MetabolismoII:anabolismoenhetertrofosycatabolismo

Procesos anablicos en clulas hetertrofas.

Esquema general del catabolismo.

Catabolismo de los glcidos.

Catabolismo de los triacilglicridos.

C d d l i f f il i id iCadena de transporte electrnico y fosforilacin oxidativa.

Catabolismo de los aminocidos y bases nitrogenadasCatabolismo de los aminocidos y bases nitrogenadas.

Panormica de la mitocondria

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Panormica de la mitocondria.

Los seres hetertrofos tambin pueden sintetizar glucosa,

Otrosprocesosanablicosnoauttrofos

p g ,polisacridos, cidos grasos, aminocidos y nucletidos apartir de molculas orgnicas sencillas Pero no a partirde molculas inorgnicas!! En estas rutas intervienen casii l i t l til i A ( til C A) L

El acetilCoA interviene en muchasrutas metablicas. Con frecuencia, seescribe como CH3COCoA.Si R no es el grupo CH3, se nombrasiempre el piruvato y el acetilcoenzimaA (acetilCoA). Los

animales no pueden transformar cidos grasos enazcares.

Si R no es el grupo CH3, se nombracomo acilCoA.

Tanto en las rutas anablicas comoLa formacin de glucosa a partir de piruvato(anabolismo) se denomina gluconeognesis Tanto en las rutas anablicas como

catablicas de los glcidos aparecenestas molculas de tres carbonos quehay que memorizar. Cules de ellas

(anabolismo) se denomina gluconeognesis,y la formacin de glucgeno y polisacridosa partir de la glucosa, se conoce comoglucogenognesis. Las reacciones inversas

son TRIOSAS?suponen la hidrlisis de las molculas msgrandes.

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f

Lagluconeognesis ylaglucogenognesis

La gluconeognesis se realiza fundamentalmente en las clulas hepticas, comenzando en lasmitocondrias, a partir de precursores no glucdicos, como lactato y aminocidos. La ruta se iniciacon 2 piruvatos, gasta 4ATPs, 2GTPs, reductor (2NADH / H+) y 6H2O, y puede resumirse as:2Piruvato etapa de cidos dicarboxlicos de 4C etapa de triosas Fructosa1,6 difosfato2Piruvato etapa de cidos dicarboxlicos de 4C etapa de triosas Fructosa 1,6 difosfatoGlucosa6fosfato. (2piruvato + 4ATP + 2GTP + 2 NADH/H+ + 6 H2O Glu6P + 4ADP + 2 GDP + 2NAD+ + 5Pi )

La glucogenognesis sintetizaglucgeno a partir del exceso deglucgeno a partir del exceso deglucosa en el hgado y msculos.La glucosa debe estar activadacomo UDP glucosa para unirse al d d l l dla cadena del polisacrido.

Si el nivel de glucosa en sangre eselevado, se convierte en glucgeno enel hgado, o bien, ste convierte elexceso de glucosa en cidos grasos quese depositan en los adipocitos y en else depositan en los adipocitos y en elpropio hgado. Si hay dficit de glucosaen sangre se produce la glucogenolisis yse libera la hexosa al torrentecirculatorio para nutrir a los tejidos.

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Anabolismodeloslpidosydelosaminocidos

La sntesis de cidos grasos y triaciliglicridos tiene lugar esencialmente en losLa sntesis de cidos grasos y triaciliglicridos tiene lugar esencialmente en loscloroplastos y en el citosol de las clulas del hgado y tejido adiposos de los animales.La ruta comienza en la mitocondria con la acetilCoA, que sale en forma de citrato alcitosol, que se vuelve a convertir en acetilCoA o en acilCoA, que reacciona con el, q , qglicerol3fosfato para dar, finalmente, un triglicrido.

S i d i id ( di i i i i ) L i l l dSntesis de aminocidos (ver diapositiva siguiente). Los animales slo puedensintetizar ciertos aa. y su biosntesis se lleva a cabo en el hgado. En general, se gastaNADH/H+ y ATP. Sin embargo, nueve aa. son esenciales y deben ser ingeridos con ladieta.

El esqueleto carbonado procede de alguno de los intermediarios de lagluclisis o del ciclo de Krebs (piruvato, fosfoenolpiruvato, oxoglutarato, etc.)g (p , p , g , )

El grupo amino se incorpora a los (oxo)cetocidos anteriores mediantereacciones de transaminacin catalizadas por transaminasas Juegan un papelreacciones de transaminacin, catalizadas por transaminasas. Juegan un papelfundamental los aminocidos aspartato, glutamato y glutamina (diapositivasiguiente) Las plantas obtienen el amino a partir del amonio, y los animales, deaa. ingeridos en la dieta o de aa. reciclados.

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ASPARTATOOXALACETATO

Biosntesisdeaminocidosapartirdecetocidos

ASPARTATOOXALACETATONH3(NH4+)procedentedelcatabolismo

demolculasnitrogenadas

GLUTAMATO NHH20

CETOGLUTARATO GLUTAMINAGLUTAMATO GLUTAMATO+NH32

UREA

cetoglutarato glutamato

(verdiapositiva16)

cetocido(piruvato,porej.)

aminocido(alanina,porej.)

cetoglutarato glutamato

Aspartato = aminocido dicarboxlico de 4 carbonosCETOCIDO=OXOCIDO

Elcetoglutarato yeloxalacetato participan

Aspartato =aminocidodicarboxlico de4carbonosGlutamato = aminocidodicarboxlico de5carbonosGlutamina =aminocidode5carbonosconungrupoamidaOxalacetato=cidodicarboxlico de4carbonosconungrupocetnicoCetoglutarato = cido dicarboxlico de 5 carbonos con un grupo cetnico

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enelciclodeKrebsCetoglutarato =cidodicarboxlico de5carbonosconungrupocetnicoPiruvato =cidocarboxlicode3carbonosconungrupocetnico

Esquemageneraldelcatabolismo1. El catabolismo es una oxidacin,

completa o incompleta que degradacompleta o incompleta, que degradamolculas orgnicas para obtener ATP.

2. Si el aceptor electrnico final es eloxgeno se habla de respiracin celularaerobia (mitocondrial). Si es uncompuesto orgnico, como el piruvato,se dice que es una fermentacinse dice que es una fermentacin.

3. En la respiracin celular los electronesfluyen hasta el oxgeno a travs de lacadena de transporte electrnico. Esteproceso impulsa la fosforilacinoxidativa del ADP.

4. Piruvato y acetilCoA son las molculasintermediarias ms importantes. Lasrutas metablicas de la respiracinAlgunos microorganismos realizan unaconfluyen en el ciclo de Krebs.

5. Como productos secundarios de larespiracin se desprenden CO2 y H2O.

g grespiracin anaerobia, en la que se reducenmolculas como CO2, NO3

, o SO42, en vez del

oxgeno. No confundir con las fermentacionesrealizadas por algunos microorganismos como respiracin, se desprenden CO2 y H2O.realizadas por algunos microorganismos, comobacterias y levaduras, y algunas clulasespeciales como las musculares. 6

Lamitocondriacomoorganela centraldelmetabolismo

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Catabolismodelosglcidos

1. La glucolisis consiste en la transformacin de una molcula de glucosa en dos de piruvato. Lai t l it l I t i b t d i ireaccin transcurre en el citosol. Intervienen, sobre todo, quinasas e isomerasas.Glucosa + 2ADP + Pi + 2NAD

+ 2 piruvato + 2ATP + 2(NADH/H+) + 2H20.2. El piruvato, en condiciones aerobias, pasa a la mitocondria para iniciar la respiracintransformndose en acetilCoA, o bien, en condiciones anaerobias, realiza fermentaciones en el, , ,citosol.

El poder reductor del NADH/H+ formado en elcitosol se transfiere a la mitocondria mediante lascitosol se transfiere a la mitocondria mediante lasrutas lanzaderas de sustrato, creando NADH/H+

(cerebro y msculo) o FADH2 (hgado y corazn) enla mitocondria. En el hgado, el 30% de la glucosa seoxida a travs de un ciclo diferente, el ciclo delfosfogluconato, generando NADPH/H+, necesariopara la sntesis de cidos grasos a partir de azcares. 8

Transformacindelpiruvato yciclodeKrebs El ciclo de Krebs o ciclo de los cidos

tricarboxlicos proporciona poder reductorEl piruvato pasa a la mitocondriamediante difusin facilitada y setransforma irreversiblemente enAcetilCoA desprendiendo CO y

(FADH2 y NADH/H+) y GTP, eliminando CO2. . El

proceso transcurre en la matriz mitocondrial ysu reaccin global es:A til C A + 3 NAD+ + FAD + GDP + P + H2OAcetilCoA, desprendiendo CO2 y

formando NADH/H+AcetilCoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O2CO2 + CoASH + 3 (NADH/H

+) + FADH2 + GTP

El proceso en el que se elimina CO2 sedenomina descarboxilacin.

El ciclo de Krebs se considera el centroprincipal del metabolismo aerobio, dondeconfluyen la mayora de las rutasconfluyen la mayora de las rutascatablicas y algunas anablicas.

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Cadenadetransporteelectrnicoenlamembranamitocondrialinterna

Las molculas reductoras NADH/H+ y FADH2 obtenidas en elLas molculas reductoras NADH/H y FADH2 obtenidas en elciclo de Krebs son escindidas en sus protones y en suselectrones de alta energa. Estos ltimos son transferidos auna cadena de transporte donde se producen tres saltosenergticos suficientes para que se acoplen en esos puntosun bombeo de H+ desde la matriz mitocondrial al espaciointermembrana. Escribe las reacciones de escisin a las quenos referimos Quin es el ltimo aceptor de los electrones?nos referimos. Quin es el ltimo aceptor de los electrones?

Cita los complejos enzimticos dela cadena de transporte en losque se produce un salto

i fi i fenergtico suficiente para formarun ATP.Cuntos ATP se formarn apartir de un NADH/H+? Y de unpa t de u / de uFADH2 ? Se admite que cada saltoenergtico equivale a un ATP.

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Fosforilacin oxidativa segnlahiptesisquimiosmtica deMitchell

El bombeo de protones al exterior de la matrizEl bombeo de protones al exterior de la matriz,producido por el transporte electrnico, haprovocado un gradiente protnelectromotrizque impulsa el flujo de entrada de los H+ pararegresar a la matriz, a travs de una ATPsintasa, capaz de acoplar la cada de energaelectroqumica a la fosforilacin de un ADP.Se admite que la entrada de 3 protonesSe admite que la entrada de 3 protonesproduce un ATP.

Balance de la oxidacinl d l l dcompleta de una molcula de

glucosa. Se cree actualmenteque el rendimiento es menor, yque el NADH genera entre 2,5 yque el NADH genera entre 2,5 y3 molculas de ATP, por 1,52 elFADH2, es decir, el rendimientoreal seran unas 30 molculasd ATP l l dde ATP por molcula deglucosa.

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Fermentaciones

Son vas catablicas utilizadas por clulas anaerobias estrictas o facultativas, en las que el aceptorfinal de electrones es un compuesto orgnico, como piruvato o acetaldehido. El rendimientoenergtico suelen ser 2 ATP por molcula de azcar, obtenido en la etapa preparatoria de gluclisis.

Fermentacin lctica: Piruvato + NADH/H+ lactato. El sustrato inicial deFermentacin lctica: Piruvato NADH/H lactato. El sustrato inicial dela gluclisis puede ser lactosa o glucosa. La enzima catalizadora es la lactatodeshidrogenasa y la realizan bacterias como Lactobacillus, Streptococcus oLeuconostoc, y nuestras clulas musculares. El lactato es transportado alh d l i i l i d d i lhgado por el sistema circulatorio, donde se reconvierte en glucosa.

Fermentacin etlica:Piruvato CO + acetaldehdo (piruvato descarboxilasa)Piruvato CO2 + acetaldehdo (piruvato descarboxilasa)acetaldehido + NADH/H+ etanol. (Alcohol deshidrogenasa)

La producen levaduras del gnero Saccharomyces, ciertas bacterias y lasraces del maz. Las especies del gnero Saccharomyces son anaerobias laslevadurassonp g yfacultativas. La fabricacin de bebidas como vino, cerveza, sidra etc. y laelaboracin del pan utilizan levaduras de este gnero.

Otras fermentaciones: Muchos microorganismos producen otros tipos que

microorganismosdelReinoFungiespecializadosenla realizacin deOtras fermentaciones: Muchos microorganismos producen otros tipos, que

reciben su nombre segn el producto final de la fermentacin: propinica,butrica, frmica, succnica..etc. Las fermentaciones sobre sustratosaminados producen sustancias malolientes como indol, escatol, cadaverina,

larealizacindefermentaciones.

Conocesalgunaotraclulaeucariotaque

amoniaco, caractersticas de cadveres en descomposicin. Reciben elnombre de fermentaciones ptridas.

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puedahacerlo?

Catabolismodelostriacilglicridos (I)

Las grasas proporcionan 9 Kcal/gr. mientras que los azcares proporcionan slo 4 kcal/gr., en suoxidacin total. Adems, la densidad de las grasas es muy inferior a la de las reservas de glucgeno:Almacenar grasas es una ventaja adaptativa para los organismos mviles terrestres.Las grasas son el principal combustible del msculo estriado en reposo, y el acetoacetato (uncuerpo cetnico), del msculo cardiaco y, parcialmente, del cerebro. En actividad, el msculocuerpo cetnico), del msculo cardiaco y, parcialmente, del cerebro. En actividad, el msculoestriado consume sobre todo glucosa, que transforma en lactato (va rpida).

Para la etapa preparatoria de lad d i d l i il li iddegradacin de los triacilglicridos,resume estos procesos:1. Activacin y destino del glicerol.2. La activacin de cada cido

graso hasta entrar en lamitocondria.

3. Balance energtico y de reductort fen esta fase.

La carnitina es una aminacuaternaria que se ingiere a vecesq gpara eliminar grasas (aunque noest claro que resulte eficaz)Estudiaelcatabolismodelasgrasas

d iblyrazonaporqupodraserposibleelefectoadelgazantedelacarnitina.

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Catabolismodelostriacilglicridos (II):laoxidacindeloscidosgrasos

La degradacin del palmitoilLa degradacin del palmitoilCoA se produce en variasetapas. En cada una de ellas,la cadena se acorta en dos

Para calcular el rendimientode la degradacin de untriacilglicrido, hay que teneren cuenta:

carbonos y se forma unamolcula de AcetilCoA. Engeneral, para un cido grasode n carbonos, siendo n un

1. La grasa rinde una deglicerol y tres de cidograso.

2. En la activacin delde n carbonos, siendo n unnmero par, rendir n/2molculas de acetilCoA.

glicerol se consume unATP, y en la de cada cidograso, 2ATP.

3. El glicerolP se incorporaPor qu a este procesocatbolico se le conoce comobetaoxidacin, y tambincomo espiral de Lynnen?

a la glucolisis, a travs dela DHAP.

4. En cada ciclo de la oxidacin , se produce uncomo espiral de Lynnen?FADH2 y un NADH/H

+

5. Un FADH2, produce 2 ATP,y un NADH/H+, 3 ATP, enla cadena mitocondrial.

Si las clulas experimentanhipoglucemia por descompensacindiabtica o por ayuno prolongado, el

6. Cada AcetilCoA produce12 ATP en el ciclo deKrebs.

diabtica o por ayuno prolongado, elhgado puede convertir parte delacetilCoA en cuerpos cetnicos quese utilizan como combustible en elcorazn, en el propio hgado, y en el Cuntos ATPs rinde lacorazn, en el propio hgado, y en elcerebro. Una pequea parte de loscuerpos cetnicos se transforma enacetona.

CuntosATPs rindelaoxidacincompletadeltrister depalmitato?

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Catabolismodelosaminocidos

Las protenas y cidos nucleicos tienen funcin estructural, pero tambin pueden degradarse paraproducir energa. En ambos casos debe ser eliminado el grupo NH2.

El exceso de aa. de la dieta se convierten en cidos grasos o se utilizan como combustible. Los aa. que proceden del intercambio continuo de las protenas corporales se transforman, en un2025%, en glucosa, o se oxidan. El resto se recicla.20 25%, en glucosa, o se oxidan. El resto se recicla.Necesitamos ingerir 0,51 gr. diario de protenas por Kg. de peso corporal. Eliminamosdiariamente entre 6 y 10 grs. de nitrgeno en forma de urea.

El catabolismo de los aa. incluyeestas etapas:1. Eliminacin del grupo amino:

) i i di1.a) Transaminacinmediantetransaminasas.

1.b) Desaminacin oxidativa.

2. Conversin del esqueletocarbonado y/o incorporacin alciclo de Krebs (ver detalles endi iti i i t )diapositiva siguiente)La mayor parte del metabolismode los aa. transcurre en elhgado.g

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Transaminacin ydesaminacin (verdiapositivan5) La mayora de los aa.ceden su grupo amino al cetoglutarato que pasag q pa glutamato.

Este glutamato puedepasar al ciclo de la urea, of i d i isufrir una desaminacin

oxidativa.La desaminacin

oxidativa del glutamatogproduce amonio (muytxico), que debe serconvertido rpidamenteen urea

transaminacin desaminacin

en urea.Los esqueletos carbonados,despus de la transaminaciny/o desaminacin, setransforman en piruvato (aa

Enelciclodelaureatambin

transforman en piruvato (aa.glocognicos), en acetil CoA(aa. cetognicos), o seincorporan al ciclo de Krebs.

seconsumeATP

Por trmino medio, se puedeestimar que 1 gr. de protenasrinde unas 4,1 kilocaloras,prcticamente igual que losprcticamente igual que losglcidos.

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Panormicadelamitocondria

Las bases pricas se degradan formando cido rico y las pirimidcas se degradanliberando amonio y siguiendo rutas catablicas similares a las de los aminocidos. Notienen inters energtico.

La mitocondria es el orgnulocla e del catabolismo peroclave del catabolismo, perotambin comienzan en ella lagluconeognesis y la biosntesisde los lpidos.p La transformacin delpiruvato en acetilCoA esirreversible. Por eso, en lasclulas animales los cidos

irrever sible

clulas animales, los cidosgrasos no pueden convertirse enazcares. Algunas clulasvegetales lo consiguen a travsg gde los glioxisomas.

Repasa los apuntes de esta unidad y dibuja sobre este

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Repasalosapuntesdeestaunidadydibujasobreesteesquemalasflechasociclosqueinicianlasprincipales

rutasde biosntesis deazcaresylpidos.