METABOLISMOMETABOLISMO

• El metabolismo tiene dos propósitosf d t l l ió d ífundamentales: la generación de energíapara poder realizar funciones vitales para elorganismo y la síntesis de moléculasbiológicas

• El metabolismo es el proceso general por el• El metabolismo es el proceso general por elcual los sistemas vivos adquieren y utilizanla energía libre que necesitan para realizarlas diversas funciones que ocurren dentro delas diversas funciones que ocurren dentro deellos. Y lo consiguen acoplando lasreacciones exoergónicas de la oxidación del t i t l d ó ilos nutrientes a los procesos endoergónicosrequeridos para mantener los sistemasvivos.

El metabolismo, por regla general, representa la suma de todosEl metabolismo, por regla general, representa la suma de todoslos cambios químicos que convierten los nutrientes, losmateriales de partida utilizables por los organismos, enenergía y productos celulares químicamente complejo, esdecir, consiste literalmente en cientos de reaccionesdecir, consiste literalmente en cientos de reaccionesenzimáticas organizadas en rutas características.

• Obtener energía química a partir de la energía solaro degradando nutrientes del medioambiente.

• Convertir nutrientes en moléculas propias de lacélula.

• Polimerizar moléculas pequeñas enlé l ( í á id l i

RUTAS

METABOLICAS macromoléculas (proteínas, ácidos nucleicos ypolisacáridos).

• Sintetizar y degradar biomoléculas necesarias paraf i ifi d l él l

METABOLICAS

funciones especificas de la célula.

FORMA DE OBTENCION DE CARBONOFORMA DE OBTENCION DE CARBONO

• AUTOTROFOS utilizan la energíasolar para poder fijar el CO2 atmosféricosolar para poder fijar el CO2. atmosférico(fuente de carbonos).

HETEROTROFOS d• HETEROTROFOS no puedenobtener el carbono del CO2 atmosférico.Lo obtienen a partir de moléculasorgánicas complejas.g p j

DEGRADACIONDEGRADACION

BIOSINTESIS

GLUCÓLISISGLUCÓLISIS

La glucolisis es la ruta por medio de• La glucolisis es la ruta por medio dela cual los azucares de seis átomosde carbono (que son dulces) sedesdoblan dando lugar a undesdoblan, dando lugar a uncompuesto de tres átomos decarbono, el piruvato.

• Durante este proceso, parte de laenergía potencial almacenada en laestructura de hexosa se libera y seest uctu a de e osa se be a y seutiliza para la síntesis de ATP apartir de ADP

• Está presente en todas las formasde vida actuales. Es la primera partedel metabolismo energético y en lasg ycélulas eucariotas ocurre en elcitoplasma.

Primera fasePrimera fase

• Las cinco primeras reacciones constituyen una fase deinversión de energía en la que se sintetizan azúcares-inversión de energía, en la que se sintetizan azúcaresfosfato a costa de la conversión de ATP en ADP, y elsustrato de seis carbonos se desdobla en dos azúcares-fosfato de tres carbonos.

1. Primera inversión del ATP1. Primera inversión del ATP

E t t l l f f il d di t• En esta etapa la glucosa es fosforilada mediante un

ATP, esta reacción es catalizada por la hexoquinasa

2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato2. Isomerización de la glucosa 6 fosfato

• Esta reacción es la isomerización reversible de la• Esta reacción es la isomerización reversible de laaldosa, la glucosa-6-fosfato, a la correspondientecetosa, la fructosa-6-fosfato, mediante la presencia de laenzima fosfoglucoisomerasaenzima fosfoglucoisomerasa.

• Es una reacción fácilmente reversible, cuya direccióndependerá de la concentración de producto y sustrato

l lpara regularla.

3. Segunda inversión de ATP3. Segunda inversión de ATP

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

4. Fragmentación en dos triosa fosfatos4. Fragmentación en dos triosa fosfatos

• La enzima aldolasa, produce el desdoblamiento delazúcar, es decir el compuesto de seis carbonos,fructosa-1 6-bisfosfato produce dos intermediarios defructosa-1,6-bisfosfato produce dos intermediarios detres carbonos.(GAP) y (DHAP).

5. Isomerización de la dihidroxiacetona f f tfosfato

L i t i f f t i i t d l• La enzima triosa fosfato isomerasa, convierte uno de losproductos, la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido-3-fosfato.

Segunda faseSegunda fase

• Las cinco últimas reacciones corresponden a una fased ió d í t f l t ide generación de energía, en esta fase, las triosas-fosfato se convierten en compuestos ricos en energía,que transfieren fosfato al ADP, dando lugar a la síntesisq gde ATP.

6. Generación del primer compuesto de alta íenergía

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

• El fosfato se ha introducido sin utilizar ATP, sinoaprovechando la energía producida por la reacciónredox.

7. Primera fosforilación a nivel de sustrato7. Primera fosforilación a nivel de sustrato

• En esta etapa el 1,3-bisfosfoglicerato transfiere su grupoacil-fosfato al ADP produciéndose la formación de ATPacil fosfato al ADP produciéndose la formación de ATP.La reacción es catalizada por la fosfoglicerato quinasa.

8. Preparación para la síntesis del siguiente t d lt ícompuesto de alta energía

• El 3-fosfoglicerato se isomeriza a través de la enzimafosfoglicerato mutasa, transformándose en el 2-g ,fosfoglicerato

9. Síntesis del segundo compuesto de alta íenergía

• En esta reacción ocurre una deshidratación simple del 3-fosfoglicerato para dar el fosfoenolpiruvato bajo lafosfoglicerato para dar el fosfoenolpiruvato bajo laacción de la enzima enolasa.

10. Segunda fosforilación a nivel de sustrato10. Segunda fosforilación a nivel de sustrato

• Desfosforilación del Fosfoenolpiruvato, obteniéndosepiruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por laPiruvato quinasaPiruvato quinasa.

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

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

∆G°’= -73,3 KJ/mol

Consume ATP HexoquinasaFosfofructoquinasa

Produce ATP Fosfoglicerato quinasaPiruvato quinasa

Produce NADH Gliceraldehido 3 P deshidrogenasa

Regulación de la glucólisisRegulación de la glucólisis

• La glucólisis se regula enzimáticamente en lostres puntos irreversibles de esta ruta, esto es, enla primera reacción (G -- >G-6P), por medio dela Hexoquinasa; en la tercera reacción (F-6P -->F 1 6 BP) por medio de la PFK1 y en el últimoF-1,6-BP) por medio de la PFK1 y en el últimopaso (PEP --> Piruvato) por la Piruvatoquinasa.

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

HQ: Inhibe G-6P

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

Esta enzima es controlada por regulación alostéricamediante: Por un lado se activa gracias a nivelesmediante: Por un lado se activa gracias a nivelesenergéticos elevados de ADP y AMP, inhibiéndose enabundancia de ATP y citrato, y por otro se activa enpresencia de un metabolito generado por la PFK2 quepresencia de un metabolito generado por la PFK2 quees la Fructosa-2,6-Bisfosfato (F-2,6-BP)

La lógica de la inhibición y activación son las siguientes:– ATP: inhibe esta enzima pues si hay una alta

concentración de ATP entonces la célula no necesitagenerar más.

– Citrato: si hay una alta concentración de citratoentonces se está llevando a cabo el ciclo del ácidoentonces, se está llevando a cabo el ciclo del ácidocítrico (o ciclo de Krebs) y este ciclo aporta muchaenergía, entonces no se necesita realizar glucólisispara obtener más ATP ni piruvatopara obtener más ATP, ni piruvato.

– AMP, ADP: la baja concentración de estas moléculasimplica que hay una carencia de ATP, por lo que esnecesario reali ar gl cólisis para generar pir atonecesario realizar glucólisis, para generar piruvato yenergía.

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

3. La piruvatoquinasa en el hígado se inhibe eni d ATP A til C i A (A C A)presencia de ATP y Acetil Coenzima-A (A-CoA), y se

activa gracias de nuevo ante la F-2,6-BP.

PQ: Inhibe: ATP A CoA Activa: F 2 6 BPPQ: Inhibe: ATP, A-CoA - Activa: F-2,6-BP