METABOLISMO

• El metabolismo fundamentales: la para poder realizar organismo y la biológicas

tiene dos propósitos generación de energía funciones vitales para el síntesis de moléculas

• El metabolismo es el proceso general por el cual los sistemas vivos adquieren y utilizan la energía libre que necesitan para realizar las diversas funciones que ocurren dentro de ellos. Y lo consiguen acoplando las reacciones exoergónicas de la oxidación de los nutrientes a los procesos endoergónicos requeridos para mantener los sistemas vivos.

El metabolismo, por regla general, representa la suma de todos los cambios químicos que convierten los nutrientes, los materiales de partida utilizables por los organismos, en energía y productos celulares químicamente complejo, es decir, consiste literalmente en cientos de reacciones enzimáticas organizadas en rutas características.

• Obtener energía química a partir de la energía solar o degradando nutrientes del medioambiente.

RUTAS METABOLICAS

• Convertir nutrientes en moléculas propias de la célula. • Polimerizar macromoléculas polisacáridos).

moléculas (proteínas,

pequeñas en ácidos nucleicos y

• Sintetizar y degradar biomoléculas necesarias para funciones especificas de la célula.

FORMA DE OBTENCION DE CARBONO

• AUTOTROFOS utilizan la energía solar para poder fijar el CO2. atmosférico (fuente de carbonos). • HETEROTROFOS no pueden obtener el carbono del CO2 atmosférico. Lo obtienen a partir de moléculas orgánicas complejas.

DEGRADACION

BIOSINTESIS

GLUCÓLISIS

• La glucolisis es la ruta por medio de la cual los azucares de seis átomos de carbono (que son dulces) se desdoblan, dando lugar a un compuesto de tres átomos de carbono, el piruvato.

• Durante este proceso, parte de la energía potencial almacenada en la estructura de hexosa se libera y se utiliza para la síntesis de ATP a partir de ADP • Está presente en todas las formas de vida actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas ocurre en el citoplasma.

Primera fase • Las cinco primeras reacciones constituyen una fase de inversión de energía, en la que se sintetizan azúcaresfosfato a costa de la conversión de ATP en ADP, y el sustrato de seis carbonos se desdobla en dos azúcaresfosfato de tres carbonos.

1. Primera inversión del ATP

• En esta etapa la glucosa es fosforilada mediante un ATP, esta reacción es catalizada por la hexoquinasa

ATP :

2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato

• Esta reacción es la isomerización reversible de la aldosa, la glucosa-6-fosfato, a la correspondiente cetosa, la fructosa-6-fosfato, mediante la presencia de la enzima fosfoglucoisomerasa. • Es una reacción fácilmente reversible, cuya dirección dependerá de la concentración de producto y sustrato para regularla.

3. Segunda inversión de ATP

• La enzima fosfofructoquinasa (PFK1), realiza una segunda fosforilación ayudada de un ATP, para producir un derivado de hexosa fosforilado en los carbonos 1 y 6 llamada fructosa-1,6-bisfosfato.

4. Fragmentación en dos triosa fosfatos

• La enzima aldolasa, produce el desdoblamiento del azúcar, es decir el compuesto de seis carbonos, fructosa-1,6-bisfosfato produce dos intermediarios de tres carbonos.(GAP) y (DHAP).

5. Isomerización de la dihidroxiacetona fosfato

• La enzima triosa fosfato isomerasa, convierte uno de los productos, la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido3-fosfato.

Segunda fase • Las cinco últimas reacciones corresponden a una fase de generación de energía, en esta fase, las triosasfosfato se convierten en compuestos ricos en energía, que transfieren fosfato al ADP, dando lugar a la síntesis de ATP.

6. Generación del primer compuesto de alta energía

• Esta reacción la cataliza la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, para producir 1,3-Bifosfoglicerato y una molécula de NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina) y H+. • El fosfato se ha introducido sin utilizar ATP, sino aprovechando la energía producida por la reacción redox.

7. Primera fosforilación a nivel de sustrato

• En esta etapa el 1,3-bisfosfoglicerato transfiere su grupo acil-fosfato al ADP produciéndose la formación de ATP. La reacción es catalizada por la fosfoglicerato quinasa.

8. Preparación para la síntesis del siguiente compuesto de alta energía

• El 3-fosfoglicerato se isomeriza a través de la enzima fosfoglicerato mutasa, transformándose en el 2fosfoglicerato

9. Síntesis del segundo compuesto de alta energía

• En esta reacción ocurre una deshidratación simple del 3fosfoglicerato para dar el fosfoenolpiruvato bajo la acción de la enzima enolasa.

10. Segunda fosforilación a nivel de sustrato

• Desfosforilación del Fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la Piruvato quinasa.

El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH. Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2 NAD+  2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O

∆G°’= -73,3 KJ/mol Consume ATP

Hexoquinasa Fosfofructoquinasa

Produce ATP

Fosfoglicerato quinasa Piruvato quinasa

Produce NADH

Gliceraldehido 3 P deshidrogenasa

Regulación de la glucólisis • La glucólisis se regula enzimáticamente en los tres puntos irreversibles de esta ruta, esto es, en la primera reacción (G -- >G-6P), por medio de la Hexoquinasa; en la tercera reacción (F-6P --> F-1,6-BP) por medio de la PFK1 y en el último paso (PEP --> Piruvato) por la Piruvatoquinasa.

1. La hexoquinasa es un punto de regulación poco importante, ya que se inhibe cuando hay mucho G-6P en músculo. Es un punto poco importante ya que el G6P se utiliza para otras vías.

HQ: Inhibe G-6P

2. La PFK1 es la enzima principal de la regulación de la glucólisis, si está activa cataliza muchas reacciones y se obtiene más Fructosa 1,6 bifosfato, lo que permitirá a las enzimas siguientes transformar mucho piruvato. Si está inhibida, se obtienen bajas concentraciones de producto y por lo tanto se obtiene poco piruvato. Esta enzima es controlada por regulación alostérica mediante: Por un lado se activa gracias a niveles energéticos elevados de ADP y AMP, inhibiéndose en abundancia de ATP y citrato, y por otro se activa en presencia de un metabolito generado por la PFK2 que es la Fructosa-2,6-Bisfosfato (F-2,6-BP)

La lógica de la inhibición y activación son las siguientes: – ATP: inhibe esta enzima pues si hay una alta concentración de ATP entonces la célula no necesita generar más. – Citrato: si hay una alta concentración de citrato entonces, se está llevando a cabo el ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs) y este ciclo aporta mucha energía, entonces no se necesita realizar glucólisis para obtener más ATP, ni piruvato. – AMP, ADP: la baja concentración de estas moléculas implica que hay una carencia de ATP, por lo que es necesario realizar glucólisis, para generar piruvato y energía.

PFK1: Inhibe: ATP - Activa: ADP, AMP y F-2,6-BP.

3. La piruvatoquinasa en el hígado se inhibe en presencia de ATP y Acetil Coenzima-A (A-CoA), y se activa gracias de nuevo ante la F-2,6-BP.

PQ: Inhibe: ATP, A-CoA - Activa: F-2,6-BP

Sustratos de la gluconeogénesis 1.- Lactato, producido fundamentalmente mediante la glucólisis en el músculo esquelético y los eritrocitos Durante el ejercicio intenso se movilizan las reservas de glucógeno y la glucosa-6-fosfato se convierte en piruvato con mayor rapidez de lo que pueda alcanzar su ulterior matabolismo a través de la piruvato deshidrogenasa y del ciclo de ácido cítrico. Como el piruvato es muy abundante la enzima lactato deshidrogenasa lo reduce rápidamente a lactato. Este proceso se denomina Ciclo de Cori.

2.- El aminoácido específico alanina, producido en el músculo mediante el ciclo glucosa alanina. En un proceso paralelo, denominado Ciclo glucosa-alanina, el piruvato de los tejidos periféricos experimenta una transaminación a alanina que se devuelve al hígado y se utiliza para la gluconeogénesis.

3.- Los aminoácidos generados a partir de proteínas de la dieta o a partir de la degradación de las proteínas musculares durante la inanición. Los aminoácidos capaces de convertirse en glucosa se denominan glucogénicos. Durante el ayuno, el catabolismo de las proteínas musculares constituye la principal fuente de mantenimiento de las concentraciones normales de glucosa en sangre

4.- El propianato, procedente de la degradación de algunos ácidos grasos y aminoácidos En todos los organismos la propionil-CoA se genera, bien a partir de la degradación de algunos aminoácidos o bien a partir de la oxidación de los ácidos grasos que tienen un número impar de átomos de carbono. Esta propionil-CoA entra en la gluconeogénesis a través de su conversión en succinil-CoA y de esta a oxalacetato.

5.- El glicerol procedente del catabolismo de las grasas. Es muy importante señalar que los lípidos son malos precursores gluconeogénicos. El catabolismo de los triacilgliceridos produce ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos sufren una -oxidación para producir acetil-CoA el cual en los animales no puede convertirse en piruvato ni en ningún otro precursor gluconeogénico, por lo tanto no pueden experimentar una conversión neta en hidratos de carbono. En consecuencia en la degradación de las grasas el único producto que puede entrar en la gluconeogénesis es el glicerol. Este experimenta una fosforilación, seguida de deshidrogenación para producir dihidroxicetona fosfato

Etapas de la gluconeogénesis • Para que una ruta metabólica pueda darse sin dificultad su G’ debe ser fuertemente negativo para el conjunto de la ruta. En el caso de la glucólisis, desde la glucosa hasta el piruvato el G’ es aproximadamente –96 KJ/mol, dado que tres de sus reacciones de la ruta glucolítica son muy negativas (exergónicas) presentándose en forma irreversible. Estas son la catalizada por la hexoquinasa, la fosfofructoquinasa y la piruvato quinasa. • Para que la gluconeogénesis pueda desarrollarse se necesitan distintas enzimas que puedan evitar las tres reacciones irreversibles catalizándolas en la dirección de la síntesis de glucosa

Paso 1 Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato

A.- La enzima piruvato carboxilasa cataliza la conversión dependiente de ATP y de Biotina, del piruvato en oxalacetato Piruvato + CO2 +H2O + ATP  Oxalacetato + ADP + Pi + 2H+ Gº’ = -2,1 KJ/mol

La enzima requiere de manera absoluta acetil-CoA como activador alostérico.

B.- El oxalacetato a través de la acción de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) da fosfoenolpiruvato Oxalacetato + GTP  Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP

Gº’ = +2,9 KJ/mol

• La reacción global es la siguiente Piruvato + ATP + GTP + H2O 

Fosfoenolpiruvato + ADP + GDP +Pi + 2H+

Gº’ = +0,8 KJ/mol

Paso2. Conversión de la fructosa 1,6-bisfosfato en fructosa 6-fosfato

• La reacción que tiene lugar en este paso consiste en una simple reacción hidrolítica, catalizada por la fructosa-1,6bisfosfatasa. Fructosa-1,6-bisfosfato + H2O  Fructosa-6-fosfato + Pi

Gº’ = -16,3 KJ/mol

Paso 3. Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa

• A través de la enzima glucosa-6-fosfatasa se produce una reacción de hidrólisis Glucosa-6-fosfato + H2O  Glucosa + Pi

Gº’ = -12,1 KJ/mol

Gº’ = -47,6 KJ/mol

Regulación de la gluconeogésis La glicólisis y la gluconeogénesis están reguladas de forma coordinada y reciproca.

Primer punto de control, piruvato.

• Piruvato carboxilasa → activada por acetil-CoA • Piruvato deshidrogenasa → inhibida por acetil-CoA

El segundo punto de control Fructosa 1,6-bifosfatasa → inhibida AMP

Fosfofructoquinasa

→ activada AMP y ADP → inhibida ATP y citrato

El tercer punto de control • La glucosa-6-fosfatasa no tiene un control alostérico conocido • La actividad intracelular se controla por la concentración del sustrato glucosa-6fosfato