Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ

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2 VISIÓN GENERAL DEL METABOLISMO

3 BREVE VISIÓN GENERAL DEL METABOLISMO

4 METABOLISMO DEFINICIÓN Conjunto integrado reacciones químicas que tienen lugar en una célula u organismo. Cientos de reacciones organizadas en rutas metabólicas. Una ruta metabólica es una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente. En una ruta, un precursor se convierte en un producto a través de una serie de intermediarios: los metabolitos

5 METABOLISMO FUNCIONES: Obtener energía química (ATP) degradando nutrientes ricos en energía (o a partir de la energía solar). Convertir moléculas nutrientes en moléculas celulares (fabricar los componentes celulares). Polimerizar precursores monoméricos a proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, lípidos, etc. Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones celulares especializadas (hormonas, neurotransmisores, etc.).

6 CARACTERÍSTICAS: METABOLISMO Las reacciones bioquímicas son muchas, pero las reacciones importantes son relativamente pocas. Las rutas metabólicas centrales son pocas y son similares en todas las formas vivas. Las moléculas importantes del metabolismo no son mas de 100. Todas las rutas se regulan de forma similar.

7 CLASIFICACIÓN: METABOLISMO 1. CATABOLISMO Ruptura o degradación de moléculas complejas ricas en energía. Da lugar a la formación de moléculas simples (CO 2, H 2 O, NH 3 ). La energía liberada es capturada como ATP y almacenada para su posterior utilización.

8 CATABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS: GLUCÓLISIS

9 METABOLISMO OXIDATIVO

10 METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS Y LOS ESTEROIDES

11 METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

12 CLASIFICACIÓN: 2. ANABÓLISMO: METABOLISMO Síntesis de moléculas complejas a partir de otras más simples. Ejm.: AAs Glucosa Proteínas. Glucógeno. Requiere de Energía que proviene de la hidrólisis del ATP.

13 ANABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS

14 FOTOSÍNTESIS

15 CLASIFICACIÓN: METABOLISMO 3. ANFIBOLISMO: Mixto (degradación y síntesis en una misma ruta metabólica). Ejemplo: El ciclo del ácido cítrico.

16 CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO

17 METABOLISMO VÍAS CATABÓLICAS Degradativo, oxidativo. Genera energía, produce ATP. Los productos finales e intermedios son materias primas del anabolismo. Genera desechos que se excretan al entorno CO2, H2O y NH3. Lisis (glicólisis, proteólisis, lipólisis, glucogenólisis). VÍAS ANABÓLICAS Sintético, reductivo. Utiliza energía, consume ATP. Los productos finales son materias primas del catabolismo. Génesis (gluconeogénesis, glucogenogénesis, proteogénesis, lipogénesis

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19 TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS Células y organismos vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con su entorno. Las actividades celulares requieren energía. Aprovechan la energía: - A partir de la energía solar. - A partir de componentes químicos de su entorno (nutrientes). Utilizan la energía para la producción de un trabajo biológico. - Biosíntesis (anabolismo) - Trabajo mecánico (contracción muscular) - Gradientes osmóticos (transporte contra gradiente) - Trabajo eléctrico (transmisión del impulso nervioso)

20 TERMODINÁMICA DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS BIOENERGÉTICA: Estudio cuantitativo de la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos. La única energía que pueden utilizar las células es la energía libre: Energía libre de Gibbs (G). Las reacciones metabólicas se rigen por las leyes de la termodinámica: - Principio de conservación de la energía - Aumento natural del desorden

21 BASES TERMODINÁMICAS DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS Entalpía (H): contenido calórico del sistema ΔH > 0 Reacción endotérmica (absorbe calor). ΔH < 0 Reacción exotérmica (libera calor). Entropía (S): aleatoriedad o desorden del sistema ΔS > 0 Aumenta entropía en el sistema ΔS < 0 Disminuye entropía en el sistema. S estado ordenado < S estado desordenado

22 BASES TERMODINÁMICAS DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS ENERGÍA LIBRE DE GIBBS Cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a temperatura y presión constantes. ΔG = ΔH - T ΔS Proporciona información sobre: - La dirección de la reacción química - Composición en el equilibrio - La cantidad de trabajo desarrollado.

23 BASES TERMODINÁMICAS DE LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS Variación de la energía libre: - Predice si una reacción es factible o no. ΔG = 0 ΔG > 0 ΔG < 0 Proceso en equilibrio. Reacción endergónica, consume energía Reacción exergónica, genera energía (espontánea). - Un proceso es favorable cuando: ΔH (-) ; ΔS (+) En un sistema biológico, un proceso será favorable cuando G = (-)

24 ENERGÍA LIBRE EN PROCESOS BIOLÓGICOS G (-) Cero (+) El proceso es Favorecido termodinámicamente. (exergónico) Reversible, en equilibrio. Termodinámicamente desfavorecido. (endergónico)

25 ENERGÍA DE LAS REACCIONES ACOPLADAS A B C D ΔG1 ΔG2 ΔG3 Las ΔG de las reacciones secuenciales son aditivas. A D ΔG TOTAL = ΔG1+ ΔG2+ΔG3 Las reacciones exergónicas espontáneas se acoplan a reacciones endergónicas para que éstas tengan lugar. A C EXERGÓNICA B ΔG1< 0 ΔGTOTAL = ΔG1+ ΔG2 ΔG2 > 0 ΔG T < 0 ENDERGÓNICA D

26 ENERGÍA DE LAS REACCIONES ACOPLADAS Ejemplo de acoplamiento energético Glucosa + Pi Glucosa-6-P G = 14 KJ/mo ATP ADP + P i G = -31 KJ/mol Glucosa + ATP ADP + Glucosa-6-P G = -17KJ/mol ΔG T = 14 kj/mol +(- 31 kj/mol) = -17 kj/mol Reacción global es exergónica

27 COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA FOSFATOS: TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP) adenina ATP adenosina

28 COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA FOSFATOS: REACCIONES DE HIDRÓLISIS DE LA MOLÉCULA DEL ATP: ATP + H 2 O ADP + P i ( G = -31 KJ/mol) ADP + H 2 O AMP + P i ( G = -31 KJ/mol) AMP + H 2 O Adenosina + P i ( G = -14 KJ/mol)

29 COMPUESTOS RICOS EN ENERGÍA FOSFATOS: ATP: moneda de cambio de Energía Libre: Glucosa + Pi Glucosa-6-P G = 14 KJ/mol ATP ADP + P i G = -31 KJ/mol Glucosa + ATP ADP + Glucosa-6-P G = -17KJ/mol

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