metabolismo energético
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METABOLISMO ENERGÉTICO
TERMODINÁMICA DE LOS COMPUESTOS DE FOSFATO
Anabolismo Proceso endergónicoMantener la vida necesita energía
Catabolismo Proceso exergónico
Oxidación de Nutrientes produce energía
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
TERMODINÁMICA DE LOS COMPUESTOS DE FOSFATO
TERMODINÁMICA DE LOS COMPUESTOS DE FOSFATO
TERMODINÁMICA DE LOS COMPUESTOS DE FOSFATO
ATP Constituido por 3 grupos fosfatos unidos a través de enlaces pirofosfato (fosfoanhídridos) que contienen y producen gran cantidad de energía cuando se hidrolizan (y la necesita igualmente para formarse).
ATP -----------> ADP + P + ENERGIA
Reacciones de transferencia de fosforilos
síntesis e hidrólisis del ATP ATP + H2O ADP + Pi ATP + H2O AMP + PPi
De gran importancia metabólica Reacciones exergónicas Acopladas a procesos bioquímicos endergónicos
La utilidad bioenergética se debe a la Estabilidad para hidrolizarse combinada con su capacidad para transmitir grandes cantidades de energía libre.
EJEMPLO Fosforilación de la glucosa acoplada a la hidrólisis del ATP
ATP + H2O ADP + fosfato
Glucosa + fosfato Glucosa-6-P + H2O
ElementosUna reacción que libere energía ( ∆G<O)
Una reacción que requiera energía (∆G>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
TERMODINÁMICA DE LOS COMPUESTOS DE FOSFATO
El ∆G ATP (energía libre estándar)varía con: pH Concentraciones de iones Metálicos Fuerza iónica
del ATP Energía libre estándar en condiciones fisiológicas
El ATP se hidroliza y regenera en forma continua
´G∆
Racionalización de la Energía en compuestos de alta energía
El ATP estable en condiciones fisiológicas, se hidroliza con facilidad en reacciones mediadas por enzimas.
Además del ATP existen otros compuestos de “alta energía” que también al hidrolizarse ceden grupos fosfatos al ADP y son:
1. Acil Fosfatos: como el acetilfosfato CH3-C-O-PO32-
Oy el 1,3 bifosfoglicerato PO3
2--O-CH2- CH -C-O-PO32-
OH O2. Enol Fosfatos: como fosfoenolpiruvato3. Fosfoguanidinas: fosfocreatina y fosfoarginina4. Glucosa-6-fosfato y fructosa 6-fosfatos.
ENERGIA LIBRE ESTANDAR DE HIDRÓLISIS
DE ALGUNOS COMPUESTOS FOSFORILADOS
Fosfoenolpiruvico - 61.21,3-Fosfoglicerol fosfato - 49.3Fosfocreatina - 43.1ATP(AMP+PPi) -45,5ATP (ADP+Pi) - 30.5Glucosa 1-fosfato - 20.9Fructosa 6-fosfato - 15.6Glicerol-1-P - 9.1
(kJ/mol)́
G∆
El ATP conductor de energía entre donadores de Fosfato de “alta energía” y receptores fosfato de “baja energía”
METABOLISMO ENERGÉTICO
Conjunto de Reacciones de los nutrientes posterior al catabolismo
Suministra la energía necesaria para el organismo (ATP)
Cada nutriente se degrada por vía específica a sus monómeros y estos a acetil Coenzima A.
METABOLISMO ENERGÉTICO
Los compuestos utilizados para la reserva de energía son:
Glucógeno en hígado y músculo. Triacilglicéridos en tejido adiposo. Proteína en músculo esquelético
En general, el orden de preferencia para la obtención de energía es:
Glucógeno > TAGs > Proteína.
METABOLISMO ENERGÉTICO
Los diferentes órganos y tejidos del organismo trabajan de manera conjunta para mantener la homeostasis calórica presencia constante de metabolitos energéticos en la sangre.
Aunque las células tienen un conjunto similar de enzimas, que son comunes a las rutas metabólicas principales, utilizan diferentes metabolitos para la producción de energía.
METABOLISMO ENERGÉTICO
El aparato locomotor compuesto por Huesos Articulaciones Músculos (elemento activo)
Los músculos generan el movimiento
La célula muscular está especializada en la conversión de energía química en energía mecánica
Utiliza con efectividad la energía almacenada en la molécula de ATP para la contracción muscular.
FORMACIÓN DEL ATPPara completar su función metabólica
intermediaria, el ATP debe reciclarse.
A partir de las moléculas sencillas: glucosa, ácidos grasos y aminoácidos se puede obtener el ATP por dos vías diferentes:
1. FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO: sin el concurso del Oxígeno
2. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: con el concurso del oxígeno
FORMACIÓN DEL ATP
FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO
La D-glucosa es el principal combustible de la mayoría de los organismos y ocupa una posición central en el metabolismo
La glucosa se desdobla a piruvato.
Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H + 2 H2O
FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO
Acoplada a un proceso metabólico denominado fermentación o formación del lactato a partir del piruvato
Libera energía que es aprovechada para la síntesis de ATP.
Esta es la vía obligada cuando no hay oxígeno disponible.
FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO
Durante esta secuencia de reacciones parte de la energía liberada se conserva en forma de NADH, el cual será posteriormente oxidado en las mitocondrias (fosforilación oxidativa) para producir ATP.
NAD: nicotinamida adenina di nucleótido. NAD+ en su forma oxidada y NADH + H cuando está reducido.
NAD+ (oxi) + 2H + 2e- ----> NADH (red) + H
FOSFORILACIÓN A NIVEL DEL SUSTRATO
CARACTERÍSITICAS:
1. La rentabilidad energética del proceso se puede considerar muy baja, por cada glucosa se obtienen 2 ATP.
2. Este proceso se realiza en: Músculo en ejercicio intenso debido a que se lleva a cabo
rápido.
Hematíes, médula renal y el cristalino, porque carecen de mitocondrias (donde se lleva a cabo la fosforilación oxidativa).
3. Este proceso sólo ocurre con los hidratos de carbono.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
La transferencia de electrones en la cadena de transporte de electrones es energéticamente favorable porque el NADH es un poderoso donador de electrones y el Oxígeno molecular es un potente aceptor de electrones.
De hecho el flujo neto de electrones desde el NADH hasta el Oxígeno resulta en la síntesis de ATP.
La fosforilación oxidativa es una serie de eventos químicos que llevan a la síntesis de ATP:
ADP + Pi → síntesis del ATP fosforilación del ADP
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
En la fosforilación oxidativa, los electrones liberados de moléculas de alimento en rutas como el ciclo de Krebs son transferidos al oxígeno, y la energía es liberada para sintetizar ATP.
Esto se da en las células por una serie de proteínas en las membranas de la mitocondria llamadas cadena de transporte de electrones.
Estas proteínas utilizan la energía liberada de la oxidación del electrón que lleva la coenzima NADH.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVALos hidrógenos bombeados
fuera de la mitocondria crean una diferencia de concentración a lo largo de la membrana, lo que genera un gradiente electroquímico.
Esta fuerza hace que vuelvan a la mitocondria a través de una subunidad de la ATP-sintetasa. El flujo de hidrógenos hace que la subunidad menor gire, lo que produce que el sitio activo fosforile al ADP y lo convierta en ATP.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Los Hidrógenos (indicados por +) entran nuevamente en la matriz mitocondrial a través de los canales que forma el complejo enzimático de la ATP sintetasa.
Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi)
FOSFORILACIÓN OXIDATIVACARACTERÍSTICAS:
1. La eficacia energética es alta , por cada glucosa se obtienen 38 moles de ATP.
2. Es un proceso dependiente del oxígeno utilizado por todas las células, especialmente el miocardio y sistema nervioso, con excepción del músculo en ejercicio intenso, en los hematíes, médula renal y el cristalino.
3. En la fosforilación oxidativa la cadena está asociada a transporte de electrones.
4. Es la vía común de la degradación energética de hidratos de carbono, grasas y proteínas.
5. El agua es un producto metabólico final y se denomina “agua metabólica” y contribuye al equilibrio hídrico del organismo.