Metabolismo intermediario

Obtención de energía química

de moléculas combustibles o

luz solar absorbida.

Conversión de los principios

nutritivos exógenos en

precursores de componentes

macromoleculares de la célula.

Ensamblaje de precursores para la formación de

proteínas, ácidos nucléicos,

lípidos, etc.

Formación y degradación de biomoléculas

necesarias para las funciones

especializadas de la célula.

“El metabolismo intermediario es la suma de todas las reacciones que tienen lugar en la

célula”

Autótrofas(autoalimenta

das)

Utilización del carbono

Clasificación de células de acuerdo a utilización de carbono.

Anaeróbios

Aerobios

Facultativos

Heterótrofas(alimentada

de otros)

Clasificación de células de acuerdo a utilización de carbono.

Ciclos del carbono y el oxígeno

Metabolismo de la glucosa:glicólisis y gluconeogénesis.

Glicólisis: Es la secuencia de reacciones que convierte una molécula de glucosa (en forma anaeróbica) en dos moléculas de piruvato con la producción neta concomitante de dos moléculas de ATP.

Glucosa Piruvato

Etanol

Lactato

glicólisis

CO2 + H2O

Fermentación

La glucosa se genera de carbohidratos de la dieta.

• α-amilasa pancreática y salival corta enlaces α-1,4 del almidón y glucógeno, pero no escide los enlaces α-1,6 (genera material no digerible llamado dextrina límite). Los productos de la hidrólisis son la maltosa y la maltriosa.

• La maltasa rompe la maltosa en dos moléculas de glucosa.

• La α-glucosidasa digiere la maltriosa.

• α-dextrinasa digiere la dextrina límite.

• Vegetales pueden aportar sacarosa la cuál es digerida por la sacarasa, generando fructuosa y glucosa.

• Lactosa proveniente de la leche se degrada en glucosa y galactosa, gracias a la enzima lactasa.

La glicólisis es una vía de conversión de energía.

• Vía común a todas las células, tanto eucariotas como procariotas.

• Ocurre en el citoplasma.

• Consta de tres etapas:

(1)conversión de glucosa en fructuosa 1,6-bifosfato.

(2)ruptura de fructuosa 1,6-bifosfato en dos fragmentos de tres carbonos.

(3)generación de ATP neto cuando fragmentos de tres carbonos se oxidan a piruvato.

Visión general de la vía glicolítica

Visión general de la vía glicolítica

Visión general de la vía glicolítica

Visión general de la vía glicolítica

La enzima hexoquinasa retiene a la glucosa y comienza la glicólisis

✦ Glucosa es transportado al interior de la célula gracias a transportadores específicos.

✦ En el interior de la célula sufre fosforilación.

✦ Glucosa fosforilada (glucosa 6-fosfato) no es sustrato de los transportadores.

✦ La adición de un grupo fosforilo comienza a desestabilizar la glucosa, facilitanto su metabolismo posterior.

✦ La transferencia del grupo fosforilo está catalizada por la enzima hexoquinasa (HK).

La enzima hexoquinasa retiene a la glucosa y comienza la glicólisis

glucosa hexoquinasa(HK)

complejo ATP-Mg2+

Hexoquinasas catalizan la transferencia de un grupo fosforilo del ATP a una serie de azúcares de 6 carbonos (hexosas), como la glucosa o la manosa.

Se requiere Mg2+ para llevar a cabo esta actividad (u otro ion divalente como Mn2+), el cuál formara un complejo con el ATP.

Las quinasas sufren un cambio conformacional, cerrando su hendidura, al entrar en contacto con el sustrato.

‣ Glucosa induce cambio conformacional en la enzima.

‣ Hexoquinasa consta de 2 lóbulos que rodean a la glucosa, los cuáles se cierran cuando entran en contacto, girando 12º un lóbulo respecto del otro.

‣ Toda la molécula de glucosa queda rodeada excepto su grupo OH (hidroxilo), el cuál aceptara el grupo fosfato.

Formación de fructosa-1,6- bifosfato a partir de glucose-6-fosfato

✦ conversión de aldosa (glucosa-6-fosfato) a cetosa (fructosa-6-fosfato).

✦ reacción reversible catalizada por la fosfoglucosa isomerasa.

✦ esta reacción requiere abrir el anillo de glucosa-6-fosfato, para luego catalizar la isomerisación y promover la formación del anillo nuevamente.

Glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato

fosfoglucosa isomerasa

Formación de fructosa-1,6- bisfosfato a partir de glucose-6-fosfato

Glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato

fosfofrutoquinasa(PFK)

✦ prefijo “bis” significa que los 2 grupos fosfatos están separados (prefijo “di-” indica fosfatos que están juntos)

✦ La fosfofructoquinasa es una enzima alostérica que marca el rimo de la glicólisis. Esta reacción es irreversible.

PUNTO DE CONTROL DE LA GLICÓLISIS

El azúcar de 6 carbonos se escinde en dos fragmentos de tres carbonos

• Reacción reversible catalizada por la enzima aldolasa.

• GAP se encuentra en la vía directa de la glicólisis.

• DHAP debe convertirse en GAP antes de continuar con la glicólisis.

• En condiciones de equilibrio el 96% de las triosas fosfato es DHAP (reacciones siguientes eliminan GAP).

✦ La conversión entre GAP y DHAP es realizada por la triosafosfato

isomerasa.

✦ Segunda etapa de la glicólisis comienza con la división de la fructosa 1,6-bisfosfato en gliceraldehído-3-fosfato (GAP) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP).

Hasta aquí no se ha obtenido energía

Tercera etapa: formación de 1,3 bifosfoglicerato

✦ La reacción inicial de la tercera etapa es la conversión del gliceraldehído-3-fosfato en 1,3-bisfosfoglicerato.

✦ Esta reacción es catalisada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.

✦ esta reacción realmente es una oxidación de un aldehío a un ácido carboxílico seguido de la unión del acido carboxílico con el ortofosfato (Pi).

✦ El 1,3 bisfosfoglicerato (acilfosfato) tiene un alto potencial de transferencia de fosforilo.

El ATP se forma por la transferencia de fosforilo desde el

• El 1,3 bisfosfoglicerato es una molécula rica en energía, con mayor potencial de transferencia que el ATP.

• 1,3 bisfosfoglicerato se puede utilizar para sintetizar ATP a partir de ADP.

• la enzima fosfoglicerato quinasa catalisa la transferencia del grupo fosforilo al ADP.

• El producto de esta reacción es ATP y 3-fosfoglicerato.

La formación de piruvato lleva a la generación de otro ATP.

✦ primero ocurre un reordenamiento gracias a la enzima fosfoglicerato mutasa, formando 2-fosfoglicerato.

✦ Luego por una deshidratación del 2-fosfoglicerato se forma un doble enlace y se crea un enol. Así, la enzima enolasa catalizará la formación de fosfoenolpiruvato (PEP).

✦ PEP tiene un elevado potencial de transferencia de fosforilo, ya que por haber sufrido una deshidratación es inestable e intentará encontrar un forma mas estable.

✦ Al donar el fosforilo al ADPp para formar ATP, gracias a la piruvato quinasa, se formará una cetona mas estable llamada piruvato.

Balance de la glicólisis

A pesar de que en un comienzo existió consume de ATP, finalmente hubo

una ganancia de energía.

Resumen de la vía glicolítica

Activación de la glucosa

•Fosfoliración• Isomerización•Formación de Triosas-fosfatos

Ruptura de la glucosa.

Oxidación

• Oxidación• 1ª extracción de

energía.• Reordenamiento• 2ª extracción de

energía.• Reducción.

Resumen de la vía glicolítica:Pasos catalizados por enzimas

1)Hexoquinasa2)fosfoglucosa isomerasa3)fosfofructoquinasa4)aldolasa5)triosa fosfato isomerasa

6) Gliceraldehído-3-P-deshidrogenasa7) fosfoglicerato quinasa8) fosfoglicerato mutasa9) enolasa10)piruvato quinasa

Irreversible

Irreversible

Irreversible

¿ Donde va el piruvato?

El piruvato puede ser mas degradado aún o utilizado para sintetizar otros compuestos.

Su destino dependerá del del tipo de célula, de la necesidad de energía libre metabólica y de los bloques de construcción molecular.

Síntesis de lactato

• En un músculo muy activo la glicólisis provee rápidamente ATP para su contracción. Sin embargo, este proceso requiere reducir NAD+ a NADH.

• El NAD+ se recuperar en presencia de oxígeno, pero es un proceso lento.

• Para disponer rápidamente de NAD+ y así seguir produciendo ATP, el piruvato es reducido a lactato.

• En presencia de oxígeno, no ocurre este proceso.

“Callejón sin salida”Las únicas salidas del lactato son:

1) ser convertido en piruvato y

2) ser exportado de la célula.

Oxidación del piruvato

Para continuar oxidando el piruvato

es necesaria la presencia de oxígeno.

Ciclo de krebs

Acidos grasos

Colesterol

ingr

esa

al

precursor de

participa en síntesis de

Oxidación del piruvato

Gluconeogénesis: ruta anabólica que permite la síntesis de glucosa y glucógeno a partir de precursores no glucídicos.

๏ Ocurre principalmente en el hígado y en menor medida hígado y riñones (menos del 10%)

๏ Los principales precursores son:✓ aminoácidos (excepto leucina y lisina)✓ lactato✓ piruvato✓ glicerol✓ cualquier intermediario del ciclo de Krebs.✓ ácidos grasos de cadena impar (dan esqueleto

para síntesis de Acetil-CoA y/o Succinil-CoA)๏ Vía se activa al agotarse las reservas de glucógeno.๏ Cerebro, eritrocitos, córnea, riñón, músculo

requieren aporte constante de glucosa.

Utiliza casi las mismas enzimas que la glicólisis, excepto por 3 (reacciones irreversibles de la glicólisis): - fosfoenolpiruvato carboxiquinasa- Fructosa-1,6-bifosfatasa- Glucosa-6-fosfatasa

Gran barrera termodinámica (muy exergónica).

Aminoácidos

Regulación de la gluconeogénesis

Cada una de las enzimas específicas de la gluconeogénesis consume 2 ATPs, por lo tanto es estrictamente controlado:

2 piruvato + 6 ATP →glucosa + 6 ADP + 6 Pi

La regulación es alostérica y se produce principalmente en la interconversión siguiente:

El paso siguiente, catalizado por la glucosa-6-fosfatasa no ocurre en músculos (ni en la mayoría de los tejidos), debido a que esta enzima no se expresa, por lo tanto este proceso no se completa.

Activación “incompleta de la gluconeogénesis” ayuda a controlar de modo mas fino las rutas metabólicas (ciclo fútil).

Síntesis del glicógeno

Se requiere energía de la molécula UTP (equivalente a ATP o GTP)

Glucosa debe convertirse en glucosa-1-fosfato para incorporarse al polímero.

Glucosa-1-fostato debe ser activada con UTP para formar UDP-glucosa.

Glicógeno-sintasa transfiere una unidad de glucosa al hidroxilo C4 en una de las extremidades del glucógeno.

Síntesis del glucógeno

Regulación alostérica de la glicolisis

Hexoquinasa

Glucoquinasa

Glucosa-6-fosfatasa

Fosfofructoquinasa

Fructosa-1,6-bifosfatasa

piruvato quinasa

Piruvato carboxilasa

Estimula Fructosa-1-fosfato ATP

Fructosa-2,6-di-P

AMPATP Acetil-S-CoA

Inhibe Glucosa-6-fosfato

Fructosa-6-fosfato ATP, citrato

AMPFructosa-2,6-

DI-P

ATPAcetil-S-coAAcs. grasos de cadena larga

Metabolismo en caso de deficiencia de glucosa

Metabolismo en caso de exceso de glucosa

Fuentes de energía para la contracción muscular

Fosfocreatina

Glicólisis anaeróbica y aeróbica

oxidación aeróbica

El músculo esquelético

Fosfocreatina

Fosfocreatina• Molécula que aporta energía en los

primeros segundos de esfuerzo físico.

• Reacción catalizada por enzima creatina-fosfoquinasa (CPK), en una reacción termodinamicamente favorable.

Fosfocreatina

Empleo de vías energéticas durante contracción muscular

Tarea

• ¿ En qué consiste el ciclo de los ácidos tricarboxílicos?

• ¿ Cómo se relaciona con la glicólisis?