Las células llevan a cabo una gran variedad de reacciones químicas: Degradación de moléculas alimenticias Síntesis de los constituyentes celulares

Transcripción

1 Grado Medicina Biología Celular 1 er Curso TEMA 3 METABOLISMO CELULAR 3.1 Papel central de las enzimas como catalizadores biológicos. 3.2 Energía metabólica. Biosíntesis de los componentes celulares. Las células llevan a cabo una gran variedad de reacciones químicas: Degradación de moléculas alimenticias Síntesis de los constituyentes celulares Tres temas principales: Proteínas como catalizadores biológicos Generación y utilización de la energía metabólica Biosíntesis sis de los principales i constituyentes t s celulares l 1

2 3.1 Papel central de las enzimas como catalizadores biológicos. ENZIMAS: catalizadores que incrementan la velocidad de las reacciones químicas dentro de la célula. Sin catálisis enzimática, la mayoría de las reacciones bioquímicas son tan lentas que no ocurrirían en condiciones de temperatura y presión compatibles con la vida. Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones bioquímicas más de de veces. Las células l contienen miles de enzimas diferentes. 2

3 Dos propiedades fundamentales de las enzimas: 1. Aumentan la velocidad de las reacciones químicas sin ser consumidas o alteradas permanentemente por la reacción 2. Aumentan la velocidad de las reacciones sin alterar el equilibrio químico entre sustratos y productos S E P Diagramas energéticos para reacciones catalizadas y no catalizadas 3

4 Las enzimas deben unirse a los sustratos para formar un complejo enzima-sustrato: ES S + E ES E + P El sustrato se une a una región específica de la enzima denominada: Lugar o sitio activo La mayoría de las reacciones bioquímicas implican interacciones entre dosomássustratosdiferentes 4

5 Modelos de interacción enzima-sustrato Coenzimas Los lugares activos de muchas enzimas ligan otras pequeñas moléculas que participan en la catálisis. Son grupos prostéticos, pequeñas moléculas unidas a proteínas en las que desempeñan papeles cruciales: grupos hemo, iones metálicos (zinc, hierro), moléculas orgánicas de bajo peso molecular. Estas moléculas se denominan COENZIMAS Trabajan con las enzimas para aumentar la velocidad de la reacción. No se alteran de forma irreversible por las reacciones en las que participan. Se reciclan ypuedenparticiparenmúltiples reacciones enzimáticas. 5

6 Coenzimas Ejemplo: NAD +, nicotinamín adenín dinucleótido funciona como transportador de electrones en reacciones de óxido-reducción. S 1 + H + + 2e - + NAD + S 1 oxidado d + NADH S 2 + NADH NAD + + S 2 reducido 3.2 Energía metabólica. Biosíntesis de los componentes celulares. 6

7 Una gran parte de las actividades de la célula están dedicadas a obtener energía del entorno y a emplear esa energía para activar reacciones que la necesiten (movimiento, síntesis de macromoléculas, etc). La generación y utilización de energía metabólica es por lo tanto fundamental en toda la biología celular. Termodinámica: ENTALPÍA: calor que se libera o es absorbido durante una reacción química. ENTROPÍA: grado de desorden que resulta de una reacción. ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): su variación ( G) en una reacción combina entalpía y entropía para predecir si una reacción es o no energéticamente favorable. G < 0 energéticamente favorable Supongamos una reacción en la que A se convierte en B A B Si G < 0, entonces A B Si G > 0, entonces A B 7

8 Muchas reacciones biológicas, como la síntesis de macromoléculas, son termodinámicamente desfavorables ( G > 0) en condiciones celulares. Para que esas reacciones puedan progresar se necesita una fuente adicional de energía: A B G= G +10kcal/mol l C D G= -20kcal/mol A + C B + D G= -10kcal/mol La reacción combinada es energéticamente favorable y progresará, porque G < 0 ya que es la suma de G de los componentes individuales: (-20)= -10 kcal/mol. Las enzimas se encargan de llevar a cabo estas reacciones combinadas de una forma coordinada. El adenosín 5 -trifosfato (ATP) actúa como un depósito de energía libre dentro de la célula. Los enlaces entre los fosfatos del ATP son enlaces de alta energía ya que su hidrólisis se acompaña de un descenso grande en la energía libre 8

9 Glicólisis Fase inicial de la degradación de la glucosa, resultando en dos moléculas de piruvato y una ganancia neta de dos moléculas de ATP. Tambiénseproducen2moléculasdecoenzimaNADH. En condiciones aeróbicas, el NADH dona sus e - alacadena de transporte de e -. El piruvato se transporta a la mitocondria donde se inicia el ciclo de Krebs. Las moléculas de NADH y FADH2 que se producen transfieren finalmente sus e - a la cadena de transporte electrónico consumiendo O 2 y produciendo ATP. Producción de energía a partir de otras moléculas orgánicas Nucleótidos azúcares vía glucolítica Aminoácidos ciclo de Krebs Polisacáridos azúcares libres vía glucolítica Lípidos glicerol y ácidos grasos libres acil-coa graso acetil CoA ciclo de Krebs Loslípidossonmoléculasmáseficacesenelalmacenamientod eenergía, ya que están más reducidos que los carbohidratos. Ganancia neta por molécula l de: Glucosa, ATPs Ácido graso, 130 ATPs Teniendo en cuenta el peso molecular, el rendimiento por gramo de ácido graso es 2,5 veces superior. 9

10 3.2 Energía metabólica. Biosíntesis de los componentes celulares. CARBOHIDRATOS La glucosa se sintetiza a partir de otras moléculas orgánicas empleando energía en forma de ATP y poder reductor a partir de NADH. Se necesita ATP adicional para producir polisacáridos a partir de azúcares simples. LÍPIDOS Se sintetizan a partir de acetil CoA, que se forma en la degradación de los carbohidratos. PROTEÍNAS Los aminoácidos son sintetizados a partir de intermediarios de la glicólisis y del ciclo de Krebs. Se requiere energía adicional, en forma de ATP y GTP, para formar las proteínas a partir de los aminoácidos. ÁCIDOS NUCLEICOS Los nucleótidos, purinas y pirimidinas, se sintetizan a partir de carbohidratos y aminoácidos. Para su polimerización a ADN y ARN se utilizan nucleósidos trifosfatos como precursores activados. 10