Introduccion metabolismo 21644

Bioquímica

1. III. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO 1. Generalidades
2. Termodinámica de los compuestos fosforilados
3. Termodinámica de los sistemas vivos

2. ¿CÓMO OBTIENEN LAS CÉLULAS LA ENERGÍA Y EL PODER
REDUCTOR A PARTIR DE SU ENTORNO?
¿CÓMO SINTETIZAN LAS CÉLULAS LOS COMPUESTOS
FUNDAMENTALES DE SUS MACROMOLÉCULAS Y CÓMO SE
SINTETIZAN POSTERIORMENTE LAS PROPIAS MACROMOLÉCULAS?
Stryer et al. 2003

3. ¿QUÉES EL
METABOLISMO?

4. Metabolismo Metabolismo
Es una actividad celular muy coordinada en la que m uchos
sistemas multienzimáticoscooperan para:
(1)Obtener energía química a partir de la captación de la
energía solar o degradando nutrientes ricos en ener gía
obtenidos del ambiente
(2) Convertir moléculas nutrientes en las moléculas
características de la propia célula
(3) Polimerizar los precursores monoméricosen
macromoléculas
(4) Sintetizar y degradar biomoléculasrequeridas en funciones
celulares especializadas
Proceso mediante el cual los seres vivos adquieren y utilizan
la energía libre que requieren para realizar sus fu nciones
proteínas, ác. nucleicos, lípidos, carbohidratos
Nelson y Cox, 2005

5. Fotótrofos(autótrofos)
Quimiótrofos(heterótrofos)
LOS ORGANISMOS VIVOS SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS SEGÚN LA
FORMA QUÍMICA A TRAVÉS DE LA QUE OBTIENEN CARBONO
DEL MEDIO

6. Autotrófos
fotosintéticos
Heterótrofos
Nelson y Cox, 2005
Obtienen
su energía
de la luz
solar
Obtienen su
energía de la
degradación de
nutrientes
orgánicos
producidos por
los autótrofos
EL CARBONO, OXÍGENO Y AGUA SE CICLAN CONSTANTEMENTE ENTRE
LOS MUNDOS HETEROTRÓFICOS Y AUTOTRÓFICO, CON LA ENERGÍA
SOLAR COMO FUERZA MOTRIZ DE ESTE PROCESO GLOBAL

7. Metabolismo Metabolismo
Es la suma de todas las transformaciones químicas que se
producen en una célula u organismo, a través de una serie de
reacciones catalizadas enzimáticamente que constituyen las
rutas metabólicas
(Eliminación, transferencia o adición de un átomo o grupo funcional)
CADA PASO = CAMBIO QUÍMICO ESPECÍFICO
PRECURSOR PRODUCTO
INTERMEDIARIOS (METABOLITOS)
CARACTERÍSTICAS

8. Donde la serie de reacciones químicas se encuentran interrelacionadas
y acopladas y que tienen por objeto producir compuestos necesarios
para la vida celular
Stryer
et al. 2003

9. METABOLISMO
CATABOLISMO.- Conjunto de reacciones que
convierten moléculas (como si fueran
combustibles) en energía utilizable (producen
energía)
ANABOLISMO.-
Conjunto de reacciones que requieren
energía para producir moléculas complejas Vías anabólicas: son rutas de biosíntesis.
Químicamente son procesos reductores.
Requieren un aporte de energía externo.
Vías catabólicas: son de tipo degradativo
.
Químicamente son procesos oxidativos
.
Suelen producir energía

10. M
E
T
A
B
O
L
I
S
M
O
A
N
A
B
O
L
I
S
M
O
C
A
T
A
B
O
L
I
S
M
O
ENERGÍA

11. CATABOLISMO
ENERGÍA
ANABOLISMO
REGULACION
METABÓLICA

14. REGULACIÓN
DEL
METABOLISMO
CANTIDAD
DISPONIBILIDAD
(RECAMBIO, LOCALIZACIÓN)
ACTIVIDAD
CATALÍTICA

16. •Una vía metabólica está formada por una serie de reacciones en una
secuencia específica que en su conjunto es termodinámicamente
favorable •Sin embargo, algunas de estas reacciones de la vía pueden requerir
energía y otras liberarla
•Las vías pueden estar compartamentalizadas celularmente (organelos,
citosol, membranales)
•Las reacciones van a estar mediadas por enzimas, por eso, van a ser
específicas
•Las vías metabólicas pueden ser regulables. No todas las reacciones
de la vía pueden regularse.
•Esta regulación puede darse por disponibilidad del sustrato, por
mecanismos de regulación enzimática (alosterismo, fosforilación,
retroalimentación, síntesis de la enzima misma, etc.), por factores
termodinámicos
•En su conjunto
, las vías metabólicas son
reversibles PERO TIENEN
POR LO MENOS UN PASO IRREVERSIBLE (PASO LIMITANTE)
Caracter
í
sticas de las v
í
as metab
ó
licas

18. LAS REACCIONES DE UNA VÍA METABÓLICA SE PUEDEN
VER SEGÚN SUS CARACTERÍSTICAS TERMODINÁMICAS
.
Las reacciones termodinámicamente pueden ser: ∆
G GRANDE Y NEGATIVA La reacción transcurre en el
sentido (EXERGÓNICAS)
∆
G=0 EL SISTEMA E STA EN
EQUILIBRIO
∆
G GRANDE Y POSITIVA La reacción transcurre en el
sentido opuesto
(ENDERGÓNICAS)

19. LAS REACCIONES CERCANAS AL EQUILIBRIO ∆
G CERCANO A 0
-SON REVERSIBLES
-Las enzimas que las catalizan tienen una actividad muy
alta y por tanto la actividad de la enzima no es un factor
limitante de la vía.
-Son reacciones fácilmente reversibles y su actividad
depende de la relación de [sustrato] y [producto].
La direccionalidad va a depender de cambios de
[sustrato] y [producto].
-LAS REACCIONES CERCANAS AL EQUILIBRIO, POCAS
VECES REGULAN EL FLUJO DE LA VÍA METABÓLICA

20. LAS REACCIONES ALEJADAS DEL EQUILIBRIO ∆
G GRANDES Y NEGATIVOS
-SON IRREVERSIBLES
-Son poco sensibles a la variación de [sustrato] y [producto]
-Las enzimas suelen ser alostéricas
-LAS REACCIONES ALEJANAS DEL EQUILIBRIO SON LAS
QUE MAYORMENTE REGULAN UNA VÍA METABÓLICA

21. Poner grupos funcionales a dobles enlaces
o eliminación para formar dobles enlaces
Adición o eliminación de grupos
funcionales
Rompimiento de enlaces con intervención
del agua
HidrólisisTransferencia de un grupo funcional de
una molécula a otra
Transferencia de gruposReorganización de átomos para formar
isómeros
Isomerización Formación de enlaces covalentes (ej. C-C) Formación de enlaces con
requerimiento de hidrólisis de
ATP
Transferencia de electrones Oxidación-reducción
DESCRIPCIÓN TIPO DE REACCIÓN
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS DEL METABOLISMO

22. MOLÉCULAS FUNDAMENTALES
EN LAS REACCIONES METABÓLICAS

23. Cuatro mol
é
culas fundamentales
en las reacciones metabólicas
“Donador de energía”
“Almacenador de
Poder reductor”
“Acarreador de
grupos acilo”

24. La hidrólisis de ATP o de un compuesto fosforilado es una reacción
común para obtener energía.
LA VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE EN LA HIDRÓLISIS DEL ATP ES GRANDE Y
NEGATIVA

25. FUNDAMENTO QUÍMICO DE LA ELEVADA VARIACIÓN DE ENRGÍA LIBRE
ASOCIADA A LA HIDRÓLISIS DE ATP
1) La hidrólisis disminuye
la repulsión de carga
2) El producto (Pi)
está estabilizado por la
formación de un
híbrido de resonancia
3) El producto se ioniza
inmediatamente

26. Otros compuestos
fosforiladosque
transfieren su
fosfato en
reacciones
celulares que
requieren energía

27. Otros compuestos
fosforiladosque
transfieren su
fosfato en
reacciones
celulares que
requieren energía
TIOESTER

28. ESTABILIDAD POR
TAUTOMERIZACIÓN
ESTABILIDAD POR
RESONANCIA

29. ESTABILIDAD POR
RESONANCIA

30. EN LAS REACCIONES DE HIDRÓLISIS CON VARIACIONES
DE ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR
GRANDES Y NEGATIVAS
los PRODUCTOS SON MÁS ESTABLES QUE LOS REACTIVOS 1)La tensión de enlace en los reactivos debida a repulsión
electrostática queda liberada por la separación de carga
(ATP)
2) Los productos se estabilizan por ionización 3) Los productos se estabilizan por isomerización 4) Estabilidad por resonancia

31. ENERGÍAS LIBRES ESTÁNDAR DE HIDRÓLISIS DE ALGUNOS
COMPUESTOS FOSFORILADOS Y DEL ACETIL-CoA (un tioéster)

32. La hidrólisis de ATP o de un compuesto fosforilado es una reacción
común para obtener energía.
Esta reacción se acopla energéticamente a otra reacción que la requiera
A B Reacción exergónica
C D Reacción exergónica

33. LAS VARIACIONES DE ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR
SON ADITIVAS
Este principio explica por qué una reacción termodinámicamente
desfavorable (endergónica) puede ser impulsada en el sentido directo
acoplándola a una reacción muy exergónica a través de un
intermediario común.

34. FLUJO DE GRUPOS FOSFORILO

35. REGULACIÓN DE UNA VÍA METABÓLICA
ENFOQUE TRADICIONAL VS. TEORÍA DEL CONTROL METABÓLICO
Una vía tiene uno o muy pocos
pasos regulación, que se llaman
pasos limitantes o
No hay una enzima que sea la
responsable de regular el flujo de la vía
El flujo de una vía está controlado por
varias enzimas de las reacciones
que integran la vía
Cada una tiene una contribución que
depende de la concentración de
intermediarios
ENFOQUE TRADICIONAL
TEORÍA DEL CONTROL METABÓLICO
Las enzimas “limitantes o reguladoras”
se han propuesto con base en
mediciones in vitro, muy alejadas de
las condiciones fisiológicas como
[intermediarios], efectores alostéricos,
etc.
Se basa en la medición exptl. de una vía
“perturbando” una enzima específica y
viendo como se comporta el flujo de la vía
(concentraciones de los otros metabolitos)
todos estos datos se tratan matemática-
mente y por eso es cuantitativa