TEMA 12 INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO. ATP Y ENZIMAS.

TEMA 12TEMA 12

INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO.

ATP Y ENZIMASATP Y ENZIMAS

CONCEPTO DE METABOLISMOCONCEPTO DE METABOLISMO

Es el conjunto de intercambios y Es el conjunto de intercambios y transformaciones que tienen lugar en el transformaciones que tienen lugar en el interior de las células, debidos a procesos interior de las células, debidos a procesos químicos catalizados por enzimas.químicos catalizados por enzimas.

OBJETIVOS DEL METABOLISMOOBJETIVOS DEL METABOLISMO

Obtener energía utilizable para la célula.Obtener energía utilizable para la célula. Fabricar los componentes celulares.Fabricar los componentes celulares. Transformar las sustancias incorporadas Transformar las sustancias incorporadas

del medio en materia prima celular.del medio en materia prima celular. Fabricar y degradar moléculas con Fabricar y degradar moléculas con

funciones específicas como hormonas, funciones específicas como hormonas, neurotransmisores, etc.neurotransmisores, etc.

FASES DEL METABOLISMOFASES DEL METABOLISMO

CATABOLISMOCATABOLISMO: Es aquella en la que se destruye : Es aquella en la que se destruye materia orgánica compleja en sustancias sencillas, materia orgánica compleja en sustancias sencillas, almacenando la energía producida en forma de almacenando la energía producida en forma de ATP.ATP.

ANABOLISMOANABOLISMO: En la que se construye materia : En la que se construye materia orgánica compleja a partir de moléculas sencillas orgánica compleja a partir de moléculas sencillas obtenidas en el catabolismo, o por procesos como obtenidas en el catabolismo, o por procesos como la fotosíntesis y la quimiosíntesis. Se necesita la fotosíntesis y la quimiosíntesis. Se necesita aporte de energía en forma de ATP.aporte de energía en forma de ATP.

ORIGEN DE LA ENERGÍA EN LAS ORIGEN DE LA ENERGÍA EN LAS CÉLULASCÉLULAS

Las reacciones metabólicas llevan consigo el paso de Las reacciones metabólicas llevan consigo el paso de energía de unas moléculas a otras. Esto se consigue energía de unas moléculas a otras. Esto se consigue mediante las reacciones de oxidación-reducción.mediante las reacciones de oxidación-reducción.

Al oxidarse una sustancia, esta pierde electrones y se Al oxidarse una sustancia, esta pierde electrones y se libera energía, que puede ser captada por otra libera energía, que puede ser captada por otra sustancia que al reducirse gana electrones y almacena sustancia que al reducirse gana electrones y almacena dicha energía.dicha energía.

Cuanto más oxidada esté una sustancia, menos energía Cuanto más oxidada esté una sustancia, menos energía acumulada tendráacumulada tendrá

TIPOS DE METABOLISMOTIPOS DE METABOLISMO

FUENTE DE CARBONOFUENTE DE CARBONO

COCO22 ORGÁNICOORGÁNICO

ENERGÍAENERGÍALUZLUZ FOTOAUTÓTROFOFOTOAUTÓTROFO FOTOHETERÓTROFOFOTOHETERÓTROFO

R. Q.R. Q. QIMIOAUTÓTROFOQIMIOAUTÓTROFO QUIMIOHETERÓTROFOQUIMIOHETERÓTROFO

EL ATPEL ATP Adenosín trifosfatoAdenosín trifosfato Energía (7,3 Kcal. /Mol.) se libera al romperse los Energía (7,3 Kcal. /Mol.) se libera al romperse los

enlaces éster-fosfato.enlaces éster-fosfato. Al ATP se le denomina moneda energética de la célula, Al ATP se le denomina moneda energética de la célula,

ya que es un almacén de pronto uso. En casi todas las ya que es un almacén de pronto uso. En casi todas las reacciones metabólicas en las que se necesita energía reacciones metabólicas en las que se necesita energía se utiliza el ATP, aunque en ocasiones también son se utiliza el ATP, aunque en ocasiones también son utilizados el GTP, UTP y CTP.utilizados el GTP, UTP y CTP.

Una bacteria requiere unas 2.500.000 de moléculas de Una bacteria requiere unas 2.500.000 de moléculas de ATP cada segundo, para mantener su metabolismo. El ATP cada segundo, para mantener su metabolismo. El ADP casi no se encuentra en la célula, ya que es ADP casi no se encuentra en la célula, ya que es rápidamente fosforilado.rápidamente fosforilado.

CONCEPTO DE CONCEPTO DE BIOCATALIZADORBIOCATALIZADOR

Son sustancias que Son sustancias que consiguen que las consiguen que las reacciones se realicen a reacciones se realicen a gran velocidad a bajas gran velocidad a bajas temperaturas, ya que temperaturas, ya que disminuyen la energía disminuyen la energía de activación de los de activación de los reactivos. reactivos.

Pueden ser: elementos Pueden ser: elementos químicos, enzimas y químicos, enzimas y vitaminas.vitaminas.

NATURALEZA QUÍMICA NATURALEZA QUÍMICA DE LOS ENZIMASDE LOS ENZIMAS

Características generalesCaracterísticas generales Son proteínas globulares.Son proteínas globulares. Solubles en agua.Solubles en agua. Aumentan la velocidad de las reacciones.Aumentan la velocidad de las reacciones. Permiten que se encuentren las sustancias que van a reaccionar en su superficie o debilitan los enlaces de algún Permiten que se encuentren las sustancias que van a reaccionar en su superficie o debilitan los enlaces de algún

compuesto facilitando su rotura.compuesto facilitando su rotura.


EstructuraEstructura Se distinguen dos tipos de enzimas:Se distinguen dos tipos de enzimas:

• HOLOPROTEÍNASHOLOPROTEÍNAS: Sólo tienen parte proteica.: Sólo tienen parte proteica.• HOLOENZIMASHOLOENZIMAS: Tienen una parte proteica, el APOENZIMA : Tienen una parte proteica, el APOENZIMA

y una parte no proteica, el COFACTOR.y una parte no proteica, el COFACTOR.


EstructuraEstructura En el En el APOENZIMAAPOENZIMA se distinguen tres tipos de se distinguen tres tipos de

aminoácidos:aminoácidos:• EstructuralesEstructurales: dan forma a la proteína.: dan forma a la proteína.• De fijaciónDe fijación: sujetan al sustrato mediante enlaces débiles.: sujetan al sustrato mediante enlaces débiles.• CatalíticosCatalíticos: forman enlaces covalentes, debilitando la : forman enlaces covalentes, debilitando la

estructura del sustrato.estructura del sustrato.

Sustrato


EstructuraEstructura• Los aminoácidos de fijación y Los aminoácidos de fijación y

los catalíticos se encuentran los catalíticos se encuentran en un hueco tridimensional en un hueco tridimensional denominado centro activo, denominado centro activo, que es el lugar en donde se que es el lugar en donde se fija el sustrato y tiene lugar la fija el sustrato y tiene lugar la reacción.reacción.


EstructuraEstructura Los Los COFACTORESCOFACTORES se unen al apoenzima dando se unen al apoenzima dando

origen a la molécula activa u HOLOENZIMA. Los origen a la molécula activa u HOLOENZIMA. Los cofactores pueden ser de tres tipos:cofactores pueden ser de tres tipos:

• Iones metálicosIones metálicos• Moléculas orgánicas unidas covalentemente: Moléculas orgánicas unidas covalentemente: GRUPOS GRUPOS

PROSTÉTICOSPROSTÉTICOS


EstructuraEstructura Los Los COFACTORESCOFACTORES se unen al apoenzima dando se unen al apoenzima dando

origen a la molécula activa u HOLOENZIMA. Los origen a la molécula activa u HOLOENZIMA. Los cofactores pueden ser de tres tipos:cofactores pueden ser de tres tipos:

• Moléculas orgánicas no unidas covalentemente: Moléculas orgánicas no unidas covalentemente: COENZIMASCOENZIMAS.. Los coenzimas no suelen ser específicos Los coenzimas no suelen ser específicos

de un sólo tipo de Apoenzima. de un sólo tipo de Apoenzima. Se alteran durante la reacciónSe alteran durante la reacción

pero se regeneran rápidamentepero se regeneran rápidamente

MECANISMO DE ACTUACIÓN MECANISMO DE ACTUACIÓN ENZIMÁTICAENZIMÁTICA

Para que se produzca una reacción, es necesario que Para que se produzca una reacción, es necesario que las moléculas adquieran una energía mínima de las moléculas adquieran una energía mínima de activación, necesaria para la formación de un complejo activación, necesaria para la formación de un complejo intermedio muy inestable, que se romperá dando los intermedio muy inestable, que se romperá dando los productos resultantes.productos resultantes.

Número demoléculas

Energía de las moléculas

Ea

Únicas moléculas con energía para reaccionar

No tienen energíasuficiente


En el laboratorio esta energía puede conseguirse por un En el laboratorio esta energía puede conseguirse por un aumento de temperatura, pero no así en los seres vivos. aumento de temperatura, pero no así en los seres vivos. Lo que hacen los enzimas es disminuir la energía de Lo que hacen los enzimas es disminuir la energía de activación, así el número de moléculas que pueden activación, así el número de moléculas que pueden superar esa energía va a ser mayor.superar esa energía va a ser mayor.



Ea

Moléculas que reaccionan

Al aumentar la temperatura


En el laboratorio esta energía puede conseguirse por un En el laboratorio esta energía puede conseguirse por un aumento de temperatura, pero no así en los seres vivos. aumento de temperatura, pero no así en los seres vivos. Lo que hacen los enzimas es disminuir la energía de Lo que hacen los enzimas es disminuir la energía de activación, así el número de moléculas que pueden activación, así el número de moléculas que pueden superar esa energía va a ser mayor.superar esa energía va a ser mayor.



Ea

Moléculas que reaccionanAl bajar la Ea


El enzima se une al sustrato formando el complejo El enzima se une al sustrato formando el complejo enzima-sustrato, posteriormente se separan dando el enzima-sustrato, posteriormente se separan dando el producto y el enzima, que no se consume y puede volver a producto y el enzima, que no se consume y puede volver a actuar.actuar.


Los enzimas son muy específicos, ya que sólo va a existir Los enzimas son muy específicos, ya que sólo va a existir actividad enzimática cuando los radicales de los actividad enzimática cuando los radicales de los aminoácidos de fijación coincidan con los radicales del aminoácidos de fijación coincidan con los radicales del sustrato.sustrato.

Esta especificidad se ha explicado mediante dos Esta especificidad se ha explicado mediante dos hipótesis: La de la hipótesis: La de la llave-cerradurallave-cerradura y la de la y la de la mano-mano-guanteguante o ajuste inducido o ajuste inducido..


La especificidad puede ser: La especificidad puede ser: AbsolutaAbsoluta sobre un solo sustrato, sobre un solo sustrato, dede GrupoGrupo sobre moléculas similares y sobre moléculas similares y dede ClaseClase sobre un tipo de enlace. sobre un tipo de enlace.

FACTORES QUE AFECTAN A LA FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICAACTIVIDAD ENZIMÁTICA

TemperaturaTemperatura


pHpH


Concentración de sustratoConcentración de sustrato


ActivadoresActivadores InhibidoresInhibidores

IrreversiblesIrreversibles ReversiblesReversibles

• CompetitivosCompetitivos• No competitivosNo competitivos

E ES

EI

I

S

E + P

InhibiciónCompetitiva

E + I E’

E ES

EI

I

S

E + PI

ESI

SInhibición

No Competitiva


Enzimas alostéricosEnzimas alostéricos Son aquellos que están formados Son aquellos que están formados

por por varias subunidadesvarias subunidades y suelen y suelen tener uno o más centros tener uno o más centros reguladores, distintos del centro reguladores, distintos del centro activo. activo.

Estos enzimas presentan dos Estos enzimas presentan dos conformaciones: La conformaciones: La tensa Ttensa T, con , con una baja afinidad y la una baja afinidad y la relajada Rrelajada R, , con una alta afinidad. con una alta afinidad.

El paso de una a otra puede deberse El paso de una a otra puede deberse a los a los moduladores + y –moduladores + y –, o al , o al mismo sustratomismo sustrato, en cuyo caso se , en cuyo caso se dice que el enzima presenta dice que el enzima presenta cooperatividadcooperatividad. .


Enzimas alostéricosEnzimas alostéricos

Modulador + Modulador -


Enzimas alostéricosEnzimas alostéricos

Cooperatividad


Proenzimas o zimógenosProenzimas o zimógenos Son enzimas que se sintetizan en una forma inactiva y Son enzimas que se sintetizan en una forma inactiva y

que posteriormente son transformados en la forma que posteriormente son transformados en la forma activa por otros enzimas activa por otros enzimas


IsoenzimasIsoenzimas Son enzimas que realizan la misma o semejante función Son enzimas que realizan la misma o semejante función

pero su estructura molecular es diferente. Difieren en los pero su estructura molecular es diferente. Difieren en los valores de Vmax y de KM. Así, podemos observar la valores de Vmax y de KM. Así, podemos observar la existencia de isoenzimas en función de:existencia de isoenzimas en función de:

• el tipo de tejidoel tipo de tejido: Por ejemplo, la lactato deshidrogenasa : Por ejemplo, la lactato deshidrogenasa presenta isozimas distintos en músculo y corazón. presenta isozimas distintos en músculo y corazón.

• el el compartimento celularcompartimento celular donde actúa: Por ejemplo, la malato donde actúa: Por ejemplo, la malato deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la deshidrogenasa del citoplasma es distinta de la de la mitocondria. mitocondria.

• el el momento concreto del desarrollomomento concreto del desarrollo del individuo: Por ejemplo, del individuo: Por ejemplo, algunos enzimas de la glicolisis del feto son diferentes de los algunos enzimas de la glicolisis del feto son diferentes de los mismos enzimas en el adulto.mismos enzimas en el adulto.

Nomenclatura y clasificación de enzimas

Para nombrar un enzima, se pone primero el nombre del sustrato preferente y a continuación la acción típica que realiza terminada en “asa”. Se diferencian 6 clases:

1. Oxidoreductasas transferencia de electrones 2. Transferasas reacciones de transferencia de grupo (no agua) 3. Hidrolasas reacciones de hidrólisis (transferencia al agua) 4. Liasas Adición de grupos a dobles enlaces o formación de

dobles enlaces por eliminación de grupos 5. Isomerasas transferencia de grupos dentro de la misma

molécula para dar isómeros 6. Ligasas Formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N por

reacciones de condensación acopladas a hidrólisis de ATP

LAS VITAMINASLAS VITAMINASSon sustancias extendidas en el reino animal y vegetal, que se encuentran en los alimentos en pequeñas cantidades, imprescindibles para el crecimiento y conservación del cuerpo animal. Son sustancias esenciales, es decir, que el organismo no es capaz de sintetizarlas.El nombre se debe a Funk, a partir de la suposición de que eran aminas necesarias para la vida, vitales.A veces el alimento contiene un precursor que va a ser transformado en la vitamina en el interior del cuerpo. A estos precursores se les denomina “provitaminas”.Cuando con el alimento no se recibe la cantidad de vitaminas adecuada, se producen enfermedades más o menos graves, ya sea por carencia absoluta (AVITAMINOSIS), por tomarla en menor cantidad de la necesaria (HIPOVITAMINOSIS) o por tomarla en exceso (HIPERVITAMINOSIS).Las vitaminas se clasifican en:

HIDROSOLUBLES: Complejo vitamínico B (B1, B2, PP, B6, B9, B12) C, H y W LIPOSOLUBLES: A, E, D y K.

LAS VITAMINASLAS VITAMINAS• Muchas vitaminas son COENZIMAS, precursores de COENZIMAS o

forman parte de coenzimas

CLASIFICACIÓN DE LAS CLASIFICACIÓN DE LAS VITAMINASVITAMINAS

http://www.zonadiet.com/nutricion/vitaminas.htm

TEMA 12 INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO. ATP Y ENZIMAS.

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