Introducción almetabolismo

Metabolismo• La suma de todas las transformaciones

químicas que ocurren en una célula uorganismo, las cuales se llevan cabo enuna serie de reacciones consecutivascatalizadas por enzimas que constituyenlas vías metabólicas.

• El proceso global a través del cual lossistemas vivos adquieren y utilizan laenergía libre que se necesita para realizarsus funciones.

Estado estacionario• Los organismos vivos no están en

equilibrio. Sino que requieren de un influjocontinuo de energía para mantener el ordenen un universo inclinado al desordenmáximo.

• Esto se realiza acoplando las reaccionesexergónicas de la oxidación de losnutrimentos a los procesos endergónicosrequeridos para mantener el estado vivocomo la realización del trabajo mecánico, eltransporte activo y la biosíntesis demoléculas complejas.

¿Cómo obtienen los organismos vivos laenergía?

• Los fotótrofos (plantas y ciertas bacterias)adquieren la energía del sol a través de lafotosíntesis, en el cual la luz impulsa unproceso endergónico entre el CO2 y el H2Opara formar carbohidratos.

• Los quimiótrofos obtienen su energía por laoxidación de compuestos orgánicos(carbohidratos, lípidos y proteínas)obtenidos de otros organismos, en últimainstancia, fotótrofos.

Vías metabólicas

• Cada uno de los pasos en una víametabólica produce un cambio químicoespecífico y pequeño, generalmente esla remoción, transferencia o adición deun átomo específico, grupo funcional omolécula.

• En esta secuencia de pasos (la vía), unprecursor es convertido en un productoa través de una serie de intermediariosmetabólicos (metabolitos).

Etapas en la extracción de energía de losalimentos (degradación de nutrimentos)

1ª. Las grandes moléculas de alimentosse hidrolizan en unidas pequeñas obloques constructores. Proteínas aaminoácidos, polisacáridos a glucosa.No se genera energía útil.

2ª. Estos bloques se degradan a unaunidad simple que juega un papelcentral en el metabolismo (unidadacetilo en forma de acetil-CoA). Segenera una pequeña cantidad de ATP enesta etapa comparado con el obtenidode la oxidación completa de la unidadacetilo de acetil-CoA.

3ª. Consiste del ciclo del ácido cítrico y de lafosforilación oxidante que son las vías finalescomunes de la oxidación de moléculas decombustible. La acetil-CoA introduce lasunidades de acetilo al ciclo del ácido cítrico,donde se oxidan a CO2.Se transfieren 4 pares de e- por cada grupoacetilo oxidado. El ATP se sintetiza cuando loselectrones fluyen hasta el O2. Más del 90 % delATP producido por la degradación de losnutrimentos se produce en esta etapa.

DIFERENCIAS ENTRE VIAS CATABOLICAS YANABOLICAS

1. La vía involucrada en la degradación de unabiomolécula puede ser energéticamenteimposible para su biosíntesis.

2. Las dos vías deben regularseindependientemente.

3. En algunos casos las dos vías toman lugaren diferentes partes de la célula.

Regulación de vías metabólicas

1. Actividad enzimática

2. Concentración de enzimas.3. Regulación hormonal.4. Disponibilidad de sustrato.

a) Regulación alostéricab) Regulación covalente

Características de las víasmetabólicas

• Irreversibles.• Tienen un paso comprometido.• Están reguladas.• Se llevan a cabo en sitios celulares

específicos.

Reacciones limitadas por enzimas(lejos del equilibrio)

Reacciones limitadas por sustratos(en o cerca del equilibrio)

La energía libre es la que puede hacer trabajo duranteuna reacción a presión y temperatura constantes.El DG’o es el cambio de energía libre estándar (cuandola concentración de cada componente es 1 M, el pH es7.0 y la temperatura 298 K).

Ejercicio 1. Cálculo de ΔG’°con unaconstante de equilibrioCalcule los cambios de energía libre estándar delas siguientes reacciones catalizadas por enzimasmetabólicamente importantes a 25°C y pH 7.0,utilizando las constantes de equilibrio dadas.

Ejercicio 2. Cálculo de la constante deequilibrio del ΔG’°

Calcule las constantes de equilibrio K’eq para cadauna de las siguientes reacciones a pH 7.0 y 25 °C,usando los valores de ΔG’°de la tabla 13-4.

El DG es el cambio de energía libre encondiciones celulares. El DG’o es un valorcaracterístico y constante de cada reacción,pero el DG de una reacción química dada esuna función de la concentración y de latemperatura que prevalecen en la reacción yque no son necesariamente las estándar.

Ejercicio 3. Diferencia entre ΔG’° y ΔG

Considere la siguiente interconversión, queocurre en la glicólisis:

Fructosa 6-fosfato glucosa 6-fosfatoK’eq=1.97

a) ¿Cuál es el ΔG’° para la reacción (a 25°C)?b) Si la concentración de la fructosa 6-fosfato es

ajustada a 1.5 M y la de la glucosa 6-fosfato a0.50 M ¿Cuál es el ΔG?

c) ¿Por qué ΔG’° y ΔG son diferentes?

Ejercicio 4. ∆G’° para reaccionesacopladasLa glucosa 1-fosfato se convierte en fructosa 6-fosfato en dos reacciones sucesivas:

Glucosa 1-fosfato → Glucosa 6-fosfatoGlucosa 6-fosfato → Fructosa 6-fosfato

Usando los valores de la tabla 13-4, calcule la K’eqpara la suma de las dos reacciones a 25°C.

Glucosa 1-fosfato → Fructosa 6-fosfato

(phosphoenolpyruvate)

• Nucleósido difosfato cinasa(difosfocinasa)

NTP+NDP NDP+NTP

• Nucleósido monofosfato cinasaATP+NMP ADP+NDP

• Adenilato cinasa (miocinasa)ATP+AMP ADP+ADP

Oxidaciones Biológicas

• Transferencia de electrones:-Directamente como electrones.-Como átomos de hidrógeno.-Como iones hidruro.-A través de la combinación directa con

el oxígeno.

OxidaciónGanancia de oxígeno:C + O2 CO2 (el carbono es oxidado a dióxidode carbono)

Pérdida de electrones:Na Na+ + e- (el átomo de sodio es oxidado alión sodio)

O2.- O2 + e- (el radical superóxido es

oxidado a oxígeno)

ReducciónPérdida de oxígeno:CO2 + C 2CO (El CO2 es reducido amonóxido de carbono; el C es oxidado a CO).

Ganancia de hidrógeno:C + 2H2 CH4 (el carbono es reducido ametano).

Reducción

Ganancia de electrones:

Cl + e- Cl- (El átomo de cloro es reducidoal ión cloro).

O2 + e- O2- (El oxígeno es reducido al

radical superóxido).

Relación entreDG y E

ΔG = energía libren = número de electrones transferidos en la reacciónF = constante de Faraday (96.48 kJ/ V mol)ΔE = potencial de reducción

ΔG = - nF ΔE

ΔG’° = - nF ΔE’°

Ejercicio 5. Potencial estándar dereducción

El potencial estándar de reducción, E’°, de cualquierpar redox está definido por la reacción de semicelda:

Agente oxidante + n electrones → agente reductor

Los valores de E’° para los pares conjugados deNAD+/NADH y piruvato/lactato son -0.32 V y -0.19 V,respectivamente.a) ¿Cuál par conjugado tiene mayor tendencia a perderelectrones? Explique.b) ¿Cuál es el agente oxidante más fuerte? Explique.

Ejercicio 6. Potenciales estándar dereducción

c) Iniciando con concentraciones 1.0 M de cadareactivo y producto a pH 7.0 ¿En qué direcciónprocederá la siguiente reacción?

Piruvato + NADH + H+→ Lactato + NAD+

E’°NAD+/NADH= -0.32 V E’°piruvato/lactato = -0.185V

d) ¿Cuál el ∆G’° a 25 °C para la conversión depiruvato a lactato?

e) ¿Cuál es la K’eq para esta reacción?

Ejercicio 7. Afinidad electrónica delos compuestos

Ordena las siguientes sustancias (en ordendecreciente) en cuanto a su tendencia a aceptarelectrones.

a) α-cetoglutarato + CO2 (formando isocitrato)b) oxaloacetatoc) O2

d) NADP+

Ecuación de Nernst

E0 = Potencial en condiciones estándar.R = Constante de los gases.T = Temperatura absoluta (escala Kelvin).n = Cantidad de moles de electrones que participan en lareacción.F = Constante de Faraday (aproximadamente 96500 C/mol).Q = Cociente de reacción:

Así para la reacción a A + b B → c C + d D, la expresión de Qes:

Anillo de isoaloxazina