Metabolismo. Catabolismo. Oxidación-reducción 30/09/2009. Clase 5. Energética celular: nutrición y metabolismo

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Luis Villanueva Santos
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Clase 5. Energética celular: nutrición y metabolismo Qué permite a los seres vivos tener conductas? 1. Los organismos vivos: Estructura y función. 2. Metabolismo 1. Oxidación reducción. 2. Energía libre.

1 Clase 5. Energética celular: nutrición y metabolismo Qué permite a los seres vivos tener conductas? 1. Los organismos vivos: Estructura y función. 2. Metabolismo 1. Oxidación reducción. 2. Energía libre. Velocidad de reacción. 3. Las enzimas. Regulación de la actividad enzimática. 4. Obtención dnergía a partir de los alimentos Estructura sencilla (libera energía) La entropía del universo tiende a aumentar. Estructura muy compleja y organizada (consume energía) Para que las células sean capaces de generar y mantener un orden interno en un universo que tiende al caos se requiere la unión directa de la combustión de molécula de alimento con la generación de orden biológico. Metabolismo Los organismos vivos son capaces de generar y mantener orden en un universo que tiende a generar un desorden creciente. Para ello tienen han de generar una corriente sin fin de reacciones químicas. Catabolismo Las células obtienen la energía que necesitan de la contenida en los enlaces químicos de las molélulas orgánicas ( se oxidan las moléculas orgánicas). Al conjunto de reacciones químicas que ocurren en una célula se le denomina METABOLISMO. En el metabolismo se distinguen dos corriente opuestas de reacciones químicas: Reacciones en las que se produce la rotura de enlaces químicos generándosnergía CATABOLISMO Reacciones de formación de moléculas en las que se consumnergía: ANABOLISMO Oxidación-reducción Oxidación:pérdida de electrones y/o protones. Actividad 5.1 Decir cuando sstá produciendo una oxidación y cuando una reducción Fe 2 Fe 3 Reducción: ganancia de electrones y/o protones. Cl Cl - CH 3 CH 2 OH (etanol) CH 3 CHO (acetaldehído) CH 2 =CH 2 (eteno) CH 3 CHO (acetaldehído) CH 3 COOH (acetaldehído) CH 3 CH 3 (etano) 1

Oxidación en un solo paso Papel O 2 Cenizas CO 2 Calor Reacción de oxidación: Son reacciones enérgicamente favorables S P Las células extraen la energía de las biomoléculas mediante un proceso

2 Oxidación en un solo paso Papel O 2 Cenizas CO 2 Calor Reacción de oxidación: Son reacciones enérgicamente favorables S P Las células extraen la energía de las biomoléculas mediante un proceso gradual de oxidación o combustión controlada. Gs>Gs G<0 Las reacciones químicas sólo se dan espontáneamentn la dirección que permite la pérdida dnergía. Se dice que es una reacción enérgicamente favorable ( G<0) Energía libre La mayoría de las reacciones bioquímicas son tan lentas que no ocurrirían en condiciones de temperatura y presión compatibles con la vida. Energía de activación Las enzimas(proteínas)son catalizadores capaces de acelerar la velocidad de reacción sin ser consumidas o alteradas permanentemente por la reacción. Para que pueda darse una reacción química que deje a una molécula en un estado energético más estable, por lo general, esta molécula necesita de una energía de activación. Las enzimas se une a unas sustancias llamadas s y las ponn tal estado que disminuyen su energía de activación y pueden reaccionar dando lugar a otra sustancia llamada producto. 2

Coenzimas Grupos prostéticos: Además de unir a sus s, los lugares activos de muchas enzimas ligan otras pequeñas moléculas que participan en la catálisis Pequeñas moléculas: O2, Fe, etc.

3 Cada enzima tiene una forma característica que contiene un lugar activo: lugar de la enzima que se acopla a un determinado. Al final de la reacción la enzima está inalterada dispuesta a catalizar otra reacción. Coenzimas Grupos prostéticos: Además de unir a sus s, los lugares activos de muchas enzimas ligan otras pequeñas moléculas que participan en la catálisis Pequeñas moléculas: O2, Fe, etc. Pequeñas biomoléculas llamadas coenzimas: NAD, vitaminas,etc. Mecanismo de actuación enzimática: 1) Se forma un complejo: enzimasubstrato o substratos. 2) Se une la coenzima a este complejo. productos Las enzimas son muy específicaso selectivas: sólo se unen a un tipo de. Dsta manera en una célula se producirán en un momento determinado unas rutas metabólicas u otras dependiendo del tipo dnzimas qustén activas en ese momento 3) Los restos de los aminoácidos que configuran el centro activo catalizan el proceso. Para ello debilitan los enlaces necesarios para que la reacción química se lleve a cabo a baja temperatura y no se necesite una elevada energía de activación. 4) Los productos de la reacción se separan del centro activo y la enzima se recupera intacta para nuevas catálisis. 5) Las coenzimas colaboran en el proceso; bien aportando energía (ATP), electrones (NADH/NADPH) o en otras funciones relacionadas con la catálisis enzimática inactiva Centro activo Coenzima Regulación de la actividad enzimática. Regulación alostérica 1. Inhibición por retroalimentación Inhibición competitiva inhibidor S P E - 2. Modificaciones covalentes: Fosforilación. s que catalizan reacciones de fosforilaciónson quinasasy de desfosforilación, fosfatasas Sin inhibidor con inhibidor Los inhibidores competitivos son sustancias, muchas veces similares químicamente a los s, que se unen al centro activo impidiendo con ello que se una el. El proceso es reversible y depende de la cantidad de y de inhibidor, pues ambos compiten por la enzima. 3

4 Inhibición no competitiva Inhibición alostérica. No se produce la catálisis activa Sin inhibidor Sin inhibidor Con inhibidor inhibidor Los inhibidores no competitivos son sustancias que se unen a la enzima en lugares diferentes al centro activo alterando la conformación de la molécula de tal manera que, aunque se forme un complejo enzima-, no se produce la catálisis. Este tipo de inhibición depende solamente de la concentración de inhibidor. Los inhibidores alostéricos se unen a una zona de la enzima y cambian la configuración del centro activo de tal manera que impiden qul se pueda unir a él. inactiva con inhibidor inhibidor envenenadores activadores productos envenenador inactiva activa activador Los envenenadores son sustancias que se unen al centro activo mediantnlaces fuertes en un proceso irreversible, con lo que impiden de manera definitiva la catálisis. Los activadores se unen al centro regulador, cambian la configuración del centro activo, que hasta ese momento estaba inactivo y desencadenan la catálisis enzimática. En la célula existen enzimas que acoplan directamente reacciones enérgicamente favorables con reacciones enérgicamente desfavorables. 4

5 G= -7,3 kcal/mol Obtención dnergía a partir de los alimentos El cerebro sólo obtiene su energía de la glucosa. 5

La formación de ATP a partir de glucosa, en la célula, ocurrn dos etapas: 1ª en el citoplasma: Glicólisis (10 reacciones) 2ª en la mitocondria: Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa.

6 La formación de ATP a partir de glucosa, en la célula, ocurrn dos etapas: 1ª en el citoplasma: Glicólisis (10 reacciones) 2ª en la mitocondria: Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. Citoplasma: Glicólisis Mitocondria: Respiración celular Matriz Mitocondrial: Ciclo de Krebs Muchos de los intermediarios del ciclo de Krebs son precursores de neurotransmisores y hormonas. 6

7 Cresta mitocondriales (membrana interna): Fosforilación oxidativa CH3-CO-COOH 2H 2H 2H 2H NADPH e - Flav. NADP H CQ H e - Cb Cc e - H Ca 2H 1/2 O2 H 2 O La Cadena Respiratoria partiendo del NADH (animación) La Cadena Respiratoria partiendo del FADH 2 (animación) NADH NAD 3ADP 3ATP FADH 2 FAD 2ADP 2ATP Comp. I Comp. II Cit C Comp.III Comp. I Comp. II Cit C Comp.III 7

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