsmico liso, est sometida a un fuerte control, ya que es inhibida alostricamente por derivados del colesterol, y est regulada por modificacin covalente a travs de diferentes hormonas.

  • El mevalonato se convierte tras varias reacciones de fosforilacin con gasto de ATP en 3-isopentenilpirofosfato, un compuesto de 5 tomos de carbono o isopreno activado, que constituye la unidad de sntesis del escualeno, formado por seis unidades.

    C 5 C 10 C 15 C 30 (Escualeno).

    La etapa final es la ciclacin del escualeno, que tiene lugar a travs de un intermediario cuya formacin requiere la participacin de oxgeno molecular y una ciclasa.

  • Regulacin de la sntesis de colesterol

    El colesterol apareci slo cuando los organismos se hicieron aerobios y est presente en todas las clulas eucariotas, pero ausente en la mayor parte de las procariotas.

    Todos los tejidos animales en crecimiento necesitan colesterol para la sntesis de membranas y algunos como sustrato para la sntesis de otros compuestos.

    El colesterol puede incorporarse con los alimentos ingeridos o bien sintetizarse. El lugar principal de sntesis es el hgado (tambin el intestino), pudiendo llegar la sntesis a 800 mg/da.

  • La velocidad de formacin depende del colesterol absorbido en la dieta, si la absorcin es alta, la sntesis disminuye; y a la inversa, si la

    absorcin es baja, la sntesis se incrementa.

    Esta regulacin se realiza a travs de la concentracin y la actividad de la 3-hidroxi-

    3metil-glutaril-CoA reductasa.