tema 10 - euronet.es · los electrones energéticos (a veces, forman parte de un átomo de h)...

BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

TEMA 10 Metabolismo

“Yo intento enseñar porque, consiga o no enseñar a otros,

consigo infaliblemente instruirme a mi mismo.”

El electrón es zurdo

Isaac Asimov

Metabolismo

๏ Concepto: Conjunto de reacciones bioquímicas que se producen en el interior de la célula y transforman unos compuestos en otros.

๏ Funciones:

‣ Obtener energía (ATP) a partir de componentes capturados del entorno o procedentes de la energía solar.

‣ Transformar las sustancias capturadas en materia prima para las células (precursores de los sillares de las macromoléculas).

‣ Síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos y otros componentes celulares.

‣ Degradar y sintetizar biomoléculas necesarias para funciones celulares específicas: hormonas, neurotransmisores, …

Fuentes de carbono y energía para la vida celular

Segúnlaformaquímicadelcarbono Segúnlafuentedeenergía

Utilizan CO2 como fuente de

Carbono

Toman el Carbono del

entorno:Glucosa

Utilizan luz como fuente de energía

Obtienen la energía de

reacciones redox

Metabolismo

Autótrofos Heterótrofos Fotótrofos Quimiótrofos

Organismo FuentedeCarbono FuentedeEnergía Ejemplos

Fotoautótrofos CO2 Luz-Célulasverdesdeplantassuperiores-bacteriasfotosintéticas

Fotoheterótrofos Compuestosorgánicos Luz -Bacteriaspúrpurasnosulfuradas

Quimioautótrofos CO2 Reaccionesredox -Bacteriasdesnitrificantes

Quimioheterótrofos Compuestosorgánicos Reaccionesredox

-Organismossuperiores(animales,hongos)-Mayorpartedemicroorganismos

Metabolismo

Aunque el metabolismo comprende centenares de reacciones diferentes, existen

una serie de RUTAS METABÓLICAS centrales que son pocas e idénticas en la

mayor de seres vivos.

Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones químicas que relacionan

entre sí a dos compuestos o metabolitos importantes. La transformación de unos

metabolitos en otros se lleva a cabo mediante enzimas específicos.

Rutas metabólicas

GLUCOSA

PIRUVATO

ACETIL-CoA

KREBS

Hay2tendenciasenelmetabolismo:

CATABOLISMO: Fase destructiva, las moléculas complejas se transforman en otras más

sencillas.Hay varios TIPOS segúnel aceptor final deelectrones y el gradodeoxidacióndel

compuesto.

FERMENTACIÓN: el aceptor finalmolécula pequeña la oxidación del compuesto es

parcial

RESPIRACIÓNAERÓBICA:elaceptoreselO2,laoxidaciónestotalhastaCO2yH2O.

RESPIRACIÓNANAERÓBICA:elaceptorfinalesuncompuestoinorgánico(iónnitrato,

sulfatoocarbonato).

ANABOLISMO: Fase constructiva, a partir de moléculas sencillas se fabrican otras más

complejas.

Catabolismo y Anabolismo

Catabolismo y Anabolismo

Las células obtienen energía mediante la oxidación de moléculas orgánicas.

Entendemos:

- la oxidación como eliminación de electrones.

- la reducción implica la adición o captación de electrones.

Óxido-Reducción

En las células las moléculas orgánicas, que se encuentran en un estado rico de

electrones (es decir, reducido), se convierten en H2O y CO2, que han cedido

electrones y, por tanto, están muy oxidados.

Desde otro punto de vista:

- la deshidrogenación es equivalente a la oxidación, cuando se transfieren

electrones mediante intercambio de hidrógenos.

- la hidrogenación es equivalente a la reducción.

Óxido-Reducción

Las reacciones metabólicas están ACOPLADAS, es decir, las de síntesis, consumidoras de

energíaestánacopladasconlasdedegradación,productorasdeenergía.

Transporte de Energía

Puede llevarse a cabo de dos formas:

๏ En forma de ATP

๏ En forma de Tte de Electrones

Transporte de Energía

๏ Es la molécula transportadora de energía más abundante en las células.

๏ Las enzimas acoplan las reacciones exergónicas a la producción de ATP.

๏ El ATP posee enlaces de alta energía entre sus restos fosfato, y cuando se hidroliza, hecho que sucede con mucha facilidad, libera esa energía que sirve, a su vez, para impulsar otras reacciones (siempre que se acoplen a ese proceso). La energía que almacena proviene de:

‣ Oxidación de los nutrientes ‣ Fotosíntesis, donde compuestos inorgánicos, gracias a la luz se

transforman en compuestos orgánicos que luego se oxidarán

๏ La hidrólisis del ATP aporta, en condiciones experimentales, 7.3 kcal / mol de energía útil.

Transporte de Energía – como ATP

๏ El ATP interviene en todas las reacciones de transferencia de fosfato en la célula y, por tanto, en la mayor parte de las transformaciones energéticas. Su energía química puede efectuar trabajo de tres formas distintas:

‣Trabajo mecánico: contracción y movilidad celular

‣Transporte activo o a través de las membranas celulares de iones y moléculas

‣Biosíntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas

• Otros nucleótidos como el GTP, UTP, CTP, etc. participan también como transportadores de grupos fosfato ricos en energía.

Transporte de Energía – como ATP

En algunas reacciones catabólicas, la energía es transportada mediante un flujo de electrones. Se genera un gran poder reductor ya que los nutrientes se oxidan para obtener energía.

Transporte de Energía – Tte de e-

Los electrones energéticos (a veces, forman parte de un átomo de H) pueden ser capturados por transportadores de electrones (citocromos) que, a su vez, pueden cederlos junto con su energía a otras moléculas.


Los transportadores de electrones más frecuentes son: NAD, NADP, FAD y FMN; que los llevan hasta la última molécula: la aceptora final de hidrógenos


Glucólisis

Es la degradación de glucosa a piruvato, se produce en el citosol y es un proceso anaeróbico. Gran parte de los azúcares son degradados en las células mediante esta vía.

Glucólisis

Conjunto de rutas mediante las que se obtiene energía a partir de combustibles orgánicos y en ausencia de oxígeno molecular.

Láctica

Fermentaciones

Fermentaciones

Alcohólica

Oxidación de combustibles orgánicos por el oxígeno molecular.

Transcurre en 3 ETAPAS:

(1) - Obtención de Acetil-CoA - - matriz mitocondrial

(2) - Oxidación completa del Acetil-CoA en el CICLO de

KREBS -- matriz mitocondrial

(3) - Tte electrónico, desde las coenzimas hasta el O2 --

membrana mitocondrial interna

Respiración aerobia

(1) - Obtención de Acetil-CoA - - matriz mitocondrial


Respiración aerobia(2) - Oxidación completa del Acetil-CoA en el CICLO de KREBS - -

matriz mitocondrial

• Via común en células aerobias para

la oxidación completa de las grandes

biomoléculas.

• S e o b t i e n e n p r e c u r s o r e s

metabólicos.

• Naturaleza ANFIBÓLICA

• Aparentemente el rendimiento

energético del ciclo no es importante

– 1 GTP (ATP).

• La verdadera contribución del ciclo

es la obtención de electrones de alta

energía, extraídos por oxidación del

Acetil-CoA e incorporados a los

coenzimas NADH y FADH2 – (PODER

REDUCTOR).


PODER REDUCTOR

O b s e r v a m o s e n e l catabolismo general cómo se va generando un continuo poder reductor en forma de electrones.


• Conjunto de reacciones redox encadenadas en serie que transportan

electrones hasta el oxígeno molecular.

• Estas reacciones están catalizadas por determinados complejos enzimáticos.

• Los complejos enzimáticos hacen posible el flujo de e-/H+ de unos

transportadores a otros hasta alcanzar el O2 molecular.

• El O2 molecular actúa como último aceptor de e-/H+ se reduce y forma agua.

Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa

En cada reacción intervienen dos constituyentes con distintos potenciales redox; a

mayorpotencialmayorafinidadporloselectrones.


• Durante años se trató de explicar cuál era el mecanismo de la fosforilación oxidativa,

la hipótesis que mejor explica dicho proceso es la HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA.

• Postula que los transportadores electrónicos actúan como una BOMBA,

transportando iones H+ desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, a

través de la membrana mitocondrial interna.

• Se genera un gradiente electroquímico, como la membrana mitocondrial interna

es impermeable a los H+, éstos sólo pueden retornar a la matriz a través de la

ATP-Sintetasa (ATPasa) que utiliza el gradiente de H+ como fuerza

“protónmotriz” para formar ATP a partir de ADP + Pi.


NE: Norepinefrina HSL: Lipasa sensible a hormona UCP: Termogenina o proteína desacoplante

ROTURA DEL ACOPLAMIENTO Termogénesis en tejido adiposo marrón


Catabolismo de Lípidos

•Sonlaprincipalreservaenergéticadelascélulas(sobretodolosTAG).•Sumetabolismoesmáslentoquelosazúcares.•TAG-setransformanen:•Glicerina---->DHP(Dihidroxiacetona3-P)---->GLUCÓLISIS

•Acidosgrasos------->β-Oxidación(HélicedeLYNEN)


Beta-Oxidación

• Proceso metabólico en espiral que se produce en la matrizmitocondrial

(1)ElA.G.debeentraren lamitocondria;seactivauniéndosealCoA,seformaAcil-CoA--->GastodeATP


(2) - Los Acil-CoA se transforman en la matriz mitocondrial en Acetil-CoA por pérdida sucesiva de fragmentos con 2 átomos de carbono.

La β-Oxidación es un proceso cíclico (en espiral) en el que el Acil-CoA se oxida gracias al FAD y al NAD y forma Acetil-CoA, que va al Ciclo de Krebs, y una nueva forma de Acil-CoA con dos átomos de carbono menos que el original:

En cada vuelta ocurre;

En la última vuelta, el fragmento de 2 carbonos resultante ya es un Acetil-CoA. Imaginemos el ácido palmítico (16 C), daría 7 vueltas y fabricaría por tanto 8 Acetil-CoA


Catabolismo de AminoácidosAunque la función primordial de los AA es estructural por ser los precursores de las proteínas, en casos extremos, pueden ser utilizados como fuente energética. Para ello, los polipéptidos deben hidrolizarse hasta AA.

La degradación de los aminoácidos ocurre en dos fases, se debe separar el esqueleto carbonado del nitrógeno, ocurre en el citosol.

Catabolismo de Aminoácidos

Gluconeogénesis o Neoglucogénesis

• Transformación de PIRUVATO - - - - - - -> GLUCOSA • No es un proceso inverso a la Glucólisis. • Comienza en el interior de la mitocondria y finaliza en el hialoplasma • Es utilizado por los animales para mantener los niveles de glucosa adecuados

• GRASAS - - - - - - > GLUCOSA ??? • Los animales no pueden efectuar la síntesis de glucosa a partir de las grasas ya que los 2 átomos de carbono del Acetil-CoA originado en el catabolismo de los ácidos grasos se pierden en forma de CO2 en el Ciclo de Krebs.

• Plantas y microorganismos sí pueden hacerlo, gracias al ciclo del GLIOXILATO, que elude las etapas de desprendimiento de CO2 anteriores originando succinato que se emplea con fines fotosintéticos. Se realiza en los glioxisomas.

Ciclo del Glioxilato

Glucogenogénesis

- La Glucosa-1-P se transforma en UDP-Glucosa, ésta facilita la energía necesaria para añadir a la cadena una nueva molécula de glucosa.

- Transformación de GLUCOSA - - - - - - - - -> GLUCÓGENO o ALMIDÓN

tema 10 - euronet.es · los electrones energéticos (a veces, forman parte de un átomo de h)...

Documents