Introducción al Metabolismo

Rutas centrales y diferenciadas para biosíntesis y degradación

Objetivo.

• Comprender la manera en la que la célula regula y lleva a cabo complejas secuencias de reacciones.

METAS• Analizar las secuencias específicas de reacciones o rutas.

• Analizar la relación entre cada ruta

• Analizar la importancia biológica de cada ruta y el mecanismo de control que regula el flujo de la vía o la velocidad de reacción

• Conocer los métodos experimentales utilizados para el estudio del metabolismo.

METABOLISMO

• Intermediario. Biosíntesis, almacenamiento, la utilización de energía y biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular.

• Energético. Formado por rutas que almacenan o generan energía metabólica.

• Rutas centrales. Explican cantidades relativamente grandes de transferencia de masa y generación de energía.

• El destino de los componentes de la dieta después de la digestión y la absorción constituye el metabolismo.

• Vías anabólicas

• Vías catabólicas

• Vías anfibólicas

• Conocer el metabolismo normal para entender las anormalidades que originan una enfermedad.

• Adaptación a periodos de:

• Ayuno• Ejercicio• Embarazo• Lactancia•

BIOQUÍMICA

• Comprender como regula la célula la multitud de secuencias de reacciones y como controla su medio interno.

• Secuencias específicas de reacciones o rutas.

• Interacción entre ellas

• La importancia biológica de cada vía

• Su mecanismo de control.

• La naturaleza de la dieta determina el patrón básico del metabolismo.

• Glucosa

• Ac. Grasos

• Glicerol

• aminoacidos

• Todos los productos de la digestión se metabolizan a un producto común:

• Acetil-CoA

Visión General del Metabolismo

Visión General del Metabolismo

Glucólisis

Metabolismo Oxidativo

Ciclo del ácido cítrico

• Las reacciones oxidativas generan:

• Transportadores de electrones reducidos.

• Cuya re-oxidación impulsa la biosíntesis de ATP.

• Transporte de electrones y fosforilación oxidativa.

Acetil CoA.

• La Acetil-CoA procede no solo de la oxidación del piruvato, también de la degradación de los ácidos grasos y de las rutas de oxidación de algunos aminoácidos.

Metabolismo de Lípidosy Esteroides

Metabolismo de Aminoácidos

Anabolismo de Carbohidratos

Rutas diferenciadas para la biosíntesis y la degradación

• Glucólisis vs gluconeogénesis

• Síntesis y oxd de ac. Grasos.

• Estado energético de la célula.

• ATP.

Mecanismos de control metabólico aspectos bioenergéticos.

• En los seres vivos la mayor parte de la energía necesaria para las reacciones de biosíntesis procede de la oxidación de los substratos orgánicos (metabolitos reducidos) y el O2 es el aceptor electrónico final.

Oxidaciones biológicas

• Las reacciones de oxidación se producen sin que haya un aumento importante de temperatura y con la captura de parte de la energía libre en forma de energía química a través de la síntesis de ATP.

• Se puede decir que la glucosa es la sustancia mas oxidada puesto que su oxidación produce mas moles de CO2 por mol de O2 consumido durante la oxidación

Alto Potencial de Transferencia de Fosforilo del ATP

Cociente Respiratorio (CR):

Moles de CO2/mol O2 consumido

• Cuanto mas bajo es el cociente respiratorio de un substrato se consume mas oxígeno por carbono oxidado y mayor es el potencial de generación de energía/mol de sustrato.

• Glucosa = 15.6KJ/g CR=1

• Palmitato = 38.9/KJ/g CR= 0.70

Palmitato

• Los carbonos de las grasas están reducidas en general en mayor grado que los hidratos de carbono y contienen mas protones y electrones que pueden combinarse con el O2 en la ruta que conduce al CO2.

Obtención de equivalentes reductores

• Otra forma de expresar el grado de oxidación de un substrato.

• Se obtienen mas equivalentes reductores de la oxidación de la grasa que de la oxidación de los hidratos de carbono.

• La utilización de rutas distintas para los procesos biosintéticos y degradativos es crucial para el control metabólico de tal manera que las condiciones que activan una ruta tienden a inhibir la ruta opuesta.

• La degradación de un compuesto orgánico complejo produce energía y equivalentes reductores y la biosíntesis de estos compuestos utiliza energía y equivalentes reductores.

La oxidación como fuente de energía metabólica

• La mayor parte de la energía biológica procede de la oxidación de metabolitos reducidos en una serie de reacciones en las que el oxígeno constituye el aceptor electrónico final.

• El NAD es el cofactor de la mayoría de las deshidrogenasas que oxidan metabolitos

• El NADPH es el cofactor de la mayoría de las reductasas

Nucleótidos de Nicotinamida en el Metabolismo

PRINCIPALES MECANISMOS DE CONTROL METABÓLICO.

• 1.- Actividad enzimática• a) Concentración de substrato• b) control alostérico

• 2.- Concentración enzimática regulación de la síntesis • b) degradación de la enzima

• 3.- Compartamentalización

• 4.- Hormonas.

Actividad enzimática

• Interacción con substratos

• Productos y efectores alostéricos

• Modificación covalente de la proteína enzimática.

• El control a través de la modificación covalente se asocia frecuentemente con cascadas reguladoras.

• Oncogenes (proteínas quinasas)

Ciclo de sustrato

• Es un mecanismo de regulación eficiente puesto que un pequeño cambio de actividad de una o ambas enzimas puede tener un efecto muy importante en el flujo de metabolitos en uno u otro sentido.

Compartamentalización

• Crea una división del trabajo en el interior de una célula, lo cual aumenta la eficiencia de la función celular.

• Función reguladora importante • RNA polimerasas ( núcleo y nucleolo)• Enzimas del ac. Cítrico• Enzimas de la glucólisis

• Controla el paso de intermediarios

Regulación hormonal

• Mensajes procedentes de otros tejidos y órganos.

• Mensajeros extracelulares:

• Hormonas

• Factores de crecimiento

• Neurotransmisores y feromonas

• Hormonas

• Transducción de señal

• Segundos mensajeros

• Modificaciones en la expresión génica• Concentraciones intracelulares de proteínas.

Análisis experimental del metabolismo.

• 1.- Identificar los reactivos productos y cofactores y la estequiometría de cada una de las reacciones.

• 2.- Entender como se controla la velocidad de cada reacción en el tejido de origen.

• 3.- Identificar la función fisiológica de

• cada reacción y el mecanismo de control.

• Debe realizar análisis a varios niveles de organización biológica, desde los organismos vivos y las células intactas hasta preparados de células rotas y finalmente componentes purificados.

Niveles de organización en los que se estudia el metabolismo

• Organismo entero

• Órgano aislado o perfundido

• Células enteras

• Sistemas sin células

• Componentes purificados

• Sondas metabólicas.