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Capítulo 10Metabolismo

Enzimas

• Definición – biocatalizadores, aceleran las reacciones químicas en la célula.

• Características• Poder catalítico elevado – pocas

moléculas de enzimas modifican a muchas moléculas de sustrato en minutos o segundos.

• Especificidad – actúan sobre un sustrato o grupo de sustratos específicos

• Nomenclatura• Nombre del sustrato + sufijo asa

Enzimas

• Componentes:• Apoenzima: proteína• Cofactor: Componente no

proteico• Coenzima: Cofactor orgánico –

gen. Vitamina• Ion mineral

• Holoenzima: Apoenzima + cofactor

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Coenzimas Importantes

• NADH+

• NADPH+

• FAD

• Coenzima A

• Coenzima Q

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Mecanismo de la Acción Enzimática

• E + S→ES→EZ→EP→E + P• E = Enzima• S = Sustrato• Sitio activo• ES = complejo enzima-sustrato• EZ = complejo inestable• EP = complejo enzima-producto• E = enzima• P = producto

Clasificación de las Enzimas

• Donde se utilizan• Endoenzimas – dentro de la célula• Exoenzimas – fuera de la célula

• Según su formación• Constitutivas – se sintetizan siempre • Inducibles – se sintetizan en

presencia de un sustrato específico

Clasificación de las Enzimas

• Según su función• Oxidoreductasas – transferencias de

electrones• Hidrolasas – reacciones de hidrólisis

(adición de agua)• Transferasas – transferencias de

grupos funcionales.• Ligasas – unión de moléculas

(enlaces);usa ATP.• Isomerasas – rearreglo de átomos • Liasas – remoción de átomos; sin

hidrólisis

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Condiciones (Factores) que Afecta la Acción Enzimática

• Temperatura

• pH

• } del sustrato

• Inhibidores• Inhibición competitiva• Inhibición no competitiva

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Enzimas Pueden ser Desnaturalizadas por Temperatura y pH

Concentración del Sustrato

Control de las Enzimas

Inhibición CompetitivaInhibición no Competitiva

Inhibición por Retroalimentación (producto final)

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Inhibición Competitiva Inhibición Competitiva

Inhibición No Competitiva Inhibición por Retroalimentación

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Metabolismo

• Definición – conjunto total de las reacciones químicas que ocurren en la célula. Necesita de:• Energía• Enzimas/coenzimas

• Fases o etapas• Catabolismo – procesos donde se

libera energía• Anabolismo – procesos donde se utiliza

energía

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Metabolismo Microbiano• Catabolismo provee la materia prima y la energía para anabolismo.

CatabolismoLiberación y Conservación de Σ

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Producción de Energía

• Oxidación – pérdida de electrones. Es cuando una sustancia dona electrones y/o átomos de hidrógeno.

• Reducción – ganancia de electrones. Es cuando una sustancia acepta electrones y/o átomos de hidrógeno.

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Generación de ATP

• Fosforilación a nivel de sustrato – síntesis de ATP a partir de ADP por fosforilación.

• Fosforilación oxidativa – formación de ATP utilizando la cadena de transporte de electrones.

• Fotofosforilación oxidativa (fotosíntesis) formación de ATP en fotosíntesis.

Generación de ATP

• ATP es generado por la fosforilación de ADP.

Generación de ATP

• Fosforilación a nivel de sustrato es la transferencia de un PO4

- (fosfato) rico en energía a ADP.

Fosforilación a Nivel de Sustrato

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Tipos NutricionalesDe Microorganismos

Tabla 11.1 Fuentes de C,Σ, y e-

Fuentes de CarbonoAutótrofos CO2, única o principal fuente

biosintética de CHeterótrofos Utilizan moléculas orgánicas

preformadas y reducidas, producidas por otros organismos

Fuentes de EnergíaFotótrofos LuzQuimiótrofos Oxidación de compuestos

inorgánicos u orgánicosFuente de electronesLitótrofos Reducción de moléculas

inorgánicasOrganótrofos Moléculas orgánicas

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CatabolismoHidratos de Carbono

TriglicéridosProteínas

“Fueling Reactions” * son parte de catabolismo

• Principales productos que se generan:• ATP

• Principal molécula usada para conservar energía

• Suplida por una fuente de energía• Poder reductor – sirven como

suplemento rápido de electrones (ej. NADH)

• Metabolitos precursores

“Fueling” Procesos de los Quimioorganótrofos

• Respiración aeróbica – aceptor final de e- es O2

• Respiración anaeróbica – aceptor final de e-• Inorgánicos (NO3

-, SO42-, Fe3+, SeO4

2-

• Orgánicos• Fumarato, ácido húmico

• Fermentación – compuestos orgánicos donan y aceptan electrones

Vías Usadas por los Quimioorganótrofos en Catabolismo

• Vías para el catabolismo de los (CH20)n

• Vías para el catabolismo de los triglicéridos, fosfolípidos

• Vías para el catabolismo de las proteínas

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Respiración

• Respiración aeróbica: El aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones es oxígeno molecular (O2).

• Respiración anaeróbica: El aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones no es O2. produce menos energía que la respiración aeróbica.

Respiración Anaeróbica

Aceptor de Electrones Productos

NO3– NO2

–, N2 + H2O

SO4– H2S + H2O

CO32 – CH4 + H2O

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Respiración Aeróbica de la Glucosa

• Glucólisis

• Vías alternas a la glucólisis• Vía Pentosa – fosfato• Vía Entner – Doudoroff

• Ciclo de Krebs

• Fosforilación oxidativa

Glucólisis

• Definición: degradación de la glucosa a piruvato

• Sinónimos: vía Emden Meyerhoff Parnas

• Lugar donde ocurre: matriz citoplasmática

GLUCOSA A PIRUVATO

De Glucosa a Piruvato

• Vía Embden Meyerhoff• Glucólisis * vía más común

• Vía Entner – Doudoroff (E-DP)

• Vía Pentosa Fosfato ó vía Hexosa Monofosfato(HMP)

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Etapa Preparatoria

• 2 ATPs se usan • Glucosa se cliva para

formar 2 Gliceraldehido 3-fosfato

PreparatoryStage

Glucose

Glucose6-phosphate

Fructose6-phosphate

Fructose1,6-diphosphate

Dihydroxyacetonephosphate (DHAP)

Glyceraldehyde3-phosphate(GP)

1

2

3

4

5

Etapa de la Conservación de la Energía

• 2 Gliceraldehido-3- fosfato es oxidado a 2 ácido pirúvico

• 4 ATP son producidos• 2 NADH son producidos

1,3-diphosphoglyceric acid

3-phosphoglyceric acid

2-phosphoglyceric acid

Phosphoenolpyruvic acid(PEP)

6

7

8

9

10 Pyruvic acid

Glucólisis

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Resumen de la Glucólisis

• Glucosa + 2 ATP + 2 ADP + 2 PO4– + 2 NAD+

2 ácido pirúvico+ 4 ATP + 2 NADH + 2H+

Vías Alternas a la Glucólisis

• Vía pentosa fosfato:• Opera con Glucólisis

• Vía Entner-Doudoroff: • No envuelve Glucólisis

Vías Alternas a la GlucólisisED y HMP

Vías Alternas a la Glucólisis

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Vía Pentosa Fosfato o Hexosa Monofosfato (HMP)

Vía Pentosa Fosfato ó Hexosa Monofosfato

• Vía pentosa fosfato – puede trabajar de forma aeróbica y anaeróbica• Produce:

• Pentosas• Eritrosa 4 fosfato - Importante en la

síntesis de aminoácidos aromáticos y vit. B6

• Ribosa -5 fosfato – importante en la síntesis de ácidos nucleicos

• Hexosas • 2 NADPH

Glucose → Pyruvate via E-DP Two stage linear pathway like Glycolysis; First stage unique; second stage identical.

KDPG the unique intermediate.

Yields 1 ATP, 1 NADH, 1NADPH.

Note one pyruvate is generated at each stage of the pathway.

Found in some Gram negative bacteria instead of Glycolysis (Rhizobium, Agrobacterium, Azotobacter, Pseudomonas)Enterococcus faecalis *Gram +

(KDPG) *

Etapa Intermedia o Preparatoria del Ciclo de Krebs

• Ácido pirúvico es oxidado y decarboxilado. Se forman:

• (2) acetil• (2) NADH• (2) CO2

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Oxidación del Piruvato

Ciclo de Krebs

• Sinónimos: Ciclo del ácidocítrico, ciclo del ácido tricarboxílico.

• Lugar donde ocurre:• Procariotas: Citoplasma• Eucariotas: Mitocondria

• Productos:• 2 GTP’s (forma directa)• 6 NADH • 2 FADH2• 6 CO2

Ciclo de Krebs

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Ciclo de Krebs

Respiration allows pyruvate to be completely oxidize to CO2.

First oxidative decarboxylation converts pyruvate to Acetyl-CoA by the multi-enzyme Pyruvate Dehydrogenase Complex – highly regulated “pacemaker”.

Acetyl-CoA (2C) forms citric acid (6C) by condensation with oxaloacetate (4C).

During the next 7 cyclic steps: Two additional decarboxylations.1 ATP by SLP.3 NADH & 1 FADH2 produced.Back to 1 oxaloacetate

Two cycles are required per glucose.

Krebs (TCA) Cycle

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Fosforilación Oxidativa

Cadena de Transporte de Electrones

Quimiosmosis

Vía Eucariota Procariota

Glucólisis Citoplasma Citoplasma

Etapa intermedia Citoplasma Citoplasma

Ciclo de Krebs Matriz de la Mitocondria Citoplasma

Fosforilación oxidativa

Membrana interna de la mitocondria (crestas)

Membrana celular

¿Dónde Ocurren los Procesos (Vías)?

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• Energía producida a partir de la oxidación de 1 glucosa usando respiración aeróbica

Vía ATP producidos

NADH producidas

FADH2producidas

Glucólisis 2 2 0

Etapa intermedia 0 2 0

Ciclo de Krebs 2 6 2

Total 4 10 2

ATP producido por la oxidación completa de 1 glucosa usando respiración aeróbica

•Vía

Por Fosforilación a

Nivel de Sustrato

Por Fosforilación Oxidativa

A partir de NADH

A partir

de FADH

Glucólisis 2 6 0Etapa intermedia 0 6

Ciclo de Krebs 2 18 4Total 4 30 4

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Fermentación de la Glucosa

• Ocurre en condiciones anaeróbicas.• Moléculas orgánicas actúan como

dadores y aceptores de electrones. • No utiliza la cadena de transporte de

electrones.• El NADH es oxidado a NAD+.• El aceptor de electrones es ácido pirúvico

o un derivado de éste.

NADNo O2Menos ATP, Regenera NAD

Fermentación

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Fermentación

• Fermentación alcohólica o etanólica. Produce alcohol etílico + CO2• Llevada a cabo por Saccaromyces cerevisiae

• Fermentación del ácido láctico. Produce ácido láctico.• Fermentación homoláctica. Produce ácido láctico

solamente.• Llevada a cabo por los géneros: Lactobacillus y Bacillus

• Fermentación heteroláctica. Produce ácido láctico y otros compuestos.

Fermentación

Fotosíntesis

• Foto: Conversión de energía lumínica (radiante) en energía química (ATP)• Reacciones dependientes de la luz

(lumínicas)

• Síntesis: Fijación del carbono en moléculas orgánicas• Reacciones independientes de la luz

(oscuras) o ciclo de Calvin-Benson

Fotofosforilación (Fotosíntesis)

• Oxigénica: 6 CO2 + 12 H2O + energía lumínica

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

• Anoxigénica: CO2 + 2 H2S + energía lumínica [CH2O]x

+ 2 A + H2O

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Fotofosforilación Cíclica Fotofosforilación Acíclica

Ciclo de Calvin – Fijación del Carbono

Formación de Glucosa

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Catabolismo de los LípidosCatabolismo de las Proteínas

Proteasas extracelularesProteína Péptidos

Péptidos AminoácidosPeptidasas

Deaminación, descarboxilación, deshidrogenización Ácido orgánico Ciclo de Krebs

Vías Anfibólicas

• Definición – vías que participan tanto en catabolismo como en anabolismo

• Ejemplos• Vía Embden-Meyerhoff-Parnas

• Glucólisis• Gluconeogénesis

• Vía pentosa fosfato o hexosa monofosfato (HMP)

• TCA (ciclo de Krebs)