introduccionmetabolismo_21644 unam

7/25/2019 IntroduccionMetabolismo_21644 UNAM

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III. INTRODUCCIN AL METABOLISMO

1. Generalidades2. Termodinmica de los compuestos fosforilados3. Termodinmica de los sistemas vivos


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CMO OBTIENEN LAS CLULAS LA ENERGA Y EL PODERREDUCTOR A PARTIR DE SU ENTORNO?

CMO SINTETIZAN LAS CLULAS LOS COMPUESTOSFUNDAMENTALES DE SUS MACROMOLCULAS Y CMO SESINTETIZAN POSTERIORMENTE LAS PROPIAS MACROMOLCULAS?

Stryer et al. 2003


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QU ES ELMETABOLISMO?


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MetabolismoMetabolismo

Es una actividad celular muy coordinada en la que muchossistemas multienzimticos cooperan para:(1) Obtener energa qumica a partir de la captacin de la

energa solar o degradando nutrientes ricos en energaobtenidos del ambiente

(2) Convertir molculas nutrientes en las molculascaractersticas de la propia clula

(3) Polimerizar los precursores monomricos enmacromolculas(4) Sintetizar y degradar biomolculas requeridas en funciones

celulares especializadas

Proceso mediante el cual los seres vivos adquieren y utilizanla energa libre que requieren para realizar sus funciones

protenas, c. nucleicos, lpidos, carbohidratos

Nelson y Cox, 2005


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Fottrofos (auttrofos)Quimitrofos (hetertrofos)

LOS ORGANISMOS VIVOS SE DIVIDEN EN DOS GRUPOS SEGN LAFORMA QUMICA A TRAVS DE LA QUE OBTIENEN CARBONODEL MEDIO


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Autotrfosfotosintticos Hetertrofos

Nelson y Cox, 2005

Obtienen

su energade la luzsolar

Obtienen suenerga de la

degradacin denutrientesorgnicos

producidos porlos auttrofos

EL CARBONO, OXGENO Y AGUA SE CICLAN CONSTANTEMENTE ENTRELOS MUNDOS HETEROTRFICOS Y AUTOTRFICO, CON LA ENERGASOLAR COMO FUERZA MOTRIZ DE ESTE PROCESO GLOBAL


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MetabolismoMetabolismoEs la suma de todas las transformaciones qumicas que seproducen en una clula u organismo, a travs de una serie dereacciones catalizadas enzimticamente que constituyen las

rutas metablicas

(Eliminacin, transferencia o adicin de un tomo o grupo funcional)

CADA PASO = CAMBIO QUMICO ESPECFICO

PRECURSOR PRODUCTOINTERMEDIARIOS(METABOLITOS)

CARACTERSTICAS


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Donde la serie de reacciones qumicas se encuentran interrelacionadasy acopladas y que tienen por objeto producir compuestos necesariospara la vida celular

Stryer et al. 200


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METABOLISMO

CATABOLISMO.- Conjunto de reacciones queconvierten molculas (como si fuerancombustibles) en energa utilizable (producenenerga)

ANABOLISMO.-Conjunto de reacciones que requierenenerga para producir molculas complejas

Vas anablicas: son rutas de biosntesis.Qumicamente son procesos reductores.Requieren un aporte de energa externo.

Vas catablicas: son de tipo degradativo.Qumicamente son procesos oxidativos.Suelen producir energa


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META

BOL

ISM

O

ANA

BOLISMO

CATA

BOLI

SMO

ENERGA


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CATABOLISMO

ENERGA

ANABOLISMO

REGULACIONMETABLICA


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REGULACIN

DEL

METABOLISMO

CANTIDAD

DISPONIBILIDAD(RECAMBIO, LOCALIZACIN)

ACTIVIDADCATALTICA


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Una va metablica est formada por una serie de reacciones en una

secuencia especfica que en su conjunto es termodinmicamentefavorable

Sin embargo, algunas de estas reacciones de la va pueden requerir

energa y otras liberarla

Las vas pueden estar compartamentalizadas celularmente (organelos,citosol, membranales)

Las reacciones van a estar mediadas por enzimas, por eso, van a ser

especficasLas vas metablicas pueden ser regulables. No todas las reacciones

de la va pueden regularse.

Esta regulacin puede darse por disponibilidad del sustrato, por

mecanismos de regulacin enzimtica (alosterismo, fosforilacin,retroalimentacin, sntesis de la enzima misma, etc.), por factores

termodinmicos

En su conjunto, las vas metablicas son reversibles PERO TIENENPOR LO MENOS UN PASO IRREVERSIBLE (PASO LIMITANTE)

Caractersticas de las vas metablicas


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LAS REACCIONES DE UNA VA METABLICA SE PUEDEN

VER SEGN SUS CARACTERSTICAS TERMODINMICAS.

Las reacciones termodinmicamente pueden ser:

G GRANDE Y NEGATIVA La reaccin transcurre en elsentido (EXERGNICAS)

G=0 EL SISTEMA ESTA ENEQUILIBRIO

G GRANDE Y POSITIVA La reaccin transcurre en elsentido opuesto(ENDERGNICAS)


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LAS REACCIONES CERCANAS AL EQUILIBRIO

G CERCANO A 0

- SON REVERSIBLES- Las enzimas que las catalizan tienen una actividad muy

alta y por tanto la actividad de la enzima no es un factorlimitante de la va.

- Son reacciones fcilmente reversibles y su actividaddepende de la relacin de [sustrato] y [producto].La direccionalidad va a depender de cambios de[sustrato] y [producto].

- LAS REACCIONES CERCANAS AL EQUILIBRIO, POCAS

VECES REGULAN EL FLUJO DE LA VA METABLICA


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LAS REACCIONES ALEJADAS DEL EQUILIBRIO

G GRANDES Y NEGATIVOS

- SON IRREVERSIBLES

- Son poco sensibles a la variacin de [sustrato] y [producto]- Las enzimas suelen ser alostricas

- LAS REACCIONES ALEJANAS DEL EQUILIBRIO SON LAS

QUE MAYORMENTE REGULAN UNA VA METABLICA


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Poner grupos funcionales a dobles enlaceso eliminacin para formar dobles enlaces

Adicin o eliminacin de gruposfuncionales

Rompimiento de enlaces con intervencin

del agua

Hidrlisis

Transferencia de un grupo funcional deuna molcula a otra

Transferencia de grupos

Reorganizacin de tomos para formarismeros

Isomerizacin

Formacin de enlaces covalentes (ej. C-C)Formacin de enlaces conrequerimiento de hidrlisis deATP

Transferencia de electronesOxidacin-reduccin

DESCRIPCINTIPO DE REACCIN

TIPOS DE REACCIONES QUMICAS DEL METABOLISMO


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MOLCULAS FUNDAMENTALESEN LAS REACCIONES METABLICAS

C t l l f d t l


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Cuatro molculas fundamentalesen las reacciones metablicas

Donador de energa

Almacenador dePoder reductor

Acarreador degrupos acilo


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La hidrlisis de ATP o de un compuesto fosforilado es una reaccincomn para obtener energa.

LA VARIACIN DE ENERGA LIBRE EN LA HIDRLISIS DEL ATP ES GRANDE YNEGATIVA

FUNDAMENTO QUMICO DE LA ELEVADA VARIACIN DE ENRGA LIBRE


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FUNDAMENTO QUMICO DE LA ELEVADA VARIACIN DE ENRGA LIBREASOCIADA A LA HIDRLISIS DE ATP

1) La hidrlisis disminuyela repulsin de carga

2) El producto (Pi)est estabilizado por laformacin de unhbrido de resonancia

3) El producto se ioniza

inmediatamente


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Otros compuestosfosforilados quetransfieren sufosfato enreaccionescelulares que

requieren energa


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Otros compuestosfosforilados quetransfieren sufosfato enreaccionescelulares que

requieren energaTIOESTER


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ESTABILIDAD PORTAUTOMERIZACIN

ESTABILIDAD PORRESONANCIA


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ESTABILIDAD PORRESONANCIA


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EN LAS REACCIONES DE HIDRLISIS CON VARIACIONESDE ENERGA LIBRE ESTNDAR GRANDES Y NEGATIVAS

losPRODUCTOS SON MS ESTABLES QUE LOS REACTIVOS

1) La tensin de enlace en los reactivos debida a repulsinelectrosttica queda liberada por la separacin de carga

(ATP)

2) Los productos se estabilizan por ionizacin

3) Los productos se estabilizan por isomerizacin

4) Estabilidad por resonancia


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ENERGAS LIBRES ESTNDAR DE HIDRLISIS DE ALGUNOSCOMPUESTOS FOSFORILADOS Y DEL ACETIL-CoA (un tioster)

L hid li i d ATP d f f il d i


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La hidrlisis de ATP o de un compuesto fosforilado es una reaccincomn para obtener energa.Esta reaccin se acopla energticamente a otra reaccin que la requiera

A B Reaccin exergnica

C D Reaccin exergnica

LAS VARIACIONES DE ENERGA LIBRE ESTNDAR


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LAS VARIACIONES DE ENERGA LIBRE ESTNDARSON ADITIVAS

Este principio explica por qu una reaccin termodinmicamentedesfavorable (endergnica) puede ser impulsada en el sentido directo

acoplndola a una reaccin muy exergnica a travs de unintermediario comn.

FLUJO DE GRUPOS FOSFORILO


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FLUJO DE GRUPOS FOSFORILO


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REGULACIN DE UNA VA METABLICA

ENFOQUE TRADICIONAL VS. TEORA DEL CONTROL METABLICO

Una va tiene uno o muy pocos

pasos regulacin, que se llamanpasos limitantes o

No hay una enzima que sea la

responsable de regular el flujo de la va

El flujo de una va est controlado porvarias enzimas de las reaccionesque integran la va

Cada una tiene una contribucin quedepende de la concentracin deintermediarios

ENFOQUE TRADICIONAL TEORA DEL CONTROL METABLICO

Las enzimas limitantes o reguladorasse han propuesto con base enmediciones in vitro, muy alejadas delas condiciones fisiolgicas como

[intermediarios], efectores alostricos,etc.

Se basa en la medicin exptl. de una vaperturbando una enzima especfica y

viendo como se comporta el flujo de la va(concentraciones de los otros metabolitos)

todos estos datos se tratan matemtica-mente y por eso es cuantitativa

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