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III. INTRODUCCIN AL METABOLISMO
1. Generalidades2. Termodinmica de los compuestos fosforilados3. Termodinmica de los sistemas vivos
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CMO OBTIENEN LAS CLULAS LA ENERGA Y EL PODERREDUCTOR A PARTIR DE SU ENTORNO?
CMO SINTETIZAN LAS CLULAS LOS COMPUESTOSFUNDAMENTALES DE SUS MACROMOLCULAS Y CMO SESINTETIZAN POSTERIORMENTE LAS PROPIAS MACROMOLCULAS?
Stryer et al. 2003
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QU ES ELMETABOLISMO?
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MetabolismoMetabolismo
Es una actividad celular muy coordinada en la que muchossistemas multienzimticos cooperan para:(1) Obtener energa qumica a partir de la captacin de la
energa solar o degradando nutrientes ricos en energaobtenidos del ambiente
(2) Convertir molculas nutrientes en las molculascaractersticas de la propia clula
(3) Polimerizar los precursores monomricos enmacromolculas(4) Sintetizar y degradar biomolculas requeridas en funciones
celulares especializadas
Proceso mediante el cual los seres vivos adquieren y utilizanla energa libre que requieren para realizar sus funciones
protenas, c. nucleicos, lpidos, carbohidratos
Nelson y Cox, 2005
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Fottrofos (auttrofos)Quimitrofos (hetertrofos)
LOS ORGANISMOS VIVOS SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS SEGN LAFORMA QUMICA A TRAVS DE LA QUE OBTIENEN CARBONODEL MEDIO
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Autotrfosfotosintticos Hetertrofos
Nelson y Cox, 2005
Obtienen
su energade la luzsolar
Obtienen suenerga de la
degradacin denutrientesorgnicos
producidos porlos auttrofos
EL CARBONO, OXGENO Y AGUA SE CICLAN CONSTANTEMENTE ENTRELOS MUNDOS HETEROTRFICOS Y AUTOTRFICO, CON LA ENERGASOLAR COMO FUERZA MOTRIZ DE ESTE PROCESO GLOBAL
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MetabolismoMetabolismoEs la suma de todas las transformaciones qumicas que seproducen en una clula u organismo, a travs de una serie dereacciones catalizadas enzimticamente que constituyen las
rutas metablicas
(Eliminacin, transferencia o adicin de un tomo o grupo funcional)
CADA PASO = CAMBIO QUMICO ESPECFICO
PRECURSOR PRODUCTOINTERMEDIARIOS(METABOLITOS)
CARACTERSTICAS
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Donde la serie de reacciones qumicas se encuentran interrelacionadasy acopladas y que tienen por objeto producir compuestos necesariospara la vida celular
Stryer et al. 200
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METABOLISMO
CATABOLISMO.- Conjunto de reacciones queconvierten molculas (como si fuerancombustibles) en energa utilizable (producenenerga)
ANABOLISMO.-Conjunto de reacciones que requierenenerga para producir molculas complejas
Vas anablicas: son rutas de biosntesis.Qumicamente son procesos reductores.Requieren un aporte de energa externo.
Vas catablicas: son de tipo degradativo.Qumicamente son procesos oxidativos.Suelen producir energa
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META
BOL
ISM
O
ANA
BOLISMO
CATA
BOLI
SMO
ENERGA
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CATABOLISMO
ENERGA
ANABOLISMO
REGULACIONMETABLICA
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REGULACIN
DEL
METABOLISMO
CANTIDAD
DISPONIBILIDAD(RECAMBIO, LOCALIZACIN)
ACTIVIDADCATALTICA
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Una va metablica est formada por una serie de reacciones en una
secuencia especfica que en su conjunto es termodinmicamentefavorable
Sin embargo, algunas de estas reacciones de la va pueden requerir
energa y otras liberarla
Las vas pueden estar compartamentalizadas celularmente (organelos,citosol, membranales)
Las reacciones van a estar mediadas por enzimas, por eso, van a ser
especficasLas vas metablicas pueden ser regulables. No todas las reacciones
de la va pueden regularse.
Esta regulacin puede darse por disponibilidad del sustrato, por
mecanismos de regulacin enzimtica (alosterismo, fosforilacin,retroalimentacin, sntesis de la enzima misma, etc.), por factores
termodinmicos
En su conjunto, las vas metablicas son reversibles PERO TIENENPOR LO MENOS UN PASO IRREVERSIBLE (PASO LIMITANTE)
Caractersticas de las vas metablicas
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LAS REACCIONES DE UNA VA METABLICA SE PUEDEN
VER SEGN SUS CARACTERSTICAS TERMODINMICAS.
Las reacciones termodinmicamente pueden ser:
G GRANDE Y NEGATIVA La reaccin transcurre en elsentido (EXERGNICAS)
G=0 EL SISTEMA ESTA ENEQUILIBRIO
G GRANDE Y POSITIVA La reaccin transcurre en elsentido opuesto(ENDERGNICAS)
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LAS REACCIONES CERCANAS AL EQUILIBRIO
G CERCANO A 0
- SON REVERSIBLES- Las enzimas que las catalizan tienen una actividad muy
alta y por tanto la actividad de la enzima no es un factorlimitante de la va.
- Son reacciones fcilmente reversibles y su actividaddepende de la relacin de [sustrato] y [producto].La direccionalidad va a depender de cambios de[sustrato] y [producto].
- LAS REACCIONES CERCANAS AL EQUILIBRIO, POCAS
VECES REGULAN EL FLUJO DE LA VA METABLICA
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LAS REACCIONES ALEJADAS DEL EQUILIBRIO
G GRANDES Y NEGATIVOS
- SON IRREVERSIBLES
- Son poco sensibles a la variacin de [sustrato] y [producto]- Las enzimas suelen ser alostricas
- LAS REACCIONES ALEJANAS DEL EQUILIBRIO SON LAS
QUE MAYORMENTE REGULAN UNA VA METABLICA
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Poner grupos funcionales a dobles enlaceso eliminacin para formar dobles enlaces
Adicin o eliminacin de gruposfuncionales
Rompimiento de enlaces con intervencin
del agua
Hidrlisis
Transferencia de un grupo funcional deuna molcula a otra
Transferencia de grupos
Reorganizacin de tomos para formarismeros
Isomerizacin
Formacin de enlaces covalentes (ej. C-C)Formacin de enlaces conrequerimiento de hidrlisis deATP
Transferencia de electronesOxidacin-reduccin
DESCRIPCINTIPO DE REACCIN
TIPOS DE REACCIONES QUMICAS DEL METABOLISMO
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MOLCULAS FUNDAMENTALESEN LAS REACCIONES METABLICAS
C t l l f d t l
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Cuatro molculas fundamentalesen las reacciones metablicas
Donador de energa
Almacenador dePoder reductor
Acarreador degrupos acilo
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La hidrlisis de ATP o de un compuesto fosforilado es una reaccincomn para obtener energa.
LA VARIACIN DE ENERGA LIBRE EN LA HIDRLISIS DEL ATP ES GRANDE YNEGATIVA
FUNDAMENTO QUMICO DE LA ELEVADA VARIACIN DE ENRGA LIBRE
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FUNDAMENTO QUMICO DE LA ELEVADA VARIACIN DE ENRGA LIBREASOCIADA A LA HIDRLISIS DE ATP
1) La hidrlisis disminuyela repulsin de carga
2) El producto (Pi)est estabilizado por laformacin de unhbrido de resonancia
3) El producto se ioniza
inmediatamente
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Otros compuestosfosforilados quetransfieren sufosfato enreaccionescelulares que
requieren energa
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Otros compuestosfosforilados quetransfieren sufosfato enreaccionescelulares que
requieren energaTIOESTER
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ESTABILIDAD PORTAUTOMERIZACIN
ESTABILIDAD PORRESONANCIA
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ESTABILIDAD PORRESONANCIA
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EN LAS REACCIONES DE HIDRLISIS CON VARIACIONESDE ENERGA LIBRE ESTNDAR GRANDES Y NEGATIVAS
losPRODUCTOS SON MS ESTABLES QUE LOS REACTIVOS
1) La tensin de enlace en los reactivos debida a repulsinelectrosttica queda liberada por la separacin de carga
(ATP)
2) Los productos se estabilizan por ionizacin
3) Los productos se estabilizan por isomerizacin
4) Estabilidad por resonancia
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ENERGAS LIBRES ESTNDAR DE HIDRLISIS DE ALGUNOSCOMPUESTOS FOSFORILADOS Y DEL ACETIL-CoA (un tioster)
L hid li i d ATP d f f il d i
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La hidrlisis de ATP o de un compuesto fosforilado es una reaccincomn para obtener energa.Esta reaccin se acopla energticamente a otra reaccin que la requiera
A B Reaccin exergnica
C D Reaccin exergnica
LAS VARIACIONES DE ENERGA LIBRE ESTNDAR
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LAS VARIACIONES DE ENERGA LIBRE ESTNDARSON ADITIVAS
Este principio explica por qu una reaccin termodinmicamentedesfavorable (endergnica) puede ser impulsada en el sentido directo
acoplndola a una reaccin muy exergnica a travs de unintermediario comn.
FLUJO DE GRUPOS FOSFORILO
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FLUJO DE GRUPOS FOSFORILO
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REGULACIN DE UNA VA METABLICA
ENFOQUE TRADICIONAL VS. TEORA DEL CONTROL METABLICO
Una va tiene uno o muy pocos
pasos regulacin, que se llamanpasos limitantes o
No hay una enzima que sea la
responsable de regular el flujo de la va
El flujo de una va est controlado porvarias enzimas de las reaccionesque integran la va
Cada una tiene una contribucin quedepende de la concentracin deintermediarios
ENFOQUE TRADICIONAL TEORA DEL CONTROL METABLICO
Las enzimas limitantes o reguladorasse han propuesto con base enmediciones in vitro, muy alejadas delas condiciones fisiolgicas como
[intermediarios], efectores alostricos,etc.
Se basa en la medicin exptl. de una vaperturbando una enzima especfica y
viendo como se comporta el flujo de la va(concentraciones de los otros metabolitos)
todos estos datos se tratan matemtica-mente y por eso es cuantitativa
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