Clase 9 oct 2024_Est_ PDF

Bioquímica QM-105 Eje temático 2: Metabolismos y macromoléculas 9 octubre 2024 Tipos de reacciones metabólicas ❑ Redox ❑ Condensación ❑ Hidrólisis ❑ Polimerización ❑ Isomerización ❑ Transferencia de grupos de átomos de molécula a moléc...

Bioquímica QM-105 Eje temático 2: Metabolismos y macromoléculas 9 octubre 2024 Tipos de reacciones metabólicas ❑ Redox ❑ Condensación ❑ Hidrólisis ❑ Polimerización ❑ Isomerización ❑ Transferencia de grupos de átomos de molécula a molécula El estudiante debe tener la capacidad de identificar el tipo de reacción al observar la reacción Redox Reducción del NAD+ a NADH2 Concepto químico de reducción y oxidación Ejemplos: ¿En qué consiste el proceso de oxidación y reducción de un elemento o compuesto? Condensación Ejemplo 1: La condensación del acetil CoA y oxalacetato para formar citrato Ejemplo 2: Condensación de glucosa para formar maltosa (disacárido). Hidrólisis Ruptura de la sacarosa en glucosa y fructosa Polimerización Polimerización de la glucosa. Cuando son cadenas de múltiples moléculas de glucosa con este enlace alfa 1-4, es almidón. Isomerización La isomerización del citrato en isocitrato Transferencia de grupos de átomos de molécula a molécula Desfosforilación del ATP Transferencia de grupos de átomos de molécula a molécula Desfosforilación del ATP  Tipos de reacciones metabólicas (a) Lineales (b) Cíclicas (c) Espiral (a) The product of each step is the substrate for the next step. (b) The sequence of reactions in a cyclic pathway forms a closed loop. In the citric acid cycle, an acetyl group is metabolized via reactions that regenerate the intermediates of the cycle. (c) In fatty acid biosynthesis, a spiral pathway, the same set of enzymes catalyzes a progressive lengthening of the acyl chain. a) Lineales (a) The biosynthesis of serine is an example of a linear metabolic pathway b) Cíclicas (b) The sequence of reactions in a cyclic pathway forms a closed loop. In the citric acid cycle, an acetyl group is metabolized via reactions that regenerate the intermediates of the cycle. c) Espiral (c) In fatty acid biosynthesis, a spiral pathway, the same set of enzymes catalyzes a progressive lengthening of the acyl chain.  Metabolismo Algunas Moléculas de importancia ATP NAD FAD S-CoA (Adenosina trifosfato) (Adenosina difosfato) La formación de nuevos enlaces en la hidrólisis permite la liberación de gran energía, exactamente 7,7 kcal/mol. Es decir: ΔG = -7,7 kcal/mol o -31 KJ/mol aproximadamente, que es lo mism  ATP ATP + H2O → ADP + Pi  ATP Roles esenciales en la célula. Es la mayor moneda de intercambio de energía de la célula Proporciona la energía para la mayoría de las actividades que consumen energía de la célula. Es uno de los monómeros utilizados en la síntesis de ARN y, después de la conversión a deoxyATP (dATP), en el ADN. Regula muchos procesos bioquímicos.  ATP Energía Cuando el tercer grupo fosfato del ATP es eliminado por hidrólisis, una cantidad considerable de energía libre se libera. La cantidad exacta depende de las condiciones, pero su valor aproximado es de 7,3 kcal por mol ATP + H2O → ADP + Pi Hidrólisis de ATP → ADP y AMP También llamado Pirofosfato  Potencial de transferencia del grupo fosforilo Potenciales relativos de transferencia del grupo fosforilo. Un compuesto con un alto Relative phosphoryl potencial group–transfer de transferencia de grupo (espotentials. decir, unAvalor compound with negativo a highdegroup–transfer grande  G°hydrolysis) potential puede (i.e.,suagrupo donar large negative fosforilo value of  G°hydrolysis a un compuesto que )escan donate menos ricoitsenphosphoryl group to energía. Las a compound flechas that is less de reacción energy-rich. indican Thepredominante la dirección reaction arrowsde indicate the predominant la transferencia de grupos direction en fosforilo of condiciones phosphoryl-group transfer under standard conditions. estándar.  Mecanismos de síntesis de ATP en la célula La síntesis de ATP en la célula se realiza mediante dos mecanismos. 1. Fosforilación oxidativa. La síntesis de ATP se produce de manera acoplada a la cadena de transporte de electrones de la mitocondria y en la fase luminosa de la fotosíntesis. Representa la ruta más importante para la síntesis de ATP en condiciones aeróbicas (en presencia de oxígeno). Las enzimas que catalizan estas síntesis de ATP son las ATP sintasas o ATPasas. Se caracterizan por el hecho de que pueden aprovechar la energía que se libera cuando las atraviesa un flujo de H+ a favor de gradiente, para fosforilar ADP transformándolo en ATP. 2. Fosforilación a nivel de sustrato. La síntesis de ATP se produce de forma acoplada a ciertas reacciones catabólicas, altamente exergónicas. Estas se pueden encontrar en la glucólisis y en el ciclo de Krebs. Representa la única forma posible de síntesis de ATP en condiciones anaerobias (en ausencia de oxígeno). Las enzimas que catalizan estas síntesis de ATP se denominan quinasas. ¿Mediante qué mecanismos se produce ATP?  Mecanismos de síntesis de ATP en la célula La síntesis de ATP en la célula se realiza mediante dos mecanismos. 1. Fosforilación oxidativa. La síntesis de ATP se produce de manera acoplada a la cadena de transporte de electrones de la mitocondria y en la fase luminosa de la fotosíntesis. Representa la ruta más importante para la síntesis de ATP en condiciones aeróbicas( en presencia de oxígeno). Las enzimas que catalizan estas síntesis de ATP son las ATP sintasas o ATPasas. Se caracterizan por el hecho de que pueden aprovechar la energía que se libera cuando las atraviesa un flujo de H* a favor de gradiente, para fosforilar ADP transformándolo en ATP.  Mecanismos de síntesis de ATP en la célula 2. Fosforilación a nivel de sustrato. La síntesis de ATP se produce de forma acoplada a ciertas reacciones catabólicas, altamente exergónicas. Estas se pueden encontrar en la glucólisis y en el ciclo de Krebs. Representa la única forma posible de síntesis de ATP en condiciones anaerobias (en ausencia de oxígeno). Las enzimas que catalizan estas síntesis de ATP se denominan quinasas. https://theory.labster.com/substrate-phosphorylation-es/ Ejemplo en la glucólisis: Fosfoenolpiruvato Piruvato Buscar las reacciones de fosforilación a nivel de substrato que están en el ciclo de Krebs.  Metabolismo Algunas Moléculas de importancia ATP NAD FAD S-CoA NADP (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) NAD y NADP  Metabolismo Algunas Moléculas de importancia ATP NAD FAD S-CoA Oxidación y reducción del FAD y FMN  Metabolismo Algunas Moléculas de importancia ATP NAD FAD S-CoA CH3 Acetil Coenzima A COENZIMA-A: FUNCIÓN BIOQUÍMICA El Coenzima-A es un transportador de grupos acilo. Éstos, los grupos acilo, juegan un papel trascendente tanto en procesos catabólicos (vg β‒oxidación de los ácidos grasos), como anabólicos (vg síntesis de lípidos de membrana). En ambos casos, se forma un intermediario tioéster entre el grupo acilo y el grupo sulfhidrilo de la molécula de Coenzima-A. El grupo acilo que más comúnmente se une al Coenzima-A es el acetilo. ∆G = ‒ 7,5 Kcal /mol (≡ 31,4 KJ /mol) La hidrólisis del acetil~CoA (el signo ~ indica que se trata de un enlace de alta energía) tiene un valor de ∆G (variación de energía libre de Gibbs) negativo elevado. http://www.info-farmacia.com/bioquimica/coenzima-a-funcion-b Expectativas del estudio de metabolismo en el curso Capacidad para identificar el tipo de vía (Catabolismo/Anabolismo) Aprender y conocer las diferentes transformaciones de las moléculas en las diferentes rutas metabólicas, por ejemplo: las de la “glucosa” Conocer qué enzimas participan en las diferentes reacciones metabólicas ¿Dónde ocurren las diferentes reacciones? ¿Cuál es el rol de la vía? (Energía /síntesis) Bioquímica QM-105  Las tres etapas de la RESPIRACIÓN CELULAR El catabolismo de las proteínas, grasas y Vías catabólicas carbohidratos Catabolism of proteins, fats, and carbohydrates in the three stages of cellular respiration. Stage 1: oxidation of fatty acids, glucose, and some amino acids yields acetyl-CoA. Stage 2: oxidation of acetyl groups in the citric acid cycle includes four steps in which electrons are abstracted. Stage 3: electrons carried by NADH and FADH2 are funneled into a chain of mitochondrial (or, in bacteria, plasma membrane- bound) electron carriers—the respiratory chain—ultimately reducing O2 to H2O.This electron flow drives the production of ATP. Glucólisis Glucólisis Glucólisis Fase de preparación Glucólisis Fase de producción El estudiante debe tener la capacidad de. => identificar que reacción es  Nombrar la enzima que cataliza la reacción  Identificar las reacciones reversibles  Identificar las reacciones irreversibles  Identificar las reacciones donde se consume Energia (ATP)  Identificar las reacciones donde se produce ATP directamente  Identificar las reacciones donde se producen equivalentes reductores que finalmente producirán energía en forma de ATP Las reacciones Glucólisis Reacción total de la Glucólisis Reacciones de cada etapa Enzimas Resumen de la Producción de ATP, a partir de glucosa Glucosa 2ATP 2NADH 2ATP 2ATP 2 Piruvato 2 NADH 2 Acetil-Co-A 6 NADH 2 FADH2 2 GTP 2CO2 + H2O Productos de una vuelta del ciclo de Krebs ¿En qué parte de la célula ocurren las principales vias metabólicas? Compartimentación de las principales vías del metabolismo Melo, V. y Cuamatzi, O. (2019). Bioquímica de los procesos metabólicos Localización de las enzimas de algunas rutas metabólicas en células hepáticas Fundamentos de química metabólica. 4° Edición Principales vías de utilización de la Glucosa LEHNINGER PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY © 2008 W. H. Freeman and Company  Destinos del piruvato formado en la glucólisis Destinos del piruvato formado en la glucólisis (Acetaldehído) LEHNINGER PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY © 2008 W. H. Freeman and Company Destinos del Piruvato Hacia el ciclo de Krebs Destinos del Piruvato En condiciones de ausencia de O2 (Condiciones anaeróbicas) Ejemplo: En levaduras O2 O2 O2 http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm  Destinos del Piruvato En presencia de O2 (Condiciones aeróbicas) Las células que metabolizan en condiciones aeróbicas no necesitan oxidar el NADH para poder continuar la glucolisis, ya que esta coenzima reducida, NADH, descarga los e- en la cadena respiratoria mitocondrial y en consecuencia, las células pueden disponer fácilmente de NAD+ para continuar la glucolisis. En estas condiciones, el piruvato entra en las mitocondrias, donde se descarboxila y oxida hasta Acetil-CoA. La reacción la cataliza el complejo enzimático llamado piruvato deshidrogenasa (PDH). Pasos de la oxidación del piruvato El piruvato se produce durante la glucólisis en el citoplasma, pero la oxidación del piruvato ocurre en la matriz mitocondrial (en eucariontes). Por lo tanto, antes de que comiencen las reacciones químicas, el piruvato debe entrar a la mitocondria atravesando su membrana para llegar a la matriz. En la matriz, el piruvato se modifica en una serie de pasos: Resumen de la oxidación del piruvato  Resumen de la oxidación del piruvato Diagrama más detallado del mecanismo de la oxidación del piruvato Paso 1. Se corta el grupo carboxilo del piruvato y se libera como molécula de dióxido de carbono: el resultado es una molécula de dos carbonos. Paso 2. La molécula de dos carbonos del paso 1 se oxida, los electrones que se pierden en la oxidación son captados por NAD+ y se forma NADH. Paso 3. La molécula de dos carbonos oxidada —un grupo acetilo, resaltado en verde— se une a la coenzima A (CoA), una molécula orgánica derivada de la vitamina B5, y se forma acetil-CoA. El acetil-CoA a veces se clasifica como una molécula acarreadora, cuya función aquí es transportar el grupo acetilo hacia el ciclo del ácido cítrico. Pasos de la oxidación del piruvato Los pasos anteriores los realiza un enorme complejo enzimático llamado el complejo piruvato deshidrogenasa, el cual consiste en tres enzimas interconectadas e incluye más de 60 subunidades. En varias etapas, los intermediarios de la reacción forman verdaderos enlaces covalentes con el complejo enzimático, o más específicamente, con los cofactores. El complejo piruvato deshidrogenasa es un blanco importante de regulación, puesto que controla la cantidad de acetil-CoA que entra al ciclo del ácido cítrico. Si consideramos que entran los dos piruvatos de la glucólisis (por cada molécula de glucosa), podemos resumir la oxidación del piruvato de la siguiente manera: Dos moléculas de piruvato se convierten en dos moléculas de acetil-CoA. Se liberan dos carbonos como dióxido de carbono (de los seis que originalmente se encontraban en la glucosa). Se generan 2 NADH a partir de NAD+. ¿Para qué sintetizar acetil-CoA? El acetil-CoA funciona como el combustible del ciclo del ácido cítrico en la siguiente etapa de la respiración celular. La adición de acetil-CoA ayuda a activar el grupo acetilo y lo prepara para experimentar las reacciones necesarias para entrar al ciclo del ácido cítrico. (Ref. https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/pyruvate-oxidation-and-the-citric-acid-cycle/a/pyruvate-oxidation )