BOLILLA 10: Interrelaciones metabólicas. Relaciones entre las principales vías metabólicas....

BOLILLA 10: Interrelaciones metabólicas. Relaciones entre las principales vías metabólicas. Utilización del NAD(P)H como agente reductor. Encrucijadas metabólicas. Regulación coordinada. Respiración celular en células animales. Metabolismo en hígado, musculo, cerebro y tejido adiposo. Adaptaciones metabólicas: postprandial y ayuno, en hibernación y en diferentes condiciones ambientales (anaerobiosis, temperaturas extremas). Integración del metabolismo en la célula vegetal: intermediarios comunes entre vías metabólicas. Respiración celular en células vegetales. Flujo de metabolitos durante el día y la noche. Relación entre ciclo del glioxilato y la gluconeogénesis.

QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB

Catabolismo Anabolismo

METABOLISMOMETABOLISMO

Estructuras complejas

Estructuras simples

G

DE

GR

AD

AC

ION

SIN

TE

SIS

La estrategia básica del metabolismo es obtener:

1- Energía y poder reductor del entorno.2- Precursores para la biosíntesis de macromoléculas.


Nutrientes Contenedores

de Energía

CarbohidratosLípidosProteínas

VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa)

Productos finales

carentes de Energía

CO2

H2ONH3

NAD+

NADP+

FADADP+HPO4

2-

NADHNADPHFADH2

ATP

Energía Química

Moléculas Precursoras

MonosacáridosÁcidos grasosAminoácidos

Bases nitrogenadas

VIAS ANABOLICAS(Síntesis reductora)

Macromoléculas Celulares

PolisacáridosLípidos

ProteínasÁcidos Nucleicos


ME

TA

BO

LIS

MO

IN

TE

RM

ED

IO • El metabolismo posee una estructura coherente y con aspectos comunes con la gran cantidad de reacciones que se producen en todos los organismos vivos.

• Gran numero de reacciones pocas clases de reacciones con mecanismos de regulación similares

• Las vías metabólicas están interrelacionadas asegurando así un comportamiento funcional, unitario del organismo.


Vías anabólicasdivergentes

Vías catabólicas

convergentes

Compuestos de muy distinto origen y naturaleza pueden llegar a formar los mismos metabolitos y alcanzar igual destino.

También a partir del mismo compuesto pueden originarse sustancias muy diversas.


Ejemplo general de convergencia


Ejemplo general de divergencia


Compuestos orgánicos sencillos

Lípidos simples

Acidos grasos

Nucleótidos Monosacáridos Aminoácidos

NH3

Triglicéridos

Fosfolípidos

Acidos Nucleicos

Polisacáridosestructurales

Polisacáridosde reserva

Proteínas

Equilibrio dinámico

AnabolismoCatabolismo


PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE

Y EN EQUILIBRIOY EN EQUILIBRIO

POSEE MECANISMOS DE POSEE MECANISMOS DE CONTROLCONTROL

QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE

REALICE EN LA DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADAREALICE EN LA DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADA

ESTO ES LO QUE SE DENOMINA ESTO ES LO QUE SE DENOMINA REGULACIÓN REGULACIÓN

METABÓLICAMETABÓLICA


Regulación del metabolismo

REGULACION DE ENZIMAS

COMPARTIMENTALIZACION

ACTIVIDAD

CANTIDAD

DE ENZIMA(LENTA)

- [SUSTRATO]

- MODULADORES ALOSTERICOS

- MODIFICACION COVALENTE

VELOCIDAD DE SÍNTESIS

• TRANSCRIPCION

• TRADUCCION

VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN

(RÁPIDA)

CITOSOL

MITOCONDRIA

PEROXISOMA

RETIC. ENDOPLASM.

LISOSOMA


«El ATP es la unidad biológica

universal de energía» Se genera por oxidación

de

combustibles metabólicos.

El gran potencial para transferir enlaces fosfato de alta energía capacita al ATP para ser utilizado en distintos

tipos de trabajo celular:- Contracción muscular

- Transporte activo-Amplificacion de señales

- Biosíntesis


Papel regulador del ATP

Glucógeno Grasas Proteínas Acidos Nucleicos

Glucosa-6-P Aminoácidos Purinas yPirimidinas

ATP

NH3

CICLODE KREBS

Ciclo Urea

Ácidos Grasos

Acetil-CoA

Vías que consumen energía (Biosíntesis)

Procesos generadores de energía (Degradación)

(+)(-)


(-) (-) (-)

(-)(+)(+)(+)(-) (-)

(-)

• NADH Y FADH2

transfieren su poder reductor a la cadena respiratoria, para finalmente dar ATP por fosforilación oxidativa.

• El CICLO DE KREBS y la β-OXIDACION de Acs.

Grasos suministran NADH y FADH2.

Flu

jo d

el P

od

er

Re

du

cto

r p

ara

la s

ínte

sis

de

AT

P

- Las macromoléculas se construyen a partir de una serie relativamente pequeña de precursores.

- Las vías metabólicas que generan ATP y NADPH producen también precursores para la biosíntesis de moléculas mas complejas. Por ejemplo:

Glicólisis DHAP Glicerol TG Ciclo de Krebs Succinil.Coa Porfirinas (HEM) Vía de las Pentosas Rib-5-P + NADPH Nucleótidos


Las vias biosintéticas y degradativas son casi siempre diferentes y en general

ocurren en compartimentos celulares diferentes.

Esto posibilita que ambos mecanismos

sean termodinámicamente favorables

Una biosíntesis se hace energéticamente favorable cuando se

acopla la hidrólisis de ATP


Co

mp

arti

men

tali

zaci

ón

del

met

abo

lism

o

CitosolGlicólisis , Algs. reacciones de la Gluconeogenesis, Vía de las pentosas fosfato, Síntesis de ácidos grasos, Activación de Aminoácidos, Síntesis de nucleótidos.

Gránulos de GlucógenoSíntesis y Degradación de Glucógeno.

MitocondriaCiclo del ácido cítricoFosforilación oxidativa -oxidación de los ácidos grasos Formación de cuerpos cetónicos

Microsomas, Peroxisomas, GlioxisomasOxidación de AminoácidosReacciones de Catalasa y peroxidasa,Ciclo del glioxilato.

Encrucijadas metabólicas

• GLUCOSA-6-PGLUCOSA-6-P

• PIRUVATOPIRUVATO

• ACETIL-CoAACETIL-CoA


Destinos de metabólicos de la Glucosa-6-P


GLUCOSA-6-FOSFATO

GLUCONEOGENESIS GLUCOGENOLISIS

GLUCOGENOGENESIS

GLUCOSA

SANGUINEA

VIA DE LAS PENTOSAS

VIA GLICOLITICA

Hígado

Origen y destinos metabólicos del Piruvato

Glucosa-6-fosfato

Oxalacetato

PIRUVATO

Lactato

Alanina

ACETIL-CoAC.K.

CO2

CO2

Otros monosacáridos


GLUCOSA

2 PIRUVATO

VG

AerobiosisO2

Anaerobiosis

O2

Fermentación Alcohólica

(levaduras, algunosvertebrados marinos)

Fermentación Láctica

(músculo en contracción

vigorosa, eritrocitos, bacterias lácticas)

2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2

4 CO2+ 4 H2O

CK

Células animales (excepción eritrocitos),

vegetales y muchos microorganismos.

Destinos del Piruvato según las condiciones y tipos celulares

Fermentación Acética

(gluconobacter y acetobacter)


Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA

3-Hidroxi-3metil-glutaril-CoA

(HMG-CoA)

Colesterol Cuerpos cetónicos

CO2

Acidos grasos

CicloKrebs

Biosíntesis

Degradación

Aminoácidos cetogénicos

PIRUVATO

ACETIL-CoA

CO2


Perfiles metabólicos de los órganos más importantes

Cada tejido y cada órgano tiene una función especializada que se pone de manifiesto en su actividad metabólica.

- Hígado papel central en el metabolismo procesa y distribuye metabolitos a los otros órganos a través de la circulación.

- Tejido muscular utiliza energía metabólica para producir movimiento.

- Tejido adiposo almacena y libera lípidos usados como combustible

- Cerebro bombea iones y libera neurotransmisores para producir señales eléctricas.


El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, así el hígado mantiene la

glucemia.


Metabolismo de los monosacáridos en el Hígado

Glucosa-6-PGlucosa

DIETA

Glucosa en Sangre

Vía Pentosas

Glucógeno

Glucogenolisis

Precursores de Glucosa lactato y alanina de músculo, glicerol del TA y aac. glucogénicos de la dieta

V. Glicolítica

PIRUVATO

Acetil-CoA C. de KrebsSíntesis de

Acidos grasos


TG y/o CE hepáticos

Ácidos grasos DIETA

Ester i f

Metabolismo de los Ácidos Grasos en el HÍGADO

Lipoproteínasplasmáticas

NADH, FADH2-oxidación

ACETIL-CoA

Ciclo del acido citrico

ATP +H2OCO2

HMG-CoA

Colesterol Cuerpos cetónicos Ayuno

Ácidos grasos libres en la sangre

Tejido Adiposo


Aminoácidos en el hígado

AminoácidosDIETA

Aminoácidos Proteínas

musculares

Metabolismo de los Aminoácidos en el Hígado

Proteínas hepáticas Proteínas plasmáticas

Proteínas tisulares

Aminoácidos

en sangre

Nucleótidos Hormonas Porfirinas

NH3 UreaGlucógeno en

el músculo GlucosaATP

DEGRADACIONDEGRADACION

PIRUVATO

Acetil-CoA

CICLO KREBS

El hígado prefiere como combustible los α-cetoácidos derivados de la degradación de AAs antes que la Glucosa


Síntesis y degradación de trigliceridos en TEJIDO ADIPOSO

Glucosa (Del hígado)

VLDL(Del hígado)

GlucosaAcidos grasos

Glicerol-3-fosfato Acil-CoA

TRIGLICERIDOS

Glicerol Acidos grasos

Glicerol Complejos ácido graso-albúmina

HIGADO

Metabolismo en el Músculo

Actividad ligerao reposo

Glucogenomuscular Lactato

Acidos grasosCuerpos cetonicosGlucosa en sangre

CO2

ADP+Pi ATP

Contracciónmuscular

Actividad intensa

Glicólisis >>>C.Krebs

- CICLO DE CORI

- CICLO GLU-ALA

Fuentes de energía en Cerebro

Cuerpos cetónicos CO2

Glucosa

ADP+Pi ATP

- Transporte electrogenicoPor la Na+ K+ ATPasa- Metabolismo celular

Dieta normal

ESTADOS DE HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA

ESTADODURACI

ONPRINCIPAL

COMBUSTIBLECONTROL HORMONAL

Posprandial 0-4 hs.Glu (para la mayoría

de los tejidos)

↑INSULINA↑ captación de Glu por tej. perif. ↑ sint. de Ggeno, TG y proteínas

Ayuno 4-12 hs.- Glu (para cerebro)- Acs. Grasos (para músculo e hígado)

↑ GLUCAGONSe estimula la degradación de

Ggeno. hepático y TG.

Inanición (a)12 hs – 16 dias

- Glu y Cpos. Cetónicos (para

cerebro)- Acs. Grasos y Cpos.cetónicos (para músculo )

↑ GLUCAGON

↑ ADRENALINAHidrólisis de TG y Cetogénesis

↑ CORTISOL

Inanición (b)> 16 dias

-Cpos. Cetónicos (Cerebro)

- Acs. Grasos (Músculo)

↑ GLUCAGON

↑ ADRENALINADegradación de proteína muscular(aminoácidos p/gluconeogenesis

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