40419854-Fisiologia-del-Metabolismo.pdf

7/21/2019 40419854-Fisiologia-del-Metabolismo.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/40419854-fisiologia-del-metabolismopdf 1/47

Reinaldo Rodríguez GuerreroReinaldo

Rodrigu

ez

Guerrero

Firmado digitalmente por

Reinaldo Rodriguez

Guerrero

Nombre de

reconocimiento (DN):

cn=Reinaldo Rodriguez

Guerrero, o=Particular,

ou=Docencia,

email=reinaldorg@gmail.

com, c=CLFecha: 2010.10.27

15:52:30 -03'00'



Introducción

Alimentos

Nutrientes

Carbohidratos,Lípidos y proteínas,minerales, vitaminasy Agua

Oxidación celular

Procesosfisiológicos;músculos,glándulas,etc.

Conjunto dereacciones acopladas



Nutrientes

Sustancias químicas que proporcionan energía, forman nuevoscomponentes, o ayudan al funcionamiento de diversos procesoscorporales

Recordemos que a lacélula llegan, moléculasen estado simple

Monosacáridos Amino ácidos Ácidos grasosGlicerolMonoglicéridos

Se utilizan para formar nuevas estructuras celulares, ensíntesis de moléculas reguladoras (hormonas y enzimas). Lamayor parte se usa como fuente de energía para el

sostenimiento de las funciones vitales.



Principales procesos vitales:•Transporte activo•Replicación del ADN•Síntesis de proteínas y otras macromoléculas•Contracción muscular•Impulso nervioso•Etc.

Algunos minerales y la mayor parte de las vitaminas formanparte de los sistemas enzimáticos que catalizan lasreacciones que transforman a los carbohidratos lípidos yproteínas.

El agua tiene 5 funciones importantes:Solvente y medio de suspensiónParticipa en reacciones hidrolíticasEnfriador y Lubricante, permite mantener la temperaturaconstante



METABOLISMO

Proviene de metabole= cambio

Se refiere a todas las reacciones químicas del cuerpo.

Debido a que todas las reacciones químicas liberan orequieren energía, el metabolismo implica un balance deenergía entre las reacciones anabólicas (de síntesis) y lascatabólicas (degradantes)

Anabolismo: reacciones químicas que combinan sustanciassimples para formar moléculas complejas . Es frecuente queabarquen a los procesos de síntesis por deshidratación (reaccionesque liberan agua) y requieren energía para formar nuevos enlacesquímicos. Ej. Enlace peptídicos de los aminoácidos.



Catabolismo: reacciones químicas que desdoblancompuestos orgánicos complejos en compuestos más

simples . Por lo general son reacciones de hidrólisis,reacciones que utilizan el agua para romper los enlacesquímicos. Ej. Digestión química y la respiración celular.

Anabolismo

Catabolismo

Requierenenergía

liberanenergía

Acoplamiento de lareacciones

Se logramediante la

molécula ATP



ATP Almacena Energía en los enlaces fosfatos de sumolécula en las reacciones catabólicas y la liberaposteriormente para las reacciones anabólicas.



En la hidrólisis del ATP se está hidrolizando uno de esos enlacesanhídrido de ácido. Esto libera gran energía, concretamente7,7kcal/mol. Es decir:

ΛG = -7,7 Kcal/molEs una reacción muy exergónica.Así se comprende que el ATP tiene tendencia a hidrolizarse de formanatural y liberar energía.



ADP+P

CALOR

Compuestossimples

ANABOLISMO

Compuestoscomplejos

CATABOLISMO

Energía

ATP



Debido a que no se pueden realizar transferencias eficientes,gran parte de la energía se pierde como calor es por eso que se

requiere de una fuente constante de energía externa para que lacélula pueda construir el ATP para sus funciones.

Metabolismo y enzimas

Para que ocurran las ReaccionesQuímicas

La velocidad con quechocan las moléculasdebe ser alta. Esto nos seda en los organismos vivos (presión y temperatura es

demasiado baja)

Solución de la células vivas es la ENZIMA Aceleran las reacciones químicas,

disminuyendo el requerimiento de laenergía de activación. Sin alterarse a

si mismas.

CATALIZADORES



La característica más sobresaliente de los enzimas es suelevada especificidad. Esta es doble y explica que no seformen subproductos:

Especificidad de sustrato. El sustrato (S) es la moléculasobre la que el enzima ejerce su acción catalítica.

Especificidad de acción. Cada reacción está catalizadapor un enzima específico.

Característica de la acción Enzimática



La acción enzimática se caracteriza por la formación deun complejo que representa el estado de transición.

E + S ES E + P

El o los sustratos se une a la enzima a través de numerosasinteracciones débiles como son: puentes de hidrógeno,electrostáticas, hidrófobas, etc., en un lugar específico, elsitio activo.

Este centro es una pequeña porción de la enzima,

constituido por una serie de aminoácidos. queinteraccionan con el sustrato.



Pueden catalizar reacciones unas 10 billones de veces. El número decambio que es la cantidad de moléculas del sustrato convertidas en

producto por molécula de enzima por segundo es generalmente de10.000 pero puede llegar a ser hasta 500.000.

Las enzimas están sujetas a diversos controles:Velocidad de síntesis y su concentración están bajo el control degenes celulares y son influenciados por otras moléculas de la

célula.

Componentes de la Enzimas



Sitio activo

Mecanismo de acción enzimática



Fisiología de la producción de Energía

Reacciones de oxido-reducción

Toda molécula contiene almacenada energía en sus enlaces de losátomos.

La célula cuenta con un conjunto de reacciones y procesos (VíaCatabólica) que acumulan la energía liberada de los enlaces de losnutrientes en los enlaces del ATP.

La oxidación es la eliminación de los electrones o iones de H+

enuna molécula que origina una disminución en el contenido deenergía de la molécula.

Como la mayor parte de las oxidaciones biológicas incluyen laperdida de átomos de Hidrogeno, se llaman reacciones de

deshidrogenación.



La reducción es la adición de electrones o iones de Hidrógeno(átomos de Hidrógeno) a una molécula y origina un aumentodel contenido de la energía de la molécula.

La reducción es opuesto a la oxidación

Siempre acopladas



Como dentro de la célula las reacciones están acopladas, laenergía se transfiere inmediatamente por medio de coenzimas

a otros compuestos.

NAD= Adenin dinucleótido de Nicotinamida

NADP+= Adenin fosfato dinucleótido deNicotinamida

Transportadoresde Hidrogeno

NAD+

Oxidado

NADP+

Oxidado

+2H (2H+ + 2e-)

NADH + H+

Reducido-2H (2H+ + 2e-)

NADPH + H+

Reducido

+2H (2H+ + 2e-)

-2H (2H+ + 2e-)

Involucrado enreaccionescatabólicas

Implicadoprincipalmenteen víasanabólicas.



Generación de Adenosin Trifosfato

La energía en el ATP seguarda en los enlacesenergéticos del fosfato, que serompen con facilidad. La

adición de un grupo fosfato aun compuesto químico sellama Fosforilación, reacciónque aumenta la energía de lamolécula.



ATP

FOSFORILACIONTRES MECANISMOS

Fosforilación a nivel

de Sustrato:Ocurre en elcitoplasma y consisteen un fosfato de altaenergía se entregadirectamente a partir

de un compuestometabólicofosforiladointermedio hasta el ADP

Fosforilación

oxidativa: ocurre enlas membranasmitocondrialesinternas y consisteen la transferencia de

electrones en unacadena trasportadorade electrones, en laque el ultimo aceptorde es el Oxigeno.

Fotofosforilación:

ocurre solamente enlas células querealizan fotosíntesis.Como las vegetales.



Fisiología del metabolismo de los carbohidratos

Glucosa (80%),fructosa y galactosa

Se absorben en elEpitelio Intestinal

HIGADOAquí toda la fructosa y galactosa

se transforman en glucosa

Vena porta hepática

Parte de lafructosa setransformaen glucosa

Por lo tanto la

historia delmetabolismo delos carbohidratosen realidad es lahistoria de laglucosa



Destino de los Carbohidratos

La glucosa es la principal fuente energética del cuerpo humano,el destino depende de las necesidades celulares. Si las célulasrequiere de energía inmediata, la glucosa se oxida en lascélulas.

1 gramo deCarbohidratos

4 kilocalorías(Kcal)

Produce

Calorías liberadas por un compuesto es la determinación delcalor que libera el compuesto durante la oxidación



Glucosa no utilizadainmediatamente

Hígado:Exceso en transformadoen Glucógeno

(glucogénesis) y luego loalmacena. Las fibrasmusculares tambiénpueden almacenarlo

Hígado:

Si las aéreas dealmacenamiento estáncompletas: loshepatocitos y adipocitosla pueden transformaren grasa del tejido

adiposo

Excreción:Exceso es excretado por la

orina. Normalmenteocurre cuando alimentoen su totalidad escarbohidratos y no seconsume grasas. Unarápida digestión y

absorción elevan loscarbohidratos sanguíneos y el hígado es incapaz deprocesarlos al mimotiempo y por eso seexcreta.



Movimiento de la glucosa hacia las células

La glucosa se absorbe en el epiteliointestinal por un cotransporte (activo)

asociado a Na+

La velocidad del transportehacia las células aumenta con

la Insulina

Una vez ingresa al interior de la célula lamolécula de glucosa debe fosforilarse(energía dada por el ATP) y catalizada la

reacción por una enzima.

Hacia las células ingresapor un mecanismo deproteína facilitadora



Esta reacción ocurre en las célulascorporales y permite capturar la glucosaimpidiendo que vuelva a salir

En el Hígado, células tubularesrenales y epitelio intestinal poseenFosfatasa que invierte el proceso yle permite salir



Fosforilación de

la Glucosa



Conversión de los carbohidratosen glucosa en el hígado



Catabolismo de la Glucosa

Oxidación de la glucosa es conocida como la respiración celularocurre en todas las células corporales excepto en los eritrocitos yaque carecen de mitocondrias. Es el mayor aporte de energía almetabolismo.

La oxidación de la glucosa hasta CO2 y Agua libera grandescantidades de energía. Se presenta en tres etapas sucesivas:

1. Glucolisis

2. Ciclo de Krebs3. Cadena transportadora de electrones



Glucólisis

Proviene de glyco= azúcary lisis=desdoblamiento

Reacciones químicas en el citoplasma de la célula que trasforman lamolécula de glucosa de átomos de carbono en dos moléculas de tres

átomos de carbono, llamados Ácidos Pirúvicos o Piruvatos

La glucólisis o vía de Embdem-Meyerhof La glucólisis es utilizada por casi todas las células como medio paraobtener energía (a través de los azucares). Cualquiera que sea lafuente de glucosa utilizada, el resultado final será la obtención deÁcido Pirúvico, ATP y NADH + H+.



Etapas de la Glucólisis

Etapa de activación. La glucosa, tras su activación ytransformación en otras hexosas, se descompone en dosmoléculas de gliceraldehído-3-fosfato, es decir, en dosmoléculas de tres átomos de carbono. Para ello se necesita laenergía aportada por dos moléculas de ATP.

Glucosa + 2 ATP ▬► 2 gliceraldehído 3 P + 2 ADP

Etapa de degradación. Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan después, a través de una serie dereacciones, hasta rendir dos moléculas de Ácido Pirúvico. Enesta oxidación se necesita como coenzima el NAD que se

reduce a NADH. La energía liberada en el proceso es utilizadapara fabricar cuatro moléculas de ATP.

2 Gliceraldehído 3 P + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 Pi ▬► 2 Ácido Pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 4 ATP



Secuencias de reacciones responsables de las glucolisis

Activación

Degradación



La formulación de la reacción global (balance) de la glucólisis.

Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Ácido pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP

Por cada molécula de glucosa que ingresa en esta vía seobtiene:

▪ 2 moléculas de Ácido Pirúvico.▪ 2 moléculas de NADH+ 2H+

▪ 2 moléculas de ATP.Como hemos visto, en la glucólisis se forman coenzimas reducidas(NADH) que es preciso oxidar a NAD+ para que dicha ruta metabólicano se detenga.

En condiciones anaerobias (ausencia de oxigeno) lo hace porfermentación, como puede ocurrir en los músculos, el NADH se oxidaa NAD+ mediante la reducción del Ácido Pirúvico, ocurre en elhialoplasma.



Las reacciones anaerobias de la Glucolisis



En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aeróbicaso anaeróbicas, según las condiciones ambientales de la célula. Porejemplo, la célula muscular puede funcionar con oxígeno hastaque éste llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces encondiciones anaerobias produciendo ácido láctico.

En condiciones aerobias, lo hace mediante la respiración celularque tiene lugar en las mitocondrias.

Las células aerobias obtienen la mayor parte de su energía de

la respiración celular, que supone la oxidación del Ácido Pirúvicohasta formar CO2 y H 2O. Para que la oxidación llegue hasta esteextremo, se requiere oxígeno, moléculas fundamentales, que actúacomo último aceptor de electrones de una serie de reacciones deoxidación-reducción, en las que intervienen las moléculas orgánicasque constituyen la llamada cadena respiratoria.

Respiración Celular



La respiración celular, que, como ya se ha dicho, se realiza en

matriz de las mitocondrias de las células y es un proceso complejoque comprende cuatro etapas distintas:

1. Transformación del ácido pirúvico en acetil CoA.

2. El acetil CoA ingresa en el ciclo de Krebs (o de los ácidostricarboxílicos), donde se oxida a CO

2 y H

2O. Como resultado de un

ciclo complejo se reduce cuatro moléculas de coenzimas, tres de NADy una de FAD.

3. Transporte de electrones a través de una serie de moléculas, queconstituyen la cadena respiratoria. En estas reacciones de oxidación-

reducción se libera energía que la célula utiliza para bombearprotones al interior del espacio intermembranal.

4. Fosforilación oxidativa, la salida de H+ hacia la matriz mitocondrialse hace a través de las ATPasas, produciéndose la fosforilación deADP + Pi → ATP.



Etapas de la respiración celular

La primera etapa de la respiración oxidativa (o celular) tiene comofinalidad la transformación de los diferentes compuestos orgánicosen acetil-CoA, compuesto utilizado como sustrato de las oxidaciones

respiratorias. Este acetil CoA se obtiene fundamentalmente por doscaminos diferentes:

A partir del ácido pirúvico (formado en la glucólisis en el citoplasmapasa a la matriz mitocondrial atravesando las membranas) sufre unadescarboxilación oxidativa, en presencia del Coenzima A (CoA), se oxidahasta Acetil-CoA (CH

3CO-S-CoA), liberándose CO

2 y reduciéndose una

molécula de NAD+ a NADH + H+.

A CoA CO2

CH 3-CO-COOH Ác. pirúvico ▬▬▬▬▬▬▬▬► Acetil-CoA CH 3-CO-S-CoA

NAD+ NADH + H+

Primera etapa: obtención del acetil CoA



A partir de ácidos grasos procedentes de las grasas: los ácidosgrasos penetran en la matriz mitocondrial después de ser activadoscon CoA. Los ácidos grasos activados son transformados en acetil-CoA en una ruta metabólica llamada β-oxidación.

El ciclo de Krebs, también llamado del ácido cítrico o del ácidotricarboxílico, se desarrolla en la matriz mitocondrial, y tiene comoobjetivo la oxidación del grupo acético del acetil-CoA y la obtenciónde coenzimas reducidos (FADH 2 y NADH) para la cadena

respiratoria.

Segunda etapa: Ciclo de Krebs



El ciclo empieza con la unión del acetil-CoA con una molécula de 4 C(el ácido oxalacético), para formar una de 6 C (ácido cítrico), que da

nombre al ciclo (que es el que realmente inicia el ciclo deKrebs). Después, a través de una secuencia de 7 reacciones, seeliminan 2 C en forma de CO2 y se regenera el ácido oxalacético(que puede reanudar el ciclo).

Ciclo deKrebs

En el transcurso de las reacciones que tienen lugar encada vuelta del ciclo, es decir, por cada molécula deacetil CoA que entra, se producen:

▪ Dos reacciones de descarboxilación oxidativa en las que sedesprenden dos CO2.▪ Una reacción de fosforilación que produce un GTP transformable enATP.▪ Dos moléculas de CoA-SH, de las que una vuelve a utilizarse en elciclo.▪ Tres moléculas de NADH/H+ y una de FADH2, que pasarán a lacadena de transporte electrónico, donde serán oxidados.



Las moléculas que forman esta cadena están situadas en lamembrana interna de la mitocondria. La cadena se inicia cuando elNADH (y el FADH2) libera H+ y e- para oxidarse y regenerar el NAD+.

Los protones quedan en la matriz y los electrones son transferidos alprimero de los transportadores que forman la cadena respiratoria.

Tercera etapa: cadena respiratoria o cadena transportadora deelectrones.

En esta fase los e- tienen una alta energía que va disminuyendoconforme van pasando a través de los más de 15 transportadores.

Finalmente los e-

llegan al O2 (último aceptor de los e-

), que sereduce a H 2O.



Cuarta etapa: fosforilación oxidativa

Según la hipótesis quimiosmótica, hay pasos en el transporte deelectrones en los que se libera suficiente energía para bombear los protones (H + ) desde la matriz mitocondrial al espaciointermembranas, donde se acumulan. De este modo se produce ungradiente electroquímico que hace que los protones tiendan a volver

de nuevo a la matriz a favor de gradiente.

Sin embargo, dada la impermeabilidad de la membrana interna, losH+ sólo pueden atravesarla a través de los complejos enzimáticos(las ATP Sintetasas) insertos en ella. Estos complejos utilizan la

energía liberada en el paso de H+ para, a partir de ADP + Pi obtenerATP.



El balance energético supone simplemente un recuentode las moléculas de ATP que se forman en el proceso dedegradación de la glucosa a CO2 y H2O.

Deberemos tener en cuenta, no sólo las moléculas de ATPque se forman directamente en las reacciones de esteproceso, sino también las moléculas de NADH y FADH2,que al ser oxidadas en la cadena respiratoria dan lugar a3 y a 2 moléculas de ATP, respectivamente.

BALANCE ENERGÉTICO DE LA RESPIRACIÓN CELULAR



Rendimiento de 1 molécula de glucosa en el catabolismo aerobio:

1. Glucólisis (De 1 C6 a 2 C3)

1 Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ▬▬▬▬► 2 Ác. pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP

2. Del ácido pirúvico al acetil CoA (De 2 C3 a 2 C2)

2 Ác. pirúvico + 2 HS-CoA+ 2 NAD+ ▬▬▬► 2 CO2 + 2 N A D H + 2 H+ + 2 Acetil-CoA

3. Ciclo de Krebs.

2(Acetil-CoA+3H2O+3NAD++FAD+ADP+Pi)▬►4CO2+6NADH+6H++2FADH2+2ATP+2SH-CoA



Glucosa+6H2O+10NAD++FAD+4ADP+4Pi▬► 6 CO2 + 10 NADH +10H++ 2 FADH2 + 4 ATP(x 3 ATP) (x 2 ATP)

4. Cadena respiratoria:30 ATP + 4 ATP = 34 ATP

12 H2O 10 H2O + 2 H2O

TOTAL = 38 ATP

Las moléculas de ATP una vez formadas seexportan a través de las membranas de lasmitocondrias para que sean utilizadas en toda lacélula.

40419854-Fisiologia-del-Metabolismo.pdf

Documents

Transcript of 40419854-Fisiologia-del-Metabolismo.pdf