Metabolismo: Introducción y Glucólisis

Metabolismo: Introducción

• Las rutas metabólicas se clasifican en tres tipos principales:
  • Rutas catabólicas: Degradación de nutrientes para obtener energía.
  • Rutas anabólicas: Utilización de energía para sintetizar moléculas complejas.
  • Rutas anfibólicas: Rutas que desempeñan funciones catabólicas y anabólicas.

Metabolismo de Glúcidos: Catabolismo

• Glucólisis:
  • Una molécula de glucosa (6 carbonos) se convierte en 2 moléculas de piruvato (3 carbonos).
• Fermentación láctica:
  • El piruvato (3 carbonos) se convierte en lactato (3 carbonos).
• Complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa:
  • El piruvato se convierte en acetil-CoA (2 carbonos) y CO2.
• Glucogenolisis:
  • Degradación del glucogeno a glucosa.

Metabolismo: Glucólisis

• Es una ruta metabólica formada por 10 enzimas distintas.
• Se obtienen 2 ATP por cada molécula de glucosa.
• Es una ruta anaerobia (sin oxígeno).
• Tiene lugar en el citosol de las células.
• Reacción global: Una glucosa más 2 ADP más 2Pi más 2 NAD+ dan 2 piruvatos+ 2 ATP+ 2 NADH

Reacciones de la glucólisis

• Reacción 1: Glucosa + ATP → Glucosa-6-fosfato + ADP -> Reacción muy exergónica
• Reacción 2: Glucosa-6-fosfato → Fructosa-6-fosfato -> Reacción poco exergónica
• Reacción 3: Fructosa-6-fosfato + ATP → Fructosa-1,6-bifosfato + ADP -> Reacción muy exergónica, punto de regulación de la glucólisis.
• Reacción 4: Fructosa-1,6-bifosfato → Gliceraldehido-3-fosfato + Dihidroxiacetona fosfato -> Reacción poco exergónica
• Reacción 5: Dihidroxiacetona fosfato → Gliceraldehido-3-fosfato -> Reacción poco exergónica
• Reacción 6: Gliceraldehido-3-fosfato + NAD+ + Pi → 1,3-Bifosfoglicerato + NADH -> Reacción poco exergónica
• Reacción 7: 1,3-Bifosfoglicerato + ADP → 3-Fosfoglicerato + ATP -> Reacción poco exergónica
• Reacción 8: 3-Fosfoglicerato → 2-Fosfoglicerato -> Reacción poco exergónica
• Reacción 9: 2-Fosfoglicerato → Fosfoenolpiruvato -> Reacción poco exergónica
• Reacción 10: Fosfoenolpiruvato + ADP → Piruvato + ATP -> Reacción muy exergónica

Metabolismo: Fermentación Láctica

• Es una ruta metabólica formada por 1 enzima.
• No se obtiene ATP.
• Es una ruta anaerobia.
• Se lleva a cabo en el citosol de las células.
• El lactato se libera a la sangre y se reutiliza.
• Reacción global: 1 Piruvato + 1NADH → 1 Lactato + 1 NAD⁺

Metabolismo: Complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa

• Es una ruta metabólica formada por 3 enzimas distintas.
• No se obtiene ATP.
• Es una ruta aerobia.
• Se realiza en las mitocondrias.
• Reacción global: 1 Piruvato + 1 CoA + 1 NAD⁺ → 1 Acetil-CoA+ 1CO₂+ 1 NADH

Metabolismo: Glucogenolisis

• El glucógeno es una cadena ramificada de residuos glucosilo unidos mediante enlaces α(1-4) y α(1-6).
• Es una ruta metabólica formada por 4 enzimas distintas.
• No se obtiene ATP.
• Se realiza en el citosol.
• Reacción global: Glucógeno (1 residuo glucosilo) + Pi → G6P

Metabolismo: Beta-oxidación

• Es una ruta metabólica formada por 6 enzimas y un transportador.
• No se produce ATP.
• Es una ruta aerobia.
• Se realiza en las mitocondrias.
• Reacción global: 1 Acil-CoA(nC) + (n/2)-1 NAD⁺ + (n/2)-1 FAD → (n/2) Acetil-CoA + (n/2)-1 NADH + (n/2)-1 FADH₂

Metabolismo: Cetolisis

• Es la degradación de cuerpos cetónicos.
• Los cuerpos cetónicos son la unión de 2 Acetil-CoA hepáticos.
• Es una ruta metabólica formada por 3 enzimas.
• Los cuerpos cetónicos son liberados a la sangre.
• No se obtiene ATP.
• Es una ruta aerobia.
• Se realiza en las mitocondrias.
• Reacción global: 1 Beta-hidroxibutirat o 1 Acetoacetat + 1 NAD⁺ + 1 succinil-CoA → 2 Acetil-CoA + 1 NADH + 1 succinato

Metabolismo: Lipólisis Intracelular

• Es una ruta metabólica formada por 3 enzimas distintas.
• No se obtiene ATP.
• Es una ruta anaerobia.
• Se lleva a cabo en el citosol.
• Realizada por los adipocitos.
• Reacción global: 1 Triacilglicérido + 3 H₂O → 1 Glicerol + 3 Ácidos grasos

Metabolismo: Lipólisis extracelular

• Es una ruta metabólica formada por 3 enzimas.
• No se obtiene ATP.
• Es una ruta anaerobia.
• Se realiza en los capilares.
• Reacción global: 1 Triacilglicerol + 3 H₂O → 1 Glicerol + 3 Ácidos grasos

Metabolismo: Catabolismo de proteínas

• Proteólisis: Degradación inespecífica de proteínas
• Catabolismo de aminoácidos: Un aminoácido se descompone en un esqueleto de carbono y un grupo amino

Metabolismo: Catabolismo de aminoácidos

• Se realiza principalmente en las mitocondrias.
• Se realiza principalmente en el hígado.
• Se relaciona con el ciclo de la urea en el hígado.
• No se obtiene ATP.
• Tiene 3 fases:
  • Fase 1: Transaminación
  • Fase 2: Ruta del esqueleto carbonat.
  • Fase 3: Ruta del grupo amino.

Metabolismo: Ciclo de Krebs

• También conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
• Es una ruta metabólica cíclica formada por 8 enzimas diferentes.
• Es una ruta aerobia.
• Se realiza en las mitocondrias.
• Se obtiene 1 GTP.
• Reacción global: 1 Acetil-CoA + 1 Oxalacetat + 1 GDP + 1 Pi + 3 NAD⁺ + 1 FAD → 1 Oxalacetat + 3 NADH + 1 FADH₂ + 1 GTP + 2 CO₂ + 1 CoA

Metabolismo: Fosforilación oxidativa

• Se lleva a cabo por la ATP sintasa.
• Reacción: ADP + Pi + 1/2 O₂ → ATP + H₂O
• Es una reacción muy endergónica.
• Se acopla al transporte de protones en contra de gradiente.
• El transporte de protones en contra de gradiente es posible gracias al catabolismo.
• El gradiente de protones se genera en la cadena respiratoria.

Metabolismo: Cadena respiratoria

• Es una cadena de transporte de electrones.
• Esta formada por varios complejos:
  • Complejo I
  • Ubiquinona o Coenzima Q
  • Complejo III
  • Citocromo c
  • Complejo IV
  • Complejo V o ATP sintasa.
• Es un proceso aeróbico.
• Se lleva a cabo en las mitocondrias.
• Se obtiene ATP:
  • NADH: 3 ATP
  • FADH₂: 2 ATP

Metabolismo: Anabolismo de glúcidos

• Glucogenogénesis: Glucosa → Glucogeno
• Gluconeogénesis: 2 Piruvat (3C) o 2 Oxalacetat (4C) → 1 G6P (6C)

Metabolismo: Glucogenogénesis

• Es una ruta metabólica formada por 4 enzimas diferentes.
• La realizan principalmente los hepatocitos y las células musculares esqueléticas.
• Se lleva a cabo en el citosol.
• Consume ATP.
• Reacción global: 1 G6P + 1 UTP → 1 Residu glucosilo + 1 UDP + 2 Pi

Metabolismo: Gluconeogénesis

• Es una ruta metabólica formada por 10 enzinas diferentes (muy similar a la glucólisis).
• Solo la realizan los hepatocitos (hígado).
• Se lleva a cabo en el citosol y las mitocondrias.
• Consume ATP.
• Reacción global: 2 Piruvat + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 CO₂ → 1 G6P + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD⁺ + 3 Pi

Metabolismo: Anabolismo de lípidos

• Síntesis de ácidos grasos: 8 Acetil-CoA (2C) □ 1 Palmitato (16:0)
• Síntesis de colesterol: 18 Acetil-CoA (2C) □ 1 Colesterol (27C)
• Síntesis de triacilglicéridos, fosfolípidos y ésteres de colesterol: n Acil-CoA □ n TAG o FL o EC

Metabolismo: Síntesis de ácidos grasos

• Es una ruta metabólica formada por 3 fases.
• Se sintetiza palmitato (16:0).
• Después hay dos posibles procesos: elongación y desaturación.
• Consume ATP.
• La realizan los hepatocitos y los adipocitos.

Metabolismo: Síntesis de ácidos grasos

• No se pueden sintetizar todos los ácidos grasos (los esenciales "NO").
• Se lleva a cabo en el citosol y la mitocondria.
• Reacción global: 8 Acetil-CoA + 8 Oxalacetat + 23 ATP + 6 NADPH + 8 NADH → 1 Palmitato + 6 NADP+ + 8 NAD+ + 23 ADP + 23 Pi + 7 H₂O

Metabolismo: Elongación de ácidos grasos

• Se realiza en el citosol.
• Los enzimas están en el retículo endoplasmático liso (REL).
• Es una ruta formada por 4 enzimas.
• Reacción global: 1 Acil-CoA (nc) + 1 Malonil-CoA + 2 NADPH → 1 Acil-CoA (n+2)C + 14 NADP⁺ + 1 CoA + 1 CO₂ + 1 H₂O

Metabolismo: Desaturación de ácidos grasos

• Se realiza en el citosol.
• Los enzimas están en el retículo endoplasmático liso (REL).
• Es una ruta formada por 1 enzima.
• Cada enzima es específico para realizar una desaturación.
• Ejemplo: Se introduce un doble enlace.

Metabolismo: Síntesis de colesterol

• Es una ruta metabólica formada por 4 fases.
• Consume mucho ATP.
• Principalmente la realizan los hepatocitos.
• Se lleva a cabo en el citosol y las mitocondrias.
• Reacción global: 18 Acetil-CoA □ 1 Colesterol

Metabolismo: Síntesis de triacilglicéridos, fosfolípidos y ésteres de colesterol

• Se realiza en el citosol.
• Los enzimas están en el retículo endoplasmático liso (REL).
• Reacción general: Acil-CoA □ Triacilglicérido o Fosfolípido o Éster de colesterol

Metabolismo: Síntesis de triacilglicéridos

• Reacciones 1, 2 y 3 de la síntesis de triacilglicéridos.
• Reacción 4: 1 Diacilglicérido + 1 Acil-CoA → 1 Triacilglicérido + 1 CoA

Metabolismo: Síntesis de fosfolípidos

• Reacciones 1, 2 y 3 de la síntesis de triacilglicéridos.
• Reacción 4: 1 Diacilglicérido + 1 CDP-Amina → 1 Fosfolípido + 1 CMP

Metabolismo: Síntesis de ésteres de colesterol

• Reacción 1: 1 Acil-CoA + 1 Colesterol → 1 Éster de colesterol + 1 CoA

Metabolismo: Anabolismo de proteínas

• Síntesis de aminoácidos no esenciales: 1 Piruvato o 1 Oxalacetat o 1 α-cetoglutarato o 3-Fosfoglicerato o 1 Aminoácido(Aa) □ 1 Aminoácido

Metabolismo: Síntesis de aminoácidos no esenciales

• Son un conjunto de rutas muy diversas.
• En algunos casos consume ATP.
• Se realiza en el citosol y la mitocondria.
• Ejemplos: Alanina, aspartato, glutamato, glutamina, asparagina, arginina, serina, glicina, tirosina y cistina.