INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO

Universidad San Sebastián Facultad de Ciencias de la Salud

Tecnología Médica

TM. Paulina Fernández GarcésMiércoles 15 de Abril

METABOLISMO

Conjunto de reacciones químicas que se dan en un organismo, catalizadas por un sistema enzimático cuya finalidad es el intercambio de materia y energía entre la célula y el entorno.

Las finalidades del metabolismo son cuatro:

1. Obtención de energía química de moléculas combustibles o de la luz solar absorbida (esto último en organismos fotosintéticos).

2. Conversión de principios nutritivos exógenos en precursores de los componentes macromoleculares.

3. Ensamblaje de estos materiales para formar proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares.

4. Formación y degradación de las biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de la célula.

ESTRATEGIAS BÁSICAS DEL METABOLISMO

Existen dos principios importantes en el matabolismo:

3. El metabolismo puede dividirse en dos categorías principales

Catabolismo: procesos relacionados con la degradación de las sustancias complejas.

Anabolismo: procesos relativos fundamentalmente a la síntesis de moléculas orgánicas complejas.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL CATABOLISMO Y DEL ANABOLISMO

Nutrientes Productores de energía

Glúcidos

Grasas

Proteínas

Macromoléculas Celulares

Proteínas

Lípidos

Polisacáridos

Ácidos Nucleicos

Catabolismo Anabolismo

ADP + PiNAD+

NADP+

ATPNADH

NADPH

Energía Química

Productos poco energéticos

CO2, H2O, NH3

Moléculas Precursora

Aminoácidos, azúcares, ácido grasos bases nitrogenadas.

Catabolismo

-Degradativo, oxidativo

-Genera energía, produce ATP

-Los productos finales e intermedios son materias primas del anabolismo

-Genera desechos que se excretan al entorno.

Anabolismo

-Sintético, reductivo

-Utiliza energía, consume ATP

-Los productos finales son materias primas del catabolismo

-Utiliza nutrientes del entorno.

2. Ambas categorías contemplan tres niveles de complejidad:

Nivel 1: Interconversión de polímeros y lípidos complejos con los intermediarios monoméricos

Nivel 2: Interconversión de los azúcares monoméricos, los aminoácidos y los lípidos con los compuestos organismos más simples

Nivel 3: Degradación final hasta compuestos inorgánicos como CO2, H2O y NH3, o la síntesis a partir de ellos mismo.

ESTRATEGIAS BÁSICAS DEL METABOLISMO

Dentro del metabolismo se utilizan tres términos importantes:

1.- Metabolismo Intermedio

2.- Metabolismo Energético

3.- Rutas Centrales.

Metabolismo Intermedio

Comprende todas las reacciones relacionadas con el almacenamiento y la generación de energía metabólica y con el empleo de esa energía en la biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular y compuestos de almacenamiento de energía.

Las reacciones que ocurren en este tipo de metabolismo no necesariamente están codificadas genéticamente, ya que la información necesaria para cada reacción está incluida en la estructura de la enzima que cataliza esa reacción.

Metabolismo Energético

Parte del metabolismo intermedio formado por rutas que almacenan o generan energía metabólica.

Comprende la oxidación de moléculas combustibles y síntesis de moléculas pequeñas a partir de los fragmentos resultantes.

Están presentes en todos los organismos vivos.

Dependiendo del origen de las moléculas combustible, los organismos se dividen:* Autótrofos

* Heterótrofos.

Rutas Centrales

ESTRATEGIAS BÁSICAS DEL METABOLISMO

Fuentes de Carbono y Energía

Para el Organismo

ORGANISMO AUTÓTROFOS

FOTOSINTÉTICOS

(plantas)

Polisacáridos

Lípidos

Proteínas

Ac. Nucleicos

ORGANISMO HETERÓTROFOS

QUIMIOSINTÉTICOS

(animales)

Dióxido de Carbono

Agua

Dióxido de Carbono

Otros nutrientes

VISIÓN GENERAL DEL MATABOLISMO

PRINCIPALES RUTAS CENTRALES

Glicólisis

Ruta de nivel 2 para la degradación de los hidratos de carbono

Metabolismo de Lípidos

Metabolismo de Aminoácidos

Metabolismo de Ácidos Nucleicos

Rutas de nivel 2 que aportan combustible al ciclo del ácido cítrico.

Ciclo del Ácido Cítrico

Ruta de nivel 3 acepta compuestos de carbono sencillos para oxidarlos a CO2

Existen rutas diferenciadas para biosíntesis y degradación:

Ambas rutas rara vez son simples inversiones una de la otra, a pesar que empiezan y terminan con los mismos metabolitos.

Pueden poseer intermediarios o reacciones enzimáticas comunes, pero se trata de secuencias de reacciones reguladas por mecanismo diferentes y enzimas diferentes. Además pueden ocurrir en compartimientos celulares independientes.

La existencia de rutas diferentes es importante por dos motivos:

1.- Para que una ruta se produzca en una determinada reacción debe ser exergónica en esa dirección. Su ruta inversa será endergónica.

2.- Existe la necesidad de controlar el flujo de metabolitos en relación con el estado bioenergético de una célula.

REGULACIÓN DE LAS RUTAS METABÓLICAS

La regulación se da a través de:

1.- Actividad Enzimática: Regulando la concentración del sustrato y el control alostérico, capaz de cambiar la actividad catalítica en respuesta a moduladores inhibitorios o activatorios.

2.- Regulación hormonal: Establecida por los mensajes procedentes de otros órganos o tejidos.

3.-Compartimentación: Esto crea una división del trabajo en el interior de una célula. Lo cual aumenta la eficacia de la función celular. Además permite una regulación importante de los procesos.

FUENTE DE ENERGÍA METABÓLICA: LA OXIDACIÓN

Sistemas vivos

Oxidaciones de sustratos orgánicos

El oxígeno, que es el aceptor último de electrones para los organismo aerobios, es un oxidante potente y tiene una fuerte tendencia a atraer electrones quedando reducido en el proceso.

La mayor parte de las oxidaciones biológicas no ocurren con una transferencia directa de los electrones , desde un sustrato reducido al oxígeno.

Se producen una serie de oxidaciones acopladas, de tal forma que los electrones pasan a transportadores electrónicos intermediarios como NAD+

y finalmente se transfieren al oxígeno (aceptor electrónico terminal).

La transferencia de los electrones al oxígeno se realiza por la cadena de transporte electrónico o cadena respiratoria.

NADPH

Principal fuente de electrones para la

biosíntesis reductora

NADP+ y NADPH+ son idénticos a NAD+ y NADH, excepto que los primeros tienen un grupo fosfato adicional esterificado.

La captura de la energía ocurre a través de la síntesis del ATP y su hidrólisis puede acoplarse a muchos procesos

para proporcionar energía para el trabajo biólogico.

ADENOSINA TRIFOSFATO (ATP)

Esta molécula corresponde al nexo entre los procesos biológicos dadores de energía y los

procesos biológicos consumidores de energía.

(Pentosa)

(Base Nitrogenada)

ATP (Adenosina trifosfato)

HIDRÓLISIS DEL ATP

NUTRIENTES PRODUCTORES DE ENERGIA

CO2, H2O, NH3

ADP + Pi

MACROMOLÉCULAS PRECURSORES SENCILLOS

ATP

Trabajo Biológico

Contracción muscular

Transmisión de impulso nervioso

Transporte activo, etc.

Las células intercambian la energía liberada en la ruptura del ATP, para llevar a cabo funciones esenciales, a menudo convirtiendo la energía

química liberada en la hidrólisis del ATP en otras formas de energía.

Nutrientes del entorno…….quimiotrófics

Luz solar…………………….fotosintéticos

TRABAJO Y ENERGÍA BIOLÓGICOS

Transformaciones químicas en el interior de las células

Trabajo Biológico

* Biosíntesis (anabolismo)

* Trabajo mecánico (contracción muscular)

•Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente)

* Trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso) etc.

Productos Finales del Matabolismo

(moléculas simples, CO2, H20)

ENERGÍA

AUMENTO DE LA ENTROPÍA

TRANSDUCCIONES DE ENERGÍA

OTROS COMPUESTOS DE ALTA ENERGÍA

FOSFOENOL PIRUVATO ------------------------------- PIRUVATO + Pi

1,3 BIFOSFOGLICERATO ------------------------------- 3 FOSFOGLICERATO + Pi

FOSFOCREATINA ------------------------------------------ CREATINA + Pi

ACETIL-CoA --------------------------------------------------- ACETATO + CoA-SH

Flujos de Grupos

Dadores de de alta energía ATP Aceptores de de baja energía

P

P

P

METABOLISMO INTERMEDIO

Nivel 1: Interconvesión de polímeros y lípidos complejos con los intermediarios monoméricos

Nivel 2: Interconversión de los azúcares monoméricos, los aminoácidos y los lípidos con los compuestos organismos más simples

Nivel 3: Degradación final hasta compuestos inorgánicos como CO2, H2O y NH3, o la síntesis a partir de ellos mismo.

1,3 Bifosfoglicerato

P

Fosfoenol piruvatoP

Fosfocreatina

P

Adenina Rib P P PCompuestos de alta

energía

Compuestos de baja energía

Glucosa 6- P Glicerol 6- P

Pi

NIVEL 1: Interconversión de Polímeros y Lípidos complejos en Intermediarios Monoméricos.

POLISACÁRIDOS

PROTEÍNAS

LÍPIDOS

AC. NUCLEICOS

MONOSACÁRIDOS

AC. GRASOS

GLICEROL

NUCLEÓTIDOS

AMINOÁCIDOS

NIVEL 2: Interconversión unidades monoméricas en moléculas más sencillas.

NIVEL 3: Degradación final hasta compuestos inorgánicos como CO2, H2O, NH3

MONOSACÁRIDOS

AC. GRASOS AMINOÁCIDOS

AC. PIRÚVICO

ACETIL CoA

CETOÁCIDOS

Ciclo de Krebs

Fosforilación Oxidativa

NH3

Ciclo de la Urea

NIVEL 2

NIVEL 3

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