METABOLISMO PDF

11/11/2024 Metabolismo 1 2 1  11/11/2024 ¿De donde las ¿De donde las plantas obtienen plantas obtienen su masa? su masa? 3 4...

11/11/2024 Metabolismo 1 2 1  11/11/2024 ¿De donde las ¿De donde las plantas obtienen plantas obtienen su masa? su masa? 3 4 2  11/11/2024 5 6 3  11/11/2024 Metabolismo Metabolismo La energía para el mantenimiento de la vida viene de la El proceso metabólico se divide en dos grupos degradación de moléculas orgánicas (carbohidratos, denominados anabolismo (reacciones y de síntesis) lipídios, proteínas) que el organismo utiliza como catabolismo (reacciones de degradación). alimento. – Anabolismo son reacciónes químicas construtivas, es decir, producen nueva materia orgánica en los seres vivos y por tanto consumen energía. Por ejemplo, la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. – El catabolismo son reacciones químicas destructivas, es decir, hay descomposición de sustancias y consecuente liberación de energía. Por ejemplo, la descomposición de la molécula de almidón con la liberación de glucosa. 7 8 7 8 4  11/11/2024 Metabolismo En los seres vivos, la energía obtenida de las moléculas orgánicas degradadas No estransferida directamente para los procesos celulares: ella es primeramente almacenada en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), cuya función es captar energía liberada en las reacciones químicas y transferila cuando la célula la fuera a necesitar. 9 9 10 5  11/11/2024 ¿Cómo l a energia mueve l a vida? 1) Movimento E s necesario para que los organismos v iv os e je c u te n 2) Transporte diversas fu n c io n es biológicas activo 3) Síntesis Pero, ¿cual es l a fuente de energia? ¿Como obtiene energia? ¿Como utilizar energia? 11 12 6  11/11/2024 Clasificación de los Clasificación de los organismos organismos Carbohidratos Lípidos Proteínas Dependencia de organismos autótrofos para la producción de estos compuestos orgánicos 13 14 7  11/11/2024 Organismos O B L I G ATO R I O S : Utilizan O2 como agente AERÓBICOS oxidante para obtener energía FA C U LTAT I V O S : Ausencia o presencia de oxigeno Utilizan agentes oxidantes como sulfato y nitrato. Ej.: bacterias nitrificantes, azufradas como Acidithiobacillus ferrooxidans. ANAERÓBICOS 15 16 8  11/11/2024 CONCEPTO DE METABOLISMO SUMA DE TODAS LAS TRANSFORMACIONES QUÍMICAS QUE OCURREN EN LA CÉLULA U ORGANISMO PROCESO GENERAL POR MEDIO DEL CUAL LOS SISTEMAS VIVOS ADQUIEREN Y USAN ENERGÍA LIBRE PARA REALIZAR SUS FUNCIONES FUNCIONES DEL METABOLISMO OBTENER ENERGÍA QUÍMICA DEL O DE NUTRIENTES CONVERTIR MOLECULAS DE LOS NUTRIENTES Y DE LAS CELULAS EN PRECURSORES DE MACROMOLÉCULAS POLIMEZAR PRECURSORES EN MACROMOLECULAS SINTETIZAR Y DEGRADAR BIOMOLECULAS DE ACUERDO CON LAS NECESIDADES CELULARES 17 18 9  11/11/2024 Metabolismo Una serie de complejas reacciones químicas que hacen posible obtener, almacenar y utilizar energía para llevar a cabo funciones Anabolismo Catabolismo celulares. Las moléculas orgánicas Descomposición de moléculas Las reacciones cooperan para 4 funciones: grandes se construyen a grandes en moléculas más partir de moléculas más pequeñas ❖ Obtener energia química (luz solar o nutrientes) pequeñas. ❖Convertir nutrientes → moléculas própias de la Biosintético Degradativo célula (precursores) Reductor (ganancia de e-) Oxidativo (perdida de e-) ❖ Polimerizar macromoléculas; ❖ Sintetizar e degradar biomoléculas especializadas Requiere energia Libera energia Divergente Convergente 19 20 10  11/11/2024 El catabolismo y el anabolismo siempre están Catabolismo (degradación) Anabolismo (síntesis) relacionados. (convergente) (divergente) Pocos Muchos Pocos tipos de moléculas Muchos tipos de Nutrientes Macromoléculas tipos de moléculas moléculas tipos de moléculas Carbohidratos Proteinas Proteinas Polisacaridos Lipidos Ácidos nucleicos GTP ATP NADPH Catabolismo NADPH Anabolismo Energia (oxidativo, exergónico) (reductor, endergónico) (Pierde e-) (Libera energia) química NADPH NADH (Gana e-) (Gana energia) ATP ATP Moléculas precursoras productos finales Aminoacidos Azúcares H2O, CO2, NH3 Ácidos grasos Bases nitrogenadas 21 22 11  11/11/2024 Vias Metabólicas Flujo energético y de compuestos → Anabolismo: → Catabolismo: Via Biosintética -Utilización de energia Via degradativa e n forma de Trabajo - Extración de energia - Simplificación de las - Síntesis de biomoléculas moléculas a - Multiplicación compuestos comunes ➔ Endergónica ➔ Exergónica 23 24 12  11/11/2024 Vias Metabólicas Las vías catabólica y anabólica están relacionadas E l AT P y e l NA D P H p ro d u cid os p o r l a d e g rad aci ó n d e m e ta b oli to s co m p l ejo s s o n u na f u e nte d e e ne r gí a p a ra re a cci ones b i o s i ntéti cas y ➔ E l f l u jo d e m o l é culas y e ne r g ía d e o tro ti p o. o cu r re e n v í a s → Catabolismo: - extracción de energía - Simplificación de moléculas a compuestos comunes. → Anabolismo: - Uso de energía en forma de trabajo. - Síntesis de moléculas complejas - multiplicación 25 26 13  11/11/2024 Vias Metabólicas - Son interdependientes - Son coordenadas 27 28 14  11/11/2024 Vias Las rutas metabólicas ocurren en lugares específicos de las células. Anfibólicas Mitocondria: ciclo del ácido cítrico, fosforilación oxidativa, Conjunto de reacciones que pueden ser tanto anabólicas como catabólicas. oxidación de ácidos grasos, degradación de aminoácidos → Depende de la condición energética de la célula. Citosol: glucólisis, vía de las pentosas -fosfato, biosíntesis de ácidos grasos, gluconeogénesis → La biosíntesis y la degradación son casi siempre Lisosomas: digestión enzimática distintas. Núcleo: Replicación y transcripción de ADN, procesamiento de ARN Aparato de Golgi: procesamiento postraduccional de proteínas de 1- Se llevan a cabo de diferentes maneras. membrana y proteínas secretoras, formación de membrana plasmática y vesículas 2- Implican diferentes enzimas en la misma vía. R E R : síntesis de proteínas unidas a la membrana y proteínas secretoras 3- puede ser compartimentado. RE L : biosíntesis de lípidos esteroides Peroxisomas: reacciones de oxidación, catalizadas por 4 – vías irreversibles aminoácido oxidasas y catalasa, reacciones del ciclo del glioxilato en plantas 5 – Poseen etapas limitantes 29 30 15  11/11/2024 Energía libre La energía libre de Gibbs (G) de un sistema es una medida de la cantidad de energía utilizable (energía que puede realizar un trabajo) en ese sistema. El cambio en la energía libre de Gibbs durante una reacción provee información útil acerca de la El hecho de que las reacciones se produzcan en forma energía y espontaneidad de la reacción (si puede llevarse a ordenada y progresiva es de extraordinaria importancia para las cabo sin añadir energía). Una definición sencilla del cambio en células, porque permite aprovechar mejor la energía la energía libre de Gibbs sería: minimizando las pérdidas. Si las reacciones se realizaran en forma brusca, en una sola etapa, casi toda la energía se En otras palabras, ΔG es el cambio en energía libre de un sistema que va de disiparía en forma de calor, como ocurre, por ejemplo, durante un estado inicial, como los reactivos, a un estado final, como todos los productos. Este valor nos indica la máxima energía utilizable liberada (o la combustión del carbón. absorbida) al ir del estado inicial al estado final. Además, su signo (positivo o negativo) nos dice si una reacción ocurrirá espontáneamente, es decir, sin energía adicional. 31 32 16  11/11/2024 Reacciones endergónicas y exergónicas Energía libre La energía libre de Gibbs (G) de un sistema es una medida de la cantidad de energía utilizable (energía que puede realizar un Las reacciones que tienen un ∆G negativo liberan energía libre trabajo) en ese sistema. El cambio en la energía libre de Gibbs y son denominadas reacciones exergónicas. (EXergónico durante una reacción provee información útil acerca de la significa que la energía es EXpulsada del sistema). Un ∆G energía y espontaneidad de la reacción (si puede llevarse a negativo significa que los reactivos o el estado inicial, tienen cabo sin añadir energía). Una definición sencilla del cambio en más energía libre que los productos o estado final. A las la energía libre de Gibbs sería: reacciones exergónicas también se les llama reacciones espontáneas porque pueden ocurrir sin la adición de energía. Las reacciones con un ∆G negativo liberan energía, lo que significa que pueden proceder sin adición de energía (son espontáneas). En contraste, las reacciones con ∆G positivo necesitan un aporte de energía para llevarse a cabo (no son espontáneas). 33 34 17  11/11/2024 El acoplam iento de Reacciones endergónicas y exergónicas reacciones → Una reacción termodinámicamente desfavorable puede transformarse en una favorable acoplando una reacción termodinámicamente favorable. Las reacciones con un ∆G positivo (∆G > 0), por otro lado, → Activación de reactivos requieren de un aporte de energía y son denominadas → Conformación activada de la proteína → Gradiente de íones reacciones endergónicas. En este caso, los productos o el estado final, tienen más energía libre que los reactivos o estado inicial. Las reacciones endergónicas no son espontáneas, lo que significa que debe añadirse energía antes de que puedan proceder. 35 36 18  11/11/2024 Termodinámica de algunas reacciones Termodinámica de algunas reacciones bioquímicas. bioquímicas ➔ Las reacciones con valores de ∆G cercanos a CERO se pueden revertir fácilmente cambiando las concentraciones de productos y reactivos. Sin embargo, ciertas enzimas que operan lejos del equilibrio están ubicadas estratégicamente en rutas metabólicas: – Las vías metabólicas son “irreversibles” – Cada vía metabólica tiene un paso limitante inicial – Las vías catabólicas y anabólicas son distintas Las reacciones con valores de ∆G cercanos a CERO se pueden revertir fácilmente cambiando las concentraciones de Las rutas de conversión independientes permiten que existan sistemas de control productos y reactivos. independientes. 37 38 19  11/11/2024 Adenosina Adenosina Trifosfato Trifosfato ➔ 1 de las 100 moléculas esenciales - Metabólitos primários - para l a ➔ El ∆G de hidrólisis de ATP dentro de una célula es 12000 cal/mol (12 kcal/mol) Vida ➔ Moneda universal de Energía e n Bioquímica → La hidrólisis de ATP es Exergónica ¿ Q u é e x p l i c a e l a l t o p o t e n c i a l d o n a n t e d e f o s f o r i l o d e l AT P ? ATP + H 2 O ADP + Pi ∆G 0 ’ = - 7,3 kcal/mol ATP + H 2 O ADP + Pi ∆G 0 ’ = - 7,3 kcal/mol ATP + H 2 O AMP + PPi ∆G 0 ’ = - 10,9 kcal/mol Glicerol 3-Fosfato + H 2 O Glicerol + Pi ∆G 0 ’ = - 2,2 kcal/mol 39 40 20  11/11/2024 Metabolismo 41 42 21  11/11/2024 ¿De donde las ¿De donde las plantas obtienen plantas obtienen su masa? su masa? 43 44 22  11/11/2024 45 46 23  11/11/2024 Metabolismo Metabolismo La energía para el mantenimiento de la vida viene de la El proceso metabólico se divide en dos grupos degradación de moléculas orgánicas (carbohidratos, denominados anabolismo (reacciones y de síntesis) lipídios, proteínas) que el organismo utiliza como catabolismo (reacciones de degradación). alimento. – Anabolismo son reacciónes químicas construtivas, es decir, producen nueva materia orgánica en los seres vivos y por tanto consumen energía. Por ejemplo, la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos. – El catabolismo son reacciones químicas destructivas, es decir, hay descomposición de sustancias y consecuente liberación de energía. Por ejemplo, la descomposición de la molécula de almidón con la liberación de glucosa. 4 4 7 8 47 48 24  11/11/2024 Metabolismo En los seres vivos, la energía obtenida de las moléculas orgánicas degradadas No estransferida directamente para los procesos celulares: ella es primeramente almacenada en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), cuya función es captar energía liberada en las reacciones químicas y transferila cuando la célula la fuera a necesitar. 4 9 49 50 25  11/11/2024 ¿Cómo l a energia mueve l a vida? 1) Movimento E s necesario para que los organismos v iv os e je c u te n 2) Transporte diversas fu n c io n es biológicas activo 3) Síntesis Pero, ¿cual es l a fuente de energia? ¿Como obtiene energia? ¿Como utilizar energia? 51 52 26  11/11/2024 Clasificación de los Clasificación de los organismos organismos Carbohidratos Lípidos Proteínas Dependencia de organismos autótrofos para la producción de estos compuestos orgánicos 53 54 27  11/11/2024 Organismos O B L I G ATO R I O S : Utilizan O2 como agente AERÓBICOS oxidante para obtener energía FA C U LTAT I V O S : Ausencia o presencia de oxigeno Utilizan agentes oxidantes como sulfato y nitrato. Ej.: bacterias nitrificantes, azufradas como Acidithiobacillus ferrooxidans. ANAERÓBICOS 55 56 28  11/11/2024 CONCEPTO DE METABOLISMO SUMA DE TODAS LAS TRANSFORMACIONES QUÍMICAS QUE OCURREN EN LA CÉLULA U ORGANISMO PROCESO GENERAL POR MEDIO DEL CUAL LOS SISTEMAS VIVOS ADQUIEREN Y USAN ENERGÍA LIBRE PARA REALIZAR SUS FUNCIONES FUNCIONES DEL METABOLISMO OBTENER ENERGÍA QUÍMICA DEL O DE NUTRIENTES CONVERTIR MOLECULAS DE LOS NUTRIENTES Y DE LAS CELULAS EN PRECURSORES DE MACROMOLÉCULAS POLIMEZAR PRECURSORES EN MACROMOLECULAS SINTETIZAR Y DEGRADAR BIOMOLECULAS DE ACUERDO CON LAS NECESIDADES CELULARES 57 58 29  11/11/2024 Metabolismo Una serie de complejas reacciones químicas que hacen posible obtener, almacenar y utilizar energía para llevar a cabo funciones Anabolismo Catabolismo celulares. Las moléculas orgánicas Descomposición de moléculas Las reacciones cooperan para 4 funciones: grandes se construyen a grandes en moléculas más partir de moléculas más pequeñas ❖ Obtener energia química (luz solar o nutrientes) pequeñas. ❖Convertir nutrientes → moléculas própias de la Biosintético Degradativo célula (precursores) Reductor (ganancia de e-) Oxidativo (perdida de e-) ❖ Polimerizar macromoléculas; ❖ Sintetizar e degradar biomoléculas especializadas Requiere energia Libera energia Divergente Convergente 59 60 30  11/11/2024 El catabolismo y el anabolismo siempre están Catabolismo (degradación) Anabolismo (síntesis) relacionados. (convergente) (divergente) Pocos Muchos Pocos tipos de moléculas Muchos tipos de Nutrientes Macromoléculas tipos de moléculas moléculas tipos de moléculas Carbohidratos Proteinas Proteinas Polisacaridos Lipidos Ácidos nucleicos GTP ATP NADPH Catabolismo NADPH Anabolismo Energia (oxidativo, exergónico) (reductor, endergónico) (Pierde e-) (Libera energia) química NADPH NADH (Gana e-) (Gana energia) ATP ATP Moléculas precursoras productos finales Aminoacidos Azúcares H2O, CO2, NH3 Ácidos grasos Bases nitrogenadas 61 62 31  11/11/2024 Vias Metabólicas Flujo energético y de compuestos → Anabolismo: → Catabolismo: Via Biosintética -Utilización de energia Via degradativa e n forma de Trabajo - Extración de energia - Simplificación de las - Síntesis de biomoléculas moléculas a - Multiplicación compuestos comunes ➔ Endergónica ➔ Exergónica 63 64 32  11/11/2024 Vias Metabólicas Las vías catabólica y anabólica están relacionadas E l AT P y e l NA D P H p ro d u cid os p o r l a d e g rad aci ó n d e m e ta b oli to s co m p l ejo s s o n u na f u e nte d e e ne r gí a p a ra re a cci ones b i o s i ntéti cas y ➔ E l f l u jo d e m o l é culas y e ne r g ía d e o tro ti p o. o cu r re e n v í a s → Catabolismo: - extracción de energía - Simplificación de moléculas a compuestos comunes. → Anabolismo: - Uso de energía en forma de trabajo. - Síntesis de moléculas complejas - multiplicación 65 66 33  11/11/2024 Vias Metabólicas - Son interdependientes - Son coordenadas 67 68 34  11/11/2024 Vias Las rutas metabólicas ocurren en lugares específicos de las células. Anfibólicas Mitocondria: ciclo del ácido cítrico, fosforilación oxidativa, oxidación de ácidos Conjunto de reacciones que pueden ser tanto anabólicas como grasos, degradación de aminoácidos catabólicas. Citosol: glucólisis, vía de las pentosas -fosfato, biosíntesis de ácidos grasos, → Depende de la condición energética de la célula. gluconeogénesis Núcleo: Replicación y transcripción de ADN, procesamiento de ARN → La biosíntesis y la degradación son casi siempre Cloroplasto: Fotosintesis distintas. Aparato de Golgi: procesamiento postraduccional de proteínas de membrana y proteínas secretoras, formación de membrana plasmática y vesículas 1- Se llevan a cabo de diferentes maneras. R E R : síntesis de proteínas unidas a la membrana y proteínas secretoras RE L : biosíntesis de lípidos esteroides 2- Implican diferentes enzimas en la misma vía. Peroxisomas: reacciones de oxidación, catalizadas por aminoácido oxidasas y catalasa, reacciones del ciclo del glioxilato en plantas 3- puede ser compartimentado. 4 – vías irreversibles 5 – Poseen etapas limitantes 69 70 35  11/11/2024 Adenosina Temas Recurrentes del Metabolismo Trifosfato ➔ 1 de las 100 moléculas esenciales - Metabólitos primários - para l a → A pesar del alto número de reacciones y enzimas: E L M E TA B OL IS M O E S RE P E T IT IVO Vida Los transportadores Activados: Coenzimas ➔ Moneda universal de Energía e n Bioquímica ➔ Facilita a comprensión de la complejidad, e n la ejecución de las tareas y en economia 1) Existen cargadores activados de Elétrones para reacciones de Oxidantes → Nicotinamida adenina dinucleotídeo - Derivada de la Niacina - Transporta íon Hidronio – H - - Forma Oxidada = NAD+ - Forma reducida = NADH → La hidrólisis de ATP es Exergónica ATP + H 2 O ADP + Pi ∆G 0 ’ = - 7,3 kcal/mol ATP + H 2 O AMP + PPi ∆G 0 ’ = - 10,9 kcal/mol 71 72 36  11/11/2024 Los transportadores: Los transportadores: coenzimas coenzimas 1) Existen transportadores activados de Elétrones para reacciones 2) Existen cargadores activados de Elétrones para reacciones Biosintéticas Oxidantes Reductoras → Flavina Adenina Nucleotídeo → Nicotinamida adenina dinucleotídeo Fosfato: NADPH → Flavina Mononucleotídeo – F M N (en azul) - Derivada de la Niacina - Forma oxidada: FA D - Transporta íon Hidronio – H - - Forma reducida: FADH 2 - Forma Oxidada = NADP+ - O 2 e s e l receptor final de elétrons - Forma reducida = NADPH - Localizado preferencialmente en el citoplasma - E l Pi es una etiqueta y marca para biosíntesis - NADPH es formado e n la via de las pentoses Anillo iso-aloxazina R = H ou Pi 73 74 37  11/11/2024 Los transportadores: coenzimas 3) Existe un cargador activado de fragmentos de 2 Carbonos Las reacciones recurrentes del metabolismo → Coenzima A - Co A - Desempeñaun papel central en el metabolismo - En el catabolismo: oxidación de glucosa, de ácidos Las reacciones químicas que ocurren en el metabolismo son grasos y de AA repetitivas. - En el Anabolismo: biosíntesis de ácidos grasos 1) Reacciones de óxido-reducción (Óxido-reductasas) - Grupo funcional: Sulfidrilo Oxidación: pérdida de e- → donador de e- → será oxidado (agente - Enlace Tioéster → hidrólisis muestra ∆G 0 ‘= -7,5 redutor) kcal/mol Reducción: ganancia de e- → aceptor de e- → será reduzido (agente - Reacción lenta e n la ausencia de catalisador oxidante) 75 76 38  11/11/2024 Las reacciones recurrentes del Las reacciones recurrentes del metabolismo metabolismo 2) Reacciones de unión (ligasas) 1) Reacciones de Reducción (Oxidor-reductasas) - Unión de moléculas a expensas de la energía libre de la ruptura del ATP - Implica retirar (o donar) electrones de los metabolitos. - Participación directa de los transportadores de electrones: NAD+, NADP+ y FA D 3) Reacciones de isomerización (isomerasas) - Reacciones de reordenamiento molecular ➔ Prepara la molécula para reacciones posteriores. 77 78 39  11/11/2024 Las reacciones recurrentes del Las reacciones recurrentes del metabolismo metabolismo 4) Reacciones de transferencia (transferasas) 5) Reacciones de Hidrólisis (Hidrolasas) - Muy variables - El agua rompe un enlace → descomposición de macromoléculas - Grupo fosforilo es transferido del ATP para otra molécula - Ativación de sustrato 6) Reacciones para formar o romper Dobles enlaces (Liasas) - Se pueden agregar grupos funcionales a los dobles enlaces. - Los grupos funcionales se pueden eliminar formando dobles enlaces 79 80 40  11/11/2024 Control del flujo Control del flujo metabólico metabólico 1. Control alostérico - regulación de retroalimentación 3. ciclos de sustrato A B C D 4. Control Genético – Síntesis de proteínas en 2. Modificaciones covalentes - interconversión enzimática respuesta a las necesidades metabólicas. → Efecto de las hormonas consiste en modificar la conformación de una enzima, como consecuencia de la 5. Estado energético– Vías metabólicas no controladas unión reversible, de tipo covalente, que se establece entre grupos químicos de la por [ATP] y [ADP][ ATP ] + 1 [ ADP ] Inhibe vias Catabólicas proteína y una molécula de baja masa Carga Energética = 2 molecular. [ ATP ] + [ ADP ] + [ AMP ] Estimula vias Catabólicas 81 82 41