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Las enzimas Aceleran las reacciones bioquímicas en organismos vivos, permitiendo que ocurran en micro o milisegundos. Son esenciales para canalizar energía y materia, y su función depende de la complementariedad y flexibilidad en los sitios de unión con las moléculas reactivas. Recientes investigac...

Las enzimas Aceleran las reacciones bioquímicas en organismos vivos, permitiendo que ocurran en micro o milisegundos. Son esenciales para canalizar energía y materia, y su función depende de la complementariedad y flexibilidad en los sitios de unión con las moléculas reactivas. Recientes investigaciones sugieren que algunos movimientos internos en las enzimas también pueden influir en su capacidad catalítica. Que son las enzimas Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando reacciones químicas en el organismo sin consumirse. Están compuestas por cadenas de aminoácidos que adoptan una estructura tridimensional para cumplir su función. Propiedades de las enzimas Tasa de reacción: Las enzimas catalizan reacciones a velocidades extremadamente altas. Especificidad: A diferencia de los catalizadores inorgánicos, las enzimas son muy específicas y producen pocos o ningún producto secundario. Regulación: Debido a su estructura compleja, las enzimas pueden ser reguladas, lo cual es fundamental para que los organismos conserven energía y materias primas. Catalizadores enzimáticos: aspectos básicos ¿Cómo funcionan las enzimas? Las enzimas aceleran las reacciones químicas sin alterarse permanentemente. Lo logran disminuyendo la energía de activación necesaria, proporcionando una vía alternativa que requiere menos energía para que la reacción ocurra. CONCEPTOS CLAVE 1.Las enzimas son catalizadores. 2.Los catalizadores modifican la velocidad de una reacción porque proporcionan una vía de reacción alternativa, que requiere menos energía de activación que la reacción no catalizada. 3.La mayoría de las enzimas son proteínas Clasificación En los inicios de la bioquímica, las enzimas se nombraban arbitrariamente, lo que generaba confusión. Para estandarizar, la Unión Internacional de Bioquímica (IUB) implementó un sistema donde cada enzima se clasifica y nombra según el tipo de reacción que cataliza. A menudo, el nombre de una enzima se forma añadiendo el sufijo -asa al nombre del sustrato, como en el caso de la ureasa. OXIDORREDUCTASAS Catalizan reacciones de oxidación-reducción que alteran el estado de oxidación de átomos en una molécula. Estas reacciones involucran transferencia de electrones y cambios en hidrógeno y oxígeno. Ejemplos incluyen la deshidrogenasa, que oxida el etanol, y la ribonucleótido reductasa, que reduce ribonucleótidos a desoxirribonucleótidos. TRANSFERASAS Son enzimas que transfieren grupos moleculares, como amino, carboxilo, carbonilo, metilo, fosforibosilo y acilo, de una molécula donante a una aceptora. Suelen llevar el prefijo "trans" en sus nombres, como transcarboxilasas, transmetalizas y transaminasas HIDROLASAS Las hidrolasas catalizan reacciones en las que la escisión de enlaces como C-O, C-N y O-P se logra mediante la adición de agua. Las hidrolasas incluyen esterasas, fosfatasas y proteasas. LIASAS Las liasas catalizan reacciones en las que los grupos (p. ej., H2O, CO2yNH3) son removidos por eliminación para formar un doble enlace, o se agregan a un doble enlace. Las descarboxilasas, las hidratasas, las deshidratasas, las desaminasas y las sintasas son ejemplos de liasas. ISOMERASAS Las isomerasas son un grupo diverso de enzimas que catalizan reordenamientos intramoleculares. Las isomerasas de azúcares convierten aldosas en cetosas y viceversa. Las epimerasas invierten átomos en carbonos asimétricos, y las mutasas transfieren grupos funcionales dentro de una misma molécula LIGASAS Las ligasas catalizan la formación de enlaces entre dos moléculas de sustrato. Por ejemplo, la ADN ligasa une los fragmentos de la cadena de ADN. Los nombres de muchas ligasas incluyen el término sintetasa.Varias otras ligasas se llaman carboxilasas. CATÁLISIS Aunque los cálculos termodinámicos y estudios cinéticos son útiles, no ofrecen información sobre los mecanismos catalíticos de las enzimas. La investigación en mecanismos enzimáticos intenta vincular la actividad enzimática con la estructura y función del sitio activo. Para ello, se emplean técnicas como cristalografía de rayos X, inactivación química de cadenas laterales en el sitio activo y modelado con compuestos simples ¿Qué es la catálisis? Se refiere al proceso mediante el cual las enzimas aceleran reacciones químicas al reducir la energía de activación necesaria. Esto permite que las reacciones ocurran a mayor velocidad y a temperaturas más bajas de lo que serían posibles sin una enzima. ¿Qué son las coenzimas? Las coenzimas son moléculas orgánicas que aumentan la versatilidad química de las enzimas, al poseer grupos reactivos no presentes en aminoácidos o al actuar como portadoras de sustratos. Pueden unirse transitoriamente como cosustratos o firmemente mediante enlaces covalentes o no covalentes. A diferencia de los catalizadores ordinarios, las coenzimas cambian su estructura en las reacciones y se regeneran por otras enzimas o durante el ciclo catalítico. Derivadas principalmente de vitaminas, las coenzimas facilitan reacciones enzimáticas y se clasifican en tres grupos: transferencia de electrones, de grupos y de alta energía. Ejemplos incluyen NAD+, FAD, TPP y CoA. Efectos de la temperatura y el pH sobre las reacciones catalizadas por enzimas Temperatura: Todas las reacciones químicas, incluidas las catalizadas por enzimas, se ven afectadas por la temperatura. Al aumentar la temperatura, se incrementa la velocidad de reacción debido a un mayor número de colisiones y a que más moléculas alcanzan el estado de transición. Sin embargo, las enzimas, al ser proteínas, pueden desnaturalizarse a altas temperaturas, y en organismos vivos no hay una única temperatura óptima para todas las enzimas. pH: La concentración de iones de hidrógeno (pH) influye en las enzimas de varias formas. Primero, la actividad catalítica depende del estado iónico del sitio activo. Segundo, las modificaciones en los grupos ionizables pueden alterar la estructura terciaria de la enzima. Cambios extremos en el pH suelen llevar a la desnaturalización La mayoría de las enzimas son activas solo en un rango estrecho de pH, aunque algunas toleran cambios mayores. Por ello, los organismos emplean tampones para regular el pH. El pH en el que una enzima muestra su máxima actividad se llama pH óptimo. CONCEPTOS CLAVE 1.Cada enzima tiene una estructura única, especificidad de sustrato, y mecanismo de reacción. 2.Cada mecanismo se ve afectado por factores promotores de la catálisis, determinados por la estructura del sustrato y el sitio activo de la enzima. ¿Qué es la cinética de Michaelis-Menten? En 1913, Leonor Michaelis y Maud Menten propusieron un modelo clave para estudiar las tasas de reacciones enzimáticas. Basado en el concepto del complejo enzima-sustrato de Victor Henri (1903), el modelo describe cómo el sustrato (S) se une al sitio activo de una enzima (E), formando un complejo intermediario (ES). Este complejo disminuye la energía del estado de transición, facilitando la creación del producto, que luego se disocia de la enzima. Donde: k1 = constante de velocidad para la formación de ES k−1 = constante de velocidad para la disociación de ES k2 = constante de velocidad para la formación del producto y liberación desde el sitio activo CONCEPTOS CLAVE 1.La cinética enzimática es el estudio cuantitativo de la catálisis enzimática. 2.Los estudios cinéticos miden las velocidades de reacción y la afinidad de las enzimas por los sustratos y los inhibidores. 3.La cinética también proporciona una visión más profunda de los mecanismos de reacción Regulación de enzimas Los organismos vivos tienen mecanismos sofisticados para regular sus vastas redes de vías bioquímicas. La regulación es esencial por varias razones: Mantenimiento de un estado ordenado: La regulación de cada vía produce las sustancias necesarias para mantener la estructura y función celular en el momento adecuado, evitando el desperdicio de recursos. Conservación de la energía: Las células controlan constantemente las reacciones generadoras de energía para consumir solo los nutrientes necesarios y satisfacer sus necesidades energéticas. Capacidad de respuesta a los cambios ambientales: Las células ajustan rápidamente sus reacciones en respuesta a variaciones de temperatura, pH, fuerza iónica y concentración de nutrientes, aumentando o disminuyendo la velocidad de reacciones específicas La regulación de las vías bioquímicas se logra principalmente ajustando las concentraciones y actividades de ciertas enzimas. El control se logra mediante 1) control genético 2) modificación covalente 3) regulación alostérica 4) compartimentación Carbohidratos Los carbohidratos, las biomoléculas más abundantes en la naturaleza, conectan la energía solar con la energía química de los organismos vivos. Representan más de la mitad del carbono orgánico. Se generan durante la fotosíntesis, donde la energía luminosa permite la formación de moléculas orgánicas ricas en energía a partir de CO₂ y H₂O. La mayoría de los carbohidratos están compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno en la fórmula (CH₂O)n, lo que les da el nombre de "hidratos de carbono". Se han adaptado para una amplia variedad de funciones biológicas, que comprenden: Fuentes de energía Elementos estructurales Comunicación celular e identidad Precursores en la producción de otras biomoléculas Clasificación de los carbohidratos Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, según la cantidad de unidades de azúcares simples que contienen. También forman parte de otras biomoléculas, como los glucoconjugados (proteínas y lípidos con grupos de carbohidratos unidos covalentemente), presentes en todas las especies, especialmente en eucariotas. Además, los azúcares ribosa y desoxirribosa son componentes estructurales de nucleótidos y ácidos nucleicos Monosacáridos Los monosacáridos son azúcares simples con grupos aldehído (aldosas) o cetona (cetosas) y múltiples hidroxilos. Según el número de átomos de carbono, se clasifican en triosas, tetrosas, pentosas y hexosas, siendo las pentosas y hexosas las más comunes. Ejemplos como "aldohexosa" o "cetopentosa" combinan el tipo de grupo funcional y la cantidad de carbonos, como en la glucosa, una aldohexosa de seis carbonos. Conceptos claves 1.Los monosacáridos, que pueden ser polihidroxialdehídos o cetonas, son aldosas o cetosas. 2.Los azúcares que contienen cuatro o más carbonos tienen principalmente formas cíclicas. 3.Las aldosas o cetosas cíclicas son hemiacetales y hemicetales,respectivamente Reacciones de monosacáridos Los grupos carbonilo e hidroxilo de los azúcares pueden sufrir reacciones que son típicas de aldehídos, cetonas y alcoholes. Entre los más importantes están: OXIDACIÓN Los monosacáridos, en presencia de agentes oxidantes, iones metálicos y ciertas enzimas, pueden sufrir oxidación. La oxidación de un grupo aldehído genera un ácido aldónico; la oxidación de un grupo terminal CH₂OH produce un ácido urónico; y la oxidación de ambos grupos resulta en un ácido aldárico. Los grupos carbonilo de los ácidos aldónico y urónico pueden formar ésteres cíclicos llamados lactonas, como el ácido ascórbico (vitamina C), una lactona del ácido D- glucurónico. Los humanos no pueden sintetizarla y deben obtenerla de la dieta. La vitamina C es un agente reductor fuerte que protege las células de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno REDUCCIÓN La reducción de los grupos aldehído y cetona en monosacáridos genera alcoholes de azúcares, llamados alditoles. Por ejemplo, la reducción de D-glucosa produce D- glucitol, o D-sorbitol. Los alcoholes azúcares, como el sorbitol, se usan en alimentos y fármacos. En dulces, el sorbitol conserva la humedad, y en frutas enlatadas, reduce el sabor amargo de la sacarina. En el hígado, el sorbitol se convierte en fructosa. ESTERIFICACIÓN Los grupos OH de los carbohidratos pueden convertirse en ésteres mediante reacciones con ácidos, lo que altera notablemente sus propiedades. Los ésteres de fosfato y sulfato son comunes en la naturaleza. Los derivados fosforilados de algunos monosacáridos, formados frecuentemente en reacciones con ATP, son componentes metabólicos esenciales para transformaciones bioquímicas por sustitución nucleofílica. FORMACIÓN DE GLUCÓSIDO Los hemiacetales y hemicetales reaccionan con alcoholes para formar acetales o cetales. Cuando la forma cíclica hemiacetal o hemicetal de un monosacárido reacciona con un alcohol, se forma un enlace glucosídico y el compuesto resultante se llama glucósido, cuyo nombre indica el azúcar involucrado. REACCIONES DE GLUCOSILACIÓN Las reacciones de glucosilación, catalizadas por glucosil transferasas, unen azúcares o glucanos a proteínas o lípidos. Este proceso es fundamental, ya que al menos el 2% del genoma humano codifica proteínas relacionadas con la glucosilación, involucrando más de 200 enzimas. GLUCACIÓN Los azúcares reductores pueden reaccionar con átomos de nitrógeno nucleofílicos en reacciones no enzimáticas, conocidas como glucación. Estas reacciones ocurren rápidamente con calor (como en la cocción de alimentos) o lentamente en el cuerpo cuando hay exceso de azúcar, alterando las propiedades estructurales y funcionales de proteínas como el colágeno y la elastina. Monosacáridos importantes GLUCOSA: La D-glucosa, o dextrosa, es el principal combustible celular y es preferida por células del cerebro, eritrocitos y células oculares. Se obtiene en la dieta a partir del almidón vegetal y disacáridos como lactosa, maltosa y sacarosa. FRUCTOSA La D-fructosa, o levulosa, conocida como azúcar de la fruta, se encuentra en frutas, vegetales y miel. Como miembro de los cetosas, es dos veces más dulce que la sacarosa y se usa como edulcorante en alimentos procesados. En el tracto reproductor masculino, es sintetizada en las vesículas seminales y proporciona energía a los espermatozoides. Tiene una mayor tendencia a sufrir reacciones de glucación que la glucosa, lo que hace que un consumo elevado de fructosa sea un factor de riesgo para enfermedades relacionadas con productos finales de glicación avanzada (AGE). GALACTOSA La galactosa es esencial para la síntesis de diversas biomoléculas como lactosa, glucolípidos, ciertos fosfolípidos, proteoglucanos y glucoproteínas. Aunque no esté presente en la dieta, el cuerpo puede sintetizar galactosa a partir de glucosa-1-fosfato, manteniendo la producción de estas sustancias. Derivados de monosacáridos Los azúcares simples pueden convertirse en compuestos químicos estrechamente relacionados. Varios de estos compuestos son componentes metabólicos y estructurales importantes de los organismos vivos. ÁCIDOS URÓNICOS Los ácidos urónicos se forman al oxidarse el grupo CH₂OH de un monosacárido. En animales, el ácido D-glucurónico y su epímero, el ácido L-idurónico, son importantes. En el hígado, el ácido glucurónico se combina con esteroides, ciertos fármacos y bilirrubina para mejorar su solubilidad en agua y facilitar la eliminación de desechos. Ambos ácidos son abundantes en los carbohidratos del tejido conjuntivo. AMINOAZÚCARES Los aminoazúcares se forman al reemplazar un grupo hidroxilo con un grupo amino y suelen encontrarse en carbohidratos complejos unidos a proteínas y lípidos celulares. Los aminoazúcares más comunes en células animales son D-glucosamina y D- galactosamina. DESOXIAZÚCARES Los desoxiazúcares son monosacáridos en los que un grupo —H reemplaza a un grupo —OH. Dos desoxiazúcares importantes en las células son la L-fucosa, presente en glucoproteínas como los determinantes del grupo sanguíneo ABO, y la 2- desoxirribosa, una pentosa componente del ADN Los disacáridos Son moléculas compuestas de dos monosacáridos que están unidos por un enlace glucosídico. La lactosa (azúcar de la leche) La lactosa es un disacárido presente en la leche, compuesto por galactosa y glucosa unidas mediante un enlace glucosídico β entre el carbono 1 de la galactosa y el carbono 4 de la glucosa. Es un azúcar reductor debido al grupo hemiacetal en la glucosa. La maltosa (azúcar de malta) La maltosa, un disacárido formado por dos moléculas de D-glucosa unidas por un enlace glucosídico α, es un intermediario en la hidrólisis del almidón y no se encuentra libre en la naturaleza. Su carbono anomérico libre permite la mutarrotación, equilibrando entre formas α y β de maltosa. La celobiosa (producto de degradación de la celulosa) La celobiosa está compuesta por dos moléculas de glucosa unidas por un enlace glucosídico β. Similar a la maltosa, pero con un enlace en dirección opuesta, no se encuentra libre en la naturaleza. La sacarosa (azúcar común de mesa) La sacarosa, producida en hojas y tallos de plantas, es una fuente de energía transportable. Compuesta por glucosa α y fructosa β unidas a través de un enlace glucosídico entre ambos carbonos anoméricos, es un azúcar no reductor, ya que sus anillos no pueden abrirse Las enzimas del intestino delgado digieren disacáridos; su deficiencia provoca síntomas como diarrea y gases en el intestino grueso debido a la presión osmótica y fermentación bacteriana. La intolerancia a la lactosa se debe a la baja producción de lactasa en adultos y se maneja evitando la lactosa o añadiendo lactasa a los alimentos. La sacarosa y la fructosa también contribuyen a las caries dentales. Polisacáridos También llamados glucanos, los polisacáridos están formados por muchas unidades de monosacáridos unidas por enlaces glucosídicos. Los glucanos pequeños (oligosacáridos) contienen alrededor de 10-15 monómeros, comúnmente unidos a polipéptidos en glucoproteínas y algunos glucolípidos. Los glucanos grandes pueden tener cientos o miles de unidades y ser lineales o ramificados. Se clasifican en homoglucanos (un solo tipo de monosacárido) y heteroglucanos (dos o más tipos de monosacáridos) Heteroglucanos Los heteroglucanos son polímeros de carbohidratos con alto peso molecular que contienen múltiples tipos de monosacáridos. En mamíferos, incluyen heteropolisacáridos con enlaces N y O (N- y O-glucanos) en membranas y proteínas secretoras, glucosaminoglucanos de la matriz extracelular, y componentes glucanos en glucolípidos y anclajes de membrana GPI (glucosilfosfatidilinositol). GLUCANOS N Y O Muchas proteínas tienen heterooligosacáridos unidos a N y O, que representan una parte significativa de su peso molecular. Los N-glucanos se enlazan mediante un enlace glucosídico β entre el carbono anomérico de la N-acetilglucosamina y el nitrógeno de un residuo de asparagina. Además de N-acetilglucosamina, los N- glucanos contienen manosa, galactosa, ácido N-acetilneuramínico y glucosa. Hay tres tipos principales de N-glucanos unidos a asparagina: alto contenido de manosa, complejo e híbrido GLUCOSAMINOGLUCANOS (GAG) Los GAG son polímeros lineales de disacáridos repetitivos, muchos con azúcares aminoderivados. Existen cinco clases principales: ácido hialurónico (inflamación), condroitín sulfato (movilidad articular), dermatán sulfato, heparina (coagulación) y heparán sulfato; el queratán sulfato contiene galactosa en lugar de ácido hexurónico. Los GAG son muy hidrófilos y cargados negativamente a pH fisiológico, lo que les permite atraer grandes volúmenes de agua. Esto les permite ocupar grandes volúmenes cuando están hidratados. Glucoconjugados: Compuestos de carbohidratos unidos covalentemente a proteínas y lípidos, divididos en proteoglucanos y glucoproteínas, con funciones y estructuras diferentes. Funciones de los carbohidratos: Producen y almacenan energía, construyen macromoléculas, conservan proteínas y facilitan el metabolismo de lípidos. Junto con grasas y proteínas, son nutrientes esenciales en alimentos y bebidas. Metabolismo de los carbohidratos La evolución ha adaptado las vías metabólicas de las especies para maximizar la producción de ATP y la eficiencia cinética en la degradación de moléculas. El metabolismo comprende miles de reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas que mantienen la vida. Estas reacciones se organizan en redes complejas y se clasifican en:   Vías de transducción de señales: Permiten a las células responder al ambiente a través de cascadas bioquímicas.  Vías reguladoras genéticas.  Vías metabólicas centrales: Se dividen en catabolismo (generación de energía) y anabolismo (síntesis de biomoléculas complejas). Las vías como las de ATP y acetil-CoA son esenciales para la homeostasis, el equilibrio dinámico que mantiene la función interna estable frente a cambios externos. Vías metabólicas de los Carbohidratos Objetivos. Describir las etapas y secuencias de reacciones de cada una de las vías metabólicas de los carbohidratos. Explicar los mecanismos de regulación hormonal del metabolismo de los hidratos de carbono. Reconocer alteraciones bioquímicas básicas del metabolismo de los hidratos de carbono. Generalidades. La glicemia es la concentración de glucosa en sangre cuyo valor normal en ayunas es de 70-100 mg/100ml. Depende de alimentación, actividad celular, entrada y salida de glucosa en la sangre. En el interior de la célula, la glucosa es fosforilada: o El GLUT no la reconoce. o Mayor polaridad a la glucosa. Vías metabólicas. Glucólisis (Ruta de Embden-Meyerhof-Parnas) Glucogénesis. Glucogenogénesis. Glucogenólisis. Vía de las pentosas fosfato. Metabolismo del glucógeno y glucosa El glucógeno, forma de almacenamiento de glucosa en vertebrados, se sintetiza mediante glucogénesis cuando los niveles de glucosa son altos y se degrada por glucogenólisis cuando escasea. La glucosa también se puede sintetizar a partir de precursores no carbohidratos por gluconeogénesis. La vía de la pentosa fosfato convierte glucosa-6-fosfato en ribosa-5-fosfato para la síntesis de nucleótidos y produce NADPH, un agente reductor celular importante. Transporte y uso de la glucosa en vertebrados En vertebrados, la glucosa se transporta por la sangre. Si las reservas de energía son bajas, se degrada mediante la glucólisis. El exceso de glucosa se almacena como glucógeno en el hígado y músculos. Tejidos como el cerebro, eritrocitos y músculos en actividad dependen de un suministro constante de glucosa. Según las necesidades celulares, la glucosa también puede utilizarse para sintetizar otros monosacáridos, ácidos grasos y ciertos aminoácidos. Glucólisis. Es la 1° vía metabólica que sé dilucidó. Objetivo: almacenar energía en forma de ATP y de NADH. Se lleva a cabo en el citoplasma celular. La glucosa es degradada para dar origen a 2 moléculas de Piruvato. Después de la formación de Piruvato puede ocurrir la glucólisis aeróbica, la fermentación láctica o la fermentación alcohólica. La glucólisis, presente en casi todos los organismos, convierte una molécula de glucosa en dos de piruvato, capturando una pequeña cantidad de energía. Este proceso catabólico de dos etapas produce cuatro ATP, de los cuales dos se usan para activar la glucosa en la primera etapa. La glucólisis ocurre en todas las células vivas, siendo altamente conservada en procariotas y eucariotas y es un proceso anaerobio, crucial en la atmósfera sin oxígeno de la Tierra antigua. En la glucólisis, cada glucosa se convierte en dos piruvatos de tres carbonos, almacenando temporalmente energía en dos ATP y NADH. El destino del piruvato depende del organismo y sus condiciones: en organismos anaerobios, puede convertirse en etanol, ácido láctico, u otros productos de desecho; en aerobios, se oxida completamente en CO₂ y H₂O durante la respiración aerobia. Principales vías en el metabolismo de los carbohidratos En animales, el exceso de glucosa se almacena como glucógeno mediante glucogénesis, y cuando se necesita energía, la glucogenólisis degrada el glucógeno para liberar glucosa. La vía de la pentosa fosfato convierte glucosa en ribosa-5-fosfato y NADPH. Mediante la glucólisis, la glucosa se oxida para generar piruvato, que se transforma en lactato sin oxígeno o en acetil-CoA con oxígeno. El ciclo del ácido cítrico y el sistema de transporte de electrones producen ATP a partir de acetil-CoA. El metabolismo de carbohidratos se interrelaciona con otros nutrientes: el lactato y algunos aminoácidos pueden sintetizar glucosa (gluconeogénesis), mientras que la acetil-CoA también deriva de ácidos grasos y ciertos aminoácidos. En exceso, la acetil-CoA puede convertirse en ácidos grasos. La glucólisis consta de 10 reacciones y ocurre en dos etapas: 1. La glucosa se fosforila dos veces y se escinde para formar dos moléculas de glice-raldehído-3-fosfato (GAP, glyceraldehyde-3- phosphate). Las dos moléculas de ATP consumidas durante esta etapa son como una inversión, porque en esta parte del proceso se crean los sustratos reales para la oxidación. 2. El GAP se convierte en piruvato. Se producen cuatro moléculas de ATP y dos de NADH. Como se consumieron dos ATP en la etapa 1, la producción neta de ATP por molécula de glucosa es dos. La vía 3. glucolítica se puede resumir en la siguiente ecuación: 4. D-glucosa + 2 ADP + 2 Pi+ 2 NAD+→ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2H++2H2O Fase preparatoria. Fosforilación de la Glc A G-6-P. Isomerización de G-6-P a F-6P De F-6-P a F-1,6 diP Transformación de F-1,6 diP en dos triosas Conversión de DHAP en PGALFase retributiva. Oxidación del Gliceraldehído 3-P a 1,3-Difosfoglicerato De 1,3 difosfoglicerato a 3-fosfoglicerato De 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato Desh del 2-fosfoglicerato para formar PEP Transferencia de un grupo P al ADP Fase retributiva. Oxidación del Gliceraldehído 3-P a 1,3-Difosfoglicerato De 1,3 difosfoglicerato a 3-fosfoglicerato De 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato Desh del 2-fosfoglicerato para formar PEP Transferencia de un grupo P al ADP Vía glucolítica La glucólisis es una vía de 10 reacciones en la cual cada molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato, generando también dos moléculas de ATP y NADH. Las reacciones reversibles tienen flechas dobles, mientras que las irreversibles, que actúan como puntos de control, se representan con flechas simples. Vía glucolítica 1.Síntesis de glucosa-6-fosfato: La hexocinasa fosforila la glucosa, atrapándola en la célula y aumentando la reactividad. Esta reacción, irreversible, convierte la glucosa en glucosa-6-fosfato usando ATP. 2.Conversión a fructosa-6-fosfato: La fosfoglucosaisomerasa convierte la glucosa-6- fosfato en fructosa-6-fosfato, permitiendo la fosforilación en el carbono C-1 de la fructosa. 3.Fosforilación de fructosa-6-fosfato: La fosfofructocinasa-1 convierte la fructosa-6- fosfato en fructosa-1,6-bifosfato, un paso irreversible que usa ATP y regula la glucólisis. 4.Escisión de fructosa-1,6-bifosfato: La fructosa bifosfato aldolasa divide la fructosa-1,6-bifosfato en gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y fosfato de dihidroxiacetona (DHAP). 5.Interconversión de GAP y DHAP: La triosa fosfato isomerasa convierte DHAP en GAP, permitiendo que ambas moléculas se usen en la glucólisis. 6.Oxidación de GAP: La gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa convierte GAP en glicerato-1,3-bifosfato, generando NADH y un fosfoanhídrido de alta energía. 7.Transferencia de fosforilo: La fosfoglicerato cinasa transfiere el fosforilo del glicerato-1,3-bifosfato al ADP, generando ATP y glicerato-3-fosfato. 8.Interconversión de glicerato-3-fosfato: La fosfoglicerato mutasa convierte glicerato-3-fosfato en glicerato-2-fosfato, preparando la molécula para la síntesis de PEP. 9.Deshidratación de glicerato-2-fosfato: La enolasa elimina una molécula de agua del glicerato-2-fosfato, formando fosfoenolpiruvato (PEP), una molécula con alto potencial de transferencia de fosforilo. 10.Síntesis de piruvato: La piruvato cinasa transfiere un fosforilo de PEP al ADP, produciendo piruvato y generando ATP en la etapa final de la glucólisis. La conversión de fosfoenolpiruvato (PEP) en piruvato genera dos moléculas de ATP por cada glucosa. Esta reacción es irreversible debido al alto potencial de fosforilo del PEP y a la pérdida de energía libre significativa (–61.9 kJ/mol) durante la conversión de piruvato en su forma ceto. Destinos del piruvato La glucólisis produce dos ATP y dos NADH por cada molécula de glucosa, además de piruvato, una molécula aún rica en energía. Su destino depende de la disponibilidad de oxígeno y el tipo de célula: Condiciones aerobias: El piruvato se convierte en acetil-CoA, ingresando al ciclo del ácido cítrico, donde se oxida completamente para formar CO₂, NADH y FADH₂. Estos electrones pasan al sistema de transporte de electrones, produciendo ATP y agua. Condiciones anaerobias: La oxidación del piruvato se detiene. En su lugar, el piruvato se reduce para regenerar NAD⁺, permitiendo que continúe la glucólisis. Este proceso, llamado fermentación, convierte el piruvato en lactato en células musculares, eritrocitos y ciertas bacterias como Lactobacillus. Vías metabólicas que puede seguir el piruvato en condiciones anaeróbicas: La fermentación alcohólica y la fermentación láctica. Fermentación láctica El piruvato se reduce a lactato por la Lactato Deshidrogenasa, requiere la coenzima NADH. Es muy importante en el músculo esquelético. Durante el ejercicio intenso, el lactato se produce en grandes cantidades. Algunos microorganismos fermentan la glucosa o ácido láctico, como lactobacilos y algunos estreptococos.Fermentación alcohólica. Produce etanol y CO2 (Levaduras y otros microorganismos) Involucra 2 reacciones: o Descarboxilación del Piruvato. o Reducción del acetaldehído. Este proceso, llamado fermentación alcohólica, se utiliza comercialmente para producir vino, cerveza y pan. Ciertas especies bacterianas producen moléculas orgánicas distintas al etanol. CONCEPTOS CLAVE Durante la glucólisis, la glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato. Se captura una pequeña cantidad de energía en dos moléculas, una de ATP y otra de NADH. En los organismos anaerobios, el piruvato se convierte en productos de desecho en un proceso llamado fermentación. En presencia de oxígeno, las células de los organismos aerobios convierten el piruvato en CO2yH2O Regulación de la glucólisis La velocidad de la glucólisis se controla para mantener niveles constantes de ATP en las células. Esto depende de las propiedades cinéticas de las isoenzimas de hexocinasa y de la regulación alostérica de las enzimas que catalizan las tres reacciones irreversibles: hexocinasa, PFK-1 y piruvato cinasa. Las hexocinasas Los humanos poseen cuatro hexocinasas: Hexocinasa I (HKI): Ubicua, con concentraciones altas en el cerebro y riñones y menor en células β del músculo y páncreas. Hexocinasa II (HKII): Predominante en tejidos sensibles a la insulina, como el músculo estriado y el tejido adiposo Hexocinasa III (HKIII): Presente en todos los tejidos en bajas cantidades, con niveles más altos en hígado, pulmón y riñón. Hexocinasa IV (HKIV): No mencionada en el texto original. Las HKI y HKII se unen reversiblemente al canal de aniones dependiente de voltaje (VDAC) en la membrana mitocondrial externa, accediendo directamente al ATP generado por fosforilación oxidativa. Efecto Pasteur Pasteur observó que las levaduras consumen menos glucosa en condiciones aeróbicas, ya que la cantidad de ATP producida por unidad de glucosa es mayor en presencia de oxígeno. Ocurre de 2 maneras: Regulación endocrina: La glucólisis es regulada por las hormonas glucagón e insulina. El glucagón se libera cuando la glucemia es baja (células α pancreáticas), mientras que la insulina se libera cuando la glucemia es alta (células β pancreáticas) Regulación alostérica: Las enzimas hexocinasas I, II y III, PFK-1 y piruvato cinasa (PK) son moduladas por efectores alostéricos, que actúan como indicadores del estado metabólico celular. Por ejemplo, las hexocinasas se inhiben por glucosa-6-fosfato en exceso, y otras moléculas relacionadas con la energía también actúan como efectores alostéricos. Regulación de la glucólisis  La regulación de la glucólisis es compleja debido a la importancia de la glucosa en la generación de energía y la síntesis de metabolitos.  La regulación alostérica afecta a tres enzimas clave: hexoquinasa, fosfofructoquinasa 1 (PFK-1) y piruvato quinasa (PK).  Los efectores alostéricos son moléculas indicadoras del estado metabólico celular; algunas son productos de la vía.  Por ejemplo, la hexoquinasa se inhibe por el exceso de glucosa-6-fosfato y ATP. Gluconeogénesis La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos, principalmente en el hígado, y en menor grado en la corteza renal y enterocitos intestinales. Los precursores incluyen lactato, piruvato, glicerol y ciertos α-cetoácidos. Entre comidas, la glucosa se mantiene por la hidrólisis del glucógeno, pero cuando este se agota (por ayuno prolongado o ejercicio intenso), la gluconeogénesis suministra glucosa, vital para el cerebro y eritrocitos. Gluconeogénesis hepática y producción de glucosa El hígado es la principal fuente de glucosa en sangre, cubriendo aproximadamente el 85% de los requerimientos entre comidas, mientras que el riñón y el intestino aportan el 15% restante. Durante ayunos prolongados, el riñón puede producir hasta el 40% de la glucosa. Algunos tejidos como los eritrocitos, cerebro, médula adrenal y testículos dependen de la glucosa como fuente principal de energía. El cerebro necesita alrededor de 120 g de glucosa al día, de los 160 g que requiere el cuerpo completo Sustratos de la gluconeogénesis en orden de prioridad Lactato: Liberado por los eritrocitos y células sin mitocondrias o con bajo oxígeno. En el ciclo de Cori, el lactato producido en el músculo se convierte en piruvato y luego en glucosa en el hígado. Piruvato: Derivado de la glucólisis. Aminoácidos gluconeogénicos: Como la alanina, obtenida de la dieta o de la degradación muscular en ayunos prolongados. Glicerol: Producto del catabolismo de grasas, transportado al hígado y convertido en glicerol-3-fosfato. Este se oxida para formar DHAP cuando hay suficiente NAD⁺ en el citoplasma. Aminoácidos en la gluconeogénesis Entre los aminoácidos que pueden convertirse en intermediarios glucolíticos, la alanina y la glutamina son los más relevantes. Durante el ejercicio, el piruvato en exceso en el músculo se transforma en alanina mediante transaminación con glutamato. La alanina se transporta al hígado, donde se convierte nuevamente en piruvato y luego en glucosa. Gluconeogénesis La gluconeogénesis ocurre en todos los organismos (animales, plantas, hongos y microorganismos). En animales, ocurre principalmente en el hígado, y también en el riñón durante situaciones de acidosis, inanición y ayuno prolongado. De las 10 enzimas de la glucólisis, 7 participan en la gluconeogénesis, actuando en dirección inversa. Lípidos. Membrana biológica: Es una barrera compartimental dinámica compuesta por una bicapa lipídica compleja con proteínas, glucoproteínas, glucolípidos y colesterol unidos de forma no covalente ¿Qué son los lípidos? Los lípidos son sustancias solubles en solventes orgánicos como cloroformo o acetona, pero insolubles en agua. Tienen funciones diversas: forman componentes estructurales de membranas celulares, almacenan energía (grasas y aceites), actúan como señales químicas, vitaminas o pigmentos, y en superficies externas protegen o impermeabilizan. Algunos son reservas de energía vital, mientras otros son componentes estructurales de las membranas biológicas. Importancia y funciones de los lípidos. Reserva de energía. Componentes estructurales. Aislamiento térmico. Protección y amortiguación. Transporte de nutrientes. Regulación hormonal. Sabor y textura. Absorción de nutrientes Clases de lípidos. Ácidos grasos. Triagliceroles. Esteres de cera. Fosfolípidos. Esfingolípido. Isoprenoides Ácidos grasos Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos con cadenas de hidrocarburos, de entre 12 y 20 carbonos, que terminan en un grupo carboxilo (COOH). Son esenciales para la estructura celular y como fuente de energía. Se clasifican por longitud de cadena y saturación: Saturados: Solo tienen enlaces simples C-C, con estructura compacta y alto punto de fusión; suelen ser sólidos a temperatura ambiente. Insaturados: Contienen dobles enlaces, generalmente en configuración cis, que crean torsiones y reducen el punto de fusión, haciéndolos líquidos a temperatura ambiente. Los ácidos grasos trans, con enlaces trans, se asemejan a los saturados y se producen por hidrogenación de aceites vegetales. Monoinsaturados y poliinsaturados: Contienen uno (ej. ácido oleico) o varios dobles enlaces (ej. ácido linoleico). Ácidos grasos esenciales: Los mamíferos necesitan obtener ácidos grasos esenciales, como el ácido linoleico (omega-6) y el ácido linolénico (omega-3), de la dieta. Los omega-6 se encuentran en aceites vegetales y huevos, mientras que los omega-3 están en aceites de linaza y soya. Reacciones químicas: Formación de ésteres al reaccionar con alcoholes, y reversión mediante hidrólisis. Hidrogenación de insaturados a saturados. Susceptibilidad a la oxidación, afectando estabilidad y calidad. Los eicosanoides Los eicosanoides, producidos en tejidos de mamíferos, incluyen prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. Estos compuestos median procesos fisiológicos como la contracción muscular, inflamación, percepción del dolor y regulación del flujo sanguíneo, y están relacionados con enfermedades como el infarto de miocardio y la artritis reumatoide. Son reguladores autocrinos, actuando en las células donde se producen. Función de los ácidos grasos. Función energética. Función estructural. Función reguladora. Triacilgliceroles (Triglicéridos) Los triacilgliceroles, o triglicéridos, son la principal forma de almacenamiento de energía en el organismo y están compuestos por glicerol esterificado con tres moléculas de ácido graso. Los monoacilgliceroles y diacilgliceroles son glicéridos con uno o dos ácidos grasos, actuando como intermediarios metabólicos en pequeñas cantidades. Los triacilgliceroles, al no tener carga, son conocidos como grasas neutras. Sus propiedades varían según los ácidos grasos: las grasas (con más ácidos saturados) son sólidas a temperatura ambiente, mientras que los aceites (ricos en ácidos insaturados) son líquidos. Funciones en animales: Almacenamiento de energía: Los triacilgliceroles se agrupan en gotas anhidras en células adiposas, siendo más eficientes que el glucógeno al estar más reducidos y liberar más energía al oxidarse. Aislamiento térmico: Evitan la pérdida de calor, siendo abundantes en tejido adiposo subcutáneo. Protección: En algunos animales, las grasas secretadas impermeabilizan pelaje o plumas. Funciones en plantas: Actúan como reserva de energía en frutas y semillas ricas en aceites, como maíz, soya, palma y aceitunas. Otras funciones de los triacilgliceroles: Fuente de energía. Transporte de vitaminas liposolubles (A, D, E, K). Protección mecánica en tejidos adiposos, como en la planta del pie, palma de la mano y alrededor de los riñones. Ésteres de cera Los ésteres de cera son mezclas de líquidos no polares que actúan como recubrimientos protectores en hojas, tallos, frutos de plantas, y en la piel y pelaje de animales. Están formados por ésteres de ácidos grasos de cadenas largas (14-36 carbonos) con alcoholes también de cadenas largas (16-30 carbonos). Ejemplos de ceras conocidas incluyen la cera de carnaúba y la cera de abejas, que contienen ésteres como el melisilo cerotato y el hexadecanoato de triacontilo. Además, contienen hidrocarburos, alcoholes de cadena larga, ácidos grasos y esteroles. Funciones de los ésteres de cera: Protección, aislamiento y lubricación: Su alto punto de fusión y baja solubilidad en agua los hacen sólidos y eficaces en estas funciones. En plantas: Recubren tallos, hojas y frutos, previniendo la pérdida de agua y protegiendo contra insectos y parásitos. Fosfolípidos Los fosfolípidos son componentes principales de la membrana plasmática en células animales, actuando como agentes emulsionantes y de superficie. Son moléculas anfipáticas con un dominio hidrófobo formado por cadenas de ácidos grasos y un grupo hidrofílico (cabeza polar) que contiene fosfato y otros grupos cargados. En alta concentración, los fosfolípidos forman bicapas, base de la estructura de las membranas celulares. Tipos de fosfolípidos: 1. Fosfoglicéridos: Contienen glicerol, ácidos grasos, fosfato y un alcohol, como la colina. 2. Esfingomielinas: Tienen esfingosina en lugar de glicerol. Funciones de los fosfolípidos. Componente principal de las membranas celulares. Regulación del transporte de moléculas. Participación en la señalización celular. Almacenamiento de energía. Componente de las lipoproteínas. Estructura de orgánulos celulares. Esfingolípidos Los esfingolípidos son componentes de las membranas en animales y plantas. Contienen un aminoalcohol de cadena larga, principalmente esfingosina en animales. Su núcleo es la ceramida, un derivado de amida de ácido graso de esfingosina. La esfingomielina, presente en muchas membranas animales, es abundante en la vaina de mielina de las células nerviosas. Tipos de esfingolípidos: Glucolípidos: Lípidos con grupos carbohidratos, como los cerebrósidos, sulfátidos y gangliósidos. Cerebrósidos: Esfingolípidos con un monosacárido; comúnmente galactocerebrósidos en membranas cerebrales. Sulfátidos: Cerebrósidos sulfatados con carga negativa a pH fisiológico. Gangliósidos: Contienen oligosacáridos con ácido siálico; presentes en tejidos animales. Funciones de los esfingolípidos: Estructura de membranas, señalización celular, aislamiento y protección de células nerviosas, reconocimiento celular. Enfermedades por almacenamiento de esfingolípidos: Deficiencias hereditarias en enzimas de degradación causan esfingolipidosis, como la enfermedad de Tay-Sachs, que resulta de una deficiencia en hexosaminidasa A, llevando a la acumulación de gangliósido GM2, ceguera, debilidad muscular, convulsiones y retraso mental. Isoprenoides Los isoprenoides son compuestos orgánicos derivados de unidades de isopreno (5 carbonos) y tienen un papel fundamental en biología. Aunque no se sintetizan directamente del isopreno, sus rutas biosintéticas inician con la formación de pirofosfato de isopentenilo a partir de acetil-CoA. Existen dos tipos principales: terpenos, presentes en aceites esenciales de plantas, y esteroides, derivados del colesterol. Funciones de los isoprenoides:  Componentes estructurales  Mensajeros químicos  Pigmentos  Defensa  Aromas y sabores Estructura de los isoprenoides. Lipoproteínas Las lipoproteínas son complejos moleculares en el plasma sanguíneo de los mamíferos, especialmente humanos, que transportan lípidos (triacilgliceroles, fosfolípidos y colesterol) entre órganos. También contienen antioxidantes liposolubles, como el tocoferol A y carotenoides. Las apolipoproteínas, o componentes proteicos de las lipoproteínas, se sintetizan en el hígado, intestino y cerebro..Apolipoproteína o Apoproteínas. Son proteínas que se encuentran en asociación con las lipoproteínas en la sangre. Cumplen diversas funciones en el transporte del metabolismo de lípidos, como el colesterol y triglicéridos. Apolipoproteína E4 Es una proteína de 299 aminoácidos y también es un factor de riesgo genético independiente que modifica el riesgo de la enfermedad del Alzheimer de inicio tardío y temprano. Existen cinco clases principales de apolipoproteínas: A, B, C, D y E Clasificación de las lipoproteínas según su densidad Quilomicrones: Lipoproteínas grandes y de densidad muy baja (