NDICE:I. Rutas metablicasII. Ciclos de transferencia de energaDefinicin de una ruta metablicaMolculas indispensables en una ruta metablicaRegulacin de los procesos metablicosCaractersticas de las vas metablicasCompartimentacin de las vas metablicas a nivel subcelularTipos de rutas metablicasTipos de procesos metablicosMetabolismoEstrategias bsicas del metabolismoa. Metabolismo intermediob. Metabolismo energticosc. Rutas centralesCiclo del carbonoCiclo del oxgenoCiclo del fsforoCiclo del nitrgenoCiclo del azufreFuente de energa metablica: la oxidacin

Qu es una RUTA METABLICA?Es una sucesin de reacciones qumicas que conducen de un sustrato inicial a uno o varios productos finales, a travs de una serie de metabolitos intermediarios. Su conjunto da lugar al Metabolismo.A es el sustrato inicialD es el producto finalB, C son los metabolitos intermediarios

Tipos de molculas indispensables en el desarrollo de una Ruta MetablicaMetabolitosNucletidosMolculas energticas (ATP, GTP o Coenzima A)Molculas ambientales (O2, H2O, CO2, etc.)A B C D EA B C //Disfuncin de la enzima

Regulacin de los procesos metablicos1. La cantidad o concentracin de cada enzima.2. La actividad cataltica de las enzimas.3. La accesibilidad de los sustratos.1. La cantidad o concentracin de cada enzima.La cantidad de una enzima concreta depende tanto de su velocidad de sntesis como de la velocidad con que se degrada. En la mayora de las enzimas su nivel es controlado, en primera instancia, mediante un cambio en la velocidad de transcripcin del gen que las codifica. La velocidad de sntesis de algunas enzimas se acelera mucho en ciertas condiciones, de modo que la concentracin real de la enzima aumenta substancialmente.

Regulacin de los procesos metablicos2. La actividad cataltica de las enzimas.a. Control alostrico reversible.La primera enzima de la secuencia funciona como reguladora de la velocidad de todo el sistema y se denomina enzima reguladora o enzima alostrica. Habitualmente esta enzima es inhibida por el producto final de la secuencia, de tal modo que cuando se produce acumulacin del producto final por sobre cierta concentracin crtica, ste inhibe a la primera enzima de la secuencia (enzima reguladora), interrumpiendo o cerrando as ese segmento del metabolismo. Este tipo de inhibicin se conoce como inhibicin por producto final o retroinhibicin (inhibicin "feedback").

b. Modificacin covalente reversible.Algunas enzimas tienen un mecanismo rpido de regulacin que permite el pasaje de una forma activa a una forma inactiva. Un ejemplo de este tipo de regulacin es la unin de un grupo fosfato a un OH de un residuo de aminocido de la molcula de enzima que permite la transformacin de una forma en otra. Esta es una modificacin covalente reversible.

Regulacin de los procesos metablicos

3. La accesibilidad de los sustratos.Tambien se puede regular el metabolismo mediante el control del flujo de sustratos. La transferencia de sustratos de un compartimiento de la celula a otro tambien puede servir como mecanismo de control. En los organismos susperiores el control metabolico se puede ejercer por regulacion hormonal.Regulacin de los procesos metablicos

Caractersticas principales de las Vas metablicasSon 4 las caractersticas principales de las vas metablicas, las cuales derivan de su funcin, que es la obtencin de productos para ser utilizados por las clulas. Las vas metablicas son irreversibles.Cada va metablica tiene una etapa obligada.3. Todas las vas metablicas son reguladas.4. En las clulas eucariotas, las vas metablicas se desarrollan en lugares especficos de las clulas.Las vas metablicas son irreversibles.Son muy exergnicas de forma que sus reacciones son completas. Esta caracteristica confiere direccion a la via metabolica.

Caractersticas principales de las Vas metablicas2. Cada va metablica tiene una etapa obligada.Aunque las vias metabolicas son irreversibles, la mayoria de las reacciones que las componen funcionan proximas al equilibrio. Sin embargo, al principio de cada via, existe, generalmente, una reaccion irreversible (exergonica) que obliga al intermediario que produce a continuar a lo largo de la via.3. Todas las vas metablicas son reguladas.Es necesario regular el paso limitante de la velocidad, con objeto de ejercer un control sobre el flujo de metabolitos a traves de una via metabolica.4. En las clulas eucariotas, las vas metablicas se desarrollan en lugares especficos de las clulas.La sintesis de metabolitos en organulos subcelulares especificos hace que su transporte entre estos compartimientos sea una parte fundamental del metabolismo eucariotico.

Compartimentacin de las vas metablicas a nivel subcelularEn el metabolismo tienen lugar muchas reacciones (muchas vas o rutas), que tienen lugar de forma simultnea, y para evitar interferencias entre ellas cada una ocurre en un compartimento celular (en un orgnulo), es decir, las rutas estn compartimentalizadas, y con ello la eficacia enzimtica es ms eficaz. Citoplasma: Gluclisis, va de las pentosas fosfato, sntesis de triglicridos.Mitocondria: Ciclo de krebs, fosforilacin oxidativa, b-oxidacin de cidos grasos, formacin de cuerpos citnicos.

Tipos de las rutas metablicas 1. Lineales: Cuando el sustrato de la primera reaccin (sustrato inicial) es diferente al producto final de la ultima reaccin. 2. Ramificadas: Vas ms complejas, que incluyen puntos de ramificacin. LinealesRamificadas CclicasEscalonada

3. Cclica: Cuando el producto de la ltima reaccin es el sustrato de la reaccin inicial.4. Escalonado: se trata de reacciones de activacin enzimtica.

Tipos de Procesos metablicos Rutas dependiendo de la finalidadCatabolismoAnabolismoAnfiblicasCATABOLISMOEn la que se transforman molculas orgnicas complejas (polisacridos, triglicridos, protenas, etc.) en otras ms sencillas, orgnicas o inorgnicas, (pirvico, lctico, amonaco, CO2, etc.), con liberacin de energa.ANABOLISMOEs la sntesis de molculas orgnicas complejas a partir de otras ms sencillas, es decir, se crean nuevos enlaces, para ello es necesario un aporte de energa, el ATP.

Fases de los procesos metablicos Fase I: en esta fase las grandes molculas de los elementos nutritivos se degradan hasta los principales componentes. - Fase II: los numerosos productos distintos de la Fase I son recogidos y convertidos en un nmero pequeo de molculas ms sencillas. As, las hexosas, las pentosas y la glicerina se degradan en el azcar fosforilado de tres tomos de carbono, el gliceraldehdo-3- fosfato y despus hasta un compuesto sencillo de dos tomos de carbono, la acetilcoenzima A. Los aminocidos diferentes son tambin degradados a acetil-coenzima A, alfa-cetoglutarato succinato, fumatato y oxalacetato.- Fase III: Los productos formados en la fase II pasan a la fase III que es el camino comn final en el cual se oxidan a CO2 + H2O.

FASE ILos polisacridos son degradados a pentosas o hexosas, los lpidos a cidos grasos, glicerina y otros componentes, y las protenas a sus veinte aminocidos constitutivos.

FASE IILas hexosas, las pentosas y la glicerina se degradan en el azcar fosforilado de tres tomos de carbono, el gliceraldehdo-3- fosfato y despus hasta un compuesto sencillo de dos tomos de carbono, la acetilcoenzima A. Los aminocidos diferentes son tambin degradados a acetil-coenzima A, alfa-cetoglutarato succinato, fumatato y oxalacetato.

FASE IIISe oxidan a CO2 + H2O.

Son rutas mixtas: catablicas y anablicas. Por ejemplo el Ciclo de Krebs que genera energa y poder reductor y precursores para la biosntesis.La fase III, constituye un punto central o de ruta para ambos, es por eso que se le denomina Ruta Anfiblica por la doble funcin:Catablicamente para producir la degradacin completa de las pequeas molculas.Anablicamente para suministrar molculas pequeas .

Caractersticas de los procesos catablicosCaractersticas de los procesos anablicosReacciones degradativasReacciones de sntesisReacciones oxidativasReacciones de reduccinReacciones exergnicasReacciones endergnicasProcesos convergentesProcesos divergentes

Principales vas metablicasCATABOLISMOGluclisisFermentacinRespiracinCatabolismo de lpidosCatabolismo de los prtidosCatabolismo de los aminocidosANABOLISMOFotosntesis (plantas)QuimiosntesisSntesis de aminocidosSntesis de glcidosSntesis de lpidosSntesis de nucletidosGluconeognesis ANFIBOLISMOCiclo de Krebs

Metabolismo de carbohidratos

Metabolismo de lpidos

Metabolismo de aminocidos

Conjunto de reacciones qumicas que se dan en un organismo, catalizadas por un sistema enzimtico cuya finalidad es el intercambio de materia y energa entre la clula y el entorno. Las finalidades del metabolismo son cuatro:

Obtencin de energa qumica de molculas combustibles o de la luz solar absorbida (esto ltimo en organismos fotosintticos).

Ensamblaje de estos materiales para formar protenas, cidos nucleicos y otros componentes celulares. Formacin y degradacin de las biomolculas necesarias para las funciones especializadas de la clula.Conversin de principios nutritivos exgenos en precursores de los componentes macromoleculares.

Existen dos principios importantes en el matabolismo:El metabolismo puede dividirse en dos categoras principalesCatabolismo: procesos relacionados con la degradacin de las sustancias complejas.Anabolismo: procesos relativos fundamentalmente a la sntesis de molculas orgnicas complejas.

Nutrientes Productores de energaGlcidos Grasa ProtenasProductos poco energticosCO2, H2O, NH3Degradativo, oxidativoGenera energa, produce ATPLos productos finales e intermedios son materias primas del anabolismoGenera desechos que se excretan al entorno.

Macromolculas Celulares Protenas ;Lpidos Polisacridos ;ac nucleicosMolculas PrecursoraAminocidos, azcares, cido grasos bases nitrogenadas.

Sinttico, reductivoUtiliza energa, consume ATPLos productos finales son materias primas del catabolismoUtiliza nutrientes del entorno.

2. Ambas categoras contemplan tres niveles de complejidad:Nivel 1: Interconversin de polmeros y lpidos complejos con los intermediarios monomricosNivel 2: Interconversin de los azcares monomricos, los aminocidos y los lpidos con los compuestos organismos ms simples

Nivel 3: Degradacin final hasta compuestos inorgnicos como CO2, H2O y NH3, o la sntesis a partir de ellos mismo.

Dentro del metabolismo se utilizan tres trminos importantes:1.- Metabolismo Intermedio2.- Metabolismo Energtico3.- Rutas Centrales.

Comprende todas las reacciones relacionadas con el almacenamiento y la generacin de energa metablica y con el empleo de esa energa en la biosntesis de compuestos de bajo peso molecular y compuestos de almacenamiento de energa.Las reacciones que ocurren en este tipo de metabolismo no necesariamente estn codificadas genticamente, ya que la informacin necesaria para cada reaccin est incluida en la estructura de la enzima que cataliza esa reaccin.

Nivel 1: Interconvesin de polmeros y lpidos complejos con los intermediarios monomricos

Nivel 2: Interconversin de los azcares monomricos, los aminocidos y los lpidos con los compuestos organismos ms simples

Nivel 3: Degradacin final hasta compuestos inorgnicos como CO2, H2O y NH3, o la sntesis a partir de ellos mismo.

NIVEL 1: Interconversin de Polmeros y Lpidos complejos en Intermediarios Monomricos.POLISACRIDOSPROTENASLPIDOSAC. NUCLEICOSMONOSACRIDOSAC. GRASOSGLICEROLNUCLETIDOSAMINOCIDOS

NIVEL 2: Interconversin unidades monomricas en molculas ms sencillas.NIVEL 3: Degradacin final hasta compuestos inorgnicos como CO2, H2O, NH3MONOSACRIDOSAC. GRASOSAMINOCIDOSAC. PIRVICOACETIL CoACETOCIDOSCiclo de KrebsFosforilacin OxidativaNH3Ciclo de la UreaNIVEL 2NIVEL 3

Parte del metabolismo intermedio formado por rutas que almacenan o generan energa metablica.

Comprende la oxidacin de molculas combustibles y sntesis de molculas pequeas a partir de los fragmentos resultantes. Estn presentes en todos los organismos vivos.Dependiendo del origen de las molculas combustible, los organismos se dividen:* Auttrofos* Hetertrofos.

I)ORGANISMO AUTTROFOS FOTOSINTTICOS(plantas)Polisacaridos,Lipidos,ProteinasAC.NucleicosII)ORGANISMO HETERTROFOS QUIMIOSINTTICOS(animales)

CO2AguaDixido de Carbono Otros nutrientes

Aerobios: Estos organismos tienen al oxgeno molecular como ltimo aceptor de electrones de sus dadores electrnicos orgnicos

Aceptor prod. reducidoProcariotas (Ejemplos)NO3- NO2- N2Pseudomonas, BacillusNO3- NO2-EnterobacteriasSO42- S0 SH2Sulfatorreductoras (Desulfovibrio, Desulfotomaculum)fumarato succinatoEnterobacteriasCO2 CH4Arqueas metanognicasFe3+ Fe2+Shewanella, Geobacter

Anaerobios: Los organismos anaerobios utilizan la respracion anaerobia, ms comnmente llamada fermentacin .Existen diferentes tipos de fermentacin en funcin de la ruta metablica utilizada por los organismos anaerobios.se dividen en

Crecen en ausencia total de oxgeno porque necesitan un medio muy reductor. Utilizan respiracin anaerobia donde los aceptores finales de electrones pueden ser generalmente SO42-, Fumarato2- o CO32-.

Pueden crecer en presencia o ausencia de oxgeno.Utilizan al oxgeno como aceptor final de electrones en la cadena respiratoria cuando est disponible, y en ausencia de oxgeno la energa la obtienen por fermentacin o respiracin anaerobia (generalmente el NO3- es un aceptor final de electrones en las entero bacterias).

Que pueden vivir en presencia de oxgeno pero no hacen uso de l en forma alguna.

Si la energa procede de radiaciones (en los cuantos de una determinada longitud de onda de la luz visible.Fototrofasfotolitotrofas: captan energa lumnica en presencia de sustancias inorgnicas.fotoorganotrofas: captan energa lumnica con requerimiento de sustancias orgnicas

Si la energa se desprende a partir de molculas qumicas en reacciones biolgicas de xido-reduccin.Quimiolitotrofas: captacin de energa qumica a partir de sustancias inorgnicasQuimiorganotrofas: captacin de energa qumica a partir de sustancias orgnicas.

BACTERIAS DEL AZUFRE(Desulfovibrio)REACCIONES DE OXIDACINSoH2SS2O32- (tiosulfato)H2SO4H2S + 2 O2 SO42- + 2 H+S2O32- + H2O SO42- + 2 H+Puede desalcalinizar suelos(Desulfovibrio)

BACTERIAS DEL NITRGENOREACCIONES DE OXIDACINNH3 a nitritos (Nitrosomonas)Nitritos a nitratos (Nitrobacter)2 NH4+ + 3 O2 2 NO2- + 4H+ + 2 H2O2 NO2- + O2 2 NO3-Puede ser absorbido por las plantasNitrosomonas y Nitrobacter comparten el mismo habitat.Imprescindibles en el ciclo del nitrgeno.(Nitrosomonas)

OTRAS BACTERIAS DEL HIERRO(Thiobacillus ferrooxidans)Fe 2+ Fe 3+4 Fe 2+ 4 H+ + O2 4 Fe 3+ + 2 H2ODEL HIDRGENOoxidanH2utilizanCOMPUESTOS ORGNICOS (como fuente de C en vez de CO2)tb.Son AUTTROFOS FACULTATIVOS

SUB CICLOS DEL CARBONOCiclo biolgico:

Se refiere a un ciclo bsico: - anabolismo -catabolismo

CO2 Planta Herbvoro Carnvoro

Ciclo biogeoqumico:

Este ciclo Regula la transferencia de carbono entre la atmsfera y la litosfera.

Componente elemental de las protenas, cidos nucleicos y otras biomolculas.Aunque el nitrgeno se halla en gran cantidad en la atmsfera, el nitrgeno atmosfrico no puede ser utilizado por la mayor parte de las clulas vivas.Ciclo del nitrgeno

La fijacin natural de nitrgeno se realiza a travs de la refinada especialidad de ciertas enzimas que se encuentran en las bacterias Estas bacterias viven en las races de las plantas o a travs de la fuerza bruta de las tormentas elctricas.

El 13% de toda la fijacin de nitrgeno, se realiza industrialmente. Fijacin natural del nitrgenoLos hetertrofos las utilizan como elementos nutritivos y devuelven el nitrgeno al suelo por medio de la excrecin o por putrefaccin despus de su muerte.Los vegetales obtienen nitratos y lo transforman en amoniaco, aminocidos y otros productos reducidos.

Los vehculos eindustrias generancontaminantes como sulfato en los procesos de combustin

La lluvia cida caey corroe los edificios ymonumentos y lequita productividadal suelo.

La contaminacin cae denuevo a la tierra en lasprecipitaciones pero comolluvia cida. los principalescontaminantes son dixidode azufre y dixido denitrgeno, que al reaccionarcon el agua se conviertenen trixido de azufre y luego en cido sulfrico.

Estas partculas se van a laatmsfera donde reaccionancon el agua.

La lluvia cida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el xido de nitrgeno NO2 y el dixido de azufre SO2 emitidos por fbricas, centrales elctricas y vehculos que queman carbn o productos derivados del petrleo, formando una solucin diluida de cido sulfrico H2SO4 y cido ntrico HN03. La radiacin solar aumenta la velocidad de esta reaccin. SO3+H2O --> H2SO4 2NO2 + H20 --> HNO3 + HNO2SO2;NO2H2SO4;HNO3

Aporte enrgico que entra en la biosfera en forma, principalmente de energa luminosa la cual proviene del sol.Los organismos fotosintticos capturan la energa solar convirtindola en energa qumica.Los hetertrofos utilizan estos productos como precursores de sus molculas estructurales y como combustible.

Los organismos pueden ajustarse al tipo y cantidad de diversos elementos nutritivos asequibles en el entorno.

Fuentes de C y Ni son convertidas por los enzimas en componentes que pueden ser aceptados en las rutas metablicas.

E. coliEsta flexibilidad es posible porque todas estas fuentes carbonadas son convertidas por las enzimas del organismo en componentes que pueden ser aceptados como combustibles en las rutas metablicas centrales.

Gliclisis Ruta de nivel 2 para la degradacin de los hidratos de carbonoCiclo del cido CtricoRuta de nivel 3 acepta compuestos de carbono sencillos para oxidarlos a CO2Metabolismo de Lpidos Metabolismo de AminocidosMetabolismo de cidos Nucleicos Rutas de nivel 2 que aportan combustible al ciclo del cido ctrico.

Existen rutas diferenciadas para biosntesis y degradacin:Ambas rutas rara vez son simples inversiones una de la otra, a pesar que empiezan y terminan con los mismos metabolitos. Pueden poseer intermediarios o reacciones enzimticas comunes, pero se trata de secuencias de reacciones reguladas por mecanismo diferentes y enzimas diferentes. Adems pueden ocurrir en compartimientos celulares independientes.

La existencia de rutas diferentes es importante por dos motivos:1.- Para que una ruta se produzca en una determinada reaccin debe ser exergnica en esa direccin. Su ruta inversa ser endergnica.

2.- Existe la necesidad de controlar el flujo de metabolitos en relacin con el estado bioenergtico de una clula.

La regulacin se da a travs de:1.- Actividad Enzimtica: Regulando la concentracin del sustrato y el control alostrico, capaz de cambiar la actividad cataltica en respuesta a moduladores inhibitorios o activatorios.2.- Regulacin hormonal: Establecida por los mensajes procedentes de otros rganos o tejidos.3.-Compartimentacin: Esto crea una divisin del trabajo en el interior de una clula. Lo cual aumenta la eficacia de la funcin celular. Adems permite una regulacin importante de los procesos.

Sistemas vivosOxidaciones de sustratos orgnicosEl oxgeno, que es el aceptor ltimo de electrones para los organismo aerobios, es un oxidante potente y tiene una fuerte tendencia a atraer electrones quedando reducido en el proceso.

Nutrientes del entorno.quimiotrficsLuz solar.fotosintticosTRABAJO Y ENERGA BIOLGICOSTransformaciones qumicas en el interior de las clulas

Trabajo Biolgico* Biosntesis (anabolismo)* Trabajo mecnico (contraccin muscular)Gradientes osmticos (transporte contra gradiente)* Trabajo elctrico (transmisin del impulso nervioso) etc.Productos Finales del Matabolismo (molculas simples, CO2, H20)ENERGAAUMENTO DE LA ENTROPATRANSDUCCIONES DE ENERGA

1MTODO: ORGANISMO INTACTO

La perfusin del sistema vascular de rganos aislados tales como el hgado o el rin con sangre o disolucin salina tamponada que contenga un precursor metablico, seguida del anlisis qumico del fluido obtenido en la perfusin , proporciona informacin valiosa sobre las rutas metablicas.2 MTODO: PERFUSIN DEL SISTEMA VASCULAR DE RGANOS AISLADOS

La disminucin de la presin parcial del oxgeno sobre una suspensin de cortes de tejido se mide con un dispositivo manomtrico: Warburg Barcroft.3MTODO: DE LOS CORTES DE TEJIDOS SUPERVIVIENTES Y METODOS MANOMETRICOSLos tejidos se seccionan en finas lonjas, las clulas permanecen intactas.Los cortes se incuban en un medio tamponado con un metabolito determinado.

4 METODO: DEFECTOS GENTICOS EN EL METABOLISMO-MUTANTES AUXTROFOSExiste un defecto en la biosntesis de una enzima determinada.Tales deficiencias genticas, si no son letales provocan la acumulacin y excrecin del sustrato de la enzima de defecto.Inducir las mutaciones con la radiacin. En un organismo normal que no ha sufrido mutacin, el intermediario no se acumulara, ya que experimentara su ulterior conversin metablica.Auxtrofo. Organismo mutante (bacteria) que no crece en un medio mnimo pues necesita de la presencia de algn factor de desarrollo.

5 MTODO: DE MARCAJE ISOTPICOSe emplea un metabolito marcado de modo que puedan seguirse sus transformaciones metablicas.Se emplean istopos estables o radiactivos para marcar tomos de un metabolito determinado. Se emplea para determinar cual es la velocidad de los procesos metablicos en los organismos intactos. Colesterol : acetatoGlicina es precursor en sntesis de purinas y porfirinas.

6METODO: SISTEMA EXENTO DE CLULASEl mtodo consiste en estudiar las dispersiones de clulas o de tejidos en las que la membrana se ha roto y el contenido celular se ha liberado.Si la membrana celular se rompe con homogenizacin suave en disolucin isotnica de sacarosa, los rganos subcelulares, tales como los ncleos, las mitocondrias y los lisosomas, y las estructuras supramoleculares tales como las ribosas, permanecen intactas y pueden aislarse por centrifugacin directa del homogenado. Estas funciones pueden ensayarse in vitro para determinar su capacidad de catalizar una secuencia metablica determinada .

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