Post on 06-Jul-2015
INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO
Universidad San Sebastián Facultad de Ciencias de la Salud
Tecnología Médica
TM. Paulina Fernández GarcésMiércoles 15 de Abril
METABOLISMO
Conjunto de reacciones químicas que se dan en un organismo, catalizadas por un sistema enzimático cuya finalidad es el intercambio de materia y energía entre la célula y el entorno.
Las finalidades del metabolismo son cuatro:
1. Obtención de energía química de moléculas combustibles o de la luz solar absorbida (esto último en organismos fotosintéticos).
2. Conversión de principios nutritivos exógenos en precursores de los componentes macromoleculares.
3. Ensamblaje de estos materiales para formar proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares.
4. Formación y degradación de las biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de la célula.
ESTRATEGIAS BÁSICAS DEL METABOLISMO
Existen dos principios importantes en el matabolismo:
3. El metabolismo puede dividirse en dos categorías principales
Catabolismo: procesos relacionados con la degradación de las sustancias complejas.
Anabolismo: procesos relativos fundamentalmente a la síntesis de moléculas orgánicas complejas.
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CATABOLISMO Y DEL ANABOLISMO
Nutrientes Productores de energía
Glúcidos
Grasas
Proteínas
Macromoléculas Celulares
Proteínas
Lípidos
Polisacáridos
Ácidos Nucleicos
Catabolismo Anabolismo
ADP + PiNAD+
NADP+
ATPNADH
NADPH
Energía Química
Productos poco energéticos
CO2, H2O, NH3
Moléculas Precursora
Aminoácidos, azúcares, ácido grasos bases nitrogenadas.
Catabolismo
-Degradativo, oxidativo
-Genera energía, produce ATP
-Los productos finales e intermedios son materias primas del anabolismo
-Genera desechos que se excretan al entorno.
Anabolismo
-Sintético, reductivo
-Utiliza energía, consume ATP
-Los productos finales son materias primas del catabolismo
-Utiliza nutrientes del entorno.
2. Ambas categorías contemplan tres niveles de complejidad:
Nivel 1: Interconversión de polímeros y lípidos complejos con los intermediarios monoméricos
Nivel 2: Interconversión de los azúcares monoméricos, los aminoácidos y los lípidos con los compuestos organismos más simples
Nivel 3: Degradación final hasta compuestos inorgánicos como CO2, H2O y NH3, o la síntesis a partir de ellos mismo.
ESTRATEGIAS BÁSICAS DEL METABOLISMO
Dentro del metabolismo se utilizan tres términos importantes:
1.- Metabolismo Intermedio
2.- Metabolismo Energético
3.- Rutas Centrales.
Metabolismo Intermedio
Comprende todas las reacciones relacionadas con el almacenamiento y la generación de energía metabólica y con el empleo de esa energía en la biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular y compuestos de almacenamiento de energía.
Las reacciones que ocurren en este tipo de metabolismo no necesariamente están codificadas genéticamente, ya que la información necesaria para cada reacción está incluida en la estructura de la enzima que cataliza esa reacción.
Metabolismo Energético
Parte del metabolismo intermedio formado por rutas que almacenan o generan energía metabólica.
Comprende la oxidación de moléculas combustibles y síntesis de moléculas pequeñas a partir de los fragmentos resultantes.
Están presentes en todos los organismos vivos.
Dependiendo del origen de las moléculas combustible, los organismos se dividen:* Autótrofos
* Heterótrofos.
Rutas Centrales
ESTRATEGIAS BÁSICAS DEL METABOLISMO
Fuentes de Carbono y Energía
Para el Organismo
ORGANISMO AUTÓTROFOS
FOTOSINTÉTICOS
(plantas)
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ac. Nucleicos
ORGANISMO HETERÓTROFOS
QUIMIOSINTÉTICOS
(animales)
Dióxido de Carbono
Agua
Dióxido de Carbono
Otros nutrientes
VISIÓN GENERAL DEL MATABOLISMO
PRINCIPALES RUTAS CENTRALES
Glicólisis
Ruta de nivel 2 para la degradación de los hidratos de carbono
Metabolismo de Lípidos
Metabolismo de Aminoácidos
Metabolismo de Ácidos Nucleicos
Rutas de nivel 2 que aportan combustible al ciclo del ácido cítrico.
Ciclo del Ácido Cítrico
Ruta de nivel 3 acepta compuestos de carbono sencillos para oxidarlos a CO2
Existen rutas diferenciadas para biosíntesis y degradación:
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 enzimáticas comunes, pero se trata de secuencias de reacciones reguladas por mecanismo diferentes y enzimas diferentes. Además 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 reacción debe ser exergónica en esa dirección. Su ruta inversa será endergónica.
2.- Existe la necesidad de controlar el flujo de metabolitos en relación con el estado bioenergético de una célula.
REGULACIÓN DE LAS RUTAS METABÓLICAS
La regulación se da a través de:
1.- Actividad Enzimática: Regulando la concentración del sustrato y el control alostérico, capaz de cambiar la actividad catalítica en respuesta a moduladores inhibitorios o activatorios.
2.- Regulación hormonal: Establecida por los mensajes procedentes de otros órganos o tejidos.
3.-Compartimentación: Esto crea una división del trabajo en el interior de una célula. Lo cual aumenta la eficacia de la función celular. Además permite una regulación importante de los procesos.
FUENTE DE ENERGÍA METABÓLICA: LA OXIDACIÓN
Sistemas vivos
Oxidaciones de sustratos orgánicos
El oxígeno, que es el aceptor último de electrones para los organismo aerobios, es un oxidante potente y tiene una fuerte tendencia a atraer electrones quedando reducido en el proceso.
La mayor parte de las oxidaciones biológicas no ocurren con una transferencia directa de los electrones , desde un sustrato reducido al oxígeno.
Se producen una serie de oxidaciones acopladas, de tal forma que los electrones pasan a transportadores electrónicos intermediarios como NAD+
y finalmente se transfieren al oxígeno (aceptor electrónico terminal).
La transferencia de los electrones al oxígeno se realiza por la cadena de transporte electrónico o cadena respiratoria.
NADPH
Principal fuente de electrones para la
biosíntesis reductora
NADP+ y NADPH+ son idénticos a NAD+ y NADH, excepto que los primeros tienen un grupo fosfato adicional esterificado.
La captura de la energía ocurre a través de la síntesis del ATP y su hidrólisis puede acoplarse a muchos procesos
para proporcionar energía para el trabajo biólogico.
ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP)
Esta molécula corresponde al nexo entre los procesos biológicos dadores de energía y los
procesos biológicos consumidores de energía.
(Pentosa)
(Base Nitrogenada)
ATP (Adenosina trifosfato)
HIDRÓLISIS DEL ATP
NUTRIENTES PRODUCTORES DE ENERGIA
CO2, H2O, NH3
ADP + Pi
MACROMOLÉCULAS PRECURSORES SENCILLOS
ATP
Trabajo Biológico
Contracción muscular
Transmisión de impulso nervioso
Transporte activo, etc.
Las células intercambian la energía liberada en la ruptura del ATP, para llevar a cabo funciones esenciales, a menudo convirtiendo la energía
química liberada en la hidrólisis del ATP en otras formas de energía.
Nutrientes del entorno…….quimiotrófics
Luz solar…………………….fotosintéticos
TRABAJO Y ENERGÍA BIOLÓGICOS
Transformaciones químicas en el interior de las células
Trabajo Biológico
* Biosíntesis (anabolismo)
* Trabajo mecánico (contracción muscular)
•Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente)
* Trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso) etc.
Productos Finales del Matabolismo
(moléculas simples, CO2, H20)
ENERGÍA
AUMENTO DE LA ENTROPÍA
TRANSDUCCIONES DE ENERGÍA
OTROS COMPUESTOS DE ALTA ENERGÍA
FOSFOENOL PIRUVATO ------------------------------- PIRUVATO + Pi
1,3 BIFOSFOGLICERATO ------------------------------- 3 FOSFOGLICERATO + Pi
FOSFOCREATINA ------------------------------------------ CREATINA + Pi
ACETIL-CoA --------------------------------------------------- ACETATO + CoA-SH
Flujos de Grupos
Dadores de de alta energía ATP Aceptores de de baja energía
P
P
P
METABOLISMO INTERMEDIO
Nivel 1: Interconvesión de polímeros y lípidos complejos con los intermediarios monoméricos
Nivel 2: Interconversión de los azúcares monoméricos, los aminoácidos y los lípidos con los compuestos organismos más simples
Nivel 3: Degradación final hasta compuestos inorgánicos como CO2, H2O y NH3, o la síntesis a partir de ellos mismo.
1,3 Bifosfoglicerato
P
Fosfoenol piruvatoP
Fosfocreatina
P
Adenina Rib P P PCompuestos de alta
energía
Compuestos de baja energía
Glucosa 6- P Glicerol 6- P
Pi
NIVEL 1: Interconversión de Polímeros y Lípidos complejos en Intermediarios Monoméricos.
POLISACÁRIDOS
PROTEÍNAS
LÍPIDOS
AC. NUCLEICOS
MONOSACÁRIDOS
AC. GRASOS
GLICEROL
NUCLEÓTIDOS
AMINOÁCIDOS
NIVEL 2: Interconversión unidades monoméricas en moléculas más sencillas.
NIVEL 3: Degradación final hasta compuestos inorgánicos como CO2, H2O, NH3
MONOSACÁRIDOS
AC. GRASOS AMINOÁCIDOS
AC. PIRÚVICO
ACETIL CoA
CETOÁCIDOS
Ciclo de Krebs
Fosforilación Oxidativa
NH3
Ciclo de la Urea
NIVEL 2
NIVEL 3
INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO
Universidad San Sebastián Facultad de Ciencias de la Salud
Tecnología Médica
TM. Paulina Fernández GarcésMiércoles 15 de Abril