Introducción al metabolismo H2O Para mantener su organización los sistemas vivos requieren suministro energía El Sol es la fuente original de esta energía. Al oxidar los nutrientes, convierten la energía almacenada en los enlaces químicos en otras formas de energía. 1
METABOLISMO Bioenergética Visión general metabolismo intermedio Los organismos no se encuentran nunca en equilibrio con el entorno La composición molecular es un reflejo de un estado estacionario dinámico. Los organismos intercambian materia y energía con el entorno. 2
Energía Energía Libre = G ΔG Desorden Entropía = S Orden Entalpia = H ΔS ΔH Sustrato S G Enzima H Producto 3
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El ATP es el transportador de energía libre en los seres vivos ATP: 2 enlaces de alta energía 5
COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A CABO REACCIONES NO ESPONTÁNEAS, DG >0 Y PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS Elementos 1 Una reacción que libera energía 2 Una reacción que requiera energía 3 Un intermediario común 6
REACCIONES ACOPLADAS REACCIONES EXERGÓNICAS (Liberan energía libre) ATP REACCIONES ENDERGÓNICAS (Requieren energía libre) TRANSPORTADOR DE ENERGÍA DESDE LOS PROCESOS CELULARES PRODUCTORES DE ENERGÍA A LOS PROCESOS QUE REQUIEREN ENERGÍA REACCIONES ACOPLADAS PARA QUE DOS REACCIONES PUEDAN ACOPLARSE ES NECESARIO QUE TENGAN UN INTERMEDIARIO COMUN A + B D + E C + D F + G 7
EJEMPLO Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP DGº (kj mol -1 ) REACCION 1 ATP + H 2 O ADP + fosfato - 30,9 REACCION 2 Glucosa + fosfato Glucosa-6-P + H 2 O + 16,7 ATP + glucosa Glucosa-6-P + ADP - 14,2 Elementos Una reacción que libere energía ( DG<O) Una reacción que requiera energía (DG>O) Un intermediario común fosfato REACCION 1 REACCION 2 8
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ENERGIA COMO PODER REDUCTOR Cuando los grupos fosfatos se transfieren al ADP para formar ATP, se almacena energía como enlaces de alta energía. Otra forma de transferir energía: transferir electrones (e-), poder reductor. Analogía entre seres vivos y otras máquinas 10
1. Oxido-reductasas ( Reacciones de oxido-reducción) Si una molécula se reduce, tiene que haber otra que se oxide 11
ENZIMAS QUE INTERVIENEN EN PROCESOS REDOX OXIDASAS DESHIDROGENASAS HIDROPEROXIDASA OXIGENASAS OXIDASAS: Catalizan la eliminación de hidrógeno de un sustrato usando al oxígeno como aceptor de hidrógeno O 2 - + O 2 - + 2H + H 2 O 2 + O 2 12
Hidroperoxidasas Utilizan peróxido de hidrógeno u otro peróxido orgánico como sustrato Oxigenasas Catalizan la incorporación del oxígeno a una molécula de sustrato 13
Deshidrogenasas Transfieren un hidrógeno de un sustrato a otro en una reacción de oxido reducción acoplada Como componentes en una cadena respiratoria de transporte de e- del sustrato al oxígeno P i r u v a t o L - L a c t a t o C O O - C O L D H H O C O O - C H C H 3 N A D H + H + N A D + C H 3 Las coenzimas transportadoras de H en el metabolismo (NAD/FAD) Siendo la mayor parte de las reacciones metabólicas procesos de oxidación-reducción, se liberan o captan electrones/hidrógenos. Las coenzimas transportadoras de H movilizan estos e - reducido A-B oxidado CATABOLISMO A + B reducido oxidado NAD + /FAD NADH + H + /FADH 2 C-D ANABOLISMO C + D 14
NAD + y FAD: principales transportadores de e- en la oxidación de moléculas de combustibles Se denominan cofactores redox: alternativamente se reducen y luego se oxidan. Su concentración en la célula es pequeña ( deben reciclarse continuamente de la forma oxidada a la reducida y viceversa). NAD + + 2H + + 2e- N ADH + H + 15
NAD + NADP+ y NADPH+ son idénticos a NAD+ y NADH, excepto que los primeros tienen un grupo fosfato adicional esterificado. 16
El NADPH es el dador electrónico por excelencia en las biosíntesis reductoras FAD 17
Otros transportadores de grupos activados La coenzima A es el transportador universal de grupos acilo 18
Más transportadores de grupos activados 19
NADH, NADPH FADH 2 y ATP son bastante estables Qué ocurre entonces con la velocidad de la reacción? 20
Analogía Las enzimas controlan el flujo de energía libre y poder reductor 21
METABOLISMO Bioenergética Visión general metabolismo intermedio 22
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Anabolismo Fabrica biomoléculas Consume energía (ATP) Es un proceso energéticamente cuesta arriba Supone procesos de reducción Supone rutas divergentes Ejemplos: síntesis de proteínas, fotosíntesis Catabolismo Degrada biomoléculas Produce energía (ATP) Es un proceso energéticamente cuesta abajo Supone procesos de oxidación Implica rutas convergentes Ejemplos: glucólisis, ciclo de Krebs, cadena respiratoria 24
El metabolismo es una red de rutas con reacciones acopladas que deben ser finamente reguladas Cómo se produce la regulación para conseguir equilibrio y economía? 25
MECANISMOS FRECUENTES DE REGULACION METABOLICA Interacciones alostéricas Modificación covalente Niveles enzimáticos Compartimentalización Especializaciones metabólicas de algunos órganos RESUMEN METABOLISMO El ATP se genera en la oxidación de moléculas combustibles El NADPH es el dador principal de e- en las biosíntesis reductoras Las biomoléculas se construyen a partir de una serie relativamente pequeña de precursores El ATP es la moneda universal de energía Las vías biosintéticas y degradativas son casi siempre diferentes. 26
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