bioquÍmica
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CARBOHIDRATOS AZÚCAR COMÚN SACAROSALÍPIDOS ACEITE DE CÁRTAMO ÁCIDO LINOLEICOPROTEINAS HUEVO ALBUMINAÁCIDOS NUCLEICOS NÚCLEO CÉLULAS ARN ADN
BIOQUÍMICALa Bioquímica es la combinación entre la Biología y Química.La Bioquímica pretende describir la estructura, la organización y las funciones de la materia viva en términos moleculares.
Las moléculas gigantes o macromoléculas, constituyen una parte importante de masa de cualquier célula.1
Consideremos ahora con algún detalle las propiedades físicas y químicas de los aminoácidos, ya que estos constituyen el alfabeto de la estructura proteica, y determinan muchas de las propiedades importantes de las proteínas. Los 20 aminoácidos estándar encontrados en las proteínas son -aminoácidos. Tienen todos un grupo carboxilo y un grupo amino unidos al mismo átomo de carbono (el carbono ).
Difieren unos de otros en sus cadenas laterales, o grupos R, que varían en estructura, tamaño y carga eléctrica y esto influye en la solubilidad en el agua.2
LOS AMINOÁCIDOS TIENEN CURVAS DE TITULACIÓN CARACTERÍSTICASLa titulación ácido-base implica la adición o eliminación gradual de protones. La figura muestra la curva de titulación de la forma diprótica de la glicina. La gráfica tiene dos etapas distintas, que corresponden a la desprotonación de dos grupos diferentes de la glicina. Cada
1 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 1 pág.5,112 LEHNINGER 4ta edición, capítulo 3 pág. 76
MACROMOLÉCULAS
una de las etapas se asemeja en su forma a la curva de titulación de un ácido monoprótico tal como el ácido acético (ver figura 1) y puede analizarse de la misma manera.3
En este caso primero se desprotona el grupo carboxilo y luego el grupo amino, es decir que a un pH menor a 7 se disocia los grupos ÁCIDO y a un pH mayor a 7 se disocia los grupos AMINO
3 LEHNINGER 4ta edición, capítulo 3 pág. 82-83
Figura 1 Curva de titulación del ácido acético
Figura 2 Titulación de un aminoácido
LA CURVA DE TITULACIÓN PREDICE LA CARGA ELÉCTRICA DE LOS AMINOÁCIDOS
Otra información importante deducida de la curva de titulación de un aminoácido es la relación entre su carga eléctrica neta y el pH de la disolución. E l pH característico en que la carga eléctrica neta es cero se denomina punto isoeléctrico ó pH isoléctrico, designado pI.4
pKa del grupo R se designa pKR. El grupo R también sufre desprotonación (ver figura 3)
Como se puede ver en la figura 3 la carga es -2.
SOLUCIONES AMORTIGUADORASEl punto en el que el pH cambia menos con cada incremento de ácido o base es precisamente pKa. Éste es el principio sobre el que se basa el amortiguamiento de soluciones con el empleo de mezclas de ácidos y bases débiles.Las soluciones amortiguadoras funcionan porque el pH de una disolución ácido- base es menos sensible a la adición de un ácido o de una base cerca del pKa.5
Solución Buffer: Solución que evita un cambio brusco de pH, formado por un ácido débil y una base fuerte. (Ecuación de Henderson- Hasselbalch)
4 LEHNINGER 4ta edición, capítulo 3 pág. 845 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 2 págs. 49-50
Figura 3 Curva de titulación del Glutamato
pH=pKa+log[ A− ][ HA ]
La ecuación de Henderson- Hasselbalch describe el cambio de pH durante la titulación de un ácido débil o de una base débil.Cuando se habla de soluciones equimolares:
pH=pK
ÁCIDOS NUCLEICOSSon los componentes más fundamentales de la célula viva.También se consideran biomoléculas y cumplen en esencia dos funciones e la célula: son capaces de almacenar información hereditaria y traducen esta información para dirigir las actividades de nuevas células. Cientos de unidades llamadas nucleótidos integran cadenas moleculares que dan lugar a los ácidos nucleicos.6
Existen dos tipos de ácido nucleico, el acido ribonucleico (RNA) y el ácido desoxirribonucleico (DNA). Cada uno de ellos es una cadena polimérica, en la que las unidades monoméricas están conectadas por enlaces covalentes.7
Están unidos por enlace fosfodiéster 5-3 para formar polinucleótidos.
Tabla 1 Diferencias entre ADN y ARN
ADN ARN2-desoxi-β-D-ribosa Β-D-ribosaDúplex Cadena simple larga de ribonucleótidosA, G, C, T A, G, C,USe encuentra en el núcleo Se encuentra en los ribosomasContiene el código genético Hay tres clases principales de RNA:
(mRNA), (rRNA), (tRNA)No se subdivide Síntesis de proteínas
La degradación de los ácidos nucleicos se da por dos vías:
ENZIMÁTICA: Son reacciones específicas para ácidos nucleicos (hidrólisis) Las endonucleasas no requieren grupos 3´ o 5´ terminales para su actividad
catalítica. En algunos casos varía su especificidad para cadenas sencillas y dobles de DNA. La mayor parte de las endonucleasas reconocen secuancias específicas de 3 o 4 pares de bases. Son aquellas que atacan los enlaces fosfodiéster internos para dar monómeros.
Las exonucleasas son enzimas que se pueden dividir en las que requieren un grupo terminal 3´ y las que requieren un grupo terminal 5´para su actividad. Son aquellas que atacan los enlaces fosfodiéster externos para dar monómeros.8
QUÍMICA: Hidrólisis total puede ser ácida o básica y se obtiene residuos como bases nitrogenadas, azúcar, fosfato.
COMPOSICIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS
Nucleótidos: Son las unidades fundamentales que constituyen a los ácidos nucleicos, Los nucleótidos llevan a cabo actividades biológicas importantes y variadas en el interior de la célula, pero cuando los nucleótidos se combinan entre sí para formar los ácidos nucleicos,
6 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 2 págs. 44,457 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 4 pág. 968 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 9 pág. 170
se vuelven las unidades fundamentales de la expresión genética y de la división celular. (Figura 4 y 5)
Figura 4 Partes de un Nucleótido
Figura 5 Estructura base. Nucleótidos de ácido ribonucleico y desoxirribonucleico
Nucleósido: Los nucleósidos se forman por el acoplamiento de ribosa o desoxirribosa a una base nitrogenada. (Figura 5)
Figura 6 Nucleósidos del ADN
nucleótido=nucleósido+ fosfato
nucleósido=ázucar+basenitrogenada
Un azúcar de tipo pentosa (cinco átomos de carbono). Puede ser D-ribosa en el ARN, o D-2- desoxirribosa, en el ADN. (Figura 6).
En este esquema se muestra la estructura química de los dos tipos de azúcares que forman el ADN y ARN. La diferencia entre ambas, radica en la presencia de un grupo hidroxilo o alcohol (-OH) en la ribosa o un hidrógeno (-H) en la desoxirribosa, unidos al Carbono 2. Los números indican la posición de cada uno de los cinco carbonos de la molécula de azúcar.
Figura 7 Estructura de la ribosa y la desoxirribosa
Si la pentosa es una ribosa, tenemos un ribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, guanina, citosina y uracilo.
Si la pentosa es un desoxirribosa, tenemos un desoxirribonucleósido. Estos tienen como bases nitrogenadas la adenina, citosina, guanina y timina.
Base Nitrogenada: Son compuestos heterocíclicos con naturaleza básica, que se dividen en dos clases: (Figura 6)
PIRIMIDINA
C CITOSINA (2,4-dioxipirimidina)U URACILO (2,4-dioxipirimidina)T TIMINA (5-metil-2,4-dioxipirimidina)
PURINA A ADENINA (6-aminopurina)G GUANINA (2-amino-6oxipurina)
Figura 8 Bases Nitrogenadas
APAREAMIENTO DE BASESLos nucleótidos se enlazan para formar los ácidos nucleicos o polinucleótidos. En las hebras enfrentadas A se complementa con T, y G se complementa con C. A menudo los pares de bases son mencionados como A-T o G-C, adenina a timina y guanina a citosina. A-T está unida por dos puentes Hidrógeno y C-G por tres. (Figura 9).
Figura 9 Apareamiento de bases
Las uniones puentes de hidrógeno son más débiles que otros enlaces químicos, como interacciones hidrófobas y enlaces de Van der Waals. Esto significa que las dos hebras de la hélice pueden separarse con relativa facilidad, quedando intactas.
Figura 10 Estructura del ADN
La relación Adenina- Timina al igual que Citocina- Guanina siempre es 1
Si queremos describir una secuencia polinucleotídica determinada, resultada extremadamente difícil y totalmente innecesario dibujar la molécula en su totalidad como en la figura 10. Ello ha hecho que se diseñaran algunas nomenclaturas más compactas. Si indicamos que estamos describiendo una molécula de DNA o una molécula de RNA, se comprende ya la mayor parte de la estructura. Podemos abreviar una molécula pequeña de DNA de la forma siguiente:
Esta notación: (1) la secuancia de nucleótidos, mediante sus abreviaturas de una letras (A, G, C, T); (2) que todos los enlaces fosfodiéster son entre hidroxilos 3´y fosfato 5´; y (3) que esta molécula concreta tiene un grupo fosfato en su extremo 5´ y un hidroxilo 3´ sin reaccionar en su extremo 3´También nos dice que es una secuencia de DNA y no RNA, porque tiene T y no U.Si se supone que todos los enlaces fosfodiéster unen un hidroxilo 3´a un fodfato 5´, puede utilizarse una notación más compacta de la misma molécula:
Se sobrentiende de la presencia del grupo 3´-OH sin reaccionar. Si hubiera un fosfato en el extremo 3´y un hidroxilo sin reaccionar en el extremo 5´, escribiríamos:9
LÍPIDOSA diferencia de los ácidos nucleicos, proteínas y polisacáridos, los lípidos no son polímeros, sino que son moléculas bastante pequeñas que presentan una fuerte tendencia a asociarse mediante fuerzas no covalentes.
9 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 4 págs. 102-103
GC
=1AT
=1
pApCpGpTpT
pApCpGpTpTp
Son biomoléculas cuyos componentes son carbono, hidrógeno y oxígeno. Los lípidos son solubles en sustancias orgánicas, como éter, cloroformo y vencen, entre otros, pero insolubles en agua. Se almacenan en el cuerpo como material de reserva energética y se oxidan cuando es necesario producir energía. Una de las propiedades de la grasa es funcionar como aislante térmico, principalmente en los mamíferos marinos como las focas.
La función más sobresaliente de éstas moléculas, y tal vez la más importante, es la que cumplen en las membranas celulares.Todas las membranas, en mayor o menor grado, contienen lípidos en su estructura. Los diferentes lípidos permiten a las membranas de distintas células llevar a cabo funciones especializadas, tal como sucede con las vainas de Schwann de los nervios de los mamíferos.En realidad, los lípidos rara vez se encuentran en estado libre, y, por lo general, están unidos a otros compuestos, como carbohidratos (glucolípidos) y proteínas (lipoproteínas).10
ÁCIDOS GRASOSLos lípidos más sencillos son los ácidos grasos, son los principales componentes de los lípidos complejos; están formados por cadenas hidrocarbonadas de longitudes diversas, en las que uno de los extremos es un grupo carboxilo y el extremo opuesto, un grupo metilo. La cadena hidrocarbonada puede contener dobles enlaces (insaturaciones) entre sus átomos de carbono, lo cual confiere características especiales al ácido graso que se trate.Los ácidos grasos más abundantes tiene 14 y 22 átomos de carbono, y predominan los de 16 y 18.
ACILGLICEROLESTambién se conocen como acilglicéridos. Son los ésteres de ácidos grasos con el alcohol de tres carbonos glicerol (Figura 11) permite que lo esterifiquen uno, dos o tres ácidos grasos; el compuesto resultante se denomina monoacilglicerol, diacilglicerol o triacilglicerol, respectivamente. 11
Glicerol Monoglicerol Triacilglicerol
Figura 11 Estructura del glicerol, monoglicerol y un triacilglicérido
CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS DE ACUERDO A SU COMPOSICIÓN QUÍMICA
Triacilglicéridos Ceras Fosfoglicéridos
10 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 6 pág. 10011 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 6 pág. 100
CH
CH2 OH
OH
CH2OH
CH
CH2
OH
O
CH2OH
O
C R
CH
CH2
CH2
O
O
O
O
C R
R2 C
O
O
R3C
Fosfatidil etanol amina Fosfatidil colina Fosfatidil serina Fosfatidil inositol Cardiolipinas
Esfingolípidos Esfingomielina Cerebrósidos Gangliósidos
Esteroles
TRIACILGLICÉRIDOSEn los triacilgliceroles se encuentran esterificados los tres grupos alcohol del glicerol, por lo que no existen regiones polares en la molécula.El carbono 2 es un carbono asimétrico cuando los radicales de los carbonos 1 y 3 son diferentes (Figura 11).Sin embargo la mayor parte de los triacilglicéridos contiene una mezcla de ácidos grasos, entre ellos algunos insaturados.Constituyen reservas de energía mucho más eficaces que los hidratos de carbono.Existen lípidos simples y mixtos:Simples: Cuando los radicales son un mismo ácido graso
Figura 12 Tripalmitina
Mixtos: Diferentes ácidos grasos
Figura 13 1-palmitoil-2- miristil-3-lauril glicérido
Jabones y detergentesSi las grasas se hidrolizan con alcálisis como NaOH ó KOH, se obtiene jabón. Este proceso se denomina saponificación. Los ácidos grasos se liberan en forma de sales sódicas o potásicas, que están totalmente ionizadas. Sin embargo, como limpiadores, los jabones
CH2 O
CH
CH2
O
O
(CH2)14
(CH2)14
(CH2)14
CH3
CH3
CH3
C
C
C
O
O
O
CH2 O
CH
CH2
O
O
(CH2)10
(CH2)12
(CH2)7
CH3
CH3
C
C
C
O
O
O
CH CH (CH2)5CH3
tienen el inconveniente de que los ácidos grasos precipitan con los iones clacio o magnesio presentes en el agua “dura”, formando espuma y destruyendo la acción emulsificante.12
Figura 14 Palmitato de magnesio
CERAS:Las ceras están constituidas por ácidos grasos esterificados con alcoholes de cadena larga. Se encuentran en la superficie de vegetales y animales donde cumplen con una función de impermeabilización. En estos compuestos hay alcoholes con cadenas de 10 a 30 átomos de carbono; los ácidos grasos son de igual tamaño, pero predominan los que poseen una cantidad par de átomos de carbono. En las ceras existen una gran variedad de ácidos grasos esterificados: ramificados, insaturados o que forman anillos. El carácter apolar de estos ácidos grasos hace que las ceras sean insolubles. 13
Ácido oleico Alcohol oleico
Figura 15 Estructura de una cera característica
FOSFOLÍPIDOS:Los fosfoglicéridos son la principal clase de los fosfolípidos presentes en la naturaleza, lípidos con grupos de cabeza que contienen fosfato. Estos compuestos constituyen una parte importante de los lípidos de membrana en los reinos bacteriano, vegetal, y animal. Todos los glicerofosfolípidos pueden considerarse derivados del glicerol-3-fosfato. (Figura 16).
12 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 10 págs. 356-35813 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 6 pág. 108-109
CH2 O
CH
CH2
O
O
(CH2)14
(CH2)14
CH3
CH3
O
C
O
(CH2)14 CH3
2
C
C
O
Mg(OH)2 (glicerina)2 (CH3-(CH2)14-COO)2Mg+ +
Figura 16 Glicerol-3-fosfato
Las funciones de los glicrofosfolípidos son muy diversas, entre ellas destaca su función estructural como componentes de las membranas celulares, esto se debe al carácter anfipático de estos compuestos, que pueden unirse entre ellos mismos, mediante interacciones hidrófobas; este fenómeno es importante para explicar la formación de micelas.
Figura 17 Fosfatidato
Fosfatidil etanol aminaLa fosfatidiletanolamina tiene los mismos ácidos grasos saturados que la PC en la posición 1 pero contiene una mayor cantidad de ácidos grasos polinsaturados de cadena larga, a saber 18:2, 20:4 y 22:6, en la posición 2.
Fosfatidil colinaLa fosfatidilcolina contiene mayoritariamente ácido palmítico o ácido esteárico en las posiciones 1 y principalmente los ácidos grasos insaturados de 18 carbonos oleicos, linoleico o linolénico en la posición 2.La fosfatidilcolina también actúa como dador de ácido araquidónico para la síntesis de prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos y compuestos relacionados.
Fosfatidil inositolEl fosfatidilinositol es un fosfolípido ácido que se presenta en las membranas de mamíferos. El fosfatidinositol es algo inusual ya que a menudo contiene casi exclusivamente ácido esteárico en la posición 1 y ácido araquidónico en la posición 2.
Fosfatidil serina
CardiolipinasEsun compuesto que forman dos moléculas de ácido fosfatídico unidas mediante una molécula de glicerol.
ESFINGOLÍPIDOS:Una segunda clase importante de componentes de la membrana es la de las sustancias formadas con el aminoalcohol de cadena larga esfingosina (Figura 18) en vez de con glicerol.Forman el grupo menos abundante, pero de gran importancia.
Figura 18 Esfingosina
EsfingomielinaPara la síntesis de esfingomielina: Requiere NADPH
Fosfocolina Ceramida
CerebrósidosNo tienen grupo fosfato y frecuentemente se les llama glucoesfingolípidos. Son compuestos que contienen una molécula de esfingosina unida mediante un enlace amida al ácido graso para formar N-acil-esfingosina; el carbohidrato se une mediante un enlace glucosídico.14
Estos compuestos en su estructura contienen 1 o más azúcares. No poseen carga.Contienen D- glucosa como grupos de cabeza están en las membranas de tejidos no neuronales.
14 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 6 pág. 108
GangliósidosSon más complejos, están constituidos por varias unidades de azúcares, se caracterizan por tener el N-Acetil neuramínico.Constituyen el 6% de los lípidos de membrana en la materia gris del cerebro.Son componentes importantes de los sitios receptores específicos situados sobre la superficie de la membrana celular.
ESTEROIDES:Los compuestos derivados del ciclo pentanoperhidrofenantreno (CPPF) se denominan esteroies, grupo de lípidos simples no saponificables de gran importancia biológica por la diversidad de funciones que llevan a cabo.El CPPF está formado por tres anillos ciclohexanos fusionados y un anillo ciclo pentano.Son los más abundantes siendo el principal de ellos el colesterol. (Figura 19).Los esteroles son alcoholes de esteriodes que contienen un grupo hidroxilo en el carbono 3 y una cadena alifática lateral unida al carbono 17; esta cadena puede tener ocho o más átomos de carbono y estar ramificada.
Figura 19 Estructura del Colesterol
ENZIMASCasi todas las reacciones químicas que ocurren dentro y fuera de la célula en un organismo están catalizadas por enzimas proteínas que aceleran la velocidad de las reacciones y que tienen un alto grado de especificidad por sus sustratos.
Nomenclatura Se les nombra con el sufijo terminado en asa de acuerdo al sustrato sobre el cual actúan con excepción de las proteolíticas que terminan en el sufijo ina.
Asa: mutasa, isomeras, etcIna: Quimiotripsina .-son específicas para aminoácidos con radicales aromáticos como: fenilalanina y el triptófano
Gly- Ala – Val – Phe – Arg –Tyr
Tripsina.- es la enzima específica para aminoácidos con radicales de carga positiva. Ejm: Leu-His
Como cualquier otro catalizador, las enzimas tienen dos propiedades importantes: no se consumen durante la reacción química y no modifican la constante de equilibrio.15
Las enzimas por lo tanto son catalizadores biológicos.Disminuyen la energía de activación.
A E1 B E2 C E3 D E4 E
METABOLITOS
Un claro ejemplo es la glucólisis para la producción de ATP.La glucólisis es la degradación de 1 azúcar mediante 10 reacciones (Figura 20) catalíticas enzimáticas para llegar a 2 moles de piruvato
2
y de aquí toma dos rutas: Fermentación alcohólica (irreversible), Fermentación láctica (reversible).
Figura 20 Rutas del piruvato
15 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 5 pág. 74
GLUCOSA
PiruvatoFerment. Facultativa Ferment. estricta
Aerobio
Ciclo de Krebs
Cadena respiratoria
Las enzimas químicamente son proteínas, forman parte de las proteínas globulares solubles en agua.
Primarias: secuencia lineal de aminoácidos Secundaria: estructuras α y β Terciaria y Cuaternaria: son estructurales en donde intervienen todas las fuerzas
que mantienen estables a las proteínas
Existen enzimas que para su actividad catalítica sólo necesitan secuencias de aminoácidos
Muchas enzimas, como las que catalizan reacciones de óxidorreducción, transaminación o carboxilación, requieren un cofactor para llevar a cabo su función. Éste puede ser una molécula orgánica (coenzima o grupo prostético), que por lo general se sintetiza a partir de las vitaminas, o bien, un ion metálico, como el Fe++, el Zn++, entre otros. Para las enzimas que requieren un cofactor que se une fuertemente se puede plantear la siguiente reacción:16
Cofactor.- Compuesto inorgánico unido a la parte proteica. Pueden ser iones metales como:
Zn se utiliza para la polimerización de ADN. Fe actúa en la fosforilación oxidativa que se da en el citocromo.
Coenzimas.- Compuesto orgánico complejo diferente a los aminoácidos. Por lo general son las vitaminas. Ejemplo. Complejo B.
NAD+: Di nucleótido de adenina y dicotinamida. Se encarga del transporte transitorio de iones hidruro (H-).
FAD+: Di nucleótido de adenina y flavina. Se encarga del transporte de átomos de hidrógeno.
16 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 5 pág. 80
Fermentación alcohólica
Fermentación láctica
apoenzimainactiva+cofactor⇔holoenzimaactiva
Ambos son coenzimas de los óxidos reductasas.
Succinato + FAD → Fumarato + FADH2
H-S-CoA: Transporte transitorio de grupos acetilo para síntesis 3 fosfatos ADP Componentes Ácido pantoteico (vit. B5) CoA B-mercapto etilamina
Fosfato de piridoxal (Vit B6): Es el responsable del transporte transitorio de grupo amino. Es un coenzima de las transaminasas.
Grupo prostético.- es cuando el cofactor y la coenzima están unidos íntimamente y permanente a la apoenzima (parte proteica de la enzima).Un ion metálico o una molécula pequeña (distinta a un aminoácido) que forma parte de una proteína en el estado nativo de la misma y que es esencial para el funcionamiento proteico; su unión a la proteína puede ser covalente o no covalente.17
Haloenzima.- es la enzima complejo catalíticamente activa.Apoenzima + grupo prostéticoApoenzima + cofactor+ coenzima
17 Mathews, Van Holde, Ahern 3era glosario pág. 1299
Si la muestra es sometida a una temperatura de 70ºC la apoenzima se desnaturaliza.
CATÁLISIS ENZIMÁTICAPara que el sustrato se transforme en producto debe pasar por un estado de transición. La barrera energética que hay en un sustrato y el estado de transición es de gran importancia, ya que determina la velocidad de la reacción. Cuanto más grande sea la barrera energética, tanto menor será el número de moléculas de sustrato que pasen al estado de transición, lo que da por resultado una velocidad de reacción pequeña.18
Energía de ActivaciónEs cuando las moléculas alcanzan su energía para sufrir su activación, en otras palabras, es la cantidad de energía expresada en calorías para llevar todas las moléculas a una mol de sustancias a una temperatura determinada al estado de transición.
1. S+ E ES (complejo)
2. ES P+ E se da en forma lenta
Las enzimas incrementan la velocidad de reacción.El incremento de la velocidad de la reacción puede ser de dos maneras:
Aumento de temperatura (10ºC a 2 reacciones) Catalizador
CLASIFICACIÓN
18 Díaz Juan, Juárez Marco Bioquímica capítulo 5 pág. 81-82
Cualquier fármaco es inhibidor El metanol es inhibidor del etanol adulterado Yodo acetamida es irreversible ataca a los aminoácidos que
tiene sulfhidrilo.
Tabla 2 Clasificación de las enzimas
CLASE REACCIÓN1. Óxidorreductasa
Catalizan la reacción de transferencia de electrones
2. TransferasaTransfiere un grupo desde un sustrato a otro
3. HidrolasasCatalizan las reacciones de hidrólisis; es decir la transferencia de grupos al agua. Ejm: Lipasas
4. LiasasCatalizan la reacción de adicción a un doble enlace
5. IsomerasaTransferencia de grupo en el interior del mismo compuesto
6. LigasaCatalizan la reacción de formación de enlaces:C-C, C-O, C-S, C-N; siempre y cuando estén acompañados del rompimiento del ATP para la energía.
OXIDOREDUCTASAS. Catalizan l reacción de transferencia de electrones. Entre estas tenemos:
NAD+
NADH + H+
FAD+
FADH + H+
NAD+
Es una coenzima de la deshidrogenación Transporta los iones hidruro
El NADH + H+ (REDUCIDO) se genera:En la séptima reacción de la glicólisisEn el paso de piruvato a CoA Ciclo de krebsReacciones Lactato a piruvato.
NAD+ se reoxida
NADH + H+ de la glucólisis puede tomar 3 vías:
Fermentación anaeróbica estricta 2 ácido pirúvico + 2 NADH 2 ácido láctico +2 NAD+
Vía anaerobia Fermentación anaerobica Faculativa 2 ácido pirúvico + 2 NADH 2 etanol + 2 CO2 + 2
Vía aerobia (cadena respiratoria)
NADH+H+ + 3(ADP+Pi) +1/2O2 3ATP+NAD+ + 4H2O
NADP+ (oxidado) Fosfato di nucleótido de adenina y nicotinamida. Transporta los iones hidruro
FAD+ di nucleótido de adenina y flavina Transporte transitorio de átomos de hidrógeno (coenzima deshidorgenasa) Entra para formar doble enlaces
FADH2 + 2(ADP+Pi) +1/2O2 2ATP+FAD+ + 3H2O
FMN Mononucleitio de flavina1. Transporte para fármacos
TRANSFERASAS
Transaminasa.- cataliza la reacción de transaminación; es decir el transporte de grupos aminos. Son las encargadas de la formación de nuevos aminoácidos a partir de fuentes de nitrógeno o amoniaco. Para su actividad necesitan de un oxácido.
CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2
NADPH+H+ NADP+
REOXIDACIÓN DEL NADPH+H+ A diferencia de los animales, que necesitan digerir alimentos ya elaborados, las plantas son capaces de producir sus propios alimentos a través de un proceso químico llamado fotosíntesis. Para realizar la fotosíntesis las plantas disponen de un pigmento de color verde llamado clorofila que es el encargado de absorber la luz adecuada para realizar este proceso. Además de las plantas, la fotosíntesis también la realizan las algas verdes y ciertos tipos de bacterias
HIDROLASASEl ciclo de la urea comienza en el interior de las mitocondrias de los hepatocitos. La reacción final del ciclo conlleva a la hidrólisis de la arginina para producir urea y ornitina, que vuelve a entrar a la mitocondria para repetir el ciclo.
VELOCIDAD DE REACCIÓNLa velocidad de reacción catalizada por enzimas es directamente proporcional a la cantidad de sustrato hasta una velocidad máxima manteniendo constante la concentración de la enzima.
Figura 21 Velocidad de reacción vs Concentración de sustrato
Modelo de Michaelis y Menten
Se deduce la ecuación que realcina la velocidad inicial de la reacción con la concentración de sustrato:
Definen KM que es característica para cada sustrato, y se define a la mitad de su velocidad máxima
En las reacciones metabólicas pueden existir aquellas en las que intervienen dos sustratos, en otras tres sustratos que se unen a la enzima y forman una reacción
D- glucosa 6-fosfato-D-glucosa Fuente. Lehninger Pág.218
TIPOS DE REACCIONES ENZIMÁTICAS1. Simple desplazamiento2. Desplazamiento doble (ping - pong)
Vo=Vmáx∗[ S ]
K M+ [ S ]
SIMPLE DESPLAZAMIENTOLos sustratos A y B se unen a la enzima, ya sea por un orden especifico o l azar y forma un complejo ES, A y B que reaccionan después para formar los productos
DESPLAZAMIENTO DOBLE (PIN - PONG)Se une unicamente un sustrato al sitio catalítico en un tiempo determinado. La unión del primer sustrato va seguida de la transferencia de su grupo funcional a la enzima; solamente cuando el producto del primer sustrato abandona el sitio activo de la enzima puede unirse el grupo del segundo sustrato
Por ejemplo la Vitamina B6Es una coenzima de aminotransferasa.Las reacciones de transaminación están catalizadas por enzimas denominadas transaminasas o, más correctamente aminotransferasas19
Constituído por tres compuestos:
19 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 20 pág. 806
A
B
E
C
D
AxA
B B
EN SUS FORMAS ACTIVAS
FOSFATO DE PIRODOXAL FOSFATO DE PIRIDOXAMINA
B6 está constituida de tres compuestos.Cataliza la reacción de formación de otros aminoácidos a partir de un aminoácido diferente o una fuente de nitrógeno.
Transaminación Fuente del grupo de nitrógeno (aminoácido y amonio)EnzimasCoenzimas (fosfato de pirodoxal) Cetoácido (aceptor del grupo amino)
Glutamato Oxalacetato Aspartato Cetoglutamato
CONSIDERACIONES PARA LA ACTIVIDAD ENZIMA
pH ÓPTIMO Todas las enzimas poseen un pH óptimo característico en que su actividad enzimática es máxima. Ejm:Pepsina: pH 1,5Tripsina: pH 7,7Arginasa: pH 9,7
DETERMINACIÓN CUANTITATIVAPara la determinación cuantitativa la cantidad de enzimas en una solución determinada o el extracto de un tejido en relación con el efecto catalítico que produce, es necesario conocer los siguientes puntos:
1. Ecuación global de la reacción catalizada.2. Un procedimiento analítico para determinar el sustrato que se transforma en
producto.(Cantidad de sustrato desaparecido o la cantidad de producto formado)3. Si la enzima precisa de grupo prostético. 4. Dependencia de la actividad enzimática de acuerdo a la concentración del sustrato
KM5. pH óptimo 6. Intervalos de temperatura en que el enzima es estable y muestra actividad elevada
(Tº óptima: 25-30ºC)
UNIDAD DE ACTIVIDAD ENZIMÁTICASe define la cantidad que transforma 1 umol de sustrato/min a 25ºC en condiciones óptimas.
NÚMERO DE RECAMBIOEs el número de moléculas de sustrato transformados por unidad de tiempo por una molécula de enzima.
ESPECIFICIDAD HACIA LOS SUSTRATOSEnzimas que poseen especificidad casi absoluta para un sustrato determinado y no actúa aún en moléculas muy relacionados. Ejemplo:Aspartasa en muchas bacterias y plantas cataliza la adición del grupo amonio al fumarato para darnos el L-aspartato, pero éste no actúa sobre otros como el moriato
Otras enzimas que tienen una especificidad amplia y actúan sobre compuestos que tienen una característica en común. Ejm: Quimiotripsina y la fosfatasa intestinal ue cataliza la hidrólisis de muchos ésteres fosfólicos diferentes.
Esto nos lleva al modelo llave cerradura.
ESPECIFICIDAD DE ENZIMAS (LLAVE- CERRADURA)Entre las moléculas del sustrato y una zona específica situada en la superficie del enzima llamado sitio activo.Para que se de la bioconversión los sustratos deben cumplir 2 características estructurales.
Características estructurales1. Enlace específico o unión al que debe ser atacado por la enzima.2. Grupo enlazante.(radical del aminoácido).Si no existe el grupo enlazante no se da la
reacción.
INHIBIDORES ENZIMATICOSLos inhibidores son sustancias que disminuyen la actividad catalítica de una enzima.La mayoría de enzimas puede inhibir por reactivos químicos específicos.Debe establecerse una distinción importante entre la inhibición reversible y la inhibición irreversible.20
INHIBICIÓN REVERSIBLEComporta una unión no covalente del inhibidor que siempre puede revertirse.
CompetitivosSon los que compiten con el sustrato por la unión del sitio activo de la enzima y una vez unidos no pueden ser transformados por el enzima.Los sustratos deben asemejarse al sustrato sobre el cual van actuar.
20 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 11 pág. 429
ALTA ESPECIFICIDAD DE REACCIÓN
I NTERACCI ÓNESTEREO
ESPECÍ FI CA CON SU
SUSTRATO
Este proceso se puede anular aumentando la concentración del sustrato.
No competitivosA diferencia de los inhibidores competitivos, en los no competitivos el inhibidor se une a un sitio activo diferente al que se une el sustrato, al unirse sufre una alteración de conformación de la enzima produciendo una inactivación reversible al sitio catalítico.En este caso pueden darse las dos formas.
INHIBICIÓN IRREVERSIBLESon los que se combinan con un grupo funcional o lo destruyen; situados sobre la molécula de enzimas. Ejm: Fluoruro de isopropilo fosfato (DFP)
El DFP inhibe a la colinesterasa que es importante para la transformación de impulsos nerviosos.La colinesterasa cataliza la hidrólisis de la acetil-colina que es un compuesto neurotransmisor.
Figura 22 Inhibición irreversible
FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA EFICIENCIA CATALÍTICA
1. Aproximación y orientación del sustrato en relación al sitio catalítico.2. tensión y distorsión del enlace susceptible para el acoplamiento inducido de la
enzima.3. Catálisis ácido – base general4. Catálisis covalente
Figura 23 Catálisis ácido- base covalente
GLOSARIO
AMINOÁCIDO: Son moléculas pequeñas que contienen los grupos funcionales amino (-NH2) y ácido (-COOH). Éstos forman las proteínas mediante enlaces amida peptídico.pKa: Es el logaritmo negativo de un Ka, un valor numéricamente pequeño de pKa corresponde a un ácido débil. PUNTO ISOELÉCTRICO (PI): pH al que la carga neta de un anfolito es, en promedio, cero.HETEROCÍCLICO: Compuesto orgánico que en su estructura cíclica tiene un elemento diferente al carbono (S, O, N). AMINOTRANSFERASAS (AST): AST se localiza en l hígado, pequeña concentración en el riñón, páncreas, eritrocitos, cerebro y piel.
BIBLIOGRAFÍA Díaz Juan, Juárez Marco 1era edición editorial Bioquímica McGraw-HillMathews, Van Holde, Ahern 2002 3era edición BioquímicaLEHNINGER 4ta edición Bioquímica
VITAMINASConcepto:Son compuestos orgánicos específicos, necesarios para el correcto funcionamiento del organismo viviente en pequeñas cantidades, utilizando fundamentalmente como coenzimas o para la síntesis de los mismos. Las vitaminas deben tomarse con la ingesta, ya que el organismo no las puede sintetizar.Tienen acción catalíticaTodos los seres vivos (hombre, microorganismos, plantas y animales) tienen necesidad de vitaminas o de factores de crecimiento para poder crecer y sobrevivir. El suministro de vitaminas que debe estar asegurado por la dieta alimenticia, varía de una especie a otra.La cantidad diaria de vitamina que necesita el hombre varía mucho según el tipo: 1g aproximadamente de vitamina B12 a 50-100mm de vitamina C
VITAMINAS HIDROSOLUBLESPor su estructura química, son compuestos que pueden disolverse en el agua, razón por la cual el exceso de las mismas se puede eliminar con facilidad a través de la orina. Las principales vitaminas hidrosolubles, su función y los alimentos en que pueden encontrarse son:
VITAMINA FORMA ACTIVA TIPO DE REDUCCIÓNB1
TiaminaPirofosfato de Tiamina
(TPP)Descarboxilación de los ceto-
ácidosB2
RiboflavinaFAD, FMN Óxido reducción
B3Ácido Nicotínico
NAD+, NADP+ Óxido reducción
B5Ácido Pantoténico
H-SCoA Transporte transitorio grupo acetilo
B6Peridoxina
Fosfato de Piridoxal Transporte transitorio de (-NH2)
B8Biotina
Biocitina Transferencia de CO2
B9Ácido Fólico
Tetrafolato Transferencia de compuestos de un carbono
Vitamina C Desconocido Hidroxilación
Vitamina B1Vitamina B1 o tiamina. La tiamina es necesaria en la nutrición de vertebrados e inclusive algunas especies microbianas. Asegura el buen funcionamiento del sistema nervioso y el muscular, originando su deficiencia insensibilidad y parálisis del sistema nervioso —beri-beri— y neuritis.Se encuentra fundamentalmente en la levadura, cereales, nueces, leche y la yema del huevo, carnes, legumbres secas, cereales integrales, frutas secas.La forma química es:
Vitamina B2Riboflavina. Sirve para el transporte de un par de hidrógenos, y su carencia da lugar, entre otras, a dermatitis e insuficiencia respiratoria. Es una sustancia de color amarillo, cristalina, ligeramente soluble en agua que se destruye en medio alcalino y con la luz ultravioleta.Es el componente de dos nucleótidos FAD (dinucleótido); FMN (mononucleótido).Actúan como grupos prostéticos de las flavoproteínas o flavín deshidrogenasas.Se encuentra fundamentalmente en la levadura de cerveza, los cereales, el pescado graso, el hígado y la leche.La forma química es:
Vitamina B3
Nicotinamida. Interviene en el metabolismo y su carencia da origen a la pelagra.Forma parte de 2 coenzimas que es el NAD+; NADP+.
Se encuentra en los cereales integrales, la leche y la levadura. La forma activa se encuentra en forma de nucleótidos.
REOXIDACIÓN DEL NADH + H+
- Glucólisis Facultativa: de piruvato a etanol Aerobia: cadena respiratoria Estricta: de piruvato a lactato
- Ciclo de KrebsEl NADH + H+ y FADH2 estos se reoxidan en la cadena respiratoria.
Vitamina B5Ácido Pantoténico. Se halla abundantemente en los huevos, hígado, en el riñón y en los vegetales frescos. Las
necesidades diarias para el hombre parecen ser de 5 a 10 mg. La carencia de ácido Pantoténico provoca en el polluelo y en la rata una dermatitis, lesiones del sistema nervioso, aparato digestivo del hígado, del timo y de las glándulas suprarrenales.Se produce además una detención del crecimiento dado de esta vitamina está muy difundida en los alimentos y la sintetiza las bacterias intestinales es difícil hallar formas carenciales en el hombre: se ha descrito trastornos gastrointestinales, flacidez muscular e inestabilidad vasomotora
Beta mercapto etilamida Ácido Pantoténico ADP
El CoA forma parte del piruvato deshidrogenasa. El piruvato es el producto principal de la glucólisis.
El complejo multienzimático Piruvato Deshidrogenasa o PDH cataliza la reacción global:
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO
El piruvato es convertido a acetil-CoA mediante una reación de descarboxilación.
NAD+ NADH + H+
+ CoA-SH + H2O Acetil- CoA + HCO3-
piruvato deshidrogenasa
La reacción es esencialmente IRREVERSIBLE en la célula.
El complejo multienzimático Piruvato deshidrogenasa está formado por múltiples copias de tres enzimas:
Piruvato deshidrogenasa(E1)
Dihidrolipoil transacetilasa (E2)
Dihidrolipoil deshidrogenasa (E3)
En la catálisis intervienen 5 coenzimas: TPP, ácido lipoico, CoA-SH, NAD+ y FAD.
Vitamina B6Peridoxina. Actúa en el metabolismo de muchos aminoácidos, y su carencia provoca en el hombre una forma especial de anemia. Se encuentra en la carne, el pescado, el hígado, las verduras y la leche.
EN SUS FORMAS ACTIVAS
FOSFATO DE PIRODOXAL FOSFATO DE PIRIDOXAMINA
B6 está constituida de tres compuestos.Cataliza la reacción de formación de otros aminoácidos a partir de un aminoácido diferente o una fuente de nitrógeno.Transaminación de poseer: Fuente del grupo de nitrógeno (aminoácido y amonio) Enzimas Coenzimas (fosfato de pirodoxal) Cetoácido (aceptor del grupo amino)
Glutamato Oxalacetato Aspartato Cetoglutamato
Calcular el número de ATPque se generan de la reoxidación del NADH + H+ en la degradación del ácido palmítico.
Degradación β-oxidativa = 8
24 NADH + H+
8 FADH2
8 GTP16 CO2
Cuando entra a la cadena repiratoria:
24*3=72 ATP8*2 = 16ATP8 =8 ATP
TOTAL= 96 ATP
Vitamina B8 Vitamina H o Biótina esta abunda en la yema del huevo, en el hígado, en la levadura, en la zanahoria, y en la lechuga, la
La mayoría de vitaminas son de origen vegetal, de
carencia de biótina produce (en los primeros años de vida) una dermatitis seborreica y descamación del cuero cabelludo y de la piel de las majillas.
La Biótina se encuentra muy difundida en la naturaleza y pueden sintetizarla las bacterias intestinales. En el organismo intervienen en la fijación del CO2 por lo que es necesaria en la síntesis de ácidos grasos a partir del malo nato. La clara de huevo bloquea su absorción
Vitamina B9Ácido Fólico, este ácido se halla en abundancia en las hojas verdes, en la levadura, en la semilla de trigo, en el hígado, en el riñón y en la yema de huevo. La vitamina puede ser sintetizada por la bacteria de la flora intestinal. Su carencia produce en el hombre una amenia macrocítica perniciosiforme. En muchas especies animales se han descrito formas de carencia de ácido fólico.
Vitamina B12Cianocobalamima. Actúa como cofactor o coenzima en muchos procesos metabólicos, y su carencia da lugar a anemia perniciosa. Se encuentra en el hígado, la leche y los quesos, los huevos y en los moluscos.
Vitamina CÁcido ascórbico. Estimula la defensa contra las infecciones, y ayuda al buen estado de huesos, dientes y vasos sanguíneos, dando origen su carencia a la enfermedad del escorbuto. Se encuentra básicamente en los cítricos, los tomates, las fresas y otras verduras.Actúa como cofactor de la hidroxilación enzimática de la prolina, del colágeno del tejido conectivo para darnos el 4-hidroxi-prolina
VITAMINAS LIPOSOLUBLES Son aquellas que son solubles en grasas.
La mayoría de vitaminas son de origen vegetal, de
VITAMINA A Vitamina antixeroftálmica. Se deriva de un caroteno (sustancia amarillenta, roja o anaranjada) que se encuentra en los vegetales amarillos y es particularmente abundante en el hígado de determinados animales como el bacalao, así como también en la leche de vaca y en los huevos, mantequilla. La vitamina A también puede administrarse con la dieta en forma de provitamina, los carotenos, que se encuentran en los vegetales (verduras verdes, tomates, pimientos, naranjas, etc.) Ayuda a la formación y mantenimiento de la piel, membranas, mucosa, huesos, dientes, etc.En cuanto a su función desempeña un papel muy importante en la química de la visión y su carencia produce ceguera nocturna. En los jóvenes la escasez de vitamina A ocasiona falta de crecimiento.
VITAMINA D Químicamente es un esteroide (sustancia lípida). Su carencia produce raquitismo que se manifiesta por el reblandecimiento de los huesos, deformación de costillas y erosión en los dientes. El precursor de la vitamina D se encuentra en la piel y es transformado gracias a la luz del sol en la vitamina activa. También se la conoce como “vitamina solar”. Por esta razón el raquitismo es una enfermedad frecuente en las regiones poco soleadas.La vitamina D suele ir asociada a la vitamina A, siendo también abundante en el aceite de hígado de bacalao y de otros peces como atún, caballa, etc. Se halla también en el hígado de algunos mamíferos terrestres, en la mantequilla, yema de huevo y en los quesos grasos.on particularmente importantes dos formas de vitamina D; la vitamina D2 (acarciferol) y D3. Estas dos formas de vitaminas se derivan del ergosterol y del hidrocolesterol por acción de los rayos ultravioletas.
UV piel
Hígado
7-deshidroxi colesterol
colicalciferol
25-hidroxi colicalciferol
Riñón
Intestino huesos (tejido óseo) Para regular el metabolismo del Ca++
VITAMINA E Denominada también tocoferol. Es la vitamina antiesterilidad; también colabora en el buen antenimiento del sistema muscular, formación de los glóbulos rojos, previene la oxidación de la vitamina A y las grasas. La encontramos en los aceites de los gérmenes de cereales y en los vegetales verdes.Esta vitamina se almacena en el cuerpo, parece que las sobredosis de vitamina E tienen menos efectos tóxicos que de las otra vitaminas liposolubles.
VITAMINA K O fibriquinona. Desempeña un importante papel en la coagulación de la sangre, actúa en la formación de la protrombina (enzima necesaria para la producción de fibrina en la coagulación). Su carencia produce hemorragias bajo la piel al menor golpe. Los tomates (vegetales de hojas verdes) derivados de pescado, yema de huevo, aceite de soja o soya e hígado. Para un adulto sano, una dieta normal y la síntesis bacterianaa nivel intestinal suele ser suficiente para abastecer el cuerpo de vitamina K y protrombina.
VITAMINA F Conjunto de ácidos grasos esenciales muy insaturados (linoleico, linolénico y araquinódico) que no pueden ser sintetizados en el organismo y que son, sin embrago, necesarios para numerosos procesos bioquímicos. Su carencia origina dermatosis. Estos ácidos pueden evitar el depósito de lípidos, y sobre todo del colestrol, en las arterias. Es necesario jugo de tomate de árbol con cáscara, y todo alimento con cáscara.
La leche y sus derivados son el alimento más completo que existe, pues son ricos en calcio, vitaminas liposolubles y proteínas.
25-hidroxi colicalciferol
1,2,5-dihidroxi colicalciferol
VITAMINA Q Lo encontramos en casi todos los alimentos lípidos de los mitocondrios. Son los alimentos grasos que ingresan a la célula y estas producen energía. Interviene como transferidora de electrones en la cadena respiratoria mitocondrial.
METABOLISMO CELULAREs una actividad celular muy coordinada y con propósitos definidos en el que cooperan muchos sistemas multienzimáticos.
FUNCIONES: Obtener energía química a partir de la degradación de los elementos nutritivos ricos
en energía capturada por el entorno o procedente de la captura de la energía solar.
HIDRATOS DE CARBONO LÍPIDOS ATP; NADH + H+
PROTEÍNAS
Convertir las macromoléculas biológicas en precursores de los sillares de las macromoléculas de las células.
HIDRATOS DE CARBONO GLUCOSA MONOSACÁRIDOS LÍPIDOS GLICEROL PROTEÍNAS AMINOÁCIDOS
Reunir estos sillares a fin de sintetizar las macromoléculas biológicas y otros compuestos celulares.
Formar y degradar las biomoléculas que se necesitan en la función especializada de la célula.
Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno. Los seres vivos son sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno. Como un torbellino o una llamaSon esencialmente máquinas químicas. Regulados por enzimasHan de construirse a sí mismos: Obtener energía y materialesHasta los organismos más sencillos de tipo bacteriano tienen más de 1000 reacciones químicas diferentes
Necesitan energía para Transporte de sustancias Movimientos Transformar la materia para adecuarla a su estructura
Biosíntesis en mamíferos: Prótidos 70-90%. A.N 15%. Lípidos 10%. Glúcidos 5% (mucho más en plantas).
Unidad de energía el ATP. Donador inmediato de energía
ATP --> ADP+Pi + 7.3 Kcal/molATP --> AMP+PPi + 10.9 Kcal/mol
El ATP ha de regenerarse constantemente. No vale de almacén de energía.
Por ejemplo el ATP en una célula muscular activa se consume en menos de 1 segundo.Los metabolitos de reserva pueden proporcionar energía otros pocos segundos.Luego el ATP debe regenerarse por el metabolismo
ATP total humano 100 gConsumo en reposo 40 Kg/díaCarrera de 2 horas 60 KgEjercicio intenso 0.5 Kg/min
La mayoría de los organismos obtienen la materia prima y la energía para la biosíntesis a partir de moléculas de combustible orgánico como la glucosa.Una diferencia fundamental entre estos organismos es el origen de sus moléculas de combustible.21
21 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 12 pág.464
En el metabolismo celular intervienen seres vivientes estos organismos vivos se clasifican de acuerdo a la forma química del carbono que toman del entorno:
AUTÓTROFOS: Son células que se alimentan por sí mismo y capturan CO2 del ambiente para producir sus moléculas más complejas, por lo tanto la única fuente de carbono es el CO2 atmosférico.Bacterias fotosintéticas y células de las hojas verdes de las plantas, cianobacterias cuya función es fijar el nitrógeno atmosférico como única fuente.Todas estas células son fotosintéticas y capturan energía del sol.
Las plantas, las algas y algunas bacterias son organismos autótrofos.Existen organismos que son capaces de producir o sintetizar su propio alimento a partir de la energía de la luz del Sol, dióxido de carbono (CO2) y agua. Estos organismos son los llamados autótrofos (que viene del griego auto-, mismo, propio y trofo-, que se alimenta y significa se alimentan por sí mismos).
HETERÓTROFOS: Cuya fuente de carbono del entorno es como moléculas complejas, por lo tanto estos obtienen energía de estas moléculas complejas.
Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Heterótrofo del griego hetero-, otro, desigual, diferente, y -trofo, que se alimenta, se alimenta de otros). Los animales, hongos, protozoos y la mayoría de las bacterias son heterótrofos
Aerobias: Son aquellos que emplean el oxigeno para su degradación. Anaerobios:
1. Facultativos: Pueden vivir en un medio con oxígeno o sin oxígeno, por ejemplo la levadura.
2. Estrictos: La presencia de oxígeno es veneno.
FACULTATIVAEn ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico puede seguir una de varias vías llamadas anaeróbicas. Veremos brevemente dos de las vías anaeróbicas más interesantes. El ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o en uno de varios ácidos orgánicos diferentes, de los cuales el ácido láctico es el más común. El producto de reacción depende del tipo de célula. Por ejemplo, las levaduras, presentes como "florescencias" en el hollejo de las uvas, pueden crecer con o sin oxígeno. Cuando los jugos azucarados de las uvas y de otras frutas se extraen y se almacenan en condiciones anaeróbicas, las levaduras transforman el jugo de fruta en vino, convirtiendo la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota, las levaduras dejan de funcionar; en este momento, la concentración de alcohol es entre 12% y 17% dependiendo de la variedad de uvas y de la estación en la cual fueron cosechadas. En el primer paso de la glucólisis se desprende dióxido de carbono. En el segundo, se oxida el NADH y se reduce el acetaldehído. La mayor parte de la energía química de la glucosa permanece en el alcohol, que es el producto final de la secuencia. Sin embargo,
regenerando NAD+, estos pasos permiten que la glucólisis continúe, con su pequeño, pero en algunos casos vitalmente necesarios, rendimiento de ATP.
Figura 24 Pasos por los cuales el ácido pirúvico, formado en la glucólisis, se convierte anaeróbicamente en etanol.
ESTRICTAEl ácido láctico se forma a partir del ácido pirúvico, por acción de una variedad de microorganismos y también por algunas células animales cuando el O2 es escaso o está ausente.
Figura 25 Reacción enzimática que produce ácido láctico anaeróbicamente a partir de ácido pirúvico en las células musculares.
En el curso de esta reacción, el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce. Las moléculas de NAD+ producidas en esta reacción se reciclan en la secuencia glucolítica. Sin este reciclado, la glucólisis no puede seguir adelante. La acumulación de ácido láctico da como resultado dolor y fatiga muscular.Por ejemplo, se produce en las células musculares de los vertebrados durante ejercicios intensos, como en el caso de una carrera. Cuando corremos
rápido, aumentamos la frecuencia respiratoria, incrementando de este modo el suministro de oxígeno, pero incluso este incremento puede no ser suficiente para satisfacer los requerimientos inmediatos de las células musculares. Sin embargo, las células pueden continuar trabajando y acumular lo que se conoce como deuda de oxígeno. La glucólisis continúa, utilizando la glucosa liberada por el glucógeno almacenado en el músculo, pero el ácido pirúvico resultante no entra en la vía aeróbica de la respiración sino que se convierte en ácido láctico que, a medida que se acumula, disminuye el pH del músculo y reduce la capacidad de las fibras musculares para contraerse, produciendo la sensación de fatiga muscular. El ácido láctico se difunde en la sangre y es llevado al hígado. Posteriormente, cuando el oxígeno es más abundante (como resultado de la inspiración y espiración profunda que siguen al ejercicio intenso) y se reduce la demanda de ATP, el ácido láctico se resintetiza en ácido pirúvico y nuevamente en glucosa o glucógeno.
Figura 26 Autótrofos y Heterótrofos
CICLO DEL NITRÓGENO
Figura 27 Ciclo del Nitrógeno
Para muchos organismos, el crecimiento y la reproducción están limitados por la disponibilidad del nitrógeno utilizable, que a su vez está limitada por la capacidad de los organismos para utilizar diferentes formas inorgánicas del nitrógeno. Todos los organismos pueden convertir el amoníaco NH3 en compuestos de nitrógeno orgánicos, es decir, sustancias que contienen enlaces C-N. Sin embargo, no todos los organismos pueden sintetizar amoníaco a partir de las formas mucho más abundantes de nitrógeno inorgánico, el gas nitrógeno N2, el componente más abundante de la atmósfera terrestre, y el ion nitrato NO3
- , una sustancia del suelo esencial para el crecimiento de la mayoría de las plantas.La reducción de N2 a NH3
denominada fijación biológica del nitrógeno, la realizan tan sólo determinados microorganismos, a veces en una relación simbiótica con las plantas. La reducción del NO3
- a NH3 es en cambio, un proceso muy difundido entre las plantas y los microorganismos.22
Pérdida de nutrientes adecuados para las plantas (Nitratos y sulfatos)
Bacterias nitrificantesReducen NO3
- a NO2- y NO2
- a N2 (gas) Nitrobacter . Bacillus. PseudomonasRespiración anaeróbica facultativa. Con O2 aeróbicaReducen la disponibilidad de nitrógeno para autótrofos
Bacterias del azufreReducen SO4= a SO3= luego a S y por último a SH2
DesulfovibroNo tienen ciclo de los ácidos tricarboxílicos
Bacterias metanógenasReducen CO2 a CH4 Arquéas metanógenasNo tienen citocromos. Producen el llamado gas de los pantanos; metano
Bacterias reductoras de productos orgánicosReducen sustancias orgánicas oxidadas
22 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 20 pág.793
En el metabolismo celular se da funciones específicas por sistemas multienzimáticos: Lineal: el paso de glucosa a piruvato Cíclico: ciclo de Krebs, ciclo de Calvin
En el metabolismo celular existen 2 rutas principales:AnabolismoProceso de síntesis utilizando en gran parte la energía química producida por las catabólicasParte constructiva del metabolismo.Se forman moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas. Requiere aporte de energía en forma de ATP.Es un proceso divergente, cuesta abajo y reductivo.
Figura 28 AnabolismoCatabolismoSon aquellos en donde se degradan las macromoléculas biológicas con el fin de obtener energía química.Parte destructiva del metabolismo.Forma moléculas sencillas a partir de moléculas más complejas. Más oxidadas: menos H o más O.Pueden producir energía en forma de ATP.Es un proceso convergente, cuesta abajo y oxidativo.
Macromoléculas
Sillares
Compuestos simples
Figura 29 Catabolismo
Las fases del catabolismo son:ETAPA I- Macromoléculas- SillaresETAPA II- Compuestos simples.ETAPA III- Ciclo de Krebs
Figura 30 Etapas del Catabolismo y Anabolismo
Anabolismo y catabolismo son simultáneos y a veces sin límites precisos
Algunas etapas de anabolismo y catabolismo son comunes. Otras etapas son diferentes lo que permite la regulación de los procesos. Muchas rutas metabólicas parten de bases comunes que van bifurcándose. Los compuestos complejos han de fabricarlos siempre las propias células como son
las proteínas, polisacáridos, fosfolípidos, ácidos nucleicos. Los compuestos sencillos pueden elaborarlos algunas células o obtenerlos del
exterior. Cada organismo o tipo de célula tiene necesidades metabólicas propias. En circunstancias diferentes se puede modificar el metabolismo celular. Por ejemplo
disponibilidad de nutrientes. La energía química de moléculas grandes en general es mayor que la de las
pequeñas. Para fabricar macromoléculas se requier consumo de ATP. Anabolismo gasta ATP Cuando se destruyen macromoléculas se obtiene energía. Nunca se obtiene la misma cantidad de ATP por catabolismo que la gastada el
mismo proceso anabólico. Existen pérdidas como en cualquier máquina o proceso termodinámico.
Los componentes de los seres vivos son mayoritariamente moléculas orgánicas que están más reducidas que la materia inorgánica presente en el entorno. Se utilizan diversas sustancias para reducir y oxidar sustancias químicas en las células: NAD NADP y FAD
Algunas moléculas implicadas en el metabolismo energéticoNADNicotamin-adenin-dinucr¡leótidoNucleótido transportador de H
FADFlavin-adenosín-dinucleótidoNucleótido transportador de H
Coenzima ANucleótido transportador de grupos acilo
ALGUNAS ESTUCTURAS PARA RECORDAR
El ATP está formado de:- Nucleósido- Grupo fosfato
El ATP es el que se genera en la reacción catabólica y sirve de transporte de energía del catabolismo al anabolismo.
Como producto del rompimiento de una molécula de ATP tenemos:
ENERGÍA LIBRE: Sirve para efectuar trabajo en condiciones de presión y temperatura constante.
ENERGÍA CALÓRICA: Mantiene la energía corporal.
ATP→ADP+Pi
CICLO DEL ATP
La forma potencia reductora lo hace átomos de hidruro (H-) ó electrones.El NAD transporta 2 electrones.
PUNTOS DE CONTROL DEL METABOLISMO
La célula viva utiliza una maravillosa gama de dispositivos de regulación para controlar sus funciones. Entre estos mecanismos se encuentran los que actúan fundamentalmente controlando:
1. Enzimas alostéricos ACTIVADORES + aquel que incentiva que continúe la reacción ACTIVADORES-
En la degradación de la glucosa el ATP producto alostérico es activador -, en cambio ADP+ Pi es un activador +.
2. Acción hormonal ciertos tejidos secretan hormonas y éstos son transportados a la sangre por otros tejidos.
ADRENALINA (riñón) sangre Hígado (degradación de la glucosa)
3. Concentración depende de la cantidad de sustancia que existe en el organismo.
BIOENERGÉTICA CELULARLa bioenergética es el campo de la bioquímica relacionado en la transformación y empleo de la energía por las células vivientes. Los organismos vivos transforman la energía del medio que los rodea esta energía se requiere para síntesis.La transformación de la energía lo realiza por medio de enzimas. La ciencia que estudia estos campos de energía es la Termodinámica.
TERMODINÁMICA Es la ciencia de la energía de tales sistemas, es una teoría macroscópica relacionada con las propiedades gruesas de la materia.
SISTEMA Un sistema es la parte del universo que elegimos para el estudio23
Es la parte del universo con la cual nos relacionamos, el Universo diferente al sistema es el Entorno.
El sistema puede ser aislado, y en consecuencia incapaz de intercambiar energía, aunque no materia; o puede ser abierto de forma que la energía y la materia puedan entrar y salir; o puede ser cerrado que sólo existe intercambio de calor.
Funciones de EstadoSon las propiedades que se relacionan con los cambios de un sistema y sólo depende de su estado inicial y final.
U= Energía internaH= EntalpíaS= EntropíaG= Energía libre de GibbsPRIMERA LEYConservación de la energía. Si un sistema intercambia calor o realiza trabajo sobre el medio ambiente se produce un cambio de energía interna U.
ΔU=Δq−Δw ∆q (+): Transferencia de calor al sistema por lo tanto la energía interna aumenta. ∆q (- ): Transferencia de calor al medio ambiente por lo tanto la energía interna
disminuye. ∆w (+): El sistema ha realizado trabajo por lo tanto energía interna disminuye. ∆w (- ): Existe trabajo sobre el sistema por lo tanto energía interna aumenta.
23 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 3 pág.65
Δw=∫V 1
V 2
pdv
ΔU=Δq−∫V 1
V 2
pdv
ΔU=Δq−pΔV
Si volumen constante:
ΔU=Δq
Si la presión es constante se tiene:
ΔU=Δq−PΔV
Por lo tanto el cambio de calor en una reacción:
ΔU=ΔU+PΔV ( ENTALPÍA )ΔH=ΔqΔH=ΔU +PΔV
Realizar la oxidación de la glucosa y del ácido esteárico, compare entre las dos reacciones
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + ∆H
CH3-(CH2)16-COOH + 26 O2 18 H2O + 18 CO2 + ∆H
La oxidación de la glucose es a volumen constant ya que el número de moles que consume es igual al número de moles iniciales.En la oxidación del ácido esteárico el número de moles no es el mismo que los iniciales, hay variación de volumen, 26 moles – 18 moles= 8 moles.
PV =nRTPΔV=ΔnRTΔH=ΔU +nRT
La variación de energía libre, calórica de la entropía en una reacción química a temperatura y presión constante que son condiciones de un sistema biológico se relacionan entre sí por la ecuación:
ΔG=ΔH−TΔS
∆G= Variación de energía libre, siempre es (-) cuando produce energía.∆H=Variación de calor de entalpía, cuando absorbe calor (+) y cuando libera calor (-).∆S= Variación de la entropía. T = Temperatura absoluta en °K.
∆G(-)= EXOTÉRMICA ∆G(+)= ENDOTÉRMICA
ESTADO ESTÁNDAR BIOQUÍMICO
Todos los componentes en nuestro organismo tienen 1 molar (mol/litro) con excepción del H+ (10-7 molar).
EQUILIBRIO Y ENERGÍA LIBRE
En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o energía libre) es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).
La segunda ley de la termodinámica postula que una reacción química espontánea hace que la entropía del universo aumente, ΔSuniverso > 0, así mismo ΔSuniverso esta en función de ΔSsistema y ΔSalrededores. Por lo general sólo importa lo que ocurre en el sistema en estudio y; por otro lado el cálculo de ΔSalrededores puede ser complicado.
Por esta razón fue necesario otra función termodinámica, la energía libre de Gibbs, que sirva para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema.
Cambios de energía libre estándar
La energía libre de reacción, se denota, , es el cambio de energía en una reacción a condiciones estándares. En esta reacción los reactivos en su estado estándar se convierten en productos en su estado estándar.
Dada la siguiente ecuación química:
La energía libre se calcula como
Donde A y B son los reactivos en estado estándar y; C y D son los productos en su estado estándar. Además a, b, c y d son sus respectivos coeficientes estequiométricos.
La energía libre de Gibbs:
ΔG=ΔG °+ RT ln KeΔG °=−RT ln Kedonde :
Ke=e−ΔGRT
Significado de La condición de equilibrio es La condición de espontaneidad es La condición de espontaneidad en la dirección opuesta es
(Esta última condición nos dice que la reacción no se producirá).
La enzima fosfoglucomutasa cataliza la reacción 1-fosfato-α-D-glucosa reversiblemente a 6-fosfato--α-D-glucosa la cual tiene una energía estándar -7,3 KJ/mol. Si la enzima agrega una disolución de 2*10-4 mol/l de glucosa 1-fosfato a 37°C. ¿Cuál es la composición de la solución en equilibrio?
Ke=6 fosfatoglu cos a1 fosfatoglu cosa
Ke=e7,3∗103J /mol° K8,31 J /mol° K∗310° K
Ke=17
17=x
(2∗10−4−x )x=1 ,88∗10−4
1,88*10-4 (fosfato 6 glucosa)1,11*10-5 (fosfato 1 glucosa)
Por lo tanto el cambio de energía libre en ecuaciones Redox está dado por:
ΔG=−nFE
∆G= Energía libren= número de electrones transferidosF= número Faraday (96.6 KJ/mol)E=Fuerza electromotriz expresada en Voltios
aox→ared
ΔG=ΔG °+ RT ln[ Re d ][ Oxid ]
(−nFE=−nFE °+ RT ln[ Re d ][ Oxid ] )∗(−1
nF )E=E °−RT
nFln
[ Re d ][Oxid ]
ΔG °=−RT ln[ ion]extcélula
[ ion]int célula
HIDRATOS DE CARBONOHidratos de Carbono o también conocidos como sacáridos porque muchos de ellos pueden representarse con la fórmula estequiométrica simple (CH2O)n .
La formación de los hidratos de carbono en la fotosíntesis y la oxidación en el metabolismo constituyen juntos el principal ciclo energético de la vida24
GLUCÓLISISLa glucólisis consiste en una secuencia de 10 reacciones enzimáticas que catalizan la transformación de una molécula de glucosa a dos de piruvato, con la producción de dos moles de ATP y dos de NADH por mol de glucosa. Se trata de la ruta metabólica mejor conocida, que desempeña un papel clave en el metabolismo energético al proporcionar una parte importante de la energía utilizada por la mayoría de los organismos. Sirve en su función principal para preparar la glucosa y otros carbohidratos para su posterior degradación oxidativa.
El piruvato formado por degradación de la glucosa puede sufrir posteriormente distintas degradaciones, dependiendo de las condiciones y del organismo:
a) En condiciones aerobias, el piruvato se transforma en Acetil-CoA, que se oxida aun más a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, y posteriormente a través de la fosforilacion oxidativa, generando CO2 y agua
b) En condiciones anaerobias tiene lugar la fermentación, que es la transformación del piruvato hasta moléculas con un grado medio de oxidación, permitiendo la regeneración del NAD+. Dos de las fermentaciones más importantes son la homoláctica, en el músculo, por
24 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 9 pág.311
la que el piruvato es reducido hasta lactato, y la fermentación alcohólica, en levaduras, por la que se reduce hasta etanol y CO2.
La glucosa, que inicia la vía glucolítica en animales, aparece en la sangre directamente de la degradación de polisacáridos complejos o de su síntesis a partir de distintas fuentes de carbohidratos (gluconeogénesis) y penetra en la mayor parte de las células a través de un transportador especifico que la traslada hasta el citosol. Las enzimas de la glucólisis están localizadas en el citosol.
La glucólisis convierte la molécula de glucosa en dos de piruvato, en un proceso que utiliza la energía libre liberada para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). Este proceso requiere de la existencia de una serie de reacciones de transferencia del grupo fosforilo acopladas químicamente. Así pues, la estrategia química de la glucolisis es la siguiente:
a) Adición de grupo fosforilo a la glucosa
b) Conversión química de grupos intermediarios fosforilados a compuestos con alto potencial de transferencia de grupos fosfatoc) Acoplamiento de la hidrólisis de estos compuestos para la síntesis de ATP.
Las 10 reacciones enzimáticas constituyentes de la glucolisis se recogen esquemáticamente en la figura y más detalladamente en los esquemas posteriores. Al inicio de la vía se consume ATP para la generación de grupos fosforilo, pero posteriormente se regenera.
Figura 31 Visión esquemática de las 10 reacciones de la Glucólisis
Por tanto, la glucolisis transcurre en dos fases:
FASE I. (Reacciones 1-5). Fase preparatoria en que la glucosa es fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato. Este proceso consume 2 ATPs.
FASE II (Reacciones 6-10). Las dos moléculas anteriormente formadas se convierten a dos moléculas de piruvato, con la producción de 4 ATPs y 2 NADH.
Por consiguiente, el rendimiento de la glucolisis es de dos ATPs formados por molécula de glucosa y la reacción global sería:
Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 4H+
El NAD+ es el principal agente oxidante de la vía glucolítica, así que el NADH formado durante el proceso debe ser continuamente reoxidado para mantener el suministro de NAD+.
Las reacciones las dos fases de la glucolisis pueden desglosarse en sus 10 reacciones:
1. Consumo del primer ATPTransferencia del grupo fosforilo del ATP a la glucosa para formar glucosa-6-fosfato (G6P) en una reacción catalizada por la hexoquinasa.
2. IsomerizaciónConversión de G6P a fructosa-6-fosfato (F6P) catalizada por la Fosfoglucosa isomerasa. Primero debe abrirse el anillo para que ocurra la isomerización, con posterior ciclación de
la fructosa. Para la apertura del anillo se requiere la presencia de un grupo ácido, probablemente el resto de butilamonio de una lisina.
3. Consumo del segundo ATPLa fosfofructoquinasa fosforila la F6P para formar fructosa-1,6-bifosfato (FBP). Esta reacción controla la velocidad de la vía glucolítica. Esta reacción es estimulada alostéricamente por AMP e inhibida alostéricamente por ATP y citrato.
4. Rotura La aldolasa cataliza la rotura de la FBP en dos triosas, el gliceraldehido-3-fosfato (GAP) y la dihidroxíacetona fosfato (DHAP).
5. IsomerizaciónSólo uno de los productos de la rotura aldólica, el GAP, continua la vía glucolítica. La interconversión entre éste y la DHAP es catalizada por la triosa fosfato isomerasa.
6. Formación del primer intermediario de "alta energía"La gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación y fosforilación del GAP, por NAD+ y fosfato inorgánico, para producir el 1,3-bifosfoglicerato (BFG).
7. Primera producción de ATPSe forma el primer ATP por defosforilación del 1,3-bisfosfoglicerato, rindiendo además 3-fosfoglicerato (3PG) en una reacción catalizada por la fosfoglicerato quinasa (PGK).
8. IsomerizaciónLa fosfoglicerato mutasa cataliza la conversión de 3PG a 2-fosfoglicerato (2PG).
9. Formación del segundo intermediario de "alta energía"La enolasa cataliza la deshidratación del 2PG a fosfoenolpiruvato (PEP), formando un complejo activo por la presencia del catión magnesio.
10. Producción del segundo ATPLa piruvato quinasa cataliza el acoplamiento de la energía libre de la hidrólisis del PEP a la síntesis de ATP para formar piruvato.
REACCIÓN:
Este NADH + H+ pasa a oxidarse este proceso se llama PROCESO DE OXIDACIÓN COMPLETA y toma las siguientes vías:
ANAEROBIO ESTRICTO
Reacción Global:
ANAEROBIO FACULTATIVO
Reacción Global:
AEROBIO pasa a la cadena respiratoria para producir ATP.
GLUCÓGENOEl glucógeno es un polisacárido de reserva energética de los animales, formado por cadenas ramificadas de glucosa; es soluble en agua, en la que forma dispersiones coloidales. Abunda en el hígado y en el músculo.
Gracias a la capacidad de almacenamiento de glucógeno, se reducen al máximo los cambios de presión osmótica que la glucosa libre podría ocasionar tanto en el interior de la célula como en el medio extracelular.
Cuando el organismo o la célula requieren de un aporte energético de emergencia, como en los casos de tensión o alerta, el glucógeno se degrada nuevamente a glucosa, que queda disponible para el metabolismo energético.
En el hígado la conversión de glucosa almacenada en forma de glucógeno a glucosa libre en sangre, está regulada por la hormona glucagón y adrenalina. El glucógeno hepático es la principal fuente de glucosa sanguínea, sobre todo entre comidas. El glucógeno contenido en los músculos es para abastecer de energía el proceso de contracción muscular.
El glucógeno se almacena dentro de vacuolas en el citoplasma de las células que lo utilizan para la glucólisis. Estas vacuolas contienen las enzimas necesarias para la hidrólisis de glucógeno a glucosa.
Metabolismo del Glucógeno
Glucógeno
Pi
mutasa
Isomerasa
Pi Transferasa
La glucosa entra directamente a 6-fosfato glucosa y sigue el mismo proceso anterior
ATP ADP Quinasa
Isomerasa
Pi Transferasa
La fructosa sigue el siguiente proceso:
ATP
1-fosfato glucosa
6-fosfato glucosa
6- fosfato fructosa
1,6-difosfato fructosa
3-fosfato gliceraldehído
α-D-glucosa
6-fosfato glucosa
6- fosfato fructosa
1,6-difosfato fructosa
3-fosfato gliceraldehído
Fructosa
ADP Quinasa
Aldosa
Gliceraldehído Fosfato dihidroxicetona
Pi Isomerasa
a) ¿Cuál genera más ATP de la producción, degradación de ATP de 1 mol de sacarosa y 1 mol de maltosa mediante la fermentación anaerobia estricta?
b) ¿Cuántos ATP se utilizan para cada uno de ellos?
Sacarosa= Glucosa + FructosaSacarosa=2+2Sacarosa= 4ATP
Maltosa= Glucosa α-1,4-D-glucosaMaltosa=2+2Maltosa=4ATP
Sacarosa consume 4ATPMaltosa consume 4 ATP
El UDP es una coenzima transportador de grupos de 6 carbonos.Todas las macromoléculas entran al ciclo del ácido cítrico.
RESPIRACIÓN CELULAR
Es un proceso de óxido- reducción en donde se oxidan los sillares de las macromoléculas para darnos CO2, H2O y NH3 y además de eso como producto principal nos da en forma de ATP.Reduce al O2 para darnos H2O.Reducción total de las coenzimas de las deshidrogenasas.
Es adecuado considerar la oxidación metabólica de los sustratos orgánicos como un proceso de tres etapas, tal como se indica en el gráfico.
1-fosfato fructosa
3-fosfato gliceraldehído
La etapa I consiste en la generación de un fragmento activado de dos carbonos, el grupo, el grupo acetilo de la acetil-coenzima.La etapa II el ciclo del ácido cítrico, la oxidación del carbono produce CO2.
La etapa III los transportadores electrónicos reducidos se reoxidan, aportando energía para la síntesis de más ATP.25
Figura 32 Las tres etapas de la respiración
Estrategia del Ciclo del Ácido Cítrico1. Condensación2.
a) Deshidrataciónb) Hidratación
3. Descarboxilación oxidativa4. Descarboxilación oxidativa5. Fosforilación a nivel de sustrato6. Deshidrogenación7. Hidratación8. Deshidrogenación
Consta de 8 reacciones agrupadas en tres fases:
1. Primera fase: ENTRADA DEL ACETATO (reacción 1)2. Segunada fase: REACCIONES DE DESCARBOXILACIÓN (reacciones 2 a 5)3. Tercera fase: REGENERACIÓN DEL OXALACETATO (reacciones 6 a 8)
25 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición capítulo 14 pág.543
Acetyl-CoA
Oxalacetato Citrato
MalatoIsocitrato
Fumarato -cetoglutarato
SuccinatoSuccinil-CoA
Figura 33 Destino de los átomos de carbono en el ciclo de ácido cítrico
En el ciclo de Krebs. los carbonos donados por el grupo acetilo se oxidan a dióxido de carbono y los electrones pasan a los transportadores de electrones. Lo mismo que en la glucólisis, en cada paso interviene una enzima específica. La coenzima A es el nexo entre la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. A modo de resumen: en el ciclo de Krebs se producen una molécula de ATP, tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2 que representan la producción de energía de este ciclo. Se necesitan dos vueltas del ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa. Así, el rendimiento energético total del ciclo de Krebs para una molécula de glucosa es dos moléculas de ATP, seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH.La etapa final de la respiración es el transporte terminal de electrones, que involucra a una cadena de transportadores de electrones y enzimas embutidas en la membrana interna de la mitocondria. A lo largo de esta serie de transportadores de electrones, los electrones de alta energía transportados por el NADH de la glucólisis y por el NADH y el FADH2 del ciclo de Krebs van "cuesta abajo" hasta el oxígeno. En tres puntos de su pasaje a lo largo de toda la cadena de transporte de electrones, se desprenden grandes cantidades de energía libre que impulsan el bombeo de protones (iones H+) hacia el exterior de la matriz mitocondrial. Esto crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna de la mitocondria. Cuando los protones pasan a través del complejo de ATP sintetasa, a medida que vuelven a fluir a favor del gradiente electroquímico al interior de la matriz, la energía liberada se utiliza para formar moléculas de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Este
mecanismo, en virtud del cual se lleva a cabo la fosforilación oxidativa, se conoce como acoplamiento quimiosmótico.
Figura 34 Representación esquemática de la cadena transportadora de electrones.
En esta representación de la cadena respiratoria, las moléculas que se indican: flavina mononucleótido (FMN), coenzima Q (CoQ) y los citocromos b, c, a y a3, son los principales transportadores de electrones de la cadena. Al menos otras nueve moléculas transportadoras funcionan como intermediarias además de las que se muestran aquí. Los electrones transportados por la NADH entran en la cadena cuando son transferidos a la FMN, que entonces se reduce (azul). Casi instantáneamente, el FMN cede los electrones al CoQ. El FMN vuelve así a su forma oxidada (naranja), listo para recibir otro par de electrones, y la CoQ se reduce. CoQ entonces pasa los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada. El proceso se repite en sentido descendente. Los electrones, al pasar por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores. Los electrones que son transportados por el FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH. En consecuencia, entran en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, y forman agua.
Los electrones que son transportados por el FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH. En consecuencia, entran en la cadena de transporte
más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, para formar agua.
OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
NAD+ NADH + H+
+ CoA-SH + H2O Acetil- CoA + HCO3-
piruvato deshidrogenasa
La reacción es esencialmente IRREVERSIBLE en la célula.
El complejo multienzimático Piruvato deshidrogenasa está formado por múltiples copias de tres enzimas:
Piruvato deshidrogenasa(E1)
Dihidrolipoil transacetilasa (E2)
Dihidrolipoil deshidrogenasa (E3)
En la catálisis intervienen 5 coenzimas: TPP, ácido lipoico, CoA-SH, NAD+ y FAD.
Es importante recalcar y tener en cuenta que también se denomina a las enzimas
Piruvato deshidrogenasa(E1)
Dihidrolipoamida transacetilasa (E2)
Dihidrolipoamida deshidrogenasa (E3)
ECUACIONES BALANCEADAS
GLUCÓLISISGlucosa + 2(ADP+Pi) + 2 NAD+ -----> 2ATP + 2piruvato+ 2 (NADH+H+) + 2 H2O
ACETIL-PIRUVATO2piruvato+ 2 H-S-CoA+ 2 NAD+ -----> 2(Acetyl-CoA)+ 2 (NADH+ H+) + 2CO2
CICLO DE KREBS2(Acetyl-CoA) + 6 NAD+ +2 FAD+ + 2(GDP+Pi) +4H2O -----> 4CO2 + 2CoA-SH +6 (NADH+H+) + 2FADH2 + 2GTP +26ATP
CADENA RESPIRATORIA10 (NADH+H+) + 30 (ADP+Pi) + 30 ATP + 5 O2 -----> 30 ATP + 10 NAD+ + 40 H2O
Glucosa+ 36(ADP+Pi)+ 2(GDP+Pi)+ 6 O2 -----> 6CO2 + 36ATP+ 2GTP+ 44 H2O
CORRECCIÓN DEL EXÁMEN DE LA SEGUNDA UNIDAD
1. Definir: a) TRANSAMINACIÓN: Es la transferencia enzimática de un grupo amino de un
aminoácido a un cetoácido. El cetoácido se transforma en aminoácido y viceversa.b) MICRONUTRIENTES: Es un compuesto orgánico cuya necesidad diaria para el
organismo es µg ó mg por día. Sirven de coenzimas que completan la catálisis metabólica.
c) FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: Es la fosforilación del ADP a ATP que tiene lugar en conjunción con el tránsito de electrones por la cadena de transporte electrónico en la membrana mitocondrial interna.
d) CICLO DE KREBS: Es la degradación total del esqueleto carbonado en donde se genera compuestos reducidos de alta energía y también GTP.
2. La adición de oxígeno a las células que metabolizan glucosa en condiciones anaeróbicas conducen a: a) Una disminución en la velocidad del consumo de glucosab) Que cese la acumulación de lactatoExplique por qué ocurren estos cambios en el metabolismo de la glucosa y el lactato.
a) Al aumentar el suministro de oxígeno, la fermentación de ácido láctico no proporciona NAD oxidado suficiente para permitir que continúe la glucólisis durante un período de tiempo corto.
b) Porque en condiciones anaeróbicas el piruvato se oxida y forma acetil-CoA y esté pasa al ciclo de Krebs.
3. Escribir la ecuación balanceada de la degradación total cuando están activos completamente la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa de los siguientes compuestos: D-gliceraldehído3fosfato, y piruvato. Indicar las enzimas y coenzimas involucradas.
Oxidación del piruvato Enzimas:1. Piruvato deshidrogenasa2. Dihidropoil transacetilasa3. Dihidropoil deshidrogenasa
Coenzimas:1. TPP2. Ácido lipoico3. CoA-SH4. NAD+
5. FAD+
NAD + NADH + H+
+ CoA-SH + H2O Acetil- CoA + HCO3-
Sale:1 NADH + H+ =3ATP=3H2O
Glucólisis
Enzimas:1. Hexoquinasa2. Fosfoglucoisomerasa3. fosfofructoquinasa4. Aldolasa5. Triosafosfatoisomerasa6. Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa7. Fosfoglicerato quinasa8. Fosfoglicerato mutasa9. Enolasa10. Piruvato quinasa
Ciclo del ácido cítrico
Enzimas:1. Citrato sintasa Acetil a Citrato2. Aconitasa Citrato a Isocitrato3. Isocitrato deshidrogenasa Isocitrato a -cetoglutarato4. Complejo -cetoglutarato deshidrogenasa -cetoglutarato a Succinil-CoA5. Succinil-CoA sintetasa Succinil-CoA a Succinato
6. Succinato deshidrogenasa Succinato a Fumarto7. Fumarato hidrolasa Fumarato a Malato8. Malato deshidrogenasa Malato a Oxalacetato
Por cada vuelta salen:3 NADH + H+
2 FADH2
1 GTP
Ecuación balanceada de Piruvato: Glucosa + 2(ADP+Pi) + NAD+ -----> 2ATP + piruvato+ (NADH+H+) + H2Opiruvato+ H-S-CoA+ NAD+ -----> (Acetyl-CoA)+ (NADH+ H+) + CO2
(Acetyl-CoA)+ 3 NAD+ + FAD+ + (GDP+Pi) +2H2O -----> 2CO2 + CoA-SH +3 (NADH+H+) + FADH2 + GTP5 (NADH+H+) + 15 (ADP+Pi) + 5/2 O2 -----> 15 ATP + 5 NAD+ + 20 H2O1(FADH2) + 2 (ADP+Pi) + 1/2 O2 -----> 2 ATP + 1FAD+ + 3 H2O
Glucosa +19 (ADP+Pi) + H-S-CoA+ (GDP+Pi) +3 O2 -----> 22H2O+ 19ATP+ 3CO2 + CoA-SH+ GTP
Ecuación balanceada de Gliceraldehído-3-fosfato: Glucosa + 2(ATP) -----> Gliceraldehído-3-fofato+ 2(ADP+Pi)piruvato+ H-S-CoA+ NAD+ -----> (Acetyl-CoA)+ (NADH+ H+) + CO2
(Acetyl-CoA)+ 3 NAD+ + FAD+ + (GDP+Pi) +2H2O -----> 2CO2 + CoA-SH +3 (NADH+H+) + FADH2 + GTP5 (NADH+H+) + 15 (ADP+Pi) + 5/2 O2 -----> 15 ATP + 5 NAD+ + 20 H2O1(FADH2) + 2 (ADP+Pi) + 1/2 O2 -----> 2 ATP + 1FAD+ + 3 H2O
Gliceraldehído-3-fofato +19 (ADP+Pi)
4.a) Calcular la energía libre de Gibbs estándar( G0) de la conversión piruvato a lactato.
Si la fuerza electromotriz estándar para piruvato a lactato es -0.19V y NAD oxidado a NAD reducido es -0.32 V.
b) Los grupos fosfato del ATP cargados negativamente aportan un medio efectivo para quelar cationes divalentes tales como el ión magnesio, la cual tiene una constante de equilibrio de 104 mol/l, calcule la proporción de ATP que en la célula está presente como quelato de magnesio, si la concentración libre de Mg2+ es 2*10-2 molar.
a) Piruvato + NADH + H+ Lactato + NAD+
ΔE0=−0 . 19−(−0 . 32)=0 .13 VΔG0=−nF ΔE0
ΔG0=−(2 )(96500 J /molV )(0 . 13 V )ΔG0=−25090 J /mol
b) Mg2+ + ATP4- MgATP2-
Ke=[ MgATP2− ]
[ Mg2 + ] [ ATP4− ]=104
CICLO DEL GLIOXILATOEs una ruta alternativa al ciclo de Krebs:
CICLO DE KREBS:- Degradación total del esqueleto carbonado para darnos CO2
- El combustible es el acetil-CoA- Forma compuestos reducidos de alta energía y GTP- Se da en la mitocondria
CICLO DEL GLIOXILATO:- Puede convertirse el acetato en carbohidratos- La fuente de alimentación es el acetil-CoA- No existe liberación de CO2
- Se da en los glioxisomas- Se da con enzimas activadas que se encuentran en las semillas de las plantas en
germinación, en donde son capaces de convertir los depósitos de ácidos grasos en glucosa, la acetil viene de la degradación de ácidos grasos.
Un gran número de semillas poseen como sustancias de reserva grasas o aceites, las que existen principalmente como triglicéridos, en los que los ácidos grasos se encuentran enlazados mediante enlaces esteres a los tres grupos hidroxilos del glicerol. Los aceites son líquidos a temperatura ambiente, debido a la presencia de enlaces insaturados en los ácidos grasos; mientras que las grasas son sólidas, por tener una alta proporción de ácidos grasos saturados.
Especie Nombre común % grasa en base al peso secoCocos nucifera Coco 65Ricinus communis Ricino o tartago 60Helianthus annuus Girasol 50Linum usitatissimum Lino 35Glycine max Soya 20Zea mays Maíz 5Triticum vulgare Trigo 2
En el ciclo del glioxilato el combustible es la Acetil CoA, que se condensa con el oxalacetato para formar isocitrato. En este punto el ácido isocítrico se rompe en una reacción catalizada por la enzima isocitritasa, formando ácido succínico y ácido glioxílico. El glioxilato formado se condensa con otra molécula de Acetil CoA, para formar malato, reacción esta catalizada por la enzima malato sintetasa. El malato así formado se oxida formando oxalacetato, el cual se puede condensar con otra molécula de Acetil CoA, reiniciando el ciclo. Por cada vuelta del ciclo del glioxilato entran dos moléculas de Acetil
CoA, y se forma una molécula de succinato se puede utilizar con fines anabólicos, por ejemplo para la síntesis de glucosa. Es una ruta muy útil en la germinación de las semillas.
Oxalacetato+acetil−CoA+H 2O→CoA−SH+citratocitrato→ IsocitratoIsocitrato→Glioxilato+SuccinatoGlioxilato+acetil−CoA+H2O→malato+CoA−SH
Malato+NAD+→NADH+ H++OxalacetatoRXGLOBAL:2 Acetil−CoA +2 H 2O+NAD+→2CoA−SH+NADH+ H++Succinato
Figura 35 CICLO DELGLIOXILATO26
Enzimas que intervienen en el ciclo del glioxilato:1. Citrato sintasa2. Aconitasa3. Isocitrato liasa4. Malato sintetasa5. Malato deshidrogenasa
26 http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema20-09.htm
El ácido succínico producido en este ciclo abandona los peroxisomas y penetra en las mitocondrias, en cuya matriz es oxidado por los enzimas del ciclo de Krebs a ácido oxalacético, que abandona las mitocondrias y se convierte en glucosa en el hialoplasma.27
GLUCONEOGÉNESIS
El cerebro y el sistema nervioso central necesitan glucosa como única fuente de carbono.Cuando se produce un período de ayuno de más de un día, la glucosa debe formarse a partir de otros precursores, el proceso de síntesis se denomina gluconeogénsesis: literalmente, producción de nueva glucosa.La gluconeogénesis se define como la biosíntesis de hidratos de carbono a partir de precursores de tres y cuatro carbonos, que generalmente no tienen naturaleza de hidratos de carbono. Los principales sustratos de la gluconeogénesis son: lactato producido fundamentalmente mediante glucólisis, aminoácidos generados a partir de las proteínas de la alimentación.La gluconeogénesis tiene lugar principalmente en el citosol, aunque algunos precursores se generan en las mitocondrias y deben transportarse al citosol para utilizarse.28
Figura 36 Puntos críticos de la gluconeogénesis29
27 PANIAGUA, Ricardo Biología celular28 Mathews, Van Holde, Ahern 3era edición pág. 35329 http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema21-09.htm
Figura 37 Esquema general de la gluconeogénesis30
Es una reacción anabólica. Es la vía que permite la síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos (ni provienen ni son glucosa). Es muy importante en animales. Permite ver la regulación de las vías metabólicas. Es necesaria porque muchos tejidos de los animales no necesitan glucosa, mientras que otros son completamente glucosadependientes (cerebro, eritrocitos, médula renal...). Es imprescindible tener siempre glucosa disponible.
Se puede hacer glucosa a partir de:-Lactato.-Piruvato.
30 http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema21-09.htm
-Algunos aminoácidos.-Intermedios del ciclo de Krebs.-Glicerol.
Cada precursor tiene un significado diferente. La gluconeogénesis ocurre sólo en algunos órganos muy concretos, sobretodo en hígado. La corteza renal también puede llevarla cabo.
Las plantas no lo hacen porque pueden fabricar glucosa a partir de CO2 mediante fotosíntesis. Pasar de Pyruvato a Glucosa es lo contrario de hacer glucólisis. La glucólisis tiene 3 reacciones irreversibles. Estas 3 reacciones son las únicas diferentes.
Figura 38 Esquemas sobre las diferentes conversiones de la gluconeogénesis31
Paso 1: Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato
En la matriz mitocondrial se dan las siguientes reacciones:
1.
31 http://grupos.unican.es7asignaturabioquimica7docuemtos7Jose/Tema%2021.%Gluconeogenesis.pdf
La enzima que actúa es la piruvato carboxilasa, es un tipo de reacción de carboxilación, interviene el complejo ATP-Magnesio.
2.
La enzima es la malato deshidrogenasa, el tipo de reducción es de óxido reducción.
El malato una vez sintetizado anteriormente es transportado al citoplasma por un acarreador de dicarboxilato específico para malato, succinato y fumarato
Una vez en el citoplasma se dan las siguientes reacciones:
3.
Este tipo de reacción es de óxido reducción y la enzima que actúa es la malato deshidrogenasa citoplasmático.
4.
La enzima que actúa es la fosfoenol piruvato descarboxilasa, el tipo de reacción es la fosforilación y descarboxilación.
Los pasos glucolíticos desde la novena reacción hasta la cuarta se logra por el aporte energético del paso siete de la glucólisis en donde se genera ATP.El estado de alta energía también implica una alta concentración del NAD reducido este hace que se revierta el paso seis de la glucólisis que es la conversión de 1,3-difosfoglicerato a gliceraldehído-3-fosfato por medio de la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.
Figura 39 Conversión desde fosfoenolpiruvato a glucosaEl gráfico muestra las reacciones desde la conversión de fosfoenolpiruvato a glucosa como se detalla a continuación:
Paso 2: Conversión de la fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato
Las células gluconeogénicas tienen la enzima fructosa-1,6-bisfosfatasa la cual cataliza la reacción inversa del paso cuatro.
El tipo de reacción es una hidrólisis, la enzima fructosa-1,6-bisfosfatasa se encuentra en las células del hígado y del riñón que son las células que realizan gluconeogénesis.
Figura 40 Paso de fructosa-1,6-bisfosfato a fructosa-6-fosfato32
32 http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema21-09.htm
En la figura anterior claramente se logra observar tanto a los activadores positivos y negativos tanto de la glucólisis como de la gluconeogénesis, los activadores negativos son los marcados con color rosa y los activadores positivos son los que se encuentran de color verde.
A mayor cantidad de ATP y NAD reducido se inhibe la glucólisis y se activa la gluconeogénesis.
A menor cantidad de AMP se detiene la glucólisis.
El tipo de reacción es una isomerización.
Paso 3: Conversión de la glucosa-6-6fosfato en glucosa
La irreversibilidad en este punto se da a través de enzimas específicas que se encuentra en el hígado que cataliza la hidrólisis de:
Tipo de reacción es una hidrólisis y la enzima que actúa es glucosa-6-fosfatasa, es una enzima específica que únicamente se encuentra en el hígado.
La reacción global de la gluconeogénesis es:
Figura 41 Balance energético de la gluconeogénesis
CICLO DE CORI
Mecanismo fisiológico por el cual el lactato, producido por la glucólisis de la glucosa en el músculo en contracción, es convertido de nuevo a glucosa en el hígado y devuelto a los músculos a través de la circulación.33
El músculo obtiene ATP a partir de la glucolisis. Cuando las condiciones del ejercicio son anaeróbicas la glucosa se degrada a lactato. El lactato es exportado a la circulación y es captado por el hígado. El hígado sintetiza glucosa de nuevo a partir de lactato por la ruta gluconeogénica.
33 http://myriam2hm3.blogspot.com/2009/04/ciclo-de-cori-mecanismo-fisiologico-por.html
Estas dos vías metabólicas que permiten el acoplamiento de la función de dos tejidos es lo que se conoce como el ciclo de Cori. El coste energético es de 4 enlaces P / cada glucosa que recorre ambas vías glicolítica-gluconeogénica.
Figura 42 Ciclo de Cori
El polisacárido de reserva en tejidos animales es el glucógeno, y aquí se va a estudiar su
degradación
(glucogenolisis) y su biosíntesis (glucogenogénesis).
SÍNTESIS DE GLUCÓGENO
Figura 43 Glucógeno
La síntesis de glucógeno se da en el hígado y en el músculo a partir de glucosa-6-fosfato, y se almacena dentro de los tejidos como gránulos de glucógeno.
La glucosa-6-fosfato se origina en el hígado de la gluconeogénesis o glucosa sanguínea, en cambio, en el músculo esuqelético se origina a partir de la glucosa sanguínea. Para que se genere glucógeno se forma glucosa-6-fosfato. Paso 1: La G-6-P se isomeriza a G-1-P
Cataliza la enzima fosfoglucomutasa.
Paso 2: Activación
La activación implica gasto de energía que proviene del UTP.
a) Activación de la G-1-P a UDP-glucosa, cataliza la UDP-glucosa pirofosforilasa
b) Polimerización o adición de unidades de glucosa sobre el glucógeno, por la glucogeno sintasa. Además se producen
Figura 44 Alargamiento de cadena
DEGRADACIÓN DE GLUCÓGENO GLUCOGENÓLISIS
Degradación del glucógeno, intervienen 2 enzimas:
Glucógeno fosforilasa esta enzima actúa sobre el enlace α-1,4para darnos como primer producto glucosa-1-fosfato.
Glucosa-1-fosfato se transforma en glucosa-6-fosfato
Glucosidasa que actúa sobre el enlace α-1,6
Si la concentración de glucosa-6-fosfato es alta actúa la glucógeno sintasa, favoreciendo la síntesis de glucógeno e inhibiendo la glucógeno fosforilasa.
Además de esto existe adrenalina y glucagón, hormonas que ejercen control sobre la glucogenólisis.
GLUCOGENOLISIS es la movilización o degradación por fosforólisis del glucógeno.
a) fosforólisis por glucógeno fosforilasa: La glucógeno fosforilasa cataliza la escisión fosforolítica (fosforólisis) del glucógeno para dar glucosa-1-P. La escisión fosforolítica del
glucógeno es energéticamente ventajosa porque el azucar liberado, G-1-P, ya está fosforilado.
El piridoxal-fosfato (PLP) participa como cofactor en la escisión fosforolítica del gucógeno, ejerciendo como catalizador ácido.
b) transferencia de restos e hidrólisis de los enlaces de las ramificaciones por la enzima desramificante, que libera glucosa sin fosforilar en la ruptura del enlace glicosídico α-1,6.
Figura 45 Glucogenólisis34
METABOLISMO DE LÍPIDOS
- Por su función son almacén de energía.- Macromoléculas Glicerol
Ácidos Grasos
- Son sustancias orgánicas insolubles en agua.- Se clasifican en Neutras: Triacilglicéridos
Ceras Fosfolípidos
Los principales lípidos de consumo humano son: Triacilglicéridos. Fosfolípidos de membrana. Esteroles.
34 http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema20-09.htm
Para que se dé la digestión de lípidos es importante tener enzimas, estas enzimas para la digestión de lípidos se lleva en el intestino delgado por medio de las lipasas hidrolíticas llamadas lipasas.Las lipasas pueden hidrolizar:
La acción de las lipasas sobre los TAG es la siguiente:
Cuando se trata de la degradación de los fosfolípidos internos, las fosfolipasas A1 y A2
A1 ataca a la cadena R1
A2 ataca a la cadena R2
Los Ácidos Grasos de cadena carbonada de 14 o más se difunden pasivamente en las células del epitelio intestinal éstas entran a la célula a favor de un gradiente de concentración de los ácidos grasos libres, la entrada de éstos ácidos libres a la célula va seguidamente por su unión a una proteína para formarse las lipoproteínas y éstos a su vez entra a un proceso de degradación.
Las lipoproteínas sirven para transportar las grasas hidrofóbicas en el plasma.El almacén de combustible celular más importante son los TAG en el tejido adiposo por los QUILOMICRONES éstos son degradados posteriormente para la producción de energía. Los quilomicrones son lipoproteínas.
Los quilomicrones (QM) son lipoproteínas formadas fundamentalmente por triglicéridos, hasta en un 95%; las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) son ricas en triglicéridos, hasta en un 75%; las lipoproteínas de baja densidad (LDL) son ricas en colesterol y proteínas, y tienen escasos triglicéridos; las lipoproteínas de alta densidad (HDL) también son ricas en colesterol y proteínas; y las lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) son derivadas del metabolismo de las VLDL y de los QM, siendo ricas en triglicéridos.35
35 Microsoft Encarta 2007. Citar como “quilomicrones”
Movilización de los depósitos de lípidosCuando se agota la glucosa disponible, los TAG y AG almacenados en el tejido adiposo son la principal fuente de energía para diferentes tejidos.Los TAG se hidrolizan por medio de las lipasas liberando ácidos grasos en circulación.Oxidación de los ácidos grasosLos ácidos grasos de la célula provienen de dos fuentes:
a) De la sangre.b) Hidrólisis de los TAG.
Para la oxidación de los AG se necesitan 3 pasos bien definidos:1. Activación.2. Transporte hacia la mitocondria.3. Degradación de los grupos Acetil-CoA formados en la matriz mitocondrial.
1) ACTIVACIÓNLa activación de los ácidos grasos consiste en convertir al ácido graso en un derivado del CoA, ese derivado se denomina:-Alcanoil.-Alquenoil.
Este proceso de activado se da por enzimas que se encuentran en la membrana mitocondrial externa sintetasa del CoA.
Como todos los procesos necesitan energía, ésta energía proviene de la hidrólisis del pirofosfato del ATP.
La enzima que interviene es la piro fosfatasa inorgánica cuando se está adicionando agua.
La reacción global de activación es:
Es una reacción altamente energética: ∆G°= -7Kcal/mol.
2) TRANSPORTELa segunda etapa que es el transporte necesitamos que el AG entre a la matriz mitocondrial para que se dé los procesos oxidativos.R-CO-S-CoA no puede atravesar la membrana mitocondrial interna por eso hay que ocupar una enzima transportadora llamada carntina acetil transferasa I se halla presente en la parte externa de la membrana interna de la mitocondria y cataliza la reacción en el rpoceso de entrada de tioéster aoxoéster.
Para atravesar la parte interna de la membrana interna existe otra enzima carnitina acetil transferasa II
ß-oxidación de los ácidos grasos.Reducción con FAD. Adición de agua. Reducción con NAD. Lisis de Acetil-CoA En complejo enzimático en matriz mitocondrial
o Reducción con FADCH3-...-CH2-CH2 CH2-CO-S-CoA + FAD ----> CH3-...-CH2-CH=CH-CO-S-CoA + FADH2Enzima AcilCoA deshidrogenasa. Irreversible
o Adición de agua CH3-...-CH2-CH=CH-CO-S-CoA + H2O <----> CH3-...-CH2-CHOH-CH2-CO-S-CoAEnzima Enoil CoA Hidrolasa. Reversible
o Reducción con NAD.CH3-...-CH2-CHOH-CH2-CO-S-CoA + NAD <---> CH3-...-CH2-CO-CH2-CO-S-CoA + NADH2Enzima 3 hidroxiacil CoA deshidrogenasa
o Lisis de Acetil-CoA CH3-...-CH2-CO-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH --->CH3-...-CH2-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoAEnzima Acetil CoA acetiltransferasa (tiolasa)
Figura 46 Balance energético del ácido palmítico36
GRASAS INSATURADASSigue el proceso de:
- Activación: hidrólisis piro fosfato a enoilCoA (Pasar la membrana externa de la mitocondria).
- Transporte: carnitina acil transferasa I a enoil carnitina cruza la membrana interna de la mitocondria.Carnitina acil transferasa II a enoilCoA a β oxidativa.
- Degradación: (grupos) formados acetilo
Aquí es especialmente recordar la acción de las epimerasas, que son las responsables en que el doble enlace cambie de lugar.
GRASAS CON NÚMERO DE CARBONO IMPARLos ácidos grasos de carbono par se producen por la fermentación de la grasa en el rumen de los bovinos donde grandes cantidades de ácido propiónico, el mismo que es absorbido y pasa a la sangre para sufrir degradación en el hígado y otros tejidos especialmente en el músculo esquelético.También podemos obtener un AG de 5 carbonos el que da como restos el propionil-CoA que se degrada sufriendo una descarboxilación.
36 http://picasaweb.google.com/lh/photo/iIpTkvasS_Jg5rjraslzAA
CH3
CCH2
C
O
O
O
CH3
CCH3
O
CH3C
CH2
COH
O
O
H
Acetoacetato Acetona
D-beta-hidroxibutirato
FORMACIÓN DE CUERPOS CETÓNICOSSe forman en el hígado y su oxidación se da en otros órganos, en humanos y mamíferos el metabolismo posterior al acetil-CoA formado en la oxidación de los AG puede proceder a través de 2 rutas en el hígado:
1. Oxidación en el ciclo de Krebs2. Ruta del aceto acetato y β hidroxi butirato que juntos con la acetona se conoce como
cuerpos cetónicos.
Este proceso ocurre principalmente en las mitocondrias del hepatocito, en las cuales el acetil-CoA es convertido en acetoacetato o D-b-hidroxibutirato. Estos compuestos junto con la acetona, son referidos como cuerpos cetónicos,
Figura 47Cuerpo cetónicos37
El acetato y el hidroxi butirato no son oxidados por el hígado, son transportados por la sangre a otros tejidos periféricos los cuales se oxidan en el ciclo de Krebs.
La formación del aceto acetato en el hígado se da por la siguiente reacción:
1. Dos moléculas de acetil-CoA son condensadas a acetoacetil-CoA por la tiolasa (acetil- CoA transferasa), que hace exactamente la dirección contraria del paso final de la b-oxidación.
2. Condensación de acetoacetil-CoA con un tercer acetil-CoA por la HMG-CoA sintasa que forma b-hidroxi--b-metilglutaril-CoA (HMG-CoA: que también es un precursor en
37 http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/cetogenesis1.html
la biosíntesis del colesterol). El mecanismo de reacción recuerda la reacción reversa catalizada por la tiolasa, en la cual, en el sitio activo un grupo tiol forma un intermediario acil-tioéster.
3. Degradación de HMG-CoA a acetoacetato y acetil-CoA, el mecanismo de esta enzima es análogo a la reacción reversa de la enzima citrato sintasa. En la actualidad no se sabe por qué esta aparentemente simple hidrólisis ocurre en esta manera indirecta.
El acetoacetato puede ser reducido a D-β-hidroxibutiratoEsta reacción es ctalaizada por la enzima b-hidroxibutirato deshidrogenasa
Esta molécula, el D-b-hidroxibutirato, es el estereoisómero del L-b-hidroxiacil-CoA que participa en la b-oxidación.
El acetoacetato es un compuesto inestable puede sufrir una reacción de descarboxilación a través de la enzima descarboxilasa del aceto acetato para:
La cetona se halla en grandes cantidades en personas que sufren diabetes.La formación de los cuerpos cetónicos es una ruta de rebose.
SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOSEl exceso de carbohidratos con respecto a la capacidad de almacenamiento de glucógeno se convierte en triacilglicéridos que se acumulan en grandes cantidades en diferentes partes del cuerpo, tanto los fosfolípidos, compuestos polares de membrana no se almacenan en el cuerpo en vista que las membranas experimentan cambio metabólico constante.
La síntesis de AG transcurre por pérdida o ganancia de 2 carbonos. Esta se da por una ruta diferente a la oxidación de AG así como por duferentes enzimas y en lugar distinto de la célula.La síntesis de AG ocurre en el citoplasma.
La biosíntesis participan un intermediario de 3 carbonos y también usa una carboxilación con el CO2.
El sistema de la sintetasa de AG catalizan la reacción global en la que se ensambla sucesivamente un acetil-CoA para darnos la ecuación global.
En esta ecuación el potencial de reducción es el NADPH+H+ el malonil es el precursor de los 7 grupos acetilo, y el otro proviene del acetil-CoA que interviene libremente podemos considerarle como unidad iniciadora de los AG, el resto de 2 carbonos se derivan del malonil-CoA en donde el malonil es un compuesto de 3 carbonos y para ingresar a la síntesis de AG sufre descarboxilación con pérdida de CO2.Todos los intermediarios del proceso de formación de AG son triésteres de una proteína llamada proteína transportadora del acilo ACP la misma que posee un grupo tioéster (SH) todas las biosíntesis se dan en el citosol de las células eucarióticas.
FORMACIÓN DEL MALONIL-CoAEl malonil CoA se forma a partir del acetil-CoA en el citosol. Este acetil-CoA procede de la mitocondria. Casi todos los acetil-CoA empleados en el metabolismo se forman en la mitocondria que se da por la oxidación del piruvato, oxidación de los AG y también por la oxidación de los aminoácidos en suma y en la matriz mitocondrial.
Los acetil-CoA salen al citosol utilizando una lanzadera de grupos acetilo para atravesar las membranas mitocondriales.
Este malonil es el precursor de los 14 carbonos del ácido plamítico, y los 2 da el acetil.
El sistema de la sintetasa del AG formado por 7 enzimas esta se encuentra en el citosol y estas enzimas se hallan organizadas con el fin de facilitar las etapas sucesivas de la síntesis de ácidos grasos.
1. acetil-CoA carboxilasa2. Acetil-CoA-ACP-transacilasa3. Acetil-CoA carboxilasa, Malonil-CoA-ACP transacilasa4. β-cetoacil-ACP-sintasa 5. β-cetoacil-ACP-reductasa 6. 3-hidroxiacil-ACP-deshidrasa7. Enoil-ACP-reductasa
La proteína portadora del grupo acilo tiene como coenzima al grupo 4-fosfopantoteína.
El enzima sintetasa posee 2 grupos sulfhidrilos esenciales:1. Cisteína2. ACP
Figura 48 Biosíntesis de ácidos grasos
DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS
El ciclo de la urea comparte con la mitocondria en el citosol.
H 2O NH4
AA + alfa-cetoglutarato Glutamato + esqueleto carbonado
Glutamato + NAD+ + alfa-cetoglutarato + + NADH+H+
Figura 49 Ciclo de la urea