Introduccin Al Metabolismo

Introducción al metabolismo

Bioquímica (1508) 1

Introducción al metabolismoIntroducción al metabolismoConceptos básicos

MetabolismoDefinición

Conjunto de procesos a través de los cuales los sistemas vivos adquieren y utilizan energía libre que requieren para llevar a cabo sus funciones vitales

CaracterísticasLos procesos metabólicos se caracterizan por secuencias de reacciones catalizadaspor secuencias de reacciones catalizadas enzimáticamente conocidas como vías metabólicas, las cuales tienen un propósitos especializado para las funciones vitales



Mapa metabólico

Visión general del metabolismo

•Nivel 1. Biomoléculas complejas: Proteínas, Ácidos nucleicos, Polisacáridos LípidosPolisacáridos, Lípidos.

•Nivel 2. Mónomeros: Aminoácidos, Nucleótidos, Carbohidratos, Ácidos grasos.

•Nivel 3. Intermendiarios metabólicos: Piruvato, acetil-CoA, intermediarios del ciclo del ácido cítrico.



Catabolismo y anabolismoLas secuencias de reacciones que b labarcan al

metabolismo se dividen en dos tipos:

Catabólicas ó vías de degradaciónde degradaciónAnabólicas ó vías de biosíntesis

Catabolismo y anabolismo



ATP “divisa bioenergética”Se trata de un intermediario metabólico de “alta energía” Como intermediario, el ATP enlaza los procesos catabólicos (que producen ATP) con los procesos anabólicos (queanabólicos (que consumen ATP)Esta posición como intermediario da lugar al llamado ciclo ATP-ADP

Reacción de hidrólisis de ATPEl ∆G°´ para la hidrólisis del ATP es negativo(-30.5 KJ/mol, -7.3 Kcal/mol), es decir produce energía libredecir, produce energía libreLa reacción está favorecida por efectos de estabilidad en los productos (repulsión de cargas, resonancia e ionización)Por tanto, la síntesis de ATP a partir de la fosforilación de ADPfosforilación de ADP requiere de un consumo de energía libre



Reacciones de transferencia de fosfato

Este tipo de reacciones adquieren importancia en el metabolismo, puesto que representa un mecanismo para la síntesis yrepresenta un mecanismo para la síntesis y consumo de ATP dentro del ciclo ATP-ADPExisten varios metabolitos fosforilados y cada uno de ellos se caracteriza por una energía libre asociada a su reacción de hidrólisisEsta energía libre de hidrólisis se conoce como “Potencial de transferencia de fosfato” ya que representa una forma de medir la estabilidad del enlace fosfato y su capacidad de transferir energía libre

Algunos intermediarios metabólicos fosforilados



Potencial de transferencia de fosfato

El ATP tiene un potencial de transferencia de fosfato intermedio



Acoplamiento de reaccionesSíntesis de ATP

Las reacciones de fosforilación de ADP a partir de la transferencia de un grupo fosfato de mayorla transferencia de un grupo fosfato de mayor potencial, se conocen como “Fosforilación a nivel de sustrato”Durante los procesos catabólicos se producen algunos intermediarios que promueven la fosforilación a nivel de sustrato

Acoplamiento de reaccionesConsumo de ATP

Los metabolitos de menor potencial de f i d f ftransferencia de fosfato

Este tipo de reacciones que consumen ATP forman



Metabolismo oxidativo

Las reacciones redox Medición del potencial de

d ó á dreducción estándarLa energía libre asociada a la transferencia de electrones es aprovechada durante los procesos metabólicos



Las reacciones redox también ocurren en los sistemas biológicos



Diferentes estados de oxidación del carbono en varias moléculas orgánicas

Energía libre de oxidación

Durante los procesos catabólicos, la energía libre de oxidación representa una fuente importante de energía para l él lla célulaEn algunos casos esta energía de oxidación se utiliza para la síntesis de compuestos fosforilados de alto potencial de transferencia, En otros casos, esta energía se utiliza para la formación de gradientes iónicos membranalesEn ambos casos, la finalidad última es la síntesis de ATP



Coenzimas redoxNAD+ y FAD son los principales

daceptores de electrones durante los procesos catabólicos

NAD(P)+/NAD(P)H

Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)Ni ti id d i di l tid h h t (NADP+)Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+)NAD(P)+ + 2e- + 2H+ NAD(P)H + H+

La vitamina niacina es la fuente para grupos de nicotinamidaNAD+ funciona como oxidante en procesos catabólicos

AH2 + NAD+ A + NADH + H+

NADPH funciona como reductor en procesos anabólicosA + NADPH + H+ AH2 + NADP+



Nucleótidos de nicotinamida

El NAD+ es el cofactor de la mayoría de las enzimas que actuan en la dirección de oxidación de sustratos (deshidrogenasas), mientras que el NADPH suele actuar como cofactor para las reductasas, que son enzimas que catalizan la reducción del sustrato.

FAD/FADH2

Flavin adenine dinucleotide (FAD)Fl i l tid (FMN)Flavin mononucleotide (FMN)Estas coenzimas se derivan de la vitamina riboflavinaLos nucleotidos de flavina aceptan dos átomos de hidrógeno (dos electrones y dos protones)

FAD + 2H+ + 2e- FADH2



Fosforilación oxidativa

Representa un mecanismo para la síntesis de ATP en el que se qaprovecha la energía libre de oxidación de los procesos catabólicos para impulsar la fosforilación del ADPRequiere del consumo de oxígeno y representa el principal mecanismo derepresenta el principal mecanismo de síntesis de ATP para los organismos quimiotrófos

Gradientes iónicosEl potencial electroquímico de un gradiente iónico a través de unatravés de una membrana representa una forma de energía que es utilizada para la síntesis de ATPEste tipo de gradientes pueden ser impulsados por la energía de oxidación de las moléculasde las moléculas combustibles (fosforilación oxidativa), o bien por la energía luminosa (fotofosforilación)



Fosforilación oxidativa

MetabolismoMetabolismoBioenergéticaTransformaciones biológicas de la energía



Bioenergética & Termodinámica

Bioenergética es el estudio de los cambios de energía que acompañan a los procesos y reacciones bioquímicasreacciones bioquímicasTermodinámica es el estudio de las transformaciones energéticas y de cómo estas trasformaciones se relacionan a las propiedades de la materia

Cambio en energía libre (ΔG)Segundo principio

ΔG = ΔH - TΔSP ióPara una reacción química

A + B C + D[ ][ ][ ][ ] ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+Δ=Δ

BADCRTGG o ln´

( )KeqRTGG o ln´0 −=Δ⇒=Δ



Termodinámica de no equilibrio

Sistemas abiertos

Termodinámicamente, los sistemas vivos se clasifican como sistemas abiertos es decir aquellos que intercambian materia ysistemas abiertos, es decir, aquellos que intercambian materia y energía con sus alrededoresPara los sistemas abiertos ΔG ≠ 0, por tanto se encuentran fuera del equilibrio termodinámico. En esta condición se dice que los sistemas biológicos se encuentran en un estado estacionarioUn estado estacionario se puede mantener mientras el sistema mantenga un intercambio de energía de sus alrededores; por lo que también se dice que se encuentra en un estado dinámico



BiosferaCadenas tróficas

Estado estacionarioPara un sistema vivo, los cambios en el estado estacionario tienen como consecuencia un ajuste en los flujos deconsecuencia un ajuste en los flujos de materia y energía de manera que el sistema mantenga su condición de equilibrio interno (homeostasis)Los sistemas vivos han desarrollado mecanismos que permiten mantener esta

di ió d t d t i icondición de estado estacionarioEl mal funcionamiento de estos mecanismos conduce al sistema a un estado de contenido energético poco eficiente (enfermedad)



MetabolismoMetabolismoMecanismos de regulación y control

Regulación y control metabólico

Regulación metabólicaSe refiere al ajuste en el flujo de una vía

ból í lmetabólica en respuesta a un estímulo externo

Control metabólicoOcurre cuando un organismo mantiene una condición relativamente constante en el tiempo a pesar de los cambios fluctuantes en el exterior

La Homeostasis es por tanto una consecuencia de la regulación metabólica que a su vez puede ser resultado del control metabólico



Diferentes vías metabólicasVías linealesVías convergentesVías divergentesVías cíclicasVías en espiral

Regulación metabólicaEsencialmente la regulación del metabolismo se logra por medio de cambios en la actividad enzimática decambios en la actividad enzimática de ciertas enzimas clave del metabolismoUna enzima regulada puede alterar su actividad por diferentes mecanimos entre los cuales es posible mencionar

Regulación por retroalimentación Regulación alostéricaRegulación por modificación covalente Regulación por zimógenosRegulación por disponibilidad de sustrato o coenzimas



Regulación por retroalimentación (feedback)

Aspartato transcarbamoilasa (ATCasa) es la enzima regulada de la vía que lleva a la síntesis de CTPla síntesis de CTP.La regulación por retroalimentación implica la inhibición de la primera enzima de la vía por el producto final de la misma vía metabólicaLa síntesis de aminoácidos es un ejemplo casi de laun ejemplo casi de la regulación por retroalimentación

Regulación alostérica

ATCasa se regula alostéricamente por factores como CTP (regulador alostérico negativo) y ATP (regulador alostético positivo)



Regulación alostérica

Carga energéticaSi el valor de carga energética tiende a

luno, en el metabolismo se favorecen las vías anabólicasSi el valor de carga ene gética tiende aenergética tiende a cero, se favorecen las vías catabólicas

[ ] [ ][ ] [ ] [ ]AMPADPATP

ADPATP++

+=

5.0energética carga



Regulación por modificación covalente

Regulación por zimógenos

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