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Química Biológica General GLUCONEOGÉNESIS Y CICLO DE LAS PENTOSAS. Es un tipo de ruta metabólica para generar y/o almacenar energía. La gluconeogénesis es la formación de glucosa a partir de fuentes no glúcidos cuando la dieta es pobre en hidratos de carbono. Ocurre en el hígado, riñón, no en el mús...

Química Biológica General GLUCONEOGÉNESIS Y CICLO DE LAS PENTOSAS. Es un tipo de ruta metabólica para generar y/o almacenar energía. La gluconeogénesis es la formación de glucosa a partir de fuentes no glúcidos cuando la dieta es pobre en hidratos de carbono. Ocurre en el hígado, riñón, no en el músculo, por ende aquellos tejidos que no realicen esta acción deben tomar glucosa por medio del torrente sanguíneo. No es la “inversión” de la glucólisis en las cuales reacciones que son irreversibles en otros tejidos pueden ocurrir. Hay una regulacion muy fina entre la gluconeogénesis y la glucólisis que hace que no se superpongan y se realicen de acuerdo a los requerimientos celulares. Ciertos tejidos pueden tomar la energía de lípidos y otros carbohidratos, pero siempre realizan glucolisis. La glucosa es el requerimiento basal de toda célula.En células nerviosas y en los eritrocitos sólo usan glucosa como fuente de E. Carecen de la enzima glucosa-6 fosfatasa. ✔Los animales deben mantener estable la concentración de glucosa en sangre. ✔Cuando se agotan las reservas de azúcares se debe sintetizar glucosa por medio de la gluconeogénesis. ✔La gluconeogénesis es la biosíntesis de la glucosa- ✔Los sustratos principales son lactato, aminoácidos, piruvato y glicerol. La gluconeogénesis son reacciones anabólicas que a partir de piruvato van a formar glucosa. Se necesitan 2 moles de piruvato para formar 1 mol de glucosa. No son reacciones estrictamente inversas. Hay existencia de desvíos (regulación). Esta necesita regularse muy bien para que cuando se forme la glucosa esta no sea tomada por la hexoquinasa y comience el proceso de glucolisis La primera regulación está dada por el Oxaloacetato, que se encuentra en la mitocondria. El piruvato puede entrar a la mitocondria como sustrato inicial y transformarse en oxalacetato, sin embargo este no puede traspasar la membrana de la mitocondria. Entonces el mismo pasa a un intermediario denominado malato, donde se reduce por acción del NADH, atraviesa la membrana e ingresa al citosol, donde vuelve a pasar a oxalacetato por una oxidación también mediada por NAD+. (repasar puntos que suceden hasta llegar al segundo punto de regulación) NADH La enzima fructosa 1,6-bifosfatasa está muy regulada y es una enzima diferente, esto separa ambos procesos. y luego en el tercer punto de regulación de nuevo sucede algo similar, las enzimas difieren para el proceso de glucolisis y gluconeogenesis, en esta última se utiliza la glucosa 6-fosfatasa. Esta se encuentra en el RE, por ende la glucosa-6-fosfato entra en el retículo endoplasmático, es desfosforilado y pasa a ser glucosa, esta se encuentra nuevamente e n el citosol, y esta es transportada al torrente sanguíneo a partir de otro transportador En la imagen anterior vemos el gasto de energía en la gluconeogénesis. En resumen entre las dos vías: En el hígado se produce glucosa a través de lactato, que puede ser tomado por el torrente sanguíneo, luego es transformado a piruvato y se requiere un gasto de 6 ATP para realizar toda la cascada de reacciones bioquímicas vistas anteriormente. Esta glucosa se dirige a los órganos que no pueden realizar gluconeogénesis, como por ejemplo el músculo y luego en este lugar se produce la glucólisis. En la siguiente imagen se observan que el piruvato puede provenir de diversas fuentes Costo energético de la gluconeogénesis Proceso endergónico, disminución de la E libre; hidrólisis de enlaces de alta E. Se consume 2 ATP. Se consume 1 GTP. Esto sería para una molécula de piruvato, por ende los valores anteriores se multiplican por dos, 4 atp y 2 gtp en total. Ciclo de las pentosas fosfato - Vía alternativa a la glucólisis. - Vía que produce metabolitos útiles a partir de la glucosa. - Principal fuente de NADPH - Sirve para la formación de membranas, generar poder reductor del NADPH, y la formación de nucleótidos. Principal fuente cancerosa, la glucólisis se desvía a esta vía para obtener el requerimiento celular que necesitan las células cancerosas. Posee dos fases, la primera de ellas es la fase oxidativa, donde la glucosa 6-fosfato a partir de una enzima denominada glucosa-6-fosfato deshidrogenasa forma poder reductor de NADPH para formar 6-fosfogluconato, luego de una descarboxilación se forma la ribulosa 5-fosfato y esta forma la ribosa-5-fosfato que es precursor de los nucleótidos El ciclo de las pentosas fosfato es una vía que me sirve para formar poder reductor que activa esos antioxidantes que a su vez tiene el poder reductor de la coenzima, pero a la vez como es un ciclo que forma pentosas fosfato me sirve de precursor para la formación de nucleótidos ,coenzimas, adn y arn. La imagen anterior muestra la relación de los diversos procesos metabólicos vistos anteriormente. Si la célula necesita gran formación de nucleótidos y membranas, la glucosa se desviara para el ciclo de las pentosas. Cuando hay cáncer presente más del 90% de la glucosa se desvía para el ciclo de las pentosas, en condiciones normales alrededor del 20%. GLUCOLISIS Principal vía de catálisis de la glucosa. También se la llama vía de Embden-Meyerhof. Glucosa se desdobla en dos moléculas de pirúvico. Evolutivamente muy conservada (anaerobiosis). 2 fases distintas: 1) fase de inversión de energía que comprende las 5 primeras reacciones, 2) segunda fase de generación de energía, que comprende a las 5 últimas reacciones. La primera fase, la de inversión de energía, rompe el carbono y la segunda, consigue energía. Fase 1 o preparatoria: la hexosa sufre 2 fosforilaciones. Es escindida en dos triosas-fosfatos (gliceraldehido-3-fosfato). La célula invierte energía en esta fase para evitar que éstas moléculas no se escapen, son químicamente más reactivas que la glucosa. 1 glucosa → 2 gliceraldehido 3 fosfato Fase 2 Fase de crédito neto de E. La triosa fosfato sufre oxidación y re-distribución de elementos en la molec dando intermediarios de alta energía (formación de ATP) Todas las reacciones de la glucólisis se realizan en el citosol. TODAS LAS ENZIMAS INVOLUCRADAS EN LA GLUCÓLISIS SE ENCUENTRAN EN EL CITOSOL. FASE 1: La glucosa junto a una enzima denominada hexoquinasa que con la energía de 1 ATP forma la glucosa 6-fosfato, etapa irreversible. Luego la glucosa 6-fosfato junto a la enzima fosfoglucosa isomerasa la isomeriza a una fructosa 6-fosfato , para estas reacciones se necesita Mg2+ o Mn2+. Isomerización irreversible. La fructosa 6-fosfato junto a otro ATP pasa a fructosa 1,6-bifosfato. Se gasta ATP en esta reacción y es una reacción irreversible y muy regulada. La fructosa 1,6-bifosfato es tomada por una aldolasa dando como resultado dihidroxiacetonafosfato + gliceraldehído 3 fosfato. Estos son productos que tiene poco tiempo en la célula ya que son rápidamente inter convertidos en triosas fosfato. La triosafosfato isomerasa interconvierten la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehído 3 fosfato. Por lo tanto de una glucosa se obtienen dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato. Solo este último puede continuar la vía metabólica. Balance fase 1 1 Molécula de glucosa da: MAS Dos moléculas de gliceraldehido-3-p. MENOS Una molécula de ATP (GASTO) Fase 2: Primera formación de ATP. El 1,3 bifosfoglicerato + ADP forma el 3 fosfoglicerato a través de la fosfoglicerato kinasa, con presencia de Mg2+ + la formacion de ATP. Luego el 3 fosfoglicerato mediante la enzima fosfoglicerato mutasa, de nuevo en presencia de Mg2+, forma el 2-fosfoglicerato, hay una transferencia intramolecular del radical fosfato El 2 fosfoglicerato sufre una deshidratación a través de una enolasa y se forma un fosfoenolpiruvato Luego de esta reacción se va a producir una que dará otra molécula de ATP y la formación del piruvato. El fosfoenolpiruvato en presencia de ADP junto a la piruvato kinasa forma ATP y piruvato BALANCE 1 mol de glucosa - 2 mol de ATP (1 f) + 4 moles de ATP (2 f) 2 x 2 (2 gliceraldehídos). Un total de 14,6 Kcal por mol de glucosa metabolizada. Reacción total→ La degradación anaerobica da como producto la fermentación alcohólica y la fermentación láctica. CICLO DE KREBS Punto esencial en el metabolismo de todos los seres vivos. El metabolismo es el conjunto de reacciones celulares biosintéticas y degradativas con liberación de energía. PUEDE DIVIDIRSE EN 2 CATEGORÍAS PRINCIPALES: - El CATABOLISMO: PROCESOS RELACIONADOS CON LA DEGRADACIÓN DE LAS SUSTANCIAS COMPLEJAS - El ANABOLISMO: PROCESOS RELATIVOS A LA SÍNTESIS DE MOLÉCULAS ORGÁNICAS COMPLEJAS. PRESENTA 3 NIVELES DE CONVERSIÓN: - NIVEL 1-INTERCONVERSIÓN DE POLÍMEROS Y LÍPIDOS COMPLEJOS CON LOS INTERMEDIARIOS MONOMÉRICOS - NIVEL 2: INTERCONVERSIÓN DE AZÚCARES MONOMÉRICOS, AMINOÁCIDOS Y LÍPIDOS simples CON LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS AÚN MÁS SENCILLOS (Intermediarios metab. Piruvato, Acetil-CoA, etc.) - NIVEL 3: SÍNTESIS DE PEQUEÑAS MOLÉCULAS Y DEGRADACIÓN FINAL HASTA COMPUESTOS INORGÁNICOS Otros conceptos: Proceso ANFIBÓLICO: Proceso metabólico que puede ser catabólico o anabólico. Las rutas de producción de Energía mediante la degradación de compuestos orgánicos (Catabolismo) generan Intermediarios que se usan en los procesos de Biosíntesis (Anabolismo) Metabolismo Intermediario: comprende todas las reacciones de generación y almacenamiento de Energía Metabólica y su empleo en la síntesis de compuestos de bajo PM y de almacenamiento energético. Metabolismo Energético es la parte del Metabolismo Intermediario formado por las rutas que generan o almacenan Energía metabólica. Glucolisis, Ciclo de Krebs, Cadena Respiratoria, etc. La mayoría de organismos obtienen la energía y materia prima a partir de la combustión de la glucosa u oxidación de grasas, proteínas, etc. Los organismos AUTÓTROFOS: sintetizan la glucosa y el resto de los compuestos orgánicos a partir del carbono inorgánico CO2 Los organismos HETERÓTROFOS sintetizan sus metabolitos orgánicos a partir de compuestos orgánicos que han de consumir. Las Plantas son AUTÓTROFAS (fotosíntesis) y los Animales HETERÓTROFOS. Prácticamente todos los organismos Multicelulares y muchas bacterias son AEROBIOS, dependen de la RESPIRACIÓN, acoplando la generación de E con la oxidación de nutrientes. Otros son ANAEROBIOS: no requieren Oxígeno para obtener Energía metabólica. Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido cítrico o Ciclo del ácido Tricarboxílico: Ruta central de oxidación de todos los combustibles metabólicos presentes en organismos y tejidos aerobios para la obtención de energía. La energía la podemos obtener de las proteínas, grasas o glucosa, esta a partir de la glucólisis obtenemos el piruvato el cual se descarboxila y nos da como resultado una Acetil CoA, intermediario clave para el ciclo de krebs. SIn embargo no es la única fuente en donde podemos obtener el Acetil CoA, este se puede obtener a partir de los ácidos grasos a partir de la 𝜷-oxidación o por los procesos de degradación de los aminoácidos. El ciclo del ácido cítrico ocurre en la mitocondria. Dentro de esta hay capas, hay sacos membranosos,tilacoides. Una célula puede tener múltiples mitocondrias. El ciclo de krebs comienza con la Acetil CoA proporcionado por el piruvato. El piruvato es descarboxilado por una deshidrogenasa. El ciclo de krebs produce coenzimas reducidas, las cuales son transportadores de e- que van a entrar en la cadena respiratoria que vana producir la formación de ATP. El intermediario clave no es el acetato sólo sino el mismo pero activado con la Coenzima A ¿Cómo se activa? con la coenzima mencionada anteriormente con un grupo acetilo para formar el acetil coa. Este se produce dentro de la mitocondria a partir del piruvato que llega del citosol a partir de la glicolisis, este se descarboxila y se une a la coenzima a para formar acetil coa. La enzima que interviene es la piruvato deshidrogenasa y como consecuencia se reduce la coenzima NAD+. En el esquema vemos como el piruvato pierde Co2 y en presencia de estas coenzimas se produce un acetaldehido activado que reacciona con el ácido lipoico que transfiere e- que se transfieren al FAD y finalmente al NAD y se produce entonces el intermediario clave. Las enzimas que se encuentran involucradas son aquellas que oxidan los compuestos orgánicos. -Puede haber una transferencia electrónica y la donación de un H → deshidrogenasas. - Si el sustrato que interviene directamente es una molécula de oxigeno → oxidasas - Hay un sustrato que reacciona con el O y se oxida → Oxigenasas El ciclo de Krebs posee una naturaleza cíclica donde tiene 8 pasos fundamentales. Donde provienen de la condensacion del acetato activado junto el oxalacetato donde se forma el citrato , este deshidrata y posteriormente se rehidrata a traves de una enzima denominada conitasa (muy especifica por el isomero D y puede ser inhibida por un fluorocetato) y forman un intermediario, el cis aconitato y finalmente un isomero del citrato, el isocitrato. Este pierde CO2 y se oxida, reduciendo el NAD. Se forma el ⲁ-cetoglutarato, este vuelve a decarboxilarse oxidante y reduciendo una segunda molécula de NAD y se produce succinil-coA. En estas primeras 4 reacciones hemos perdido dos C en forma de CO2 y se han sintetizado 2 coenzimas reducidas NAD. En la segunda etapa del ciclo se regenera el oxalacetato para que con una 2da molécula de acetil coa vuelva a generar el citrato y se vuelva a repetir el ciclo. Se genera una molécula de GTP o ATP a partir de succinil-CoA que contiene una alta energía y pasa a succinato y sucede lo que se conoce como fosforilación del sustrato, porque el ADP se convierte en ATP o GDP en GTP. El succinato se deshidrogena, reduciendo el FAD y se forma fumarato, este luego pasa a malato, este se deshidrogena, se oxida generando una 3era molécula de NAD reducido generando oxalacetato. A lo largo de todo el ciclo se han generado: 3 moléculas de NADH, 1 molécula de FADH2 y 1 molécula de ATP o GTP. ETAPAS ENZIMÁTICAS Y METABÓLICAS DEL CICLO DE KREBS: PASO 1: El primer paso es la condensación. El acetil coa pierde un H y forma un carbanion, ese mismo carboanion de acetil coa activado hace un ataque nucleofílico sobre el C carbonílico del oxalacetato y se forma un intermediario denominado Citroil-CoA que finalmente da lugar al citrato. Reacción exergónica. PASO 2.A: ocurre una deshidratación. El citrato pasa a ser cis-aconitato. PASO 2.B: rehidratación. el cis aconitato se rehidrata y forma el D-isocitrato. Este último es un isomero del citrico del citrato que es un compuesto tricarboxílico. Reacción endergónica PASO 3: Descarboxilación de isocitrato a oxalosuccinato y el compuesto final es el ⲁ-cetoglutarato. En este paso se oxida el NAD. PASO 4: Descarboxilación del ⲁ-cetoglutarato a succinil coA, con pérdida de C en forma de CO2 y formación de NADH. reacción exergónica. PASO 5: Fosforilación a nivel sustrato. Se forma ahí mismo ATP o GTP utilizando la alta energía del succinil-CoA. Al hidrolizarse ese succinil-CoA con GDP o ADP se forma succinato y ATP o GTP. La interconversión depende de los requisitos o requerimientos de la célula. PASO 6: deshidrogenación del succinato en fumarato con formación de FADH2 reducido. PASO 7: Hidratación del fumarato para dar como resultado malato. Reacción exergónica. PASO 8: deshidrogenación del malato para dar como resultado al oxalacetato con la obtención de una molécula reducida de NADH. Reacción exergónica que se acopla inmediatamente junto a la condensación del Acetil CoA nuevo Veamos el ciclo junto con los nombres de las enzimas que están involucradas en el ciclo. Este ciclo puede funcionar más rápido o más lento y todo va a depender de la cantidad de sustratos, de intermediarios y de la energía química que haya presente o no en la célula y de la presencia de coenzimas reducidas. Bajo nivel de ATP y alto nivel de ADP o de AMP, el ciclo de krebs se activa y funcionara mas rapido. Si hay un exceso de AcetilCoA, NADH o ATP, el ciclo funcionará más lento, si tenemos bajos niveles, elc cilo funcionara mas rapido. PRINCIPALES FUNCIONES BIOSINTÉTICAS DE ALGUNOS INTERMEDIARIOS DEL CICLO DEL AC. CÍTRICO. Algunos intermediarios pueden ser utilizados fuera del ciclo de krebs y administrar guiar otras vías para producir otros compuestos. Estas vías se conocen como anapleróticas porque alimentan otras vías para sintetizar compuestos. Las vías de degradación que contribuyen a estos intermediarios se conocen como vías catapleroticas. El ciclo de ácido cítrico se puede inhibir. Por ejemplo: El ciclo se mueve de manera unidireccional porque es energéticamente conveniente. Las coenzimas reducidas obtenidas entran a la cadena respiratoria como transportadores electrónicos. Aporten esos electrones y permiten que haya síntesis a partir de la energía que aporta ese transporte electrónico de ATP por acción de un complejo enzimático que está acoplado a la cadena respiratoria que es la ATP-sintetasa y produce el ATP. CADENA RESPIRATORIA. Es una continuidad del ciclo del ácido cítrico. A partir de los diversos alimentos que se consumen se obtienen diversas macromoléculas, donde a partir de la hidrólisis y diversos efectos metabólicos se general los monómeros que forman estas macromoléculas. La glucosa y otros monómeros por diversas vías de degradación dan lugar al piruvato , donde este se conviertene en AcetulCoa por una descarboxilasa, entra al ciclo de krebs y produce poder reductor en forma de NADH el cual va a transportar e- que entran a la cadena respiratoria, el transporte de e- el cual va a otorgar la energia necesaria en la activación de la enzima que produce ATP. En la visión general de la degeneración oxidativa de energía→ hay 6 pasos de deshidrogenación. Hay 4 deshidrogenaciones típicas en el ciclo del ácido cítrico, en estos pasos el compuesto orgánico se oxida y se reducen las coenzimas que actúan como transportadoras de e- en la cadena respiratoria. Las coenzimas reducidas se oxidan cuando entran a la cadena respiratoria de transporte de e- donde el O va a tomar esos e- y se va a transformar en H2O. Esa transferencia de e- hace que sumamente favorable hace que saquen H + fuera de la mitocondria y esa energía de gradiente favorable hace que, cuando los H + vuelven a favor del gradiente activan la enzima que produce ATP. Sintetizando ATP a partir de ADP junto con la enzima ATP-sintetasa. El proceso ocurre en las mitocondrias. En las células procariotas la respiración celular ocurre en las membranas. La mayoría de los transportadores electrónicos de la cadena respiratoria están embebidos en la membrana mitocondrial interna. La Cadena Respiratoria es un conjunto de Transportadores Electrónicos Respiratorios en la Mitocondria, poseen complejos enzimáticos, coenzimas orgánicas. grupos prostéticos, centros Fe-S y citocromos. Son 5 complejos más el de la ATP-sintetasa. Esta cadena va transfiriendo los e- producidos por las coenzimas reducidas que se oxidan. Estos e- van pasando por los diversos complejos enzimáticos con poder reductor y con potenciales redox cada vez más favorables haciendo que los e- se vayan transfiriendo de un complejo a otro. Esta energía favorable que se produce al transferir los e- es utilizada para sacar H+ del espacio mitocondrial en contra de su gradiente y de esa forma cuando los protones sse acumulen afuera van a volver a favor del gradiente y esa energía va a ser aprovechada por la última estructura proteica que es el complejo 5 de la ATP-sintetasa. Entre los complejos hay presencia de compuestos solubles en la membrana como es la coenzima Q que transporta e- y el citocromo. Esos e- son transferidos al O donde se forma el agua finalmente. La cadena respiratoria utiliza como compuesto fundamental es la coenzima reducida y la enzima que va a oxidar al NAD es la nad deshidrogenasa, este es el complejo 1 donde se oxida la coenzima NAD y se transfieren los e- a un complejo flavina nucleótido y a un centro Fe-S. El electrón proveniente del NAD pasa por diversas enzimas y centros hasta llegar al complejo 2 y de este llega a la coenzima Q que se reduce y después va a poder transferir los e- a los pasos siguientes. El NAD es la coenzima clave en los procesos catabolicos, pero en los procesos anabólicos se suele utilizar el NADPH. La enzima transhidrogenasa que puede transformar el NADfosfato a NADH y a su vez cada NAD puede dar al menos 3 moléculas de ATP. Para la Identificación de los Componentes de la Cadena se utilizaron 1- Espectrofotometría diferencial en mitocondrias intactas 2- Uso de inhibidores respiratorios y aceptores e- artificiales 3- Fraccionamiento Mitocondrial La cadena respiratoria está formada por complejos multiproteicos en el ensamblaje respiratorio. El complejo I que está formada por la NADH-coenzima Q oxidorreductasa sobre la cual el NADH transfiere los e- al FMN y luego al centro Fe-S y esto finalmente a la coenzima Q. Y el complejo II que es la succinato coenzima Q reductasa que proviene del ciclo de krebs, de la succinil CoA ue se transforma en succinato y que reduce el FAD, este FAD es aquel que transportará e- a un centro Fe-S y a un citocromo y luego finalmente a la coenzima Q, la cual trasladara los e- al complejo III y este al citocromo C que se encuentra inmerso en la membrana y estos electrones al complejo IV que es el citocromo oxidasa en un complejo que involucra varios citocromos, este finalmente transfiere los e- al oxigeno que dará finalmente agua. La energía obtenida a partir de esto ayudará a la síntesis de ATP, mediante el complejo V que es la ATP sintetasa. ¿Qué pasa con el NADH que proviene de otras vías? Hay lanzaderas para la transferencia de equivalentes reductores desde el citosol a la mitocondria dado que NADH no atraviesa la membrana. Le puede transferir e- a compuestos que reducirán el FAD y este sea transportado a la mitocondria o al oxalacetato que forma parte del ciclo del ácido cítrico y reduce el NAD que está dentro de la mitocondria. Cada NAD que interviene en la cadena respiratoria y se oxida transfiere e- que dan lugar a la formación de al menos 3 moléculas de ATP en la cadena respiratoria transfiriendo a un átomo de O que va a dar lugar al H2O. Mientras que un FADH va a aportar 2 ATP por cada átomo de O. A lo largo de la cadena respiratoria ocurre una cadena de e- que se van pasando de un complejo a otro, de un centro Fe-S, coenzima Q, citocromo, etc. Que puede hacer que puede ser inhibido en un momento en particular. Si la reacción es completa se producen 3 ATP por mol de O. Cada paso aporta a la formación de ATP, este mismo proviene del transporte electrónico, y este mismo da la energía para que los H+ salgan fuera del gradiente y al volver a favor del gradiente produzcan ATP. La cadena respiratoria conforma un transporte vectorial de protones mediante los complejos de la cadena respiratoria. A medida que los e- se van transportando esa energía favorable que se produce es utilizada para sacar H + en contra del gradiente , sacarlos de donde hay menos hacia donde hay más. Por lo tanto aumenta la concentración de protones en el espacio intermembranoso, estos luego vuelven a favor del gradiente aporta energía y eso hace activar la rueda del complejo V qu es el de la enzima que hace que sintetice ATP a partir de ADP. Complejo V: ATP Sintasa usa la Energía potencial del Flujo de H+ a través de la membrana a favor del gradiente para sintetizar ATP. Cuando la fosforilación oxidativa está acoplada a la cadena de transporte de e-, esos e- que se transfieren aportan la energía para sintetizar ATP. Si está desacoplada solo se transfieren los e- pero no se produce ATP. Cada uno de los pasos anteriores pueden ser inhibidos por diversas sustancias que ayudan a descifrar la composición de esta cadena. Cada una de estas transferencias de e- y de H+ van a permitir a posteriori si se encuentra acoplada la fosforilación oxidativa con el transporte electrónico, la síntesis de ATP a partir del NAD que se oxida y de cada FAD que entra a partir del complejo II. REGULACIÓN METABÓLICA Homeostasis Estado estacionario, de balance o equilibrio entre el medio interno de la célula y el medio externo Medio interno aproximadamente constante dentro de cierto rango. Respuestas a cambios y señales del medio ambiente conllevan a: Cambios Metabólicos Ejm. Insulina mantiene Cuando ingerimos alimentos tenemos energía que hace que se realicen reacciones energéticamente favorables producen moléculas que hacen que se oxiden y se degradan en el proceso de catabolismo. Esto genera una gran cantidad de ATP que va a permitir que las reacciones anabolicas que son energéticamente desfavorables den lugar a la síntesis de las macromoleculas que necesita la célula El flujo de metabolitos por una Ruta u otra está gobernado por la aceleración o desaceleración de una determinada etapa (Reacción Química) La velocidad de una reacción puede regularse de distintas formas: V = Kcat [E-S] La regulación se puede dar a través de la velocidad de reacción. La Kcat está relacionada con los factores ambientales (pH, temperatura) y el [E-S] cantidad y/o calidad de Enzima, concentración de Sustrato (y disponibilidad) va a regular la velocidad, acelerando o desacelerando las reacciones químicas. La célula viva es como una Fábrica, en donde las Enzimas son las máquinas que producen los Productos finales a partir de las materias primas. Enzimas dispuestas en Líneas de Ensamblaje llevan a cabo Pasos Secuenciales de una Ruta Metabólica. Para que funcione de manera eficaz, se necesita: COORDINACIÓN y REGULACIÓN Principales Mecanismos de Control Metabólico Mecanismos que controlan la ACTIVIDAD ENZIMÁTICA. Mecanismos que controlan la SÍNTESIS Y DEGRADACIÓN de Enzimas. En células eucariotas, COMPARTIMENTACIÓN. Acción HORMONAL y otros Mensajeros Químicos. VEAMOS 1 POR 1 LOS DIVERSOS CONTROLES METABÓLICOS. 1- Regulación Metabólica por modificación de la cantidad de Enzima Control de la Expresión Génica: - Control Génico por Inducción - Control Génico por Represión Este control se puede realizar controlando las diversas etapas de la expresión génica. El control de la transcripción, procesamiento del mensajero, transporte del mensajero, de la traduccion de la proteína, de la degradación del mensajero inactivando, etc. Una célula puede cambiar la Expresión de sus Genes en respuesta a SEÑALES o CONDICIONES EXTERNAS. Aquellas proteínas que son enzimas constitutivas que participan del metabolismo y los procesos centrales están expresadas en grandes cantidades en la célula. Pero aquellas que constituyen vías de metabolismo muy particulares o que solo se requieren en determinados momentos están presentes en muy baja cantidad. Dependiendo de la situación metabolica una proteína que hace falta para procesar se induzca o se desactiva para procesar diversas cosas. 2- Regulación Metabólica por Modificación de la Actividad Enzimática Mediante interacción reversible con los ligandos: Sustratos, Productos o Modificadores Alostéricos. Mediante Modificación Covalente de la molécula proteica. Modificaciones post-traducción Mediante Proteólisis parcial. La enzima, que es una proteína, se sintetiza en una forma compleja y luego cuando hace falta que se active se degrada parcialmente y se pone en marcha la activación enzimática. Estos mecanismos de regulación por disponibilidad de sustrato por formación del producto final e inhibición del mismo son muy usados en células eucariotas donde se puede cambiar la disponibilidad del sustrato, por ejemplo si el SUSTRATO se encuentra en un Compartimiento distinto al de la ENZIMA, la Reacción NO Procede, el sustrato entonces tendrá que ser transportado o transferido tendrá que ser accesible para que la reacción tenga lugar. Inhibición por Retroalimentación Negativa Si E1 es la Enzima del Paso Limitante, E1 es la Enzima Clave, pero todos los pasos contribuyen. Control Distributivo El producto final (E) inhibe a la Enzima clave Estado conformacional T→ más débil Estado conformacional R→ de mayor actividad Suelen estar en los primeros pasos de una reacción enzimática y suelen ser las enzimas limitantes Una manera de controlar también las enzimas es mediante la generación de Proenzimas Para que estas enzimas no dañen el páncreas se encuentran en forma de proenzimas o con inhibidores que las mantienen inactivas, para que luego se liberen y vayan a los tejidos donde se necesita degradación. 3- Regulación Metabólica por Compartimentación Se destaca la división del trabajo, donde las Enzimas que participan de una ruta, están situadas en un mismo Compartimento subcelular. Esto aumenta la eficiencia de la función celular. RNA polimerasas en núcleo y nucleolo; Enzimas del Ciclo del Ácido Cítrico en mitocondrias. Se ASOCIAN, forman Complejos Multiproteicos y Estructuras Supramoleculares. La actividad de una Enzima puede cambiar por la presencia o ausencia de ciertos reactivos en el compartimiento de la Enzima: Cofactores, Coenzimas, AMPc, H + Permeabilidad selectiva de metabolitos, Transportadores específicos. Así es como podemos ver que en una célula la presencia de estos compartimentos ayuda a las reacciones metabólicas y hace que los diversos compartimentos de la organela se dediquen o se concentren a realizar determinadas actividades enzimáticas. 4- Regulación Metabólica por Acción Hormonal La actividad de una Enzima puede cambiar en respuesta a mensajes que llegan del medio externo, de otros tej. y órg., etc.: Implica la Transducción de una Señal. Los Mensajeros extracelulares son Hormonas, Neurotransmisores, Factores de Crecimiento, etc. Actúan sobre Receptores específicos en células “blanco” y desencadenan una Cascada Bioquímica para generar un Cambio Metabólico. 2 Tipos de Respuestas Metabólicas: - Hormonas Esteroides: Actúan sobre el Núcleo y regulan la Transcripción. Regula la expresión génica. - Utilizan 2dos Mensajeros: Amplificación de la Señal. Cascadas de reacciones. SISTEMA DE SEGUNDOS MENSAJEROS: posee un sistema modular que cuenta con un receptor y un transductor. En la membrana de la célula habrá un receptor que es una proteína, que estará acoplada a una proteína traductora. Cuando llega un primer mensajero, este interacciona con el receptor, el receptor se activa y comunica al transductor para que se active también, intercambiando una molécula de GTP por GDP, esto hace que el transductor active una proteína denominada efector que es una enzima que es una adenilato ciclasa que va a aumentar la cantidad de AMP cíclico a partir de ATP. El AMP cíclico es el 2do mensajero, fosforila kinasas que son proteínas carrier, estas iran al núcleo y generarán una respuesta metabolica. Hay elementos que activan esta cascada y otros que la reprimen. Estas reacciones están altamente reguladas. La regulación metabólica implica una gran coordinación y regulación. Existe un control distributivo del metabolismo. Todas las enzimas contribuyen al desarrollo de una reacción, no solamente depende de la enzima limitante. TRANSMISIÓN NERVIOSA: Neuronas: células específicas del sistema nervioso, son células excitables, también a las neuronas la acompaña las células gliales que son muy importantes para dar funciones de apoyo, de soporte a las neuronas, entre ellas facilitar el impulso nervioso a traves de células especiales que forman la mielina que recubren los axones. El axón de una neurona se puede encontrar a una larga distancia del cuerpo celular de la neurona, este axón está haciendo sinapsis con otra parte. Este puede medir desde nm a m. Este tiene que realizar de manera muy eficiente el paso de la información nerviosa que de lugar a el impulso nervioso que se transforma en el potencial de axón que se propaga a lo largo de la neurona, a lo largo del axón y que va a llegar al terminal nervioso y se transmite a la siguiente neurona. La neurona se encuentra en constante remodelación, lleva a cabo los procesos metabólicos vistos esto sucede por los procesos metabólicos y la función de organelas y de compuestos biológicos que se transportan a lo largo del axón y que dan lugar a lo denominado: transporte axonal en dirección hacia la terminal nerviosa denominado Anterogrado, si este transporte es inverso se denomina transporte axonal Retrógrado. Las propiedades de membrana de las neuronas y su axón es lo que hace del transporte de iones de un lado a otro de la membrana para generar una diferencia de potencial y que esa diferencia de potencial se transformará en un potencial de acción que se propagara a lo largo de todo el axón. Por fuera del axón de la neurona se encuentran determinadas concentraciones de iones que dentro de este se invierten.No hay una difusión pasiva continua, sino que hay bombas iónicas que hacen el transporte activo de iones en contra de su gradiente con gasto de ATP y eso genera un potencial de reposo, una diferencia de potencial donde hay mayor [Na+] fuera que dentro, esto genera un voltaje de alrededor de -60 mV que implica que la membrana interna está polarizada con un potencial menor de -60, es un potencial de estado estacionario. La diferencia de potencial va a poner en marcha un transporte facilitado que va a permitir que entre Na+ al interior del axón y salga K+, esto es la base del potencial de acción dando una corriente eléctrica en ondas que se va a propagar desde una punta hacia la otra en una dirección. Si la especie es un anión en la tercera ecuación se invierte el orden del cociente del log Entonces podemos usar el axón gigante de calamar para hacer registros de potencial de reposo en estado estacionario y también de estímulos nerviosos cuando aplicamos una corriente o un estímulo a tiempo=0 que saca las condiciones de membrana del axón del estado estacionario y de su reposo. Cuando se aplica una corriente estímulo la diferencia de potencial a lo largo del axón y puntualmente en la zona del estímulo va a cambiar, este potencial va a cambiar hasta hacer + que va a estar similar al potencial del [Na+], mientras que el del K+ está más cerca electroquímicamente al potencial de reposo esto genera finalmente un potencial de acción. Para que esto tenga lugar se deben abrir los canales de transporte facilitado disparados por el voltaje aplicado por la corriente eléctrica y que permiten que un canal que está cerrado, al pasar la corriente eléctrica se abra y permita el flujo de iones de un lado a otro momentáneamente hasta que se inactivo y luego se cierre. En un primer momento el canal se encuentra cerrado, cuando aplicamos la corriente eléctrica ocurre la despolarización de la membrana. Se abre el canal y dado que el Na+ está muy concentrado fuera y muy poco dentro va a permitir el flujo de Na+ a través del canal de la parte externa a la parte interna. Esto va a hacer que el potencial de membrana que estaba polarizado, en reposo, negativo dentro, se vuelva positivo dentro y de esa forma se despolarice. Luego de esto el canal se va a inactivar, se va a cerrar y así se completa la onda que genera el potencial de acción y se va a propagar de un lado a otro. Las bombas iónicas van a sacar en el estado de reposo el Na+ que entró en contra de su gradiente por fuera del axón, donde se encuentra más concentrado. en una primera luego del estímulo incrementan los niveles de Na+ y luego bajan y para que se compense la situación de reposo el Na+ que ha entrado será reemplazado por el K+. Entonces una vez que entró el Na+ y despolarizar la membrana, sale el K+ y devuelve el potencial de acción al nivel de potencial de reposo alrededor de -60mV. Características del Potencial de Acción Se propaga como ondas No disminuye con la distancia y se renueva en forma continua Fenómeno todo o nada. Presenta un periodo refractario, saturación del SN Mielinización del axón: el axón está recubierto por una membrana de las células gliales que conforman la mielina, que está constituida por lípidos y que actúan aislando y facilitando el impulso nervioso. Las células gliales en específico las células de schwann, lo cubran y lo protejan al axon quedando aislado y protegido por capas membranosas de mielina que forman la célula glial. La propagación del impulso nervioso va a ser saltatorio donde se concentran los canales iónicos dependientes del voltaje. Poder actuar frente a diversos estímulos se debe a las conexiones entre las neuronas y las células, esas conexiones se denominan sinapsis y se tienen que dar sobre los procesos cortos que son las dendritas o los procesos largos que son los axones La propagación del impulso nervioso debe ser rápida y eficiente en el orden de milisegundos, esto se da a través de un mensaje, este mensaje será un neuroquímico que va a transformar el impulso nervioso generado por el cambio en la conductancia y en los iones de un y otro lado del axón generando un potencial de acción transformándolo en un mensaje químico que va a llegar a la célula vecina. La transmisión eléctrica acopla una transmisión química en el punto de sinapsis. La neurona 1 ha recibido un potencial de acción que se propagó a lo largo de todo el axón y al llegar al terminal nervioso ese potencial de acción hace que ingrese Ca2+ independiente del voltaje, esa despolarización hace que en el terminal nervioso hace que las vesículas que contiene los mensajeros químicos, los neurotransmisores se fundan con la membrana presináptica liberen en el espacio intersináptico esos mensajeros químicos y estos lleguen a la membrana postsináptica de la neurona 2 y van a actuar despolarizando la membrana provocando un potencial de acción que se va a transmitir y propagar en la segunda neurona. Cuando el impulso nervioso llega al final, ese cambio de voltaje, ese potencial de acción hace que se abran los canales de Ca2+ en el terminal. Esos canales de Ca2+ van a despolarizar aún mas el terminal nervioso y que las vesículas se fundan con la membrana plasmática del terminal y que liberen el contenido de neurotransmisores a la neurona B. En el terminal sináptico ocurre la liberación de neurotransmisores. Cuando ocurre un impulso se abren las vesículas del terminal sináptico haciendo que los neurotransmisores actuen con los receptores de la neurona 2. FOTOSÍNTESIS: Es el proceso de conversión de la energía solar en energía química. Mediante la fotosíntesis las plantas, algas y algunas bacterias se proveen a sí mismas de la energía necesaria para la síntesis de compuestos orgánicos. Por esta razón son organismos autótrofos. En cambio, los organismos heterótrofos no llevan a cabo este proceso y deben consumir otros organismos para proveerse de nutrientes. La fotosíntesis ocurre en dos etapas. Reacciones que son dependientes de la luz y otras que son independientes de la luz. En una parte vamos a tener la energía lumínica captadas por las plantas, Necesitamos la acción del agua que se fotolisa Por acción de esta energía, libera los electrones necesarios Para que se produzca la reacción de fotosíntesis, y en esa fotolisis del agua se libera oxígeno. Se produce ATP y NADH (guarda los e- provenientes del agua). Estas 2 productos entran a la serie de reacciones independientes de la luz. Se produce la fijación de CO2 provenientes de las plantas el cual va a ser transformado en azúcar por medio del ATP y NADH. La hoja es el órgano fotosintético. Los estomas son poros que conectan la hoja con la atmósfera donde se va a producir el intercambio de gases. El cloroplasto es un órgano fotosintético, es donde se llevan a cabo las reacciones fotosintéticas. Poseen doble membrana y poseen una solución dentro denominada “estomas de cloroplastos”. Dentro de este se encuentra una serie de membranas internas denominadas membranas tilacoides, hay una serie de proteínas y pigmentos fotosintéticos. Dentro de las membranas tilacoides hay un espacio vacío denominado lumen. Cada una de las pilas de las membranas tilacoides se denomina grana. ¿Cómo se lleva a cabo la fotosíntesis en el cloroplasto? Las reacciones dependientes de la luz se encuentran en las membranas tilacoides. Los productos obtenidos de las reacciones luminosas (ATP y NADPH) pasan al estroma del cloroplasto donde se producen las reacciones de fijación del CO2 ¿Cómo se capta la energía lumínica?En los tilacoides se encuentran pigmentos, moléculas capaces de absorber la luz solar. El principal pigmento en la membrana tilacoide es la clorofila A. Estas se encuentran en grupos y se empaquetan. El anillo porfirínico seria donde propiamente ocurre la absorción. La cola hidrocarbonada sirve para poder fijarse. El principal pigmento es la clorofila a. Los pigmentos accesorios permiten expandir el rango de absorción de luz. Clorofila b en plantas terrestres, algas y cianobacterias Carotenoides, en todos los sistemas que utilizan clorofila a Ficoeritrina, en algas y cianobacterias Ficocianina en cianobacterias La función de los pigmentos fotosintéticos es captar la luz solar. La clorofila A y los carotenoides se unen en las membranas tilacoides formando los “clusters”. Toda la energía que se absorbe se condensa en lo denominado centro de reacción donde se va a producir la reacción de transferencia de e-. Los pigmentos fotosintéticos se van transfiriendo la energía por vibración molecular, todas las moléculas absorben y le pasa la energia a las moléculas vecinas hasta que esta energía se condensa y se dirige hacia una molécula de clorofila especiales, tienen la propiedad de tomar la energía y utilizarla para promover un e-, que se coloca sobre una molécula de NADPH. En las plantas hay 2 fotosistemas, el fotosistema 1 y el fotosistema 2. Se encuentran en las membranas tilacoides, consisten en clusters, que poseen un centro de reacción (P→ PIGMENTO, 680→LONGITUD DE ONDA ÓPTIMA). Estos 2 fotosistemas cuentan con la característica de trabajar en serie y lo que los une es una serie de transportadores electrónicos de la mitocondria, en donde se van transfiriendo los e- promovidos hasta que este sea finalmente transferido a la coenzima NADPH. El fotosistema 2 toma toda la energía proveniente de la energía lumínica, esta se condensa y se cede al centro de reacción. El centro de reacción es capaz de ceder un e-, quedando un hueco electrónico que es rellenado por e- provenientes del agua. El e- cedido por el pigmento 680 ahora son transportados y se almacena energía como ATP, ese e- ahora rellena el hueco electrónico del fotosistema 1 que hizo el mismo procedimiento que el fotosistema 2. La plastoquinona, uno de los transportadores e-, cede el e- proveniente del fotosistema 2 al citocromo, otro transportados electrónico y este a la plastocianina, que aporta el e- para rellenar el hueco electrónico del fotosistema 1, el e- cedido por el fotosistema 1 pasa por otros transportadores para ser transferidos a la coenzima reducida. En la membrana tilacoide hay un alto gradiente de potencial electroquímico y en el estroma hay un bajo potencial electroquímico, los H+ tienden a difundir (difusion pasiva), este flujo de H+ integra una energía, ya que hay un flujo a favor del gradiente y esa misma energía se acopla a la síntesis de ATP. Se transforma la energía lumínica captada del sol y la transforma en energía química a través de la bomba ATPasa, donde se forma un gradiente de H+ y logra esa energía almacenarse en forma de ATP y los e- son capturados en la coenzima reducida. Reacciones independientes de la luz. Ciclo de Calvin. El RuBP reacciona carboxilandose con 6CO2. El producto son 12 moléculas de ácido fosfoglicerato. En la siguiente etapa el ácido es reducido a un aldehído (gliceraldehido-3-P), en este proceso se utiliza el ATP y las coenzimas reducidas que son el producto de las reacciones dependientes de la luz, en este punto se ve la unión de ambas. En la siguiente reacción se ven los productos de la fotosíntesis. Ciclo total en imágenes→ paso 1) PASO 3) Paso 4) Muchas plantas fijan CO2 de una forma diferente ocurre en dos tipos de reacciones. En estas plantas el C lo fija una enzima y después de una carboxilación da un compuesto de 4 C. Esto sucede en una célula denominada célula del mesófilo. El CO2 es fijado en forma de ácido carbónico, la enzima que actúa es la fosfoenolpiruvato carboxilasa fija el C en una molécula de fosfoenolpiruvico. La molécula de C4 se traslada a otra célula denominada célula de la vaina del haz, en esta misma célula el compuesto de C4 se descarboxila, forma CO2 y este último entra al ciclo de calvin. la molécula C3 restante reinicia el ciclo con un gasto adicional de ATP. Esta enzima puede reaccionar también con el O Las plantas C4 lo que hacen es tratar de evitar la oxigenación, o sea, la fotorespiración, formando como solución el ácido carbónico. La fotorrespiración reduce la eficiencia de la fotosíntesis. Altas temperaturas provocan el cierre de los estomas y de esta manera favorecen la actividad oxigenasa, disminuyendo la efectividad de la fotosíntesis. Esto ocurre en plantas C3. Las plantas C4 han desarrollado mecanismos para mejorar la eficiencia fotosintética. Con estomas parcialmente cerrados las plantas C4 reducen la pérdida de agua sin perder eficiencia fotosintética. Esto se debe a la alta afinidad de la enzima PEP carboxilasa por el -HCO3. Además, el CO2 y el O2 no compiten por un mismo sitio activo puesto que la PEP carboxilasa no se oxigena. La fotorrespiración es entonces considerablemente menor en plantas C4. Por ello, las plantas C4 están bien adaptadas a climas calurosos y secos. Porfirinas Un destino metabólico importante de la glicina es la síntesis de tetrapirroles, compuestos que contienen cuatro anillos de pirrol unidos. Todos los tetrapirroles se sintetizan a partir del ácido aminolevulínico (ALA). Cuatro clases de estos compuestos incluyen: 1) Hemo (porfirina de hierro) 2) Clorofilas (porfirina de magnesio) 4) Cobalaminas (Vitamina B12 y derivados, porfirina de cobalto) 3) Ficobilinas (pigmentos fotosintéticos de algas, porfirina de magnesio) 3 enzimas de la síntesis del hemo se encuentran en la mitocondria y las otras 5 en el citoplasma. Entonces la síntesis comienza en la mitocondria, sigue en el citoplasma y luego vuelve a la mitocondria. El hemo no está covalentemente unido en la hendidura hidrofóbica de la molécula de mioglobina o hemoglobina. La unión del oxígeno al hemo se ilustra en la figura (a) que muestra la forma oxigenada de la mioglobina. El hierro ferroso normalmente está coordinado octaédricamente, lo que significa que debe tener seis ligandos, o grupos de unión, unidos a él. Como se muestra en la figura (a), los átomos de nitrógeno del anillo de porfirina representan solo cuatro de estos ligandos. Dos sitios de coordinación restantes están disponibles, y se encuentran a lo largo de un eje perpendicular al plano del anillo. Tanto en la forma desoxigenada como en la oxigenada de la mioglobina, uno de estos sitios está ocupado por el nitrógeno del residuo de histidina número 93. En deoximioglobina, el sitio de coordinación restante está ocupado por una molécula de agua. Cuando el oxígeno se une, haciendo oximioglobina, el O2 desplaza la molécula de agua. Las funciones de la hemoglobina y la mioglobina: La hemoglobina y la mioglobina son proteínas que han evolucionado para llevar a cabo las funciones especializadas de transporte y almacenamiento de oxígeno en animales. Los animales deben garantizar un suministro constante de oxígeno a las células del cuerpo y eliminar los productos de desecho metabólico como el dióxido de carbono. El transporte de difusión a través de los tejidos es generalmente no lo suficientemente rápido. Casi todos los animales, excepto los insectos, bombean oxígeno en la sangre a través de las arterias hacia los tejidos y devuelven el dióxido de carbono a los pulmones o branquias a través de la sangre venosa. Todos los organismos superiores tienen proteínas de transporte de oxígeno, que permiten que la sangre transporte una carga de oxígeno mucho mayor de la que permitiría la solubilidad sola. Las proteínas de transporte de oxígeno pueden estar disueltas en la sangre (como en algunos invertebrados) o concentradas en células especializadas, como los eritrocitos humanos. En todos los vertebrados, la proteína de transporte de oxígeno es la hemoglobina, una proteína que puede captar oxígeno en los pulmones o branquias y administrarlo a los tejidos. La mioglobina, por el contrario, es una proteína de almacenamiento de oxígeno. El oxígeno transportado a los tejidos debe ser liberado para su utilización. En los tejidos, como los músculos, con altas demandas de oxígeno, la mioglobina proporciona grandes reservas de oxígeno. Oxidación de mioglobina y hemoglobina:Si la mioglobina o la hemoglobina se almacenan en el aire, fuera del entorno celular, su Fe (II) se oxida lentamente a Fe (III), formando metamioglobina o metahemoglobina. Ni la metamioglobina ni la metahemoglobina pueden unir oxígeno. Esta oxidación no es inesperada. De hecho, se esperaría que una molécula de oxígeno en contacto cercano con un ion ferroso [Fe (II)] convierta este último al estado férrico [Fe (III)]. En la célula, en el entorno hidrofóbico protegido en el interior de la mioglobina o la hemoglobina, sin embargo, se produce una transposición temporal de electrones al unirse el oxígeno, lo que impide la oxidación del hierro. Cuando se libera el oxígeno, el hierro permanece en el estado Fe (II), capaz de unirse a otro O2. La protección del Fe (II) que se une al oxígeno de la oxidación irreversible es la razón funcional de la existencia de mioglobina y hemoglobina. Es decir, las estructuras secundaria y terciaria de estas dos moléculas proporcionan entornos en los que el primer paso de una reacción de oxidación (la unión del oxígeno) está permitido, pero el paso final (oxidación) está bloqueado. Toxicidad del monóxido de carbono:El bolsillo del hemo puede unirse a otras moléculas pequeñas además del O2. El más fisiológicamente importante es el monóxido de carbono (CO), que es aproximadamente del mismo tamaño y forma que el O2. Sin embargo, el CO se une con mucha mayor afinidad a la mioglobina y a la hemoglobina que el O2 , formando la carboximioglobina y la carboxihemoglobina, y la unión no es fácilmente reversible. Esta es la razón por la que el CO es un gas tan tóxico: ocupa los sitios de unión del oxígeno y por lo tanto bloquea la respiración Carbaminohemoglobina o carbohemoglobina:La Carbaminohemoglobina, también llamada carbohemoglobina, es un término bioquímico que se refiere a ciertos aminoácidos de la molécula hemoglobina que se han asociado al dióxido de carbono (CO2 ) y es una de las formas fisiológicas en las que el CO2 viaja por la sangre. VITAMINAS: Las vitaminas son moléculas imprescindibles para la vida. Ingerirlos de forma equilibrada y en dosis esenciales promueven el correcto funcionamiento fisiológico (la mayoría no pueden ser elaboradas por el organismo, se obtienen a través de la ingesta equilibrada de vitaminas contenidas en los alimentos naturales. No desempeñan funciones plásticas ni energéticas. Son precursoras de coenzimas, catalizadores u hormonas. La molécula de la vitamina, con un pequeño cambio en su estructura, pasa a ser la molécula activa. CIS→ INSCTIVA, TRANS→ ACTIVA Los requisitos mínimos diarios de las vitaminas no son muy altos, se necesitan tan solo dosis de miligramos o microgramos. Tanto la deficiencia (hipovitaminosis) como el exceso ( hipervitaminosis) de los niveles vitamínicos corporales pueden producir enfermedades. Hay dos grandes grupos de vitaminas, las hidrosolubles y liposolubles. Comencemos por las liposolubles, es decir, se solubilizan en grasas. Estas son las vitaminas A,D,E y K Son vitaminas liposolubles la Vitamina D (calciferol) , la vitamina E (tocoferol), Vitamina K1 (filoquinina) y K2 Menaquinona) y la vitamina A (retinol). Son absorbidas por las lipoproteínas quilomicrones que viajan a través del sistema linfático del intestino delgado y en la circulación de la sangre de nuestro organismo hacia el órgano blanco que lo esté necesitando. Se almacenan en los tejidos de nuestro organismo. Lípidos: Ayuda a absorber las vitaminas A, D, E y K, (vitaminas liposolubles). VITAMINA A: Vitamina A o Retinol o vitamina antixeroftálmica, este nombre es debido a que su ausencia en el organismo produce una enfermedad oftalmológica. Los llamados carotenos son precursores de las vitamina A.Por una molécula de caroteno se obtienen 2 moléculas de retinol. Se obtienen de la dieta y el organismo se desdoblan y dan vitamina A. La conformación todo trans posee máxima actividad. Existen dos vitámeros (A1 y A2 ) Sus derivados: A) retinaldehido B) ácido retinoico. Son transportados por los quilomicrones,en el hígado se almacenan. Teniendo este órgano un rol fundamental en la homeostasis de esta vitamina. Cuando la ingesta es pobre, el hígado se moviliza hacia los tejidos. Los ésteres de retinol en el hígado son hidrolizados y transportados por sangre unidos a una proteína fijadora de retinol (RBP). Funciones: ✔ Crecimiento. ✔ Desarrollo. ✔ Inmunidad. ✔ Reproducción. ✔ En la visión La vitamina A es fundamental para poder tener una buena visión. La retina esta conformada por diversos nodos, los cuales poseen membranas, un foton ingresa a estas membranas y es captado por un receptor, el acido retinol se encuentra inactivo hasta que sucede esto y pasa de una conformacion cis a trans, esto desencadena una cadenta de transuccion de señales que hace que las señales de la luz pasen a neurotransmision, a las celulas retinales, de ahi al nervio optico y finalmente a la corteza cerebral. VITAMINA D: La vitamina D en la piel se encuentra en forma de 7-dehydrocolesterol el cual se transforma a vitamina D3 tras la exposición a rayos UV-B. La obtenida en la dieta está en forma de D2 y D3. Esta vitamina es un importante cofactor involucrado en la absorción de calcio. En los alimentos comunes el contenido de vitamina D es pobre. Metabolismo La vitamina D3 (colecalciferol, en lo sucesivo vitamina D) se absorbe en el intestino (10% de las necesidades) o se sintetiza mediante la conversión inducida por la luz UV del precursor 7-deshidrocolesterol en la piel; la limitación de la exposición al sol o la melanina de la piel oscura pueden reducir la conversión. La vitamina D se transporta al hígado unida a la α 1 -globulina plasmática (proteína ligadora de D), donde se convierte en 25-hidroxivitamina D (25[OH]D) por la acción de una CYP 25-hidroxilasa. En el riñón, la α 1 -hidroxilasa convierte el 25(OH)D en 1,25(OH) 2 D, la forma que tiene mayor actividad biológica; la actividad de la enzima está regulada de las siguientes formas: 1,25(OH) 2D inhibe por retroalimentación la actividad de la α 1 – hidroxilasa. La hormona paratiroidea (PTH) (inducida por un calcio bajo) activa la α 1-hidroxilasa. La hipofosfatemia activa la α 1-hidroxilasa. Sus acciones son: Aumenta la absorción de Ca a nivel intestinal, promueve la movilización de Ca y fosfato inorgánico al hueso, reabsorción renal de Ca y fosfato. Deficiencia: La vitamina D es esencial para el mantenimiento de las concentraciones plasmáticas normales de calcio y fósforo y, por tanto, está implicada en el mantenimiento de la mineralización ósea normal y en la transmisión neuromuscular. La escasez de esta vitamina en el organismo puede provocar raquitismo en los menores y en los adultos ser causa de osteomalacia. VITAMINA E: Existen al menos 3 especies, la ⲁ-,𝜷-,𝜸- tocoferol, de la cual la ⲁ-tocoferol es la más importante. Es una vitamina antioxidante, previene el ataque destructivo del O a los lípidos de las membranas plasmáticas. Esta vitamina actúa como un potente antioxidante y protege a células, tejidos y órganos del daño de los radicales libres, además de prevenir el envejecimiento prematuro causado por estas sustancias. Interviene en el sistema inmunitario y lo fortalece, mejorando la reacción frente a virus y bacterias. Sintetiza el grupo hemo de los glóbulos rojos, siendo imprescindible para el adecuado transporte de oxígeno. Trabaja sinérgicamente con la vitamina K, dilatando los vasos sanguíneos e impidiendo que la sangre coagule dentro de ellos. Es necesaria para el adecuado funcionamiento celular. Previene diversas enfermedades relacionadas con los procesos oxidativos, como Parkinson, cataratas y deterioro cognitivo. Es importante para la fertilidad y la gestación VITAMINA K: Vitámero derivados de naftoquinina. K1 (filoquinina) y K2 (menaquinina) son las más importantes. Son estables al calentamiento y agentes reductores. Si son sensibles a la luz. La vitamina se absorbe por el intestino y en los enterocitos se incorpora a los quilomicrones. Se almacenan en el hígado y desde allí, cuando son requeridos, por VLDL. Es metabolizada en el hígado. Es coenzima en reacciones de carboxilación de las proteínas Gla, que estas son factores de coagulación Ahora veamos las VITAMINAS HIDROSOLUBLES. Las vitaminas hidrosolubles son aquellas que se disuelven en agua. Son coenzimas o precursores de coenzimas, necesarias para muchas reacciones químicas del metabolismo del organismo. Pueden pasarse al agua del lavado o de la cocción de los alimentos. Muchos alimentos ricos en este tipo de vitaminas no aportan, al término de su preparación, la misma cantidad que contenían inicialmente. Para recuperar parte de estas vitaminas (algunas se destruyen con el calor), se puede aprovechar el agua de cocción de las verduras. Algunas vitaminas hidrosolubles son la vitamina C (ácido ascórbico) y las vitaminas del grupo B –B1 (tiamina), B2 (riboflavina), B3 (niacina o ácido nicotínico), B5 (ácido pantoténico), B6 (fosfato de piridoxal), B8 (biotina), B9 (ácido fólico) y B12 (cianocobalamina)–. El exceso de vitaminas hidrosolubles se excreta por la orina, por lo que no tienen efecto tóxico por muy elevada que sea su ingesta.  El almacenamiento de las vitaminas hidrosolubles en el organismo es mínimo. Excepto vitamina B12, (en el hígado). Esto hace que deban consumirse regularmente. Vitaminas hidrosolubles del complejo B: ❖ Las vitaminas B son: ❖ B1 (tiamina) ❖ B2 (riboflavina) ❖ B3 (niacina) ❖ B5 (ácido pantoténico) ❖ B6. ❖ B7 (biotina) ❖ B12. ❖ Ácido fólico. Recordemos las COENZIMAS. NAD y NADPH es coenzima de algunas deshidrogenasas. La vitamina B3 o también llamado ácido nicotínico actúa en el metabolismo celular formando parte del coenzima NAD y NADP. La flavina adenina dinucleótido FAD. FAD se reduce a FADH2 Es una coenzima de la matriz mitocondrial Sustratos, succinato, acil-coenzima A glicerol 3 fosfato. El FAD es una molécula compuesta por una unidad de RIBOFLAVINA (VITAMINA B2), unidad pirofosfato (PPi), éste unido a ribosa y ésta unida a una adenina. La coenzima A. La coenzima A (CoA) es una coenzima de transferencia de grupos acilo. Participa en diversas rutas metabólicas (ciclo de krebs, síntesis y oxidación de ácido grasos). Se deriva de una vitamina: el ácido pantoténico (vitamina B5). Fosfato de piridoxal. intervienen en reacciones de transaminación. Las transaminasas necesitan una coenzima llamada piridoxal fosfato (derivado de la piridoxina o vitamina B6) para ejercer su función; actúa como transportador del grupo amino entre los sustratos. HORMONAS: En los organismos pluricelulares se necesita un sistema de comunicación y control. El sistema nervioso y endocrino están a cargo de la adaptación de las células del organismo completo como un todo. Comparación entre ambos sistemas: Tipos de comunicación: Nerviosa: desde una célula hacia las dendritas de una célula que recibe esa neurotransmisión. Autocrina: la célula libera un ligando y este se añade a ella misma. Paracrina: la célula libera un ligando y este se añade a la célula vecina. Endocrina: la célula libera un ligando, pero este debe viajar por el torrente sanguíneo para llegar a la célula blanco, que es aquella que contiene el receptor de ese ligando. SISTEMA ENDOCRINO: - Conjunto de glándulas secretoras. - Actúan a través de hormonas. - Comunicación, paracrina, autocrina GLÁNDULAS: HORMONAS: Intermediario químico, Pequeñas cantidades desencadenan respuestas considerables. Catalizan procesos metabólicos. Desencadena una respuesta en la célula efectora (blanco). La velocidad y ritmo de secreción no es uniforme ni sostenida (pueden tener ritmos mensuales, circadianos, etc). CLASIFICACION DE HORMONAS. Hay distintos tipos químicos de hormonas. ★ Hormonas esteroideas, derivan del colesterol. No se almacenan son liposolubles.  ★ Hormonas que son aminas o aminoácidos. Derivados del aminoácido tirosina vamos a tener las siguientes hormonas: Tiroxina, adrenalina y noradrenalina, dopamina. ★ Hormonas derivadas de Ac. grasos. Las derivadas de ácidos grasos son las prostaglandinas. ★ Hormonas que son péptidos o proteínas. La mayoría de las hormonas son de este tipo. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FUNCIÓN. Neurosecretoras: liberadoras o inhibitorias del hipotálamo y neuro-hipófisis. Tróficas: estimulan la liberación de otras Hormonas  Glándulas: producidas en glándulas del sistema endocrino. Tisulares: producidas por células que no están agrupadas en un órgano completo. Algunas hormonas afectan a tejidos específicos (ACH, Hormonas ováricas) y otras son más generales (Hormonas de Crecimiento, Hormonas tiroideas). TIPOS DE ACCIONES QUE EJERCEN LAS HORMONAS. Modifican la permeabilidad de las membranas: cambiando el sist. de transporte de membrana o el estado de canales iónicos, Modifican la síntesis de proteínas: actúan a nivel de cromatina modificando la transcripción de genes, Modifican la actividad de enzimas: acción rápida y transitoria por ejercer activación o inhibición de hormonas El sistema endocrino participa en la homeostasis y la desregulación del mismo puede traer consecuencias graves ya que estas participan en el metabolismo, crecimiento, desarrollo, equilibrio Hidroestático, reproducción, comportamiento RECEPTORES: La gran especificidad que tienen las hormonas es gracias al estrecho reconocimiento que existe entre hormona y receptor. Los receptores pueden ser: receptor de membrana plasmática o receptores citoplasmáticos. VIAS DE TRANSDUCCION INTERMEDIARIAS. Las vías generales son: Formación de AMPc PIP2 GMPc  La hormona reconoce su receptor y está activa una proteína G, donde esta hidroliza GTP, y así activar la adenil ciclasa, esta hidroliza ATP, activando una proteína quinasa y así conseguir una cadena de eventos que producen cambios fisiológicos en la célula. SISTEMA ENDOCRINO HUMANO. El sistema endocrino humano está regulado por el hipotálamo. Este es un liberador de hormonas que las dirige hacia la hipófisis anterior y esta a su vez manda hormonas hacia distintas partes del cuerpo. El sistema nervioso central puede liberar neurotransmisores y darle información al hipotálamo. Tanto los estímulos externos o internos pueden producir, o no debido a la homeostasis, información para el hipotálamo y que este libere hormonas. HIPOTÁLAMO: Se conocen 9 hormonas liberadas por el hipotálamo que regulan la hipófisis. Todas ellas son de naturaleza peptídica. Poseen la capacidad de modificar la síntesis y secreción de hormonas adenohipofisiarias. Hormonas trópicas: hormonas que inducen → sistema altamente regulado. retroalimentación negativa. Las grandes cantidades de hormonas sintetizadas inhiben la producción de las hormonas trópicas liberadas por la hipófisis y los factores liberadores provenientes desde el hipotálamo. Siempre hay un feedback negativo que regula este sistema, manteniendo así la homeostasis. EL HIPOTALAMO SIEMPRE LIBERA HORMONAS A LA HIPÓFISIS. HIPÓFISIS: La hipófisis (glándula pituitaria) es una glándula endocrina que segrega hormonas encargadas de regular la homeostasis regulando la función de otras glándulas del sistema endocrino. Lóbulo anterior: adenohipofisis, recibe las hormonas hipotalámicas. Lóbulo posterior: neurohipofisis HORMONAS DE LA ADENOHIPÓFISIS: TSH (thyroid stimulating hormone): Estimula la tiroides para que ésta cumpla sus funciones. ACTH (adenocorticotrofina): polipéptido de 39 aa (45000 D), estimula la liberación de corticosteroides en la corteza adrenal. Su producción es inhibida por el cortisol. Vía a través del AMPc. STH (tirotrofina): H. estimuladora de crecimiento. Proteína simple de 21.500D (191 aa), estimula el crecimiento de todos los tejidos menos el nervioso. Tiene acción sobre ○ Proteínas: estimula su síntesis, aumenta el ingreso de aa a las células, aumenta el sistema de transporte, estimula la actividad de ADN pol y ARN pol.  ○ Lípidos: disminuye la lipogénesis, tienen acción lipolítica promoviendo la movilización de Ac grasos. ○ Glúcidos: disminuye la utilización de glucosa, aumenta la gluconeogénesis (hiperglucemiante). LH (luteinizante): Tiene un rol importante en la ovulación, produce secreción de hormonas sexuales femeninas por los ovarios y testosterona por los testículos. FSH (Folículo estimulante): Glicoproteína de 25000 D. promueve el desarrollo folicular, el crecimiento del túbulo seminífero en testículo (importante en espermatogénesis). Prolactina: 23.000d Aumenta durante el embarazo estimulando la formación del cuerpo lúteo el cual estimula la producción de progesterona, promueve el desarrollo de gl mamaria y estimula la síntesis de enzimas que intervienen en la producción de leche. HORMONAS DE LA NEUROHIPÓFISIS: Se sintetizan en neuronas secretoras del hipotálamo. Dos hormonas: 1) Vasopresina: es una H antidiurética, tiene un efecto presor en los vasos periféricos, controla la absorción de agua en los túbulos distales del nefrón (AMPc). muy importante para poder mantener la homeostasis. 2) oxitocina: estimula el músculo liso en la glándula mamaria y útero. TIROIDES: Gl con 2 lóbulos de 25 a 30 g cada una. Estimula el metabolismo general, especialmente las reacciones oxidativas. Glándula que secreta hormonas que poseen células blanco a lo largo de todo el cuerpo. Estructura: son aa iodados derivados de tirosina. Actúan a través del AMPc 1)H. Tiroxina 3,5,3`5`-tetraiodotironina (T4) 2) 3,5,3`-triIodotironina (T3)  La tiroides está compuesta por un tejido granular compuesto por folículos tiroideos que tienen lumen folicular. La T3 y T4 son derivados de la tirosina, por lo cual tienen un origen aminoacídico. En el nuclo se sintetiza un péptido denominado tiroglobulina. En el RE es englobada y se exocita al lumen. La vesícula contiene varios compuestos, pero en especial una gran cantidad de tirosina. Luego de que esta se encuentre en el lumen es iodonizada, el cual entra por una bomba Na+/I-, que mediante el transportador pendrina se dirige hacia el lumen, este es oxidado y se produce la iodinizacion de la tiroglobulina. Luego se produce una conjugación para ser endocitado en una especie de lisosomas especiales, se produce una proteolisis donde queda la triyodotironina y la tiroxina, las cuales mediante un transportador específico pasan al torrente sanguíneo. Biosíntesis Iodo = constituyente esencial (Yoduros inorgánicos ~ 200 µg por día es lo óptimo de ingesta). Las células del folículo tiroideo incorporan I- por una bomba Na K ATPasa, (relación 20:1 con respecto al plasma). En las células Foliculares el Yodo es oxidado a I2 por una enzima peroxidasa. Apotiroglubulina, proteína con un alto contenido de tirosina. Se sintetiza en el RER de las células foliculares y se secretan al lumen del folículo. Se incorpora Yodo en la posición 3 del anillo fenólico (3 monoiodotirosinil MIT), luego se incorpora el 2 Yodo en pos 5 di-iodotirosinil (DIT). T3 o T4 ocurre un acoplamiento de un resto fenolico sobre MIT o DIT respectivamente formando la tiroglobulina la cual se almacena en el coloides en los folículos tiroideos. Cuando la TSH llega a la célula y estimula su receptor en los fagolisosomas se produce la hidrólisis de tiroglobulina quedando T3·, T4 que por los capilares sanguíneos van a las células blanco. En éstas T4 pasa a T3 (forma activa) estimulando la síntesis de ADN y ARNm aumentando así la síntesis de prot. ACCION: Aumentan el consumo de O2, promueven la utilización de glucosa, lípidos y aa. Esto acelera el recambio metabólico AUMENTANDO EL METABOLISMO EN GENERAL CALCITONINA, Hormona peptídica lineal de 32 aa. Liberada por la tiroides, favorece el depósito de calcio en los huesos, por lo tanto reduce la concentración de calcio intracelular. PARATIROIDES. En el hombre normalmente son 4 ubicadas por detrás de la tiroides. Tienen 6 mm de longitud, 3mm de ancho y 2 mm de espesor. H. Parathohormona (u hormona paratiroidea), aumenta la concentración de calcio extracelular (sangre), provocando osteólisis. Hormona peptídica, que se sintetiza como una prehormona 110 aa pasa a → prohormona de 90 aa → hormona activa de 84 aa. SUPRARRENALES: Se encuentran por arriba del riñón. Regulan la respuesta al estrés. Se consideran como dos glándulas diferentes, la corteza y la medular. Secretan principalmente hormonas esteroides son: CorticoidesCorticoides: glucocorticoidesCorticoides: glucocorticoides y mineralocorticoides. Hormonas sexuales : andrógenosHormonas sexuales masculinas: andrógenos, como la testosterona y sus derivados. Hormonas sexuales femeninas. Vitamina D y sus derivados. síntesis: Veamos las funciones de las distintas partes de las glándulas suprarrenales. CORTEZA suprarenal: Dividida en zona glomerular, fascicular y reticular con especificación funcional cada una. ZONA FASCICULADA: secreta glucocorticoides (CORTISOL Y CORTISONA), tiene un efecto primario sobre el met de H de C, lípido y prot. Aumenta la disponibilidad de energía aumentando las concentraciones de glucosa en la sangre. Estimula la PROTEÓLISIS, LIPÓLISIS GLUCONEOGÉNESIS, actúa como antagonista de la insulina. También el cortisol favorece la eliminación renal de agua. Tienen efecto inmunosupresor y anti-inflamatorio. ZONA GLOMERULAR: Secretan mineralocorticoides (aldosterona y desoxicorticoesterona), Regulan la concentración de electrolitos en la sangre, sobre todo de sodio y potasio, actuando en el túbulo contorneado distal de la nefrona : la excreción de potasio. la reabsorción de sodio. regula la presión osmótica del organismo. ZONA RETICULAR: segrega: principalmente Esteroides estrógenos y andrógenos (como fuente secundaria). Por lo tanto favorecen a aumentar la masa muscular, estimulan el crecimiento celular, y ayudan al desarrollo de los caracteres sexuales; secundarios. MÉDULA SUPRARRENAL: recibe estimulación simpática Compuesta por células cromafines productoras de hormonas, adrenalina (epinefrina) y noradrenalina (norepinefrina). En respuesta a una situación estresante. Adrenalina produce ---- aumento de la frecuencia cardiaca, vasoconstricción, broncodilatación y aumento del metabolismo, que son respuestas muy fugaces. Noradrenalina: incrementa frecuencia cardiaca Noradrenalina: incrementa frecuencia cardiaca, desencadenando la liberación de glucosa Noradrenalina: incrementa frecuencia cardiaca, desencadenando la liberación de glucosa de las reservas de energía, e incrementando el flujo sanguíneo hacia el MÚSCULO ESQUELÉTICO. Incrementa el suministro de oxígeno del cerebro. PÁNCREAS: Regulan la respuesta al estrés. Su función endocrina está distribuida en islotes de Langerhans (acúmulos de células epiteliales dispersos por todo el órgano). 3 tipos de células: 1) Células α: Sintetizan glucagón 2) Células β: Sintetizan Insulina 3) Células σ: Sintetizan somatostatina Insulina: Proteína de dos cadenas polipeptídica de 6.000 d cada una. Se unen por puente disulfuro.Si bien existen algunas diferencias de insulina entre especies son proteínas muy conservadas a lo largo de la evolución, (porcina se usaba como tratamiento). Los puentes disulfuro son esenciales para su función como hormona. Biosíntesis de la insulina. DEGRADACION se produce en el HIGADO Endocitosis de insulina-receptor seguido por la acción de la enzima GLUTATION INSULINA TRANSHIDROGENASA. Una molécula de la insulina producida por las células beta del páncreas se degrada en el plazo de aproximadamente una hora después de su desbloquear inicial en la circulación. Su funcion basicamente es disminuir la cantidad de glucosa en sangre. GLUCAGÓN: Secretado por las células α del páncreas es un péptido de 29 aa. Tenemos inicialmente el pre glucagón → pro glucagón → glucagón, estas transformaciones suceden por hidrólisis. Actúa en hepatocitos y adipocitos activando Ac y AMPc En hepatocitos Inhibe el glucógeno sintetasa promoviendo la degradación de glucógeno y liberación de glucosa al exterior celular. En Adipocitos Promueve la β-oxidación de lípidos aumentando Ac grasos en sangre. Estimula el catabolismo de nitrógeno aumentando ácido úrico y creatinina en orina. En el páncreas se secreta la insulina, está estimula la formación de glucógeno, la insulina en el hígado puede formar glucógeno, por ende disminuye la cantidad de glucosa en sangre. Si la glucosa es muy baja en el torrente sanguíneo, el páncreas estimula otra hormona que es el glucagón, que lo que hace es aumentar la cantidad de glucosa disponible. GÓNADAS, testículos: hormonas esteroideas El testiculo produce testosterona. El hipotálamo secreta la hormona estimulante, que activa la hipófisis secretando la hormona y activando las células dando como resultado testosterona que se dirige a las células blanco. Cuando hay una alta concentración de testosterona se realiza un feedback negativo inhibiendo la actividad del hipotálamo. Regulando así el ciclo. Hormonas: Andrógenos Testosterona: Dihidrotetosterona: Androstediona: Función de la testosterona: Ovarios: sintetiza hormonas esteroideas. resumen gral.--> Variaciones Cíclicas de las hormonas pueden ser afectadas por: Cambios de estación. Etapas del desarrollo humano. Envejecimiento. Ciclo diurno. Ciclo del sueño. Ciclo estral. SISTEMAS CONTRÁCTILES: El músculo está formado por una fasciculación de distintos filamentos. Donde hay empaquetamientos conocidos como fascículos musculares donde dentro hay empaquetamientos más pequeños denominados fibras musculares. Estas últimas están formadas por microfibras, que son dos, la actina y la miosina donde se deslizan entre ellas, esto se hace de manera muy rápida y controlada, permitiendo así que el músculo se contraiga. El sistema muscular se divide entre liso y estriado. El sistema estriado es aquel que nosotros manejamos voluntariamente, sin embargo otros órganos están regidos por un sistema muscular liso, el cual se maneja involuntariamente. El corazón, es un híbrido de estos 2 tipos de sistema muscular. → Como observamos en el músculo esquelético se notan varios manojos de fibras, donde dentro de estas se encuentran las microfibras. Si se realiza un corte transversal se observa el músculo estriado, por eso se los denomina de ambas formas. Las células celulares se encuentran polinucleadas, al igual que contienen una gran cantidad de mitocondrias, esto se debe en parte a su naturaleza y la gran cantidad de energia que demandan Podemos mencionar una unidad mínima de fibras musculares, denominada sarcómero, que se encuentran entre dos sitios denominados disco Z, en donde uno de los filamentos se ancla en uno de estos discos, que sería la actina. También se encuentra una zona H, que contiene una línea M donde se ancla la miosina, el otro filamento encargado de la contracción muscular. Estos filamentos interaccionan entre ellos, generando también cambios químicos conformacionales y permiten que se desplacen uno sobre otro. Al desplazarse los discos Z se acercan unos con otros y lo que produce es que repercute al final, sobre todos los discos generando una contracción.  La actina que se encuentra anclada, en el centro la miosina que es el banda M y por conformación química estas cabecitas se atraen una a la otra e interaccionan, permitiendo así que el sistema se contraiga o se relaje. Hay 3 tipos de filamentos que participan en el sistema descrito anteriormente. MIOSINA: Formada por dos cadenas polipeptídicas entrelazadas de PM 230000 aprox. c/u Las cabezas globulares poseen sitios de unión a ATP, estas cabezas quedan expuestas hacia el exterior. En el interior de esas cabezas globulares puede hidrolizar ATP en presencia de Ca2+. Ion que coordina la contracción muscular. La hidrólisis de ATP son las que permiten que estas cabezas cambien de conformación, moviéndose, en un momento contraen a la actina y posteriormente la sueltan. En presencia de actina se une a ésta en forma reversible formando el complejo “actinomiosina”. ACTINA: -Proteína globular de peso molecular 42000 (actina G) que puede formar polímeros (actina F) - Las moléculas que forman el monofilamento delgado (actina F), se disponen en el espacio orientando siempre la misma cara hacia un lado. De forma que el filamento posee polaridad (un extremo es diferente del otro) - Poseen un lado cargado + y -. Por lo general crece o cambia monómeros por extremos positivos. Una vez que la célula está desarrollada esto no sucede más. TROPOMIOSINA B: - Proteínas alargadas de PM 65000 que forman dos cadenas entrelazadas a los filamentos de actina. - Durante la contracción muscular estas cadenas se desplazan exponiendo los sitios de unión a miosina en las fibras de actina. - Cuando se encuentra con Ca2+ sufre un cambio conformacional abrupto y el cordón de tropomiosina B se desplaza sobre el filamento de actina y expone las zonas de unión entre la actina y la tropomiosina, cuando se expone este sitio la miosina se une a este y eso mismo dispara la contracción muscular. Todos los fascículos se encuentran envueltos por un sistema membranoso muy particular, que en su interior lo único que contiene es Ca2+.Esta membrana contiene bombas específicas que permiten que el Ca2+ se libere de manera muy rápida y luego se reabsorbe de manera muy rapida con consumo de energía. Cuando llega la orden para que el músculo se contraiga se libera Ca2+ sobre todo el músculo y se pueda contraer de una manera coordinada y a la hora de relajarse el Ca se absorbe rápidamente. La unión de la miosina con el sitio presente en la actina depende de que la proteína globular haya transformado el ATP en ADP, esto sucede múltiples veces, se pega, se contrae todo por el consumo de ATP. La energía es vital para que esto ocurra de manera coordinada. -La formación/ruptura de puentes entre miofilamentos gruesos y delgados produce el desplazamiento de uno con respecto al otro en una distancia muy pequeña (pocos Ångström). - La repetición cíclica de este proceso provoca el desplazamiento de varios Ångström de distancia. -Dado que este desplazamiento se repite cientos o miles de veces a lo largo del miofilamento completo, la magnitud del desplazamiento total equivale a milímetros o incluso centímetros. -Cada segmento de miofibrilla no se acorta durante la contracción, sino que se produce un acercamiento entre las distintas miofibrillas, hasta que las mismas se superponen. - Siempre para que comience la movilidad muscular el FUENTES DE ENERGÍA PARA LA CONTRACCIÓN MUSCULAR La contracción muscular depende de la energía proporcionada por el ATP 1) Fosfágenos: El sistema de los fosfágenos produce energía de forma inmediata para realizar trabajos de máxima intensidad y corta duración. La fosfocreatina tiene enlaces de alta energía similares al ATP. Esta fuente de energía es anaeróbica porque ocurre en ausencia de oxígeno, y aláctica porque no produce ácido láctico. El organismo recurre a este sistema energético cuando el trabajo físico es muy intenso pero dura pocos segundos (hasta 10 segundos). Ej.: levantamiento de pesas, un salto en voleibol o un lanzamiento de jabalina. anaerobica 2) Degradación del glucógeno: forma acido pirúvico y acido láctico y libera energía. El glucógeno proviene mayoritariamente de la degradación de los alimentos. Es la principal fuente de energía y se utiliza en todos los procesos musculares. Permite que la contracción se mantenga hasta por un minuto. anaerobico 3) Fosforilación oxidativa: Los músculos que dependen de la fosforilación oxidativa como fuente de ATP requieren altos niveles de oxígeno. Para asegurar la disponibilidad de oxigeno, estos músculos almacenan oxígeno como oximioglobina. Los músculos oxidativos con mioglobina son de color rojo debido al alto contenido de mioglobina. aerobico Los músculos esqueléticos de acción rápida son compuestos predominantemente de fibras blancas glucolíticas mientras que los músculos de acción lenta, tales como los que mantienen el tono, generalmente son rojos y oxidativos. CITOESQUELETO CELULAR Características generales -Se considera citoesqueleto a la parte de las estructuras celulares que permanecen insolubles tras tratar a las células con detergentes no iónicos. - Está formado por una red compleja de filamentos de proteínas. - Proporciona un marco estructural a la célula, funcionando como un andamiaje molecular que determina el tamaño y forma de la célula, así como la organización general del citoplasma. -Es, en general, una estructura dinámica que regula los movimientos celulares y la distribución y movimientos de los orgánulos y otras estructuras citoplasmáticas. -Compuesto por tres tipos principales de filamentos proteicos: se unen a la membrana plasmática, a los orgánulos y entre sí mediante proteínas adaptadoras. ESTRUCTURA DEL MICROFILAMENTO ACTINA. Es una proteína globular tridimensional, posee un centro que permite hidrolizar ATP, posee polaridad ya que tiene un lado - y otro +, en la célula el microfilamento cambia constantemente, posee equilibrios muy dinámicos. Este se encuentra constantemente agregando o liberando monómeros de actina por cada uno de los extremos. Si esta se estabiliza los músculos respiratorios no pueden realizar de manera correcta su contraccion. La actina es la que comanda la dirección del movimiento celular empujando, formando una red de actina a medida que la célula se mueve y empujando la membrana para desplazar la célula en cierto sentido y además va anclandose, lo que se conoce como contactos focales, al sustrato. A medida que avanzan estos contactos focales, estas adiciones se hidrolizan ,soltandose formando nuevas adiciones de acuerdo a la dirección donde se produce el movimiento. FILAMENTOS INTERMEDIOS: - Son filamentos de 10 nm de grosor - Son estables y resistentes a muchas condiciones - Son abundantes en células sometidas a gran estrés - A pesar de su diámetro común (10nm) los FI son de distintos tipos. - Dado que son muy estables no participarían en la producción de movimientos. Poco dinámicos MICROTÚBULOS. Estan formados por una unica proteina llamada tubulina, forma un dímero de ⲁ y 𝜷 formando un filamento intercalado por estos, interaccionan con otros 12 formando un tubo. Este tubo hueco tmb posee un extremo positivo y otro negativo, por lo tanto tmb crece y decrece por ambos extremos. El extremo - se encuentra anclado que se denomina centro organizador de microtúbulos, desde este todos los microtúbulos irradian desde una zona perinuclear hasta la membrana celular. Sobre los microtúbulos se asientan un montón de proteínas, unas que aumentan la estabilidad o la disminuyen. Sobre los microtúbulos se desplazan un montón de otras proteínas denominadas motores moleculares. Estas se desplazan llevando cargos donde traen información del exterior hacia el interior celular o a la inversa. Esta interacción es sumamente regulada y específica. - Los microtúbulos son cilindros huecos, no ramificados, de aproximadamente 25 nm de diámetro externo, constituidos por tubulina (90%0 y MAPs (10%). Tienen polaridad, un extremo se ancla en el organizador de MTs y el otro en la membrana celular. - Las MAPs (microtubules associated proteins) se unen a la superficie de los microtúbulos - La colchicina y el nocodazol son drogas que desintegran específicamente a los microtúbulos - El Paclitaxel (TAXOL) es la droga que estabiliza a los microtúbulos y se utiliza normalmente como quimioterapia en tratamientos anti cáncer. - Los microtúbulos poseen gran importancia en células que poseen alta polarización, por ejemplo una neurona. Las kinesinas siempre se dirigen hacia el extremo positivo, osea desde el interior de la celula hacia el exterior y las dineinas desde el exterior de la celula hacia el interior. Muchos de los movimientos celulares ocurren intrínsecamente, sin embargo hay estructuras que permiten la movilidad de las células. Los cilios están formados por tubulina, se desplazan muchos motores moleculares por este. Utilizan como cargo un microtúbulo y se desplazan por otro microtúbulo, esto permite que se produzca el movimiento de látigo característico. INTERCONEXIÓN E INTEGRACIÓN DE CONCEPTOS Y VÍAS METABÓLICAS. Las macromoléculas se forman a través de moléculas biológicas y/o intermediarios o precursores que pasan por vías de degradación como puede ser la glucólisis, para la producción de energía o la generación de glucosa como la gluconeogénesis. Estas moléculas dan a lugar al piruvato que al descarboxilarse da la acetil coa y se produce el ciclo de krebs, donde se generan coenzimas reducidas, transporte de e- y oxidar las moléculas orgánicas a co2. También estas coenzimas reducidas transportan e- a la cadena respiratoria que puede estar acoplada a la fosforilación oxidativa que esta produce ATP. Esto sucede en los organismos heterótrofos. En los organismos autotrofos, el agua se fotolia, liberando oxigeno, produciendo energia y fijando CO2 en la forma de intermediarios y carbohidratos. La fase inicial dentro de las moléculas biológicas de estas 4 familias de los carbohidratos, involucra el catabolismo de los carbohidratos que posee como proceso central la glucólisis, en donde el producto principal es el piruvato que al descarboxilarse forma el acetil coa, que es el sustrato clave para el ciclo de krebs, este puede dirigirse a la cadena respiratoria, donde se produce la oxidación de los compuestos orgánicos o la fermentación donde se produce etanol. La glucosa llega a etanol mediante la fermentación alcohólica y el piruvato que llega a CO2 y 2 acetaldehidos donde se produce finalmente a partir de estos alcohol. Estos se producen en organismos anaeróbicos. El ciclo oxidativo es aquel donde se produce como resultado la fosforilación oxidativa. En organismos anaerobios se pueden producir dos tipos de fermentacion→ Fermentación alcohólica: se produce CO2 y etanol. Fermentación láctica: se genera CO2 y lactato. Los lípidos para que se formen necesitamos un alcohol y ácidos grasos, el alcohol es el glicerol o puede ser el esfingol,el primer alcohol da lugar a los glicerolípidos y el otro a los esfingolípidos. Si tenemos derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno, tenemos el colesterol y sus derivados esteroideos. A partir de la glucólisis obtenemos el gliceraldehido 3-fosfato que es un intermediario para obtener el alcohol glicerol, que al combinarse con los ácidos grasos forma los lípidos. Los lípidos se degradan por la 𝜷-oxidación que ocurre en la mitocondria, donde se forma acetil coa que puede ingresar al ciclo de krebs o formar cuerpos cetónicos, este intermediario tmb da lugar a coenzimas reducidas, todo esto sucede en la mitocondria, el fenómeno de formación del alcohol y ac. grasos sucede en el citosol mientras que la síntesis de lípidos en el REL. En cuanto a los aminoácidos estos producen nucleótidos. Los aa se obtienen a partir del piruvato o de otros compuestos intermediarios que cuando se combinan forman las proteínas en el RER. Si los aa se degradan forman acetil coa que puede ingresar al ciclo de krebs o pueden generar glucosa en condiciones de ayuno. La degradación ocurre en el citosol, todo el ciclo de krebs en la mitocondria. En todos los procesos metabólicos hay coenzimas reducidas claves, estas son el NADH y el NADPH. El NADH interviene en el catabolismo y el NADPH interviene en el anabolismo Se pueden interconvertir unos en otros mediante unas enzimas denominadas transhidrogenasas que se encuentran en la mitocondria. Rutas Metabólicas: Coordinación y Regulación La célula viva es como una Fábrica, en donde las Enzimas son las máquinas que producen los Productos finales a partir de las materias primas. Enzimas dispuestas en Líneas de Ensamblaje llevan a cabo Pasos Secuenciales de una Ruta Metabólica. Para que funcione de manera eficaz, se necesita: COORDINACIÓN y REGULACIÓN Existe un flujo direccional y adaptación metabólica para hacer que el metabolismo sea un proceso eficiente. INTERACCIONES METABOLICAS: Principales metabolitos combustible importados y exportados por cada órgano junto con la reserva energética y principales rutas energéticas se ilustran en la siguiente imagen. Cada uno de los órganos presentados se encarga de consumir y producir determinados compuestos para proveer como combustible a estos para otros órganos. El cerebro consume la glucosa proveniente del hígado. CONTROL DE LA GLUCOSA EN SANGRE: el glucostato es quien mide la cantidad de glucosa en sangre y las encargadas de controlar esta concentración son las hormonas insulina, glucagón y adrenalina. El glucagón y la adrenalina actúan en diversos órganos. El glucagón actúa en el hígado, tejido adiposo , mientras que la adrenalina actúa en los músculos. Entonces en caso de alta concentración de glucosa en sangre el páncreas secreta insulina que estimula la formación de glucógeno y el transporte de glucosa. Si los niveles de glucosa son bajos, el glucagón promueve la hidrólisis del glucógeno para liberar glucosa en sangre y así proveer energía. ¿Cómo almacenamos y recuperamos combustible luego de una ingesta o en situaciones de ayuno o inanición? Necesitamos alrededor de 1500 a 6000 kcal por día. El cerebro solo se alimenta de GLUCOSA, consume alrededor del 60% de la que se produce en el hígado y el 15 % de la energía total del organismo. El hígado en concentraciones altas de glucosa genera glucógeno o forma acetil coa a partir de esta para generar ácidos grasos, generando triglicéridos donde se transportaran como lipoproteínas de baja densidad. Si hay una baja cantidad de glucosa en sangre los ácidos grasos pueden ser degradados a CO2 y H2O por el proceso de 𝞫- oxidación, y el glucógeno es hidrolizado para dar glucosa. En condiciones de inanición los ácidos grasos por medio de la 𝞫-oxidación producen cuerpos cetónicos y los aa serán transformados en glucosa. En una célula hay una gran compartimentalización subcelular del metabolismo, donde cada organela se dedica al metabolismo de una sustancia en particular ENERGÍA QUÍMICA DEL ATP SE CONVIERTE EN: ENERGÍA MECÁNICA: contracción muscular ENERGÍA ELÉCTRICA: conducción del impulso nervioso ENERGÍA OSMÓTICA: transporte de sustancias a través de la membrana en contra del gradiente de concentración ENERGÍA METABÓLICA: síntesis de moléculas biológicas Hay tres tipos de fosforilación: Fosforilación del sustrato: sucede en el ciclo de krebs. Fosforilación oxidativa: sucede en la cadena de transporte de e-. Fotofosforilación: sucede en la fotosíntesis Para que las reacciones endergónicas sucedan en el organismo, estas se deben encontrar acopladas reacciones exergónicas que brinden la energía necesaria para que se pueda llevar a cabo la reacción. Por ejemplo, la primera reacción en la glucólisis.