Metabolismo celular y estrés oxidativo

Tema 11: Introducción al metabolismo

• El metabolismo es el conjunto de procesos químicos y físicos que ocurren en el cuerpo para convertir o usar energía.
• Se trata de una actividad celular altamente coordinada que involucra sistemas enzimáticos e intercambio de materia y energía con el medio ambiente.

Funciones del metabolismo

• Obtener energía utilizable por la célula.
• Convertir nutrientes en componentes celulares.
• Ensamblar componentes en macromoléculas celulares.
• Fabricar y degradar moléculas con funciones especiales.

Etapas del metabolismo

• Primera etapa: Las grandes moléculas se degradan en monómeros (ej: polisacáridos a glucosa, lípidos a glicerol y ácidos grasos, proteínas a aminoácidos).
• Segunda etapa: Los monómeros se degradan a moléculas más sencillas, convergiendo hacia la molécula de acetil coenzima A (acetil CoA).
• Tercera etapa: La molécula de acetil CoA se oxida a agua y dióxido de carbono, produciendo la mayor cantidad de ATP.

Conceptos básicos

• Digestión: Proceso de descomposición de alimentos en moléculas más pequeñas y simples.
• Absorción: Proceso por el cual las moléculas nutrientes resultantes de la digestión atraviesan las paredes del intestino delgado

Rutas metabólicas

• Son secuencias ordenadas de reacciones donde el producto final de una reacción es el sustrato inicial de la siguiente (ej: glucólisis).
• Ejemplo: A → B → C → D → E (A es el sustrato inicial, E el producto final, y B, C y D son metabolitos intermediarios).

Vínculos entre anabolismo y catabolismo

• Energético: El catabolismo genera ATP que el anabolismo requiere.
• Cofactores reducidos: El catabolismo genera NADPH, necesitado por el anabolismo.
• Productos/Sustratos: El catabolismo genera moléculas simples a partir de complejas, mientras que el anabolismo crea complejas a partir de simples.

Metabolismo intermediario

• La mayor parte de las células y organismos comparten vías metabólicas centrales para la síntesis, degradación y conversión de metabolitos importantes, así como la conversión de energía.

Órganos efectores del metabolismo

• Hígado: Glicólisis, gluconeogénesis, lipogénesis, β-oxidación, ciclo del ácido cítrico, cetogénesis y metabolismo de lipoproteínas.
• Riñones: Eliminación de productos nitrogenados como la urea y regulación de la homeostasis ácido-base.
• Músculo: Glicólisis durante el ejercicio y síntesis de proteínas para la reparación y crecimiento muscular.
• Secreción de insulina disminuye la glucosa en sangre, mientras que el glucagón la aumenta.

Tipos de rutas metabólicas

• Catabólicas: Rutas oxidativas que liberan energía, poder reductor y sintetizan ATP (ej: glucólisis y beta-oxidación).
• Anabólicas: Rutas reductoras que consumen energía (ATP) y poder reductor (ej: gluconeogénesis y ciclo de Calvin).
• Anfibólicas: Rutas mixtas catabólicas y anabólicas (ej: ciclo de Krebs).

Importancia biomédica del metabolismo

• El conocimiento del metabolismo normal es esencial para entender las anormalidades de la enfermedad.
• El metabolismo anormal puede ser provocado por deficiencia nutricional o enzimática, secreción anormal de hormonas o acciones de fármacos y toxinas.

Tema 12: Glicólisis

• La glicólisis es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa para obtener energía.
• Su función es producir ATP y NADH, componentes energéticos celulares en la respiración aeróbica y en la fermentación.
• La glicolisis es una vía metabólica anfibólica (catabólica y anabólica).
• También se le conoce como Ruta de Embden-Meyerhof.
• Ocurre en el citosol y no requiere oxígeno.
• El sustrato inicial es una molécula de glucosa (6C), dando como molécula final dos de piruvato (ácido pirúvico, 3C).
• Es una ruta anfibólica y la primera forma de obtener energía para el cuerpo.

Reacciones del proceso glucolítico

• Se inicia con una molécula de glucosa (6C) y ocurren 10 reacciones hasta obtener el producto final.
• Se divide en dos fases: una preparatoria y otra de beneficio.

Balance global de la Glucólisis

• Cada NADH citoplasmático que entra en la cadena respiratoria mitocondrial produce 3 ATP.
• De la Glucolisis sale: 2 Moléculas de Piruvato, 2 ATP y 2NADH (8ATP).

Regulación de la Glicólisis

• Hexoquinasa: Activada por Mg, inhibida por Glucosa 6-P.
• Fosfofructoquinasa: Activada por Fructosa 2,6-DP y AMP, inhibida por Citrato, ATP y H.
• Piruvato Quinasa: Activada por Fructosa-1,6 DP, inhibida por ATP y Alanina.

Lanzadera

• Es el intercambio de concentraciones de compuestos necesarios hacia el citosol o hacia el espacio mitocondrial.
• Ocurre de dos maneras: - Lanzadera de glicerol-3-fosfato - Lanzadera del malato-aspartato

Tema 13: Ruta de la pentosa fosfato

• Alternativa a la glucólisis para catabolizar la glucosa (no produce ATP).
• Se produce en el citoplasma y citosol.

Sus dos principales finalidades son:

• Obtener poder reductor en el citoplasma, en forma de NADPH.
• Proporcionar ribosa a células, necesaria para la síntesis de nucleótidos (ADN y ARN) y coenzimas.

Tipos de tejidos ricos en ácidos grasos

• Tejido adiposo.
• Hígado.
• Glándula suprarrenal.
• Glóbulos rojos.

Fase oxidativa

• Estas reacciones son irreversibles
• Se producen dos moles de NADPH + H+, uno de CO2 y uno de Ribulosa-5-fosfato.

Fase no oxidativa

• Estas reacciones son reversibles
• Se produce pentosas fosfato (azucares de 5 carbonos)
• Al ajuste de la ruta de las pentosas-fosfato a los requerimientos celulares Si la necesidad principal de la célula es la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos, el principal producto será la ribosa-5- fosfato, sin producirse la fase no oxidativa.
• Si la necesidad principal de la célula es producir NADPH, la fase no oxidativa puede “reconvertirse" con facilidad en glucosa-6-fosfato.
• En células con necesidad moderada de NADPH y Ribosa-5-fosfato, pueden catabolizar el Gliceraldehido-3-fosfato y Fructosa-6-fosfato a través de la glicólisis y posteriormente el ciclo de Krebs.

Deficit de Glucosa-6-Fosfato Desidrogenasa

• Ocasiona carencias de NADPH en los eritrocitos provocando: fragilidad en la membrana plasmática y disminución de la vida del eritrocito (Anemia hemolítica).
• El FAVISMO es una forma clínica del déficit de G6PDH, un trastorno genético que afecta a los glóbulos rojos (hemolisis).

Enzima Glutatión Reductasa

• Es dependiente del NADPH, catalizando la reducción del glutatión oxidado a glutatión reducido.
• Luego el glutatión reducido (GSH) es utilizado por la enzima glutatión peroxidasa para la reducción del peróxido de hidrógeno (H 2 O 2), los cuales son elementos tóxicos para las células.
• La acumulación de H 2 O 2 lleva a oxidación de la hemoglobina, que debilita la membrana plasmática.

Tema 14: Ciclo de Krebs

• El ciclo de Krebs es una vía anfibólica.

Historia del ciclo de Krebs:

• En 1937, Sir Hans Krebs planteó que había reacciones metabólicas que consumían compuestos y producían compuestos de ATP.
• En 1937 las 8 reacciones del ciclo de Krebs fueron detalladas.
• 30 años después fueron aceptadas por la comunidad científica.

Rendimiento Energético

• Se producen 3 NADH, 1 FADH y 1 GTP + 1 CO2 por ciclo.
• En condiciones reales, se producen 6 NADH, 2 FADH y 2 GTP + 2 CO2.
• Cada GTP equivale a 1 ATP.

Equivalentes

• NADH = 3 АТР, FADH = 2 ATP.
• Se producen 12 ATP x 2 vueltas.
• El rendimiento energético total es 38 ATP - 2 ATP que consume = 36 ATP.

Función del Ciclo de Krebs

• Convierte el piruvato de la glucolisis a acetil CoA para entrar al ciclo del ácido cítrico, el cual funciona como combustible.
• El ciclo tiene 8 reacciones.

3 de ellas irreversibles

• Acetil CoA Citrato Isocitrato El α-Cetoglutarato La succinil CoA El succinato El fumarato El malato

Tema 15: Cadena Respiratoria y Fosforilación oxidativa

• En las mitocondrias.
• Las mitocondrias tienen una membrana externa permeable a casi todos los metabolitos.
• La membrana interna es permeable al O2, CO2, H2O, pero no a iones como H+, OH-, K+ y CL-.
• Membrana externa se caracteriza por la presencia de diversas enzimas, entre ellas la acil-CoA sintetasa y glicerolfosfato aciltransferasa.

ATP Sintasa

• Es la enzima encargada de acoplar el transporte de electrones y la síntesis de ATP.
• Tiene una estructura en forma de chupete, dispuesta en las células eucariotas en la membrana interna mitocondrial hacia la matriz mitocondrial.
• Está constituida por dos subunidades: La subunidad F1 (esférica, que sobresale hacia la matriz mitocondrial) y la subunidad FO (componente que atraviesa la membrana interna mitocondrial).

Cadena Respiratoria

• Es una parte de la fosforilación oxidativa, que cataliza el transporte de electrones desde NADH + H+ o ubiquinona reducida (QH2) hasta el oxígeno molecular.
• La reacción es fuertemente exergónica, gracias a la gran diferencia de los potenciales de oxidorreducción del dador (NADH + H+ o QH2) y el aceptor (O2).
• Gran parte de la energía obtenida se utiliza para formar un gradiente de protones sobre la membrana mitocondrial interna que, con ayuda de la ATP-sintasa genera ATP.
• Se identifican cuatro complejos enzimáticos unidos a membrana interna mitocondrial.

Flujo de protones a través de la cadena respiratoria

• Complejo 1: NADH se reduce a NAD, aporta 4 protones y pasa al complejo 2.
• Complejo 2: Transforma ubiquinol en ubiquinona, y pasa se va al complejo 3.
• Complejo 3: Aporta 4 protones al espacio intermembrana.
• Complejo 4: Aporta 2 protones al espacio intermembrana y complementa la molécula para formar el agua.

Fosforilación Oxidativa

• Proceso por el que se forma ATP como resultado de la transferencia de electrones desde el NADH o del FADH2 al O2 a través de una serie de transportadores de electrones (endergónico).
• En organismos aeróbicos, es la principal fuente de ATP.
• El flujo de electrones desde el NADH o el FADH2 provoca el bombeo de protones hacia el exterior de la matriz mitocondrial.

Inhibidores

• Son sustancias que bloquean alguna de las etapas de este proceso, impidiendo la producción de ATP.

Desacopladores

• No bloquean directamente alguna etapa de la fosforilación oxidativa, pero disminuyen la eficiencia con la que se acopla la cadena de transporte de electrones a la síntesis de ATP
• Reducen el rendimiento de la fosforilación oxidativa.

Balance energético

• Es lo que resulta del final de estos procesos de cadena respiratoria, fosforilación oxidativa, ciclo de Krebs, glucólisis.

Conversión

• 1 NADH = ЗАТР
• 1 FADH = 2ATP
• 1 GTP= 1
• Reacción general de la respiración aeróbica: 36 ATP

Tema 16: Metabolismo del Glucógeno

• Proceso catabólico llevado a cabo en el citosol.
• Remoción de glucosa

Mecanismo de la Glucogénolisis

• Enzimas: - Glucógeno fosforilasa - Desramificante del glucógeno, - Fosfoglucomutasa

Regulación

• Glucógeno reservado
• Funciones
• Regulación hormonal

Desorden por deficiencia de enzimas

• Enfermedad de cori: la glucogénosis tipo III, causa deficiencia de la enzima-1,-6-glucosidasa, generando síntomas de hipoglucemia e intolerancia al ejercicio.
• Enfermedad de pompe: glucogenosis tipo II, causa deficiencia de la enzima lisosomal a-glucosidasa ácida o maltasa ácida

Proceso pensión del glucógeno

• Ruta anabólica se lleva a cabo principalmente en el hígado Síntesis de glucógeno Enzimas - UDP-glucosa pirofosfatasa - Glucógeno sintasa - Ramificante del glucógeno
• Desorden por deficiencia de enzima Regulación de la gluconeogénesis
• Regulación hormonal, inactividad por fosforilación y Reg Covalente

Desorden por deficiencia de enzima

• Desorden por deficiencia de enzima Enfermedad de Andersen o glucogénesis tipo IV , Causa por mutaciones en el gen GBE1
• Entre sus síntomas tenemos - Dificultades para aumentar de peso - Retrasó el crecimiento, hepatomegalia
• Enfermedad Gierke o glucogénosis tipo I (GSD-I) provocada por acumulación anormal de glucógeno
• Entre sus síntomas - Hambre constante, Tendencia a sangrados nasales, Irritabilidad y Mejillas hinchadas

Tema 17: Metabolismo de los lípidos

• Quilomicrón: Molécula que transporta colesterol y ácidos grasos desde el intestino al hígado para metabolización.
• Lipólisis: Degradación de las cadenas de ácidos grasos.

Fuentes de obtención de ácidos grasos

• Están presentes en los aceites vegetales, tales como, maíz, girasol, oliva o mantequilla, tocino, etc
• Hidrolisis (Degradación/ Ruptura) de Triacilglicéridos,
• Un triacilglicérido es la unión de una molécula de Glicerol que se triesterifica, es decir, en 3 oportunidades se va a esterificar con cadenas de ácidos grasos.
• Importancia Biológica: El cerebro y los eritrocitos son Reservas directas
• B-Oxidación: (de Ácidos Grasos Saturados),
• Es el proceso mediante el cual los ácidos grasos son degradados hasta acetil-CoA
• Este proceso se va a dar en 4 pasos consecutivos y repetitivos hasta degradar completamente la molécula.

B-Oxidación de ácidos grasos de cadena impar (saturados)

• Cuando se habla de la oxidación de cadenas impares, o sea, se tiene un ácido graso de 15, 17, 19 átomos de C, entonces se realiza el proceso idéntico hasta quedar una cadena de 5C.
• B-Oxidación De Ácidos Grasos Insaturados: Al existir reacciones para su aprovechamiento dado que son ingeridos en la dieta.
• Oxidación de ácidos grasos insaturados de cadenas impares
• La isomerasa es necesaria para manipular los dobles enlaces situados en posiciones impares.
• Oxidación de ácidos grasos insaturados de cadenas pares, La isomerasa y la reductasa son necesarias para manipular los dobles enlaces situados en posiciones pares.

Regulación del metabolismo de los lípidos

• Disponibilidad (Concentración) de Sustrato, Dependiendo de la disponibilidad de sustrato es que se producía la lipogénesis
• Regulación Alostérica, La Acilcarnitina transferasa 1 y la Acilcarnitina Transferasa 2 se encuentra reguladas por el Malonil-CoA
• Un Balance Energético Positivo:
• La ẞ Hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, que es la que transmite la oxidación por

NAD+ Cetogénesis

• Es el proceso metabólico por el cual se forman los cuerpos cetónicos por la oxidación (ẞ-oxidación) metabólica de las grasas Estos metabolitos aumentan en situaciones como diabetes descompensada o ayuno prolongado

• Los tres cuerpos cetónicos que se producen la cetogénesis son:

• Acetoacetato

• Acetona,

• B - hidroxibutirato.

• El cuerpo recibe los aminoácidos esenciales a partir de las proteínas que se hidrolizan en el sistema digestivo

• Las células especializadas del intestino delgado absorben los aminoácidos y los pasan al torrente sanguíneo

Trastornos del metabolismo de los aminoácidos

• Son trastornos hereditarios que causan una proceso inadecuado de aminoácidos en el cuerpo
• Formado por los AA libres en los diferentes liquitos corporales como intersticial, el plasma y la linfa, entre otros
• Existe un continuo intercambio entre estos a través de las distintas barreras La cantidad y concentración de cada uno de los AA del pool es biológicamente constante,ya que sus variaciones producen dentro de los límites más o menos estrechos

Tema 18: Metabolismo de los Aminoácidos

• Tranferencia de un grupo a- amino desde un AA acido
• Pool de AA = Intersticial + PlasmaTransaminación
• Desaminación = Ruptura de su grupo Amino

Tema 19: Gluconcogenesis

• Es la conversión de glucosa desde no carbohidratos (piruvatos)

Lista de hechos claves

• Los Acidios grasos no producen carbonos para la conversión de glucosa
• LosAcidios graficos de cadena proporcionan un esqueleto de carbonos
• Este lugar se le da exclusiavmente el higado (10% en sus riñones)
• Esta es la clave del proceso

Este cuestionario explora las vías metabólicas clave y los mecanismos de protección contra el estrés oxidativo. Evalúa la comprensión de las enzimas, los procesos y los orgánulos involucrados en el metabolismo celular y la desintoxicación.