Metabolismo de la Energía

Glucolisis

OBJETIVOS

• Glucòlisis: importancia, definiciòn, reacciones, localizaciòn de las enzimas, productos.

• Vìas de piruvato:

– Via anaeròbica • Fermentaciòn alcohòlica

• Fermentaciòn làctica

– Via aeròbica • Descarboxilaciòn oxidativa

Rutas metabólicas

• Para abordar cualquier tarea importante, una

célula lleva a cabo una serie ordenada y

secuencial de reacciones.

– Supone la participación de muchas enzimas

diferentes.

• Metabolismo palabra griega metaballein

significa «cambiar» • Cuando consideramos todas las reacciones químicas

que ocurren dentro de la célula,

• la vida a nivel celular se define como una red integrada de reacciones metabólicas cuidadosamente acopladas en la que cada una de ellas contribuye a la suma de las actividades que la célula debe llevar a cabo.

Rutas metabólicas

• Son de dos tipos generales.

• Las rutas en las que se sintetizan

componentes celulares se denominan

«rutas anabólicas»

• Aquéllas implicadas en la degradación de

constituyentes celulares se denominan

«rutas catabólicas»

• Rutas catabólicas:

– Son exergónicas (liberan energía),

disminución en el orden molecular,

incremento de entropía, pueden tener lugar

en condiciones aerobias como anaerobias.

• Rutas anabólicas:

– Incremento del orden molecular, disminución

local de la entropía y son endergónicas

(requieren energía).

DEGRADACION

BIOSINTESIS

• Obtener energía química a partir de la

energía solar o degradando nutrientes

del medioambiente.

• Convertir nutrientes en moléculas

propias de la célula.

• Polimerizar moléculas pequeñas en

macromoléculas (proteínas, ácidos

nucleicos y polisacáridos).

• Sintetizar y degradar biomoléculas

necesarias para funciones especificas

de la célula.

RUTAS

METABOLICAS

Metabolismo energético

quimiótrofo • Rutas y reacciones mediante las cuales

las células catabolizan nutrientes y

conservan, en forma de ATP, parte de la

energía libre que se libera en ellas.

– Oxidación la mayoría de las reacciones del

metabolismo energético quimiótrofo implican

reacciones oxidativas que producen energía

Oxidaciones biológicas

• Nutrientes como los carbohidratos, grasas

o proteínas son fuente de energía para la

célula significa que son compuestos

orgánicos oxidables y que su oxidación es

altamente exergónica

La glucosa es uno de los sustratos

oxidables más importantes del metabolismo

energético

• Aldohexosa Azúcar

de seis carbonos, que

tiene un grupo

carbonilo terminal.

(C6H12O6).

Principal fuente

de energía para

las células del

cuerpo

• La glucosa en torrente sanguineo

– procede, carbohidratos ingeridos, como la

sacarosa o el almidón o de la degradación del

glucógeno.

• En plantas, es el monosacárido liberado

por degradación del almidón.

Generación de ATP a partir de glucosa

• La degradación completa de glucosa a CO2 y H2O

C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O

• Esta reacción produce gran cantidad de energía libre en la combustión

completa de la glucosa a dióxido de carbono y agua:

DGº´= - 686 kcal/mol

• Para que esta energía sea utilizable, debe acoplarse a la síntesis de ATP

La oxidación de la glucosa

es altamente exergónica,

es una buena fuente

potencial de energía

Glucolisis

Glucolisis

• Es la VIA METABOLICA CATABOLICA principal para la descomposición de la glucosa en sus componentes más simples dentro de las células del organismo

.

Glucólisis Deriva del griego glyk-, “dulce,” y de lisis,

“rompimiento.” “aflojarse” o “separación”

Las reacciones en la glucólisis dan lugar a la conversión de glucosa a piruvato, con una ganancia neta de 2 ATP

Fermentación Oxidación

completa

Excepciones algunos microorganismos pueden obtener más de 5 moléculas

de ATP por glucosa, algunas plantas y animales adaptados a la anoxia

pueden obtener más de 2 moléculas de ATP por glucosa.

DEFINICIÒN RUTA

GLUCOLITICA

• La glucólisis, la etapa inicial en la degradación de glucosa

• Es la conversión de 1 glucosa a dos piruvatos ( compuesto tricarbonado.

• Es similar prácticamente en todas las células Eucariotas /Procariota

• Ocurre en ausencia de oxígeno. • Un conjunto de 10 enzimas cataliza las reacciones. • se efectúa en el citosol, parte acuosa del

CITOPLASMA de las células. • La glucolisis es común a los metabolismos aerobio y

anaerobio

Glucólisis

1o. Etapa • Inversión de Energía: se

invierten 2 ATP , para

fosforilar a la glucosa y

luego a la fructosa 6-P

• En estas reacciones se

establece el control de

esta vía metabólica

Primera fase

• Las cinco primeras reacciones constituyen

una fase de inversión de energía, en la que

se sintetizan azúcares-fosfato a costa de la

conversión de ATP en ADP.

• El sustrato de seis carbonos se desdobla

en dos azúcares-fosfato de tres carbonos.

1. Fosforilación de la Glucosa

Primera inversión del ATP

Hexoquinasa

La glucosa es fosforilada

mediante un ATP

,catalizada por la

hexoquinasa .

El ATP proporciona el

grupo fosfato, y la E que

resulta del proceso de

fosforilación.

Es altamente

exergónico (°= G =4,0

kcal/mol).

2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato

• Esta reacción es la isomerización reversible de la aldosa, la glucosa-6-fosfato, a la correspondiente cetosa, la fructosa-6-fosfato, mediante la presencia de la enzima fosfoglucoisomerasa.

• Es una reacción fácilmente reversible, cuya dirección dependerá de la concentración de producto y sustrato para regularla.

3. Fosforilación de la Fructosa 6-P Segunda inversión de ATP

• La enzima fosfofructoquinasa (PFK1), realiza una segunda fosforilación ayudada de un ATP, para producir un derivado de hexosa fosforilado en los carbonos 1 y 6 llamada fructosa-1,6-bisfosfato.

4. Fragmentación en dos triosa fosfatos

• La enzima aldolasa, produce el desdoblamiento del azúcar, es decir el compuesto de seis carbonos, fructosa-1,6-bisfosfato .

• Produce dos intermediarios de tres carbonos.(GAP) y (DHAP).

5. Isomerización de la dihidroxiacetona

fosfato

• La enzima triosa fosfato isomerasa, convierte uno de los productos, la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido-3-fosfato.

Segunda fase

• Las cinco últimas reacciones corresponden a una fase

de generación de energía, en esta fase, las triosas-

fosfato se convierten en compuestos ricos en energía,

que transfieren fosfato al ADP, dando lugar a la síntesis

de ATP.

Glucólisis

2o. Etapa

• Producción de

Energía:

Glucólisis 2o. Etapa

• La oxidación del gliceraldehído 3-P se logra mediante la transferencia de electrones al NAD+, convirtiéndose en NADH

• Esta coenzima (transportadora de electrones) reducida debe volver a oxidarse, para poder oxidar a una nueva molécula de gliceraldehído 3-P

G-3-P

Transportador de e- (NAD+)

1,3-DPG PIR

Lact

Transportador de

e- (NADH)

6. Generación del primer compuesto de alta

energía

• Esta reacción la cataliza la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, para producir 1,3-Bifosfoglicerato y una molécula de NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina) y H+.

• El fosfato se ha introducido sin utilizar ATP, sino aprovechando la energía producida por la reacción oxidoredoreducción.

Coenzima

NAD

7. Hidrólisis del 1,3-difosfoglicerato fosforilación a nivel de sustrato

• En esta etapa el 1,3-bisfosfoglicerato

transfiere su grupo acil-fosfato al ADP

produciéndose la formación de ATP. La

reacción es catalizada por la

fosfoglicerato quinasa.

8. Isomerización del 3-Fosfoglicerato Preparación para la síntesis del siguiente compuesto de alta energía

• El 3-fosfoglicerato se isomeriza a través de la enzima

fosfoglicerato mutasa, transformándose en el 2-

fosfoglicerato .

9. 9. Deshidratación del 2-Fosfoglicerato

• En esta reacción ocurre

una deshidratación simple

del 2-fosfoglicerato para

dar el fosfoenolpiruvato

bajo la acción de la enzima

enolasa.

10. Segunda fosforilación a nivel de sustrato

• Desfosforilación del Fosfoenolpiruvato, obteniéndose

piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la

Piruvato quinasa.

Reacciones en la Glucólisis

RESUMEN • De una molécula de glucosa se tienen dos

moléculas de ácido pirúvico

• se invierten dos moléculas de ATP

• se obtienen cuatro ATP y dos moléculas

de NADH. (solo 2 ATP son ganancia).

glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi +2NAD+

2 ácido pirúvico + 2 ADP + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2

H2O

VIAS DEL PIRUVATO

• El destino del piruvato

depende de si el

oxígeno se encuentra

o no disponible. Su

destino depende del

tipo de organismo y

de si hay oxígeno

disponible.

Tipos de

fermentación • Depende del organismo (enzimas propias)

• Piruvato se convierte a: – Lactato (fermentación láctica)

principalmente en músculos

– Etanol (fermentación alcohólica) en organismos unicelulares como las levaduras

VIAS DEL PIRUVATO

ANAEROBIA

FERMENTACION

• Ocurre en el citosol

• Hay de dos clases – LACTICA: En celulas

musculares y eritrocitos

– ALCOHOLICA: en levaduras y algunas bacterias.

AEROBIA

DESCARBOXILACIO

N OXIDATIVA

• Ocurre en la matriz

mitocondrial

• Se forma Acetyl

CoA

Fermentación Láctica

El Piruvato se reduce a Lactato, por medio de la

enzima Lactato deshidrogenasa. El rendimiento

neto: 2 ATP, pero se regenera NAD+

FERMENTACION LACTICA

• Cada piruvato se convierte en acido làctico

• Esta reacciòn puede ser reversible.

• El acido làctico difunde hacia la sangre y es

transportado hacia el hìgado.

• Se verifica en las células musculares y

eritrocitos

• Ocurre a través de la LACTATO

DESHIDROGENASA

FERMENTACION

ALCOHOLICA • Se realiza en levaduras y algunas

bacterias

• Se convierte al piruvato en etanol y

CO2

• Las enzimas son la PIRUVATO

DESCARBOXILASA Y LA

ALCOHOLDESHIDROGENASA.

Fermentación Alcohólica

Reacción en donde participan 2 enzimas:

El Piruvato se descarboxila y se forma Acetaldehído (2C),

luego este se reduce a Etanol, utilizando NADH, el cual se

oxida a NAD+ . El rendimiento neto: 2 ATP

Gracias

Respiración Fermentación

Oxígeno

presente

Sin

Oxígeno

“la vie sans l'air”

Transporte

de

electrones e-

Reciclaje del NADH

• Condiciones aeróbicas (oxígeno disponible)

• el NADH sirve como fuente adicional de energía, dona sus electrones a la cadena de transporte de electrones

• reduce el O2 a H2O, proceso acoplado a la generación de ATP durante la fosforilación oxidativa

• Condiciones anaeróbicas:

• Ocurre la fermentación

• El rendimiento energético es menor, pero se logra la obtener NAD+ (oxidado)

El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH.

Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2 NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O

∆G°’= -73,3 KJ/mol

Consume ATP Hexoquinasa

Fosfofructoquinasa

Produce ATP Fosfoglicerato quinasa

Piruvato quinasa

Produce NADH Gliceraldehido 3 P deshidrogenasa

Regulación de la glucólisis

• La glucólisis se regula enzimáticamente en los

tres puntos irreversibles de esta ruta, esto es, en

la primera reacción (G -- >G-6P), por medio de

la Hexoquinasa; en la tercera reacción (F-6P -->

F-1,6-BP) por medio de la PFK1 y en el último

paso (PEP --> Piruvato) por la Piruvatoquinasa.

1. La hexoquinasa es un punto de regulación poco importante, ya que se inhibe cuando hay mucho G-6P en músculo. Es un punto poco importante ya que el G-6P se utiliza para otras vías.

HQ: Inhibe G-6P

2. La PFK1 es la enzima principal de la regulación de la glucólisis, si está activa cataliza muchas reacciones y se obtiene más Fructosa 1,6 bifosfato, lo que permitirá a las enzimas siguientes transformar mucho piruvato. Si está inhibida, se obtienen bajas concentraciones de producto y por lo tanto se obtiene poco piruvato.

Esta enzima es controlada por regulación alostérica mediante: Por un lado se activa gracias a niveles energéticos elevados de ADP y AMP, inhibiéndose en abundancia de ATP y citrato, y por otro se activa en presencia de un metabolito generado por la PFK2 que es la Fructosa-2,6-Bisfosfato (F-2,6-BP)

La lógica de la inhibición y activación son las siguientes:

– ATP: inhibe esta enzima pues si hay una alta concentración de ATP entonces la célula no necesita generar más.

– Citrato: si hay una alta concentración de citrato entonces, se está llevando a cabo el ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs) y este ciclo aporta mucha energía, entonces no se necesita realizar glucólisis para obtener más ATP, ni piruvato.

– AMP, ADP: la baja concentración de estas moléculas implica que hay una carencia de ATP, por lo que es necesario realizar glucólisis, para generar piruvato y energía.

PFK1: Inhibe: ATP - Activa: ADP, AMP y F-2,6-BP.