BIOENERGÉTICA : la función del atp

Dra. Silvana Méndez Alvarez

Definiciones importantes:

Bioenergética:

Estudia las transformaciones de la energía en los seres vivos. Estudio cuantitativo de la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos.Estudia los cambios de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas.

Util en la determinación de la dirección y cuantía a la que ocurren las reacciones bioquímicas que son afectadas por tres factores:

entalpía, entropía y energía libre

Entalpía: Contenido de calor en una reacción a presión constante.

Entropía: Medida del grado de desorden de un sistema molecular.

Energía libre:

Expresa la cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a temperatura y presión constantes.

Según la forma de obtención de energía, los seres vivos se dividen en 2 grupos:

1. Organismos autótrofos: utilizan la energía solar como fuente de energía y el CO2 atmosférico como fuente de carbono.

2. Organismos heterótrofos: utilizan como fuente de materia y energía las moléculas orgánicas sintetizadas por los organismos autótrofos. Las biomoléculas que se ingieren con los alimentos son el suministro tanto de materia como de energía.

En la biósfera la materia experimenta un ciclo continuo pasando de los seres autótrofos a los heterótrofos y de nuevo a los primeros, mediante una serie de transformaciones cíclicas.

La transformación de energía química de los nutrientes para conseguir energía metabólica también es parte de la bioenergética.

Termodinámica:Estudia las transformaciones del calor y energía que tienen lugar en un universo compuesto por un sistema y su entorno.

Abierto: la materia y la energía se

intercambian entre el sistema y su medio.

Cerrado: Si la energía se

intercambia solo con el entorno.

Primera Ley de la Termodinámica

En todo cambio la energía no se crea ni se destruye,

sólo se transforma

.

Cuando la entalpía es negativa , la reacción libera calor : exotérmico , cuando es positiva, se absorbe calor del entorno : endotérmico.

Los eventos isotérmicos no intercambian calor con el entorno.

U = q + w

U = variación de energía del sistema.

q = calor del entorno absorbido por el sistema

w = trabajo realizado por el entorno sobre el sistema

Segunda Ley de la Termodinámica

La entropía es positiva para todos los procesos espontáneos.

El desorden del universo aumenta siempre. Todos los procesos físicos y químicos

se producen de manera espontánea sólo cuando incrementa el desorden y hay liberación de energía.

Tercera Ley de la Termodinámica

Al acercarse la temperatura de un cristal sólido perfecto al cero

absoluto, el desorden se aproxima a cero.

Las dos primeras leyes son herramientas eficaces utilizadas

por los bioquímicos para investigar la BIOENERGÉTICA.

La energía química en los seres vivos se

almacena en una molécula

denominada ATP (Adenosin Trifosfato)

ATPLos seres vivos utilizan la molécula de ATP como medio principal para almacenar energía potencial proveniente de la degradación de los alimentos.

ATP químicamente formada por: Adenina, Ribosa y tres grupos fosfato, unidos por

enlaces covalentes, se rompen con facilidad, produciendo c/u aproximadamente 7 kcal de

energía por mol.

La síntesis de ATP ocurre en la mitocondria durante el proceso denominado respiración celular y en el citosol durante la glicólisis.

En las plantas, la síntesis de ATP

ocurre en la fase luminosa de la fotosíntesis, la cual es empleada en las reacciones de la fase oscura.

Ejemplo de transformación

de energía radiante en

energía química.

COMO HACEN LOS SERES VIVOS PARA LLEVAR A

CABO REACCIONES ANABÓLICAS Y PROCESOS QUE

REQUIEREN ENERGÍA?

A TRAVES DE REACCIONES ACOPLADAS

Elementos1 Una reacción que libera energía2 Una reacción que requiera energía3 Un intermediario común

REACCIONES ACOPLADAS

REACCIONES

EXERGÓNICAS

(Liberan energía libre)

REACCIONES

ENDERGÓNICAS

(Requieren energía libre)

ATP

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 común.

EJEMPLOFosforilación de la glucosa

acoplada a la hidrólisis del ATP

ATP + H2O ADP + fosfato

Glucosa + fosfato

Glucosa-6-P + H2O

ElementosUna reacción que libere energía ( DG<O)

Una reacción que requiera energía (DG>O)

Un intermediario común

REACCION 1

REACCION 1

REACCION 2

Gº´(kJ mol-

1) -30,9

+16,7

ATP + glucosa -14,2

REACCION 2

fosfato

No toda la energía liberada en una reacción exergónica puede ser utilizada para realizar una reacción endergónica

EFICIENCIA

Eficiencia: energía producida

rendimiento máximo

EN CONCLUSIÓN:

-La hidrólisis del ATP proporciona de forma inmediata y directa la energía libre que impulsa una gran variedad de reacciones bioquímicas endergónicas.

- Dado que el ATP posee un potencial de transferencia de grupos fosfato intermedio, puede transportar grupos fosfato de compuestos con mayor energía a compuestos con menor energía.

- El ATP es la moneda energética de los sistemas vivos.

ENZIMAS

Dra. Silvana Méndez Alvarez

GENERALIDADES

Conceptos: Polímeros biológicos que catalizan las

reacciones químicas que tienen lugar en las células.

Biomoléculas cuya función es aumentar la velocidad de las reacciones bioquímicas, actúan como catalizadores biológicos.

No se consumen, ni se modifican en forma permanente como consecuencia de su

participación en una reacción.

GENERALIDADES

Hacen posible que las reacciones se produzcan de forma ordenada, regulada y adaptada a la velocidad y circunstancias compatibles con la vida y en las condiciones de pH y temperatura fisiológicas.

Químicamente la mayoría son proteínas globulares; se han descrito algunas de naturaleza ribonucleica (una o varias cadenas de ARN): ribozimas, necesarias para la expresión correcta de los genes.

GENERALIDADES

Al ser proteínas poseen: Estructura primaria:

secuencia específica de aa. Estructura secundaria:

enrolla-miento de la cadena polipeptídica.

Estructura terciaria: plega-miento tridimensional de la cadena.

Estructura cuaternaria: relación espacial entre 2 o más subunidades.

ESTRUCTURA enzimática

Cada enzima contiene un:

Sitio activo: cavidad libre de agua, donde la sustancia en la cual la enzima actúa (sustrato) interactúa con residuos de aa particularmente cargados.

Sitio alostérico cavidad que puede unirse a moléculas reguladoras, significativa en la estructura enzimática básica.

ESTRUCTURA del complejo enzimático

Cofactor: molécula no proteica, puede ser necesaria para la actividad enzimática. Existen tres tipos: coenzimas, grupos prostéticos e iones metálicos.

Coenzima: molécula pequeña, químicamente unida a la enzima, necesaria para su función catalítica, forma parte del sitio activo. Ejemplos: NAD, FAD, CoA, CoQ.

Grupo prostético: molécula con características diferentes a la enzima (como la coenzima) pero no forma parte del sitio activo. Ejm: residuos lipídicos, glicosilados, entre otros.

Iones metálicos: Cl (amilasa), Mg (cinasas). Fe (citocromo oxidasa), Zn (anhidrasa carbónica).

ESTRUCTURA del complejo enzimático

Apoenzima: enzima propiamente dicha.

Holoenzima: apoenzima + coenzima

Zimógeno: forma inactiva de la enzima.

PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS

1. Extraordinaria eficiencia catalítica

2. Notable especificidad

3. Un amplio espectro de acción

4. Reguladas genéticamente

EFIciencia CATALÍTICA

• Las enzimas son los biocatalizadores más eficientes que se conocen (cantidades micromoleculares) aceleran la velocidad de las reacciones en forma impresionante.

• La mayor parte de las reacciones celulares ocurren a una velocidad alrededor de un millón de veces más alta de la que sería en ausencia de enzimas, y algunas incluso más rápidas.

• Se mide por el Número de Recambio: número de moléculas de sustrato transformadas/minuto, por una molécula de enzima. Ejemplo: Anhidrasa carbónica cataliza hidratación de 105 moléculas de CO2 a HCO3

- /segundo.

2. NOTABLE ESPECIFICIDAD

•Característica fundamental de los sistemas biológicos, constituyen la clave para su control. Se distinguen tres tipos:Química:

•Absoluta (un sustrato, una enzima)

•Relativa: grupo químico (proteasas, lipasas)

Estereoespecificidad: isomería espacial D y L. De función: varias enzimas por un solo sustrato según la necesidad fisiológica de la célula. Glucosa 6 fosfato (isomerasa, epimerasa, fosfatasa)

4. REGULADAS GENÉTICAMENTE

Al ser proteínas, su síntesis se basa en el flujo de la información en los seres

vivos (replicación, transcripción y traducción)

NOMENCLATURA enzimática

Nombre común: consagrado por el uso

Ptialina (saliva)

Pepsina (jugo gástrico)

Tripsina y quimiotripsina (jugo pancreatico)

Nombre sistemático: alude al tipo de reacción que tiene lugar.

Agregando el sufijo ASA al nombre del sustrato sobre el cual actúan: Ureasa: urea, Amilasa: almidón.

Según el tipo de reacción catalizada:

Deshidrogenasas: catalizan la sustracción de hidrógenos.

Descarboxilasas: catalizan la sustracción de carboxilo.

NOMENCLATURA

Número de clasificación: designado por la IUB

La IUB propuso normas para asignar a cada enzima un nombre descriptivo y un número que permita ubicarla inequívocamente.

El primer número corresponde a la Clase Principal.

El segundo a la Subclase El tercero a la Sub-subclase El cuarto es el N° de orden de la enzima

EC 1.1.1.27 Lactato Deshidrogenasa

CLASIFICACIÓN

CENTRO ACTIVO DE LAS ENZIMAS

Porción de la enzima que entra en contacto con la molécula de sustrato e interviene en su reconocimiento, fijación y transformación química.

Constituido por residuos de aa que intervienen directamente en el mecanismo de fijación y otros que funcionan en el proceso catalítico.

El resto de la molécula es importante para conservar la configuración tridimensional del

sitio activo

CENTRO ACTIVOESPECIFICIDAD ENZIMATICA

Modelo llave-cerradura

(Emil Fischer)

Modelo de ajuste inducido

(Daniel Koshland)

ETAPAS DEL PROCESO CATALÍTICO

El proceso de formación del complejo E-S y su transformación en producto y E libre ocurre de la misma manera en todas las enzimas.

ISOENZIMAS

Son distintas formas moleculares de una misma enzima

Pueden aislarse del mismo tejido o de tejidos diferentes

Catalizan la misma reacción química específica

Presentan características físicas, bioquímicas e inmunológicas distintas.

No son proteínas idénticas

Pueden formarse también a partir de más de un gen.

Ejemplo: LDH

Isoenzimas de LDH

Niveles altos

encontrados en

tejidos:

Corazón y riñones

Glóbulos rojos, corazón, riñón,

cerebro

Cerebro, pulmones, leucocitos

Pulmón, músculo

esquelético

Músculo esquelético,

hígado

CINETICA ENZIMATICA

Dra. Silvana Méndez Álvarez.

introducción• Función principal de enzimas: regular la velocidad de

reacciones químicas.

• La capacidad catalítica de las enzimas depende del centro activo cuya estructura depende del plegamiento espacial de la proteína.

• Esto conlleva a que la actividad catalítica sea sensible a modificaciones de las características físico-químicas del medio como: pH, temperatura, fuerza iónica, entre otras.

• Además la velocidad puede modificarse por una serie de ligandos que se unen al centro activo o fuera del mismo, incrementando la actividad (activadores) o disminuyendo la actividad (inhibidores).

• La velocidad de reacción se define como la variación en el tiempo de la[S] o [P]

• La Unidad de la Actividad Enzimática (U) es la cantidad de E que cataliza la formación de 1 umol de P por minuto en condiciones estándares.

• Cinética Enzimática es el análisis cuantitativo de la actividad enzimática, se encarga de estudiar:

La velocidad de reacción, Los mecanismos de reacción y Los factores que los modifican

Muchos factores afectan la velocidad de una reacción enzimática

•Concentración del sustrato•Concentración de la enzima•El pH del sistema de reacción•La temperatura a la que se verifica la medición.•La presencia de los activadores e inhibidores

introducción

• Se mide la velocidad de la reacción (VRxn), en función de concentraciones variables de sustrato.

• A bajas {S} la (VRxn) es directamente proporcional.

• Al aumentar la {S} la (VRxn) se va tornando independiente

• A elevadas {S} (cuando la enzima está saturada por el sustrato), la (VRxn) se hace completamente independiente de la concentración de sustrato.

• A concentraciones saturantes de sustrato, la {E} es el factor limitante

Todas las enzimas muestran este efecto de saturación

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE

SUSTRATO

• El efecto de la saturación de la enzima por el sustrato ha permitido la determinación de los parámetros cinéticos: Km y Vmax.

• Km: concentración de sustrato a la cual la reacción alcanza la mitad de su velocidad máxima.

• Vmax: Llamada eficacia catalítica, es la máxima velocidad a la cual, la enzima es capaz de transformar el sustrato en producto. Revela el número de recambio de la enzima. Su valor depende de la {S}

Si el factor variable es la {E} mientras hay cantidad suficiente de S, la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la cantidad de enzima utilizada (relación lineal entre ambos parámetros)

EFECTO DE LA CONCENTRACION DE ENZIMA

Efecto de la Temperatura sobre la cinética de reacciones catalizadas por

enzimas

• La Velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se incrementa con la T.

• Pero se produce un brusco descenso de la actividad cuando alcanza una T crítica.

• Este efecto se debe a la desnaturalización térmica de la enzima.La T a la que se alcanza el valor máximo

se denomina T óptima y corresponde a un valor superior o similar al del interior de la célula,

donde se encuentra la enzima.

• En términos generales las temperaturas óptimas de algunas enzimas son:

De origen animal: 40°C De origen vegetal: 40°C. De ciertos microorganismos: valores

cercanos a los 100°C

Depende también del tiempo de exposición de la E a dicha T. Cuanto más corto sea el tiempo,

mas alta será la T óptima alcanzada.

In vivo, todas las enzimas sean estables al menos moderadamente a las

temperaturas habituales de los organismos.

• La mayoría de las E presentan un pH óptimo para el cual su actividad es máxima.

• Por encima o por debajo de ese pH la actividad disminuye bruscamente debido a la desnaturalización proteica.

• El pH óptimo de las enzimas varia considerablemente: pepsina entre 1,5 y 2,0; tripsina 7,5 y 8,5.

• La mayoría tienen pH óptimos entre 4 y 8. (refleja el pH del entorno en el que ejerce su actividad catalítica).

• El tipo de ambiente iónico en el cual está funcionando la enzima, también tiene efecto sobre el pH óptimo.

DEPENDENCIA IONICA DE LAS ENZIMAS Y pH

• Inhibidores: sustancias que inhiben o anulan la acción de las E, sin ser transformados por ellos.

• Puede ser irreversible o reversible, esta última comprende tres tipos: Inhibición competitiva Inhibición acompetitiva Inhibición no competitiva

Inhibición enzimática

1. INHIBICIÓN IRREVERSIBLE

•Inhibidores se combinan de modo permanente con la E uniéndose covalentemente a algún grupo funcional esencial para la catálisis.•La E queda inactivada irreversiblemente.•A este tipo se conoce también como «envenenamiento» de la E.•Ejm: compuestos organofosforados tóxicos que se usan como insecticidas, inhiben la acetilcolinesterasa que interviene en la actividad del sistema nervioso.

2. INHIBICIÓN REVERSIBLE•Los inhibidores se combinan transitoriamente con la E.•De forma similar a como lo hacen los propios sustratos.•Algunos no se combinan con la E; sino con el complejo ES.

Inhibición enzimática

2.1. INHIBICIÓN COMPETITIVA

•Inhibidor: molécula que presenta cierto parecido estructural con el sustrato, compite con él por acceder al centro activo.

•El inhibidor forma con la E libre un complejo EI de características cinéticas análogas a las del complejo ES, pero que luego no se descompone en E libre y P.

Inhibición enzimática2.2. INHIBICIÓN INCOMPETITIVA

•El inhibidor no se combina con la E libre, ni afecta en su unión al S; sino que se une al complejo ES dando un complejo inactivo E-S-I que no se descompone para dar los P.

•El inhibidor se coloca próximo al centro activo de tal forma que impide físicamente la salida de los P.

Inhibición enzimática2.3. INHIBICIÓN NO COMPETITIVA

•El inhibidor puede combinarse con la E o con el complejo ES , interfiriendo en la acción de ambos. •Estos inhibidores se unen a un lugar de la E diferente al centro activo provocando la formación del complejo ES o la descomposición de éste para dar los P•Produce dos formas inactivas: EI y ESI, ninguno da P y E libre.

ENZIMAS REGULADORAS1. ENZIMAS ALOSTÉRICOS•Además del centro activo poseen otro centro de unión llamado centro alostérico mediante el cual actúan con otra molécula denominada efector o modulador.•Pueden ser de dos tipos:

Que estimulan la actividad de la E al unirse al centro alostérico se denominan activadores.

Que inhiben la actividad se denominan inhibidores alostéricos.

Las E alostéricas presentan dos formas: activa e inactiva

ENZIMAS REGULADORAS2. ENZIMAS MODULADOS COVALENTEMENTE

•Presentan dos formas: activa e inactiva, que son interconvertibles por modificación covalente de sus estructuras catalizada por otras E denominados enzimas moduladores.•La modificación consiste en adición o eliminación de grupo químico esencial para catálisis (fosfato, metilo) de manera que la enzima modulado se activa cuando se une al grupo y se inactiva cuando éste se elimina.

EL METABOLISMO CELULAR

La célulacélula es una máquinamáquina que necesita energía para realizar sus trabajos.trabajos.

Dra. Silvana Méndez ÁlvarezDra. Silvana Méndez Álvarez

GENERALIDADES

Definición: Conjunto de reacciones catalizadas mediante enzimas que tienen lugar en un organismo o ser vivo, especialmente en una célula.

Tiene diferentes finalidades como: Obtención de energía necesaria para realizar

funciones del organismo a partir de nutrientes.

Obtención de moléculas precursoras (monómeros) necesarias para la formación de macromoléculas (polímeros) endógenas, a partir de la degradación de macromoléculas exógenas que se ingieren con nutrientes.

GENERALIDADES

Formación o síntesis de macromoléculas endógenas (polisacáridos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos) partiendo de moléculas precursoras. Este proceso requiere energía.

Síntesis o degradación de biomoléculas con funciones especializadas como vitaminas u hormonas.

Para vivir los seres vivos necesitan fundamentalmente dos requerimientos:

Energía y Materia, principalmente carbono

Por ello los organismos pueden clasificarse de acuerdo a dos criterios:

Fuente de energía que utilizan, y

Origen de la forma química del C que requieren como nutriente.

CLASIFICACIÓN DE LAS CÉLULAS Según la fuente de Carbono:

Autótrofos: usan como fuente de C, el C inorgánico. (CO2).

Heterótrofos: Emplean como fuente de C, el C orgánico.

CLASIFICACIÓN DE LAS CÉLULAS Según la fuente de energía:

Fotoautótrofos: Obtienen energía directamente de la luz solar, sintetizan compuestos celulares a partir de moléculas simples como CO2 y el NH3, fuentes de C y N respectivamente.

Quimiótrofos: Consiguen energía a partir de compuestos químicos.

CLASIFICACIÓN DE LAS CÉLULAS Según la presencia o no de oxígeno

Aerobios: solo viven en presencia de oxígeno.

Anaerobios estrictos: deben vivir en ausencia total del Oxígeno.

Anaerobios facultativos: capaces de vivir tanto en ausencia como en presencia de oxígeno.

CÉLULAS AUTÓTROFAS Y FOTOTROFAS

CÉLULAS HETEROTROFAS Y QUIMIOTROFAS

FASES DEL METABOLISMO

El metabolismo es un conjunto de reacciones que permiten cubrir las necesidades vitales de las células y del organismo.

Las rutas implicadas en el metabolismo se dividen en dos fases:

Catabolismo y

Anabolismo

CATABOLISMO

Implica reacciones que son degradativas y que, generalmente, sirven para producir energía.

Fase degradativa que sirve para quemar moléculas que se ingieren como nutrientes, o moléculas propias con objeto de producir energía química (ATP, GTP), como en forma de moléculas con poder reductor (FADH2, NADH y NADPH) originando productos de desecho.

ANABOLISMO

Implica reacciones que son sintetizadas y que, generalmente requieren de energía.

Etapa biosintetizadora o creadora, a partir de una serie limitada de moléculas sencillas como acetil CoA, piruvato, aa, ácidos grasos o azúcares, se sintetizan moléculas más complejas como ácidos nucleicos, proteínas, polisacáridos o lípidos.

También implica rutas que permiten la fijación de energía y C desde fuentes que no son compuestos orgánicos. Ejm. fotosíntesis

VISIÓN GENERAL DEL METABOLISMO

ETAPAS DEL CATABOLISMO

Etapa I: polímeros se degradan en monómeros que son absorbidos por las células.

Etapa II: degradación de monómeros a compuestos intermediarios.

Etapa III: en la mitocondria se produce oxidación completa de moléculas y obtención de energía.

ETAPAS DEL ANABOLISMO

Etapa I: síntesis de compuestos intermediarios.

Etapa II: los compuestos intermediarios se transforman en monómeros.

Etapa III: polimerización de monómeros obteniendo macromoléculas.

NIVELES DE REGULACIÓN Y CONTROL DEL METABOLISMO

Primer nivel: control sobre la cantidad de enzima (regula velocidad de la reacción).

Segundo nivel: control sobre la actividad de la enzima.

Tercer nivel: compartimentación celular: localización de la enzima.

Cuarto nivel: control hormonal

UBICACIÓN DE LAS VÍAS METABÓLICAS

METABOLISMO DE GLUCIDOS

Dra. Silvana Méndez Alvarez

GENERALIDADES

La mayoría de los glúcidos en los mamíferos se obtienen de la dieta, entre estos se encuentran polisacáridos como el almidón, celulosa y dextrinas.

DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN

Digestión: transformación de las grandes moléculas que los componen en moléculas sencillas que son posteriormente absorbidas en el intestino delgado.

Absorción: Paso de los nutrientes desde la luz intestinal hacia el interior de los enterocitos a través de las vellosidades intestinales.

DIGESTIONGlucosa : principal fuente de energía.

Origen :Exógeno dietaEndógeno síntesis de novo o del almacenamiento (glucógeno)

Digestión:Amilasa salival

DISACÁRIDOSAmilasa pancreáticaDisacaridasas MONOSACÁRIDOS

•Mamíferos como: rumiantes, cerdo, caballo y otros, la flora bacteriana y los protozoarios en contacto con la celulosa ingerida, la degradan mediante celulasas, liberan la celobiosa que es utilizada por organismos intestinales y producen AG que son absorbidos y utilizados en el mamífero.

ABSORCIÓN Regida por: difusión simple y

transporte activo. Difusión facilitada: Fructosa Transporte activo: Galactosa y

Glucosa. Glucosa se transporta con el

Na+, el transportador toma a ambos y los introduce en la célula.

Na+ posteriormente expulsado a cambio del K+ mediante bomba Na+K+ATPasa.

La glucosa, fructosa y galactosa salen del enterocito mediante proteínas transportadoras (GLUT)

CIRCULACIÓN DE MONOSACARIDOS: Luego de la

digestión y absorción, los monosacáridos a través de la circulación porta, alcanzan la celdilla hepática, donde una porción es utilizada y el resto se distribuye vía sanguínea a todo el organismo.

INTERCONVERSION DE HEXOSAS EN EL HIGADO

• Fructosa en Glucosa mediante una isomerasa.

• Manosa en Glucosa mediante una epimerasa.

DESTINOS POSIBLES DE LA GLUCOSA-6-FOSFATO 1) FUENTE DE GLUCOSA

SANGUÍNEA: fosfatasa todos los tejidos

2) GLUCÓLISIS + CICLO DE KREBS : conversión a CO2 y H2O con producción de energía

3) CICLO DE LAS PENTOSAS: formación de ARN, ADN y NADPH + H+

4) ALMACENAMIENTO

- hígado – (glucógeno) glucogénesis

- Tejido adiposo – (TAG ) síntesis de TG lipogénesis

5) CONVERSIÓN A cetoácidos, aminoácidos , proteínas

GLUCÓLISIS

Se llama también ruta de Embden-Meyerhof.

Ocurre en el citosol de todas las células.

No necesita oxígeno.

Sustrato inicial: una molécula de glucosa. 6C

Molécula final: 2 de piruvato (ác. Pirúvico). 3C

79

CH3 - CO - COOH

GLUCÓLISIS - pasos 1 y 280

GLUCÓLISIS - pasos 3 y 481

GLUCOLISIS – pasos 5 y 6

GLUCÓLISIS - pasos 7, 8, 983

GLUCOLISIS: último paso

Destino del piruvatosu reducción a lactato, con intervención de la lactato deshidrogenasa y su coenzima el NADH, como ocurre en las células que se encuentran en condiciones anaeróbicas, en cuya transformación se regenera el NAD+ para que la glucolisis pueda continuar.

ESQUEMA DE LA GLUCOLISIS

• La glucolisis es la ruta por medio de la cual los azucares de

seis átomos de carbono 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.

• En condiciones anaeróbicas o en ausencia de mitocondrias la glucólisis termina en lactato.

• Reacción global: Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ 2 CH3 - CO - COOH + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+

MODULACIÓN HORMONAL

Regulan el movimiento de glucosa desde y hacia la circulación

Regulan la concentración sanguínea de glucosa

HIPOGLICEMIANTE: INSULINA

HIPERGLICEMIANTES: GLUCAGÓN

EPINEFRINA

CORTISOL

HORMONA DEL CRECIMIENTO

INSULINA: 3 tejidos blanco; hígado, músculo esquelético y tejido adiposo.

SOBRE HÍGADO

MÚSCULO ESQUELÉTICO

TEJIDO ADIPOSOEstimula la captación de glucosa

Suprime la producción de glucosa

ES UNA HORMONA ANABÓLICA: promueve el anabolismo con gasto de energía

Promueve la conversión de glucosa

En glucógeno o triglicéridos acciones

Estimula la síntesis proteica anabólicas

Inhibe el catabolismo proteico

GLUCAGÓN

EPINEFRINA

CORTISOL

HORMONA DE

CRECIMIENTO

Estimulan la glucogenólisis y gluconeogénesis (minutos)

Estimulan la movilización de glucosa

Disminuyen el consumo (3-4 horas)

HORMONAS HIPERGLICEMIANTES

GLUCAGÓN: POLIPEPTÍDICA (CÉLULAS α PANCREÁTICAS)

Órganos blanco:

1)hígado

2) tejido adiposo (lipólisis)

Inhibido por la insulina / estimulado por ejercicio, alta concentracion de aa, estrés.

Epinefrina: catecolamina (médula suprarrenal)

Estimula secreción de glucagón/ inhibe la secrección de insulina

Hormona del crecimiento: polipeptídica (hipófisis)

Cortisol: esteroidea (corteza suprarrenal)

REGULACION HORMONAL DE LA GLICEMIA

Glucogénesis y glucogenolisisDra. Silvana Méndez Alvarez

GLUCOGÉNESIS

Ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno a partir del precursor más simple, la G-6-P.

Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo.

Es activado por insulina en respuesta a los altos niveles de glicemia.

SINTESIS DE GLUCOGENO

Participan las siguientes enzimas:

1. La glucosa entra a las células y es fosforilada a G-6-P por la hexocinasa o glucocinasa (higado)

glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP

2. La fosfoglucomutasa convierte la G-6-P a G-1-P.

glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P

3. G-1-P reacciona con UTP, formando UDP-glucosa, reaccion catalizada por UDP-glucosa pirofosforilasa o uridil transferasa, liberándose PPi

glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi

4. La glucogeno sintetasa es la enzima

reguladora de la glucogénesis.

Transfiere residuos de glucosa desde el UDP glucosas a las partes finales del molde (dextrina límite).

Forma alargamientos lineales de ramas preexistentes (uniones α1-4).

5. La enzima ramificadora del glucógeno, transfiere un fragmento de 6 a 8 unidades del extremo no reductor y lo une a una glucosa por un enlace α-1,6.

Esto posibilita que el glucógeno sea altamente ramificada.

GLUCOGENOLISISProceso catabólico llevado a cabo en el citosol. 

Es antagónica de la glucogénesis, estimulada por el glucagón en el

hígado, epinefrina (adrenalina) en el músculo e inhibida por la insulina.

Pasos:

1)Fosforilisis de glucógeno: catalizado por enzima fosforilasa que cataliza uniones α1-4 por inserción de fosfato en carbono 1. No se necesita ATP. Se libera Glucosa 1 fosfato. La enzima se va a detener en la union α 1-6.

2) Hidrólisis de union α1-6: catalizada por enzima desramificante.

3) Formación glucosa 6 fosfato: paso de G-1-P a G-6-P por la fosfoglucomutasa.

4) Formación de glucosa libre: catalizada por enzima glucosa 6 fosfatasa, Es irreversible. Esta enzima se encuentra en el retículo endoplasmático de hígado, riñón e intestino pero NO en músculo.

Regulación hormonal de la glucogénesis y de la glucogenolisis

La fosforilasa es activida por las hormonas que promueven su fosforilación a través de una cascada mediada por el AMPc en la superficie celular, activando por ende a la glucogenolisis y desactivando a la glucógeno sintasa y, en consecuencia, a la glucogénesis

DESTINOS DEL PIRUVATO en el metabolismo de los glúcidosDra. Silvana Méndez Alvarez

Destinos del piruvato en el metabolismo de los

glúcidos Fermentación homoláctica (producto final: ácido láctico)

Fermentación alcohólica (producto final: etanol)

Descarboxilación oxidativa (producto final: Acetil Co A)

Fermentación Homoláctica

La LDH cataliza la reducción del piruvato a L-lactato. (músculo con demanda alta de energía, donde el oxígeno ha sido consumido y eritrocitos por ausencia de mitocondrias)

LACTATO DESHIDROGENASA DE MAMÍFEROS

Ejemplo clásico de isoenzimas Dos tipos diferentes de subunidades:

M y H, que forman 5 isoenzimas tetraméricas: M4, M3H, M2H2, MH3 y H4.

Formas que se encuentran en la mayoría de los tejidos.

El tipo-H predomina en tejidos aeróbicos: músculo cardíaco, G. rojos.

El tipo-M predomina en tejidos sujetos a condiciones anaeróbicas: músculo esquelético, hígado, tejidos tumorales.

Fermentación alcohólica

Se cumple en dos procesos catalizados por las enzimas:

1.Piruvato descarboxilasa.

Enzima ausente en animales, dependiente de vitamina B1 y de Mg2+, reacción irreversible que forma acetaldehído.

2. Alcohol deshidrogenasa (ADH)

El acetaldehído se reduce a etanol (producto de la fermentación alcohólica en presencia de NADH + H+, formada en el paso oxidativo de la glicólisis.

Esta coenzima es reoxidada en presencia de la ADH.

La ADH presente en la levadura requiere del cofactor Zn. Reacción reversible.

El hígado de mamíferos contiene ADH que metaboliza al etanol, producido anaeróbicamente por la flora intestinal.

La fermentación alcohólica y la homoláctica tienen la misma función: la regeneración anaeróbica del NAD+ para poder continuar la glicólisis.

La principal diferencia se encuentra en los productos metabólicos.

Descarboxilación oxidativa del piruvato

• Etapa previa al ciclo de Krebs y posterior a la glucólisis en el proceso de respiración celular.

• El piruvato sale del citoplasma e ingresa a la mitocondria, de forma pasiva por la membrana externa y por un mecanismo de simporte atraviesa la membrana interna y llega a la matriz.

•El piruvato sufre una descarboxilación oxidativa mediante un mecanismo complejo que involucra el complejo piruvato deshidrogenasa que incluye: tres enzimas y 5 vitaminas ( B1, B2 y B3, ácidos lipoico y pantoténico que integra la coenzima A.)•El complejo es encargado de catalizar la conversión de piruvato a acetil CoA y de NAD a NADH + H+

•El acetil-CoA es el alimentador del ciclo de Krebs.•El NADH + H+ lleva los protones a través de la cadena respiratorio para formar el agua metabólica y generar energía (ATP)