TEMA 10. Metabolismo. Yo intento enseñar porque, consiga o no enseñar a otros, consigo infaliblemente instruirme a mi mismo.

Transcripción

1 TEMA 10 Metabolismo Yo intento enseñar porque, consiga o no enseñar a otros, consigo infaliblemente instruirme a mi mismo. El electrón es zurdo Isaac Asimov BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO

2 Metabolismo Concepto: Conjunto de reacciones bioquímicas que se producen en el interior de la célula y transforman unos compuestos en otros. Funciones: Obtener energía (ATP) a partir de componentes capturados del entorno o procedentes de la energía solar. Transformar las sustancias capturadas en materia prima para las células (precursores de los sillares de las macromoléculas). Síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos y otros componentes celulares. Degradar y sintetizar biomoléculas necesarias para funciones celulares específicas: hormonas, neurotransmisores,

3 Metabolismo Fuentes de carbono y energía para la vida celular Según la forma química del carbono Autótrofos Utilizan CO2 como fuente de Carbono Heterótrofos Toman el Carbono del entorno:glucosa Según la fuente de energía Fotótrofos Quimiótrofos Utilizan luz como fuente de energía Obtienen la energía de reacciones redox

4 Metabolismo Organismo Fuente de Carbono Fuente de Energía Fotoautótrofos CO2 Luz - Células verdes de plantas superiores - bacterias fotosintéticas Fotoheterótrofos Compuestos orgánicos Luz - Bacterias púrpuras no sulfuradas Quimioautótrofos CO2 Reacciones redox - Bacterias desnitrificantes Quimioheterótrofos Compuestos orgánicos Reacciones redox - Organismos superiores (animales, hongos) - Mayor parte de microorganismos Ejemplos

5 Rutas metabólicas Aunque el metabolismo comprende centenares de reacciones diferentes, existen una serie de RUTAS METABÓLICAS centrales que son pocas e idénticas en la mayor de seres vivos. Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones químicas que relacionan entre sí a dos compuestos o metabolitos importantes. La transformación de unos metabolitos en otros se lleva a cabo mediante enzimas específicos.

6 GLUCOSA PIRUVATO ACETIL-CoA KREBS

7 Catabolismo y Anabolismo Hay 2 tendencias en el metabolismo: CATABOLISMO: Fase destructiva, las moléculas complejas se transforman en otras más sencillas. Hay varios TIPOS según el aceptor final de electrones y el grado de oxidación del compuesto. FERMENTACIÓN: el aceptor final molécula pequeña la oxidación del compuesto es parcial RESPIRACIÓN AERÓBICA: el aceptor es el O2, la oxidación es total hasta CO2 y H2O. RESPIRACIÓN ANAERÓBICA: el aceptor final es un compuesto inorgánico (ión nitrato, sulfato o carbonato). ANABOLISMO: Fase constructiva, a partir de moléculas sencillas se fabrican otras más complejas.

8 Catabolismo y Anabolismo

9 Óxido-Reducción Las células obtienen energía mediante la oxidación de moléculas orgánicas. Entendemos: - la oxidación como eliminación de electrones. - la reducción implica la adición o captación de electrones.

10 Óxido-Reducción En las células las moléculas orgánicas, que se encuentran en un estado rico de electrones (es decir, reducido), se convierten en H2O y CO2, que han cedido electrones y, por tanto, están muy oxidados. Desde otro punto de vista: - la deshidrogenación es equivalente a la oxidación, cuando se transfieren electrones mediante intercambio de hidrógenos. - la hidrogenación es equivalente a la reducción.

11 Transporte de Energía Las reacciones metabólicas están ACOPLADAS, es decir, las de síntesis, consumidoras de energía están acopladas con las de degradación, productoras de energía.

12 Transporte de Energía Puede llevarse a cabo de dos formas: En forma de ATP En forma de Tte de Electrones

13 Transporte de Energía como ATP Es la molécula transportadora de energía más abundante en las células. Las enzimas acoplan las reacciones exergónicas a la producción de ATP. El ATP posee enlaces de alta energía entre sus restos fosfato, y cuando se hidroliza, hecho que sucede con mucha facilidad, libera esa energía que sirve, a su vez, para impulsar otras reacciones (siempre que se acoplen a ese proceso). La energía que almacena proviene de: Oxidación de los nutrientes Fotosíntesis, donde compuestos inorgánicos, gracias a la luz se transforman en compuestos orgánicos que luego se oxidarán La hidrólisis del ATP aporta, en condiciones experimentales, 7.3 kcal / mol de energía útil.

14 Transporte de Energía como ATP El ATP interviene en todas las reacciones de transferencia de fosfato en la célula y, por tanto, en la mayor parte de las transformaciones energéticas. Su energía química puede efectuar trabajo de tres formas distintas: Trabajo mecánico: contracción y movilidad celular Transporte activo o a través de las membranas celulares de iones y moléculas Biosíntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas Otros nucleótidos como el GTP, UTP, CTP, etc. participan también como transportadores de grupos fosfato ricos en energía.

15 Transporte de Energía Tte de e En algunas reacciones catabólicas, la energía es transportada mediante un flujo de electrones. Se genera un gran poder reductor ya que los nutrientes se oxidan para obtener energía.

16 Transporte de Energía Tte de elos electrones energéticos (a veces, forman parte de un átomo de H) pueden ser capturados por transportadores de electrones (citocromos) que, a su vez, pueden cederlos junto con su energía a otras moléculas.

17 Transporte de Energía Tte de e Los transportadores de electrones más frecuentes son: NAD, NADP, FAD y FMN; que los llevan hasta la última molécula: la aceptora final de hidrógenos

18 Transporte de Energía Tte de e

19 Glucólisis Es la degradación de glucosa a piruvato, se produce en el citosol y es un proceso anaeróbico. Gran parte de los azúcares son degradados en las células mediante esta vía.

20 Glucólisis

21 Glucólisis

22 Fermentaciones Conjunto de rutas mediante las que se obtiene energía a partir de combustibles orgánicos y en ausencia de oxígeno molecular. Láctica

23 Fermentaciones Alcohólica

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25 Respiración aerobia Oxidación de combustibles orgánicos por el oxígeno molecular. Transcurre en 3 ETAPAS: (1) - Obtención de Acetil-CoA - - matriz mitocondrial (2) - Oxidación completa del Acetil-CoA en el CICLO de KREBS -- matriz mitocondrial (3) - Tte electrónico, desde las coenzimas hasta el O2 -membrana mitocondrial interna

26 Respiración aerobia (1) - Obtención de Acetil-CoA - - matriz mitocondrial

27 Respiración aerobia (2) - Oxidación completa del Acetil-CoA en el CICLO de KREBS - matriz mitocondrial

28 Respiración aerobia Via común en células aerobias para la oxidación completa de las grandes biomoléculas. Se obtienen precursores metabólicos. Naturaleza ANFIBÓLICA Aparentemente el rendimiento energético del ciclo no es importante 1 GTP (ATP). La verdadera contribución del ciclo es la obtención de electrones de alta energía, extraídos por oxidación del Acetil-CoA e incorporados a los coenzimas NADH y FADH2 (PODER REDUCTOR).

29 Respiración aerobia PODER REDUCTOR Observamos en el catabolismo general cómo se va generando un continuo poder reductor en forma de electrones.

30 Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa Conjunto de reacciones redox encadenadas en serie que transportan electrones hasta el oxígeno molecular. Estas reacciones están catalizadas por determinados complejos enzimáticos. Los complejos enzimáticos hacen posible el flujo de e-/h+ de unos transportadores a otros hasta alcanzar el O2 molecular. El O2 molecular actúa como último aceptor de e-/h+ se reduce y forma agua.

31 Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa En cada reacción intervienen dos constituyentes con distintos potenciales redox; a mayor potencial mayor afinidad por los electrones.

32 Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa

33 Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa Durante años se trató de explicar cuál era el mecanismo de la fosforilación oxidativa, la hipótesis que mejor explica dicho proceso es la HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA. Postula que los transportadores electrónicos actúan como una BOMBA, transportando iones H+ desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, a través de la membrana mitocondrial interna. Se genera un gradiente electroquímico, como la membrana mitocondrial interna es impermeable a los H+, éstos sólo pueden retornar a la matriz a través de la ATP-Sintetasa (ATPasa) que utiliza el gradiente de H + como fuerza protónmotriz para formar ATP a partir de ADP + Pi.

34 Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa

35 Transporte electrónico. Fosforilación oxidativa ROTURA DEL ACOPLAMIENTO Termogénesis en tejido adiposo marrón NE: Norepinefrina HSL: Lipasa sensible a hormona UCP: Termogenina o proteína desacoplante

36 Catabolismo de Lípidos

37 Catabolismo de Lípidos Son la principal reserva energética de las células (sobre todo los TAG). Su metabolismo es más lento que los azúcares. TAG - se transforman en: Glicerina > DHP (Dihidroxiacetona 3-P) > GLUCÓLISIS Acidos grasos > β-oxidación (Hélice de LYNEN)

38 Catabolismo de Lípidos Beta-Oxidación Proceso metabólico en espiral que se produce en la matriz mitocondrial (1) El A.G. debe entrar en la mitocondria; se activa uniéndose al CoA, se forma Acil-CoA > Gasto de ATP

39 Catabolismo de Lípidos (2) - Los Acil-CoA se transforman en la matriz mitocondrial en Acetil-CoA por pérdida sucesiva de fragmentos con 2 átomos de carbono. La β-oxidación es un proceso cíclico (en espiral) en el que el Acil-CoA se oxida gracias al FAD y al NAD y forma Acetil-CoA, que va al Ciclo de Krebs, y una nueva forma de Acil-CoA con dos átomos de carbono menos que el original: En cada vuelta ocurre; En la última vuelta, el fragmento de 2 carbonos resultante ya es un Acetil-CoA. Imaginemos el ácido palmítico (16 C), daría 7 vueltas y fabricaría por tanto 8 AcetilCoA

42 Catabolismo de Aminoácidos Aunque la función primordial de los AA es estructural por ser los precursores de las proteínas, en casos extremos, pueden ser utilizados como fuente energética. Para ello, los polipéptidos deben hidrolizarse hasta AA. La degradación de los aminoácidos ocurre en dos fases, se debe separar el esqueleto carbonado del nitrógeno, ocurre en el citosol.

43 Catabolismo de Aminoácidos

44 Catabolismo de Aminoácidos

45 Gluconeogénesis o Neoglucogénesis Transformación de PIRUVATO > GLUCOSA No es un proceso inverso a la Glucólisis. Comienza en el interior de la mitocondria y finaliza en el hialoplasma Es utilizado por los animales para mantener los niveles de glucosa adecuados GRASAS > GLUCOSA??? Los animales no pueden efectuar la síntesis de glucosa a partir de las grasas ya que los 2 átomos de carbono del Acetil-CoA originado en el catabolismo de los ácidos grasos se pierden en forma de CO2 en el Ciclo de Krebs. Plantas y microorganismos sí pueden hacerlo, gracias al ciclo del GLIOXILATO, que elude las etapas de desprendimiento de CO2 anteriores originando succinato que se emplea con fines fotosintéticos. Se realiza en los glioxisomas.

46 Ciclo del Glioxilato

47 Glucogenogénesis - Transformación de GLUCOSA > GLUCÓGENO o ALMIDÓN - La Glucosa-1-P se transforma en UDP-Glucosa, ésta facilita la energía necesaria para añadir a la cadena una nueva molécula de glucosa.