Metabolismo de la Energía Glucolisis
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Metabolismo de la Energía
Glucolisis
OBJETIVOS
• Glucòlisis: importancia, definiciòn, reacciones, localizaciòn de las enzimas, productos.
• Vìas de piruvato:
– Via anaeròbica • Fermentaciòn alcohòlica
• Fermentaciòn làctica
– Via aeròbica • Descarboxilaciòn oxidativa
Rutas metabólicas
• Para abordar cualquier tarea importante, una
célula lleva a cabo una serie ordenada y
secuencial de reacciones.
– Supone la participación de muchas enzimas
diferentes.
• Metabolismo palabra griega metaballein
significa «cambiar» • Cuando consideramos todas las reacciones químicas
que ocurren dentro de la célula,
• la vida a nivel celular se define como una red integrada de reacciones metabólicas cuidadosamente acopladas en la que cada una de ellas contribuye a la suma de las actividades que la célula debe llevar a cabo.
Rutas metabólicas
• Son de dos tipos generales.
• Las rutas en las que se sintetizan
componentes celulares se denominan
«rutas anabólicas»
• Aquéllas implicadas en la degradación de
constituyentes celulares se denominan
«rutas catabólicas»
• Rutas catabólicas:
– Son exergónicas (liberan energía),
disminución en el orden molecular,
incremento de entropía, pueden tener lugar
en condiciones aerobias como anaerobias.
• Rutas anabólicas:
– Incremento del orden molecular, disminución
local de la entropía y son endergónicas
(requieren energía).
DEGRADACION
BIOSINTESIS
• Obtener energía química a partir de la
energía solar o degradando nutrientes
del medioambiente.
• Convertir nutrientes en moléculas
propias de la célula.
• Polimerizar moléculas pequeñas en
macromoléculas (proteínas, ácidos
nucleicos y polisacáridos).
• Sintetizar y degradar biomoléculas
necesarias para funciones especificas
de la célula.
RUTAS
METABOLICAS
Metabolismo energético
quimiótrofo • Rutas y reacciones mediante las cuales
las células catabolizan nutrientes y
conservan, en forma de ATP, parte de la
energía libre que se libera en ellas.
– Oxidación la mayoría de las reacciones del
metabolismo energético quimiótrofo implican
reacciones oxidativas que producen energía
Oxidaciones biológicas
• Nutrientes como los carbohidratos, grasas
o proteínas son fuente de energía para la
célula significa que son compuestos
orgánicos oxidables y que su oxidación es
altamente exergónica
La glucosa es uno de los sustratos
oxidables más importantes del metabolismo
energético
• Aldohexosa Azúcar
de seis carbonos, que
tiene un grupo
carbonilo terminal.
(C6H12O6).
Principal fuente
de energía para
las células del
cuerpo
• La glucosa en torrente sanguineo
– procede, carbohidratos ingeridos, como la
sacarosa o el almidón o de la degradación del
glucógeno.
• En plantas, es el monosacárido liberado
por degradación del almidón.
Generación de ATP a partir de glucosa
• La degradación completa de glucosa a CO2 y H2O
C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O
• Esta reacción produce gran cantidad de energía libre en la combustión
completa de la glucosa a dióxido de carbono y agua:
DGº´= - 686 kcal/mol
• Para que esta energía sea utilizable, debe acoplarse a la síntesis de ATP
La oxidación de la glucosa
es altamente exergónica,
es una buena fuente
potencial de energía
Glucolisis
Glucolisis
• Es la VIA METABOLICA CATABOLICA principal para la descomposición de la glucosa en sus componentes más simples dentro de las células del organismo
.
Glucólisis Deriva del griego glyk-, “dulce,” y de lisis,
“rompimiento.” “aflojarse” o “separación”
Las reacciones en la glucólisis dan lugar a la conversión de glucosa a piruvato, con una ganancia neta de 2 ATP
Fermentación Oxidación
completa
Excepciones algunos microorganismos pueden obtener más de 5 moléculas
de ATP por glucosa, algunas plantas y animales adaptados a la anoxia
pueden obtener más de 2 moléculas de ATP por glucosa.
DEFINICIÒN RUTA
GLUCOLITICA
• La glucólisis, la etapa inicial en la degradación de glucosa
• Es la conversión de 1 glucosa a dos piruvatos ( compuesto tricarbonado.
• Es similar prácticamente en todas las células Eucariotas /Procariota
• Ocurre en ausencia de oxígeno. • Un conjunto de 10 enzimas cataliza las reacciones. • se efectúa en el citosol, parte acuosa del
CITOPLASMA de las células. • La glucolisis es común a los metabolismos aerobio y
anaerobio
Glucólisis
1o. Etapa • Inversión de Energía: se
invierten 2 ATP , para
fosforilar a la glucosa y
luego a la fructosa 6-P
• En estas reacciones se
establece el control de
esta vía metabólica
Primera fase
• Las cinco primeras reacciones constituyen
una fase de inversión de energía, en la que
se sintetizan azúcares-fosfato a costa de la
conversión de ATP en ADP.
• El sustrato de seis carbonos se desdobla
en dos azúcares-fosfato de tres carbonos.
1. Fosforilación de la Glucosa
Primera inversión del ATP
Hexoquinasa
La glucosa es fosforilada
mediante un ATP
,catalizada por la
hexoquinasa .
El ATP proporciona el
grupo fosfato, y la E que
resulta del proceso de
fosforilación.
Es altamente
exergónico (°= G =4,0
kcal/mol).
2. Isomerización de la glucosa-6-fosfato
• Esta reacción es la isomerización reversible de la aldosa, la glucosa-6-fosfato, a la correspondiente cetosa, la fructosa-6-fosfato, mediante la presencia de la enzima fosfoglucoisomerasa.
• Es una reacción fácilmente reversible, cuya dirección dependerá de la concentración de producto y sustrato para regularla.
3. Fosforilación de la Fructosa 6-P Segunda inversión de ATP
• La enzima fosfofructoquinasa (PFK1), realiza una segunda fosforilación ayudada de un ATP, para producir un derivado de hexosa fosforilado en los carbonos 1 y 6 llamada fructosa-1,6-bisfosfato.
4. Fragmentación en dos triosa fosfatos
• La enzima aldolasa, produce el desdoblamiento del azúcar, es decir el compuesto de seis carbonos, fructosa-1,6-bisfosfato .
• Produce dos intermediarios de tres carbonos.(GAP) y (DHAP).
5. Isomerización de la dihidroxiacetona
fosfato
• La enzima triosa fosfato isomerasa, convierte uno de los productos, la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido-3-fosfato.
Segunda fase
• Las cinco últimas reacciones corresponden a una fase
de generación de energía, en esta fase, las triosas-
fosfato se convierten en compuestos ricos en energía,
que transfieren fosfato al ADP, dando lugar a la síntesis
de ATP.
Glucólisis
2o. Etapa
• Producción de
Energía:
Glucólisis 2o. Etapa
• La oxidación del gliceraldehído 3-P se logra mediante la transferencia de electrones al NAD+, convirtiéndose en NADH
• Esta coenzima (transportadora de electrones) reducida debe volver a oxidarse, para poder oxidar a una nueva molécula de gliceraldehído 3-P
G-3-P
Transportador de e- (NAD+)
1,3-DPG PIR
Lact
Transportador de
e- (NADH)
6. Generación del primer compuesto de alta
energía
• Esta reacción la cataliza la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, para producir 1,3-Bifosfoglicerato y una molécula de NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina) y H+.
• El fosfato se ha introducido sin utilizar ATP, sino aprovechando la energía producida por la reacción oxidoredoreducción.
Coenzima
NAD
7. Hidrólisis del 1,3-difosfoglicerato fosforilación a nivel de sustrato
• En esta etapa el 1,3-bisfosfoglicerato
transfiere su grupo acil-fosfato al ADP
produciéndose la formación de ATP. La
reacción es catalizada por la
fosfoglicerato quinasa.
8. Isomerización del 3-Fosfoglicerato Preparación para la síntesis del siguiente compuesto de alta energía
• El 3-fosfoglicerato se isomeriza a través de la enzima
fosfoglicerato mutasa, transformándose en el 2-
fosfoglicerato .
9. 9. Deshidratación del 2-Fosfoglicerato
• En esta reacción ocurre
una deshidratación simple
del 2-fosfoglicerato para
dar el fosfoenolpiruvato
bajo la acción de la enzima
enolasa.
10. Segunda fosforilación a nivel de sustrato
• Desfosforilación del Fosfoenolpiruvato, obteniéndose
piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la
Piruvato quinasa.
Reacciones en la Glucólisis
RESUMEN • De una molécula de glucosa se tienen dos
moléculas de ácido pirúvico
• se invierten dos moléculas de ATP
• se obtienen cuatro ATP y dos moléculas
de NADH. (solo 2 ATP son ganancia).
glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi +2NAD+
2 ácido pirúvico + 2 ADP + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2
H2O
VIAS DEL PIRUVATO
• El destino del piruvato
depende de si el
oxígeno se encuentra
o no disponible. Su
destino depende del
tipo de organismo y
de si hay oxígeno
disponible.
Tipos de
fermentación • Depende del organismo (enzimas propias)
• Piruvato se convierte a: – Lactato (fermentación láctica)
principalmente en músculos
– Etanol (fermentación alcohólica) en organismos unicelulares como las levaduras
VIAS DEL PIRUVATO
ANAEROBIA
FERMENTACION
• Ocurre en el citosol
• Hay de dos clases – LACTICA: En celulas
musculares y eritrocitos
– ALCOHOLICA: en levaduras y algunas bacterias.
AEROBIA
DESCARBOXILACIO
N OXIDATIVA
• Ocurre en la matriz
mitocondrial
• Se forma Acetyl
CoA
Fermentación Láctica
El Piruvato se reduce a Lactato, por medio de la
enzima Lactato deshidrogenasa. El rendimiento
neto: 2 ATP, pero se regenera NAD+
FERMENTACION LACTICA
• Cada piruvato se convierte en acido làctico
• Esta reacciòn puede ser reversible.
• El acido làctico difunde hacia la sangre y es
transportado hacia el hìgado.
• Se verifica en las células musculares y
eritrocitos
• Ocurre a través de la LACTATO
DESHIDROGENASA
FERMENTACION
ALCOHOLICA • Se realiza en levaduras y algunas
bacterias
• Se convierte al piruvato en etanol y
CO2
• Las enzimas son la PIRUVATO
DESCARBOXILASA Y LA
ALCOHOLDESHIDROGENASA.
Fermentación Alcohólica
Reacción en donde participan 2 enzimas:
El Piruvato se descarboxila y se forma Acetaldehído (2C),
luego este se reduce a Etanol, utilizando NADH, el cual se
oxida a NAD+ . El rendimiento neto: 2 ATP
Gracias
Respiración Fermentación
Oxígeno
presente
Sin
Oxígeno
“la vie sans l'air”
Transporte
de
electrones e-
Reciclaje del NADH
• Condiciones aeróbicas (oxígeno disponible)
• el NADH sirve como fuente adicional de energía, dona sus electrones a la cadena de transporte de electrones
• reduce el O2 a H2O, proceso acoplado a la generación de ATP durante la fosforilación oxidativa
• Condiciones anaeróbicas:
• Ocurre la fermentación
• El rendimiento energético es menor, pero se logra la obtener NAD+ (oxidado)
El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH.
Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2 NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
∆G°’= -73,3 KJ/mol
Consume ATP Hexoquinasa
Fosfofructoquinasa
Produce ATP Fosfoglicerato quinasa
Piruvato quinasa
Produce NADH Gliceraldehido 3 P deshidrogenasa
Regulación de la glucólisis
• La glucólisis se regula enzimáticamente en los
tres puntos irreversibles de esta ruta, esto es, en
la primera reacción (G -- >G-6P), por medio de
la Hexoquinasa; en la tercera reacción (F-6P -->
F-1,6-BP) por medio de la PFK1 y en el último
paso (PEP --> Piruvato) por la Piruvatoquinasa.
1. La hexoquinasa es un punto de regulación poco importante, ya que se inhibe cuando hay mucho G-6P en músculo. Es un punto poco importante ya que el G-6P se utiliza para otras vías.
HQ: Inhibe G-6P
2. La PFK1 es la enzima principal de la regulación de la glucólisis, si está activa cataliza muchas reacciones y se obtiene más Fructosa 1,6 bifosfato, lo que permitirá a las enzimas siguientes transformar mucho piruvato. Si está inhibida, se obtienen bajas concentraciones de producto y por lo tanto se obtiene poco piruvato.
Esta enzima es controlada por regulación alostérica mediante: Por un lado se activa gracias a niveles energéticos elevados de ADP y AMP, inhibiéndose en abundancia de ATP y citrato, y por otro se activa en presencia de un metabolito generado por la PFK2 que es la Fructosa-2,6-Bisfosfato (F-2,6-BP)
La lógica de la inhibición y activación son las siguientes:
– ATP: inhibe esta enzima pues si hay una alta concentración de ATP entonces la célula no necesita generar más.
– Citrato: si hay una alta concentración de citrato entonces, se está llevando a cabo el ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs) y este ciclo aporta mucha energía, entonces no se necesita realizar glucólisis para obtener más ATP, ni piruvato.
– AMP, ADP: la baja concentración de estas moléculas implica que hay una carencia de ATP, por lo que es necesario realizar glucólisis, para generar piruvato y energía.
PFK1: Inhibe: ATP - Activa: ADP, AMP y F-2,6-BP.