1 Bloque 1: Metabolismo Tema 1: Los biocatalizadores y enzimas Tema 2: El metabolismo anabólico Tema 3: El metabolismo catabólico Realizado Prof: Alberto Batllori

2 Tema 3: El metabolismo catabólico 1. El catabolismo 2. Tipos de catabolismo 3. Catabolismo de los glúcidos 4. Las fermentaciones 5. Catabolismo de lípidos 6. Catabolismo de proteínas y aminoácidos

El catabolismo Catabolismo: conjunto de reacciones bioquímicas que transforman las macromoléculas en moléculas orgánicas pequeñas, y éstas en inorgánicas. Durante este proceso se libera energía Tienen unas primeras vías convergentes, hasta acetil CoA y se denomina catabolismo intermediario y los compuestos que van apareciendo metabolitos. Suelen ser reacciones de óxido-reducción donde se liberan electrones que pasan a transportadores de electrones y los metabolitos pasan de niveles energéticos elevados a más bajos.

Tipos de catabolismo Según el grado de oxidación de la materia orgánica y según cual sea el aceptor final de electrones se distinguen: A. Respiración: la oxidación es completa y el aceptor final de electrones es un compuesto inorgánico: * Respiración aeróbica: el oxígeno es el aceptor; los productos finales después de la cadena respiratoria son H 2 O y CO ATPs * Respiración anaeróbica: el nitrógeno (NO 3 - ), el azufre(SO 4 2- ) o CO 2 son los aceptores finales dando lugar a NH 4, SH 2 o CH 4 después de la cadena respiratoria ATPs. Bacterias B. Fermentación: oxidación no completa de la materia orgánica. Un compuesto orgánico es el aceptor final de electrones. Se obtiene poca energía (2 ATP) pues no hay cadena respiratoria. Hongos

Catabolismo de glúcidos La primera fase és la hidròlisi en els sistemes digestius (organismes pluricel·lulars) o en vacúols digestius (unicel·lulars) gràcies a enzims. Únicament els monosacàrids poden entrar en el sistema circulatori. Produeix calor. La segona fase cel·lular pot ser: * aeròbica amb una fase final mitocondrial. * anaeròbica (en els músculs) o fermentativa Cómo actúan los enzimas

Catabolismo de glúcidos 1. La glucolisis o ruta de Embden-Meyerhof Proceso en el que la glucosa se oxida en dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato. Características: 1. Es citoplasmática 2. Es anaeróbica (no requiere oxígeno) 3. Comienza con una activación (-2ATP) 4. Produce: * 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP fosforilación a nivel de sustrato * 2 NAD + 2e - + 2H + 2 NADH 2 5. Produce 2 moléculas de piruvato 2 CH 3 – CO - COOH Glucolisis de manera sencilla

Catabolismo de glúcidos 3. El cicle de Krebs El pirúvico entra en la matriz y se produce una descarboxilación oxidativa produciendo acetato activo + NADH 2 + CO 2 El cicle de Krebs o cicle del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos se produce en organismos aeróbicos gracias a enzimas solubles en la matriz mitocondrial. El catabolismo de lípidos y proteínas convergen a este nivel. Algunos del metabolitos pueden ser utilizados para sintetizar aminoácidos no esenciales Reacción descarboxilativa del pirúvico

Catabolismo de glúcidos 3. El cicle de Krebs Este conjunto de reacciones requieren cantidades elevadas del coenzima NAD, de tal forma que si no está sincronizada con la cadena respiratoria (regenera NAD) se colapsa, y no deja entrar pirúvico Características: 1. Requiere indirectamente oxígeno 2. Produce por cada acetil CoA: * 3 NADH 2 * 1 FADH 2 * 1 ATP 2 descarboxilaciones = 2 CO 2 Explicación detallada del cicle de Krebs

Catabolismo de glúcidos 4. La cadena respiratoria Proceso acoplado a enzimas de membrana (deshidrogenasas y citocromos) El NADH 2 y el FADH 2 (en lugares de acoplamiento diferentes) se oxidan liberando e - (viajan por citocromos produciendo la salida de los protones al espacio intermembranoso) y H + por lo que baja el pH. En último lugar los electrones son captados por el ½O 2 +2e - O 2- Para aumentar la eficacia de este proceso, la mitocondria puede: * Aumentar las crestas: aumenta la superficie membranosa interna * Dividirse: aumenta el número de mitocondrias Partes de la mitocondria y funciones

Catabolismo de glúcidos 5. La fosforilación oxidativa Según la teoría quimiosmótica de Mitchel el gradiente eléctrico y químico provoca el paso de los protones por un enzima especial (localizado a nivel del cloroplasto y mitocondria) llamado ATPsintetasa esto permite a este enzima convertir esta energía en energía química sintetizando ATP (ADP + P i ). 1 NADH 2 3 ATP 1 FADH 2 2 ATP Los protones, al pasar, son captados por el oxígeno: 2 H + + O 2- H 2 O o agua metabólica Cadena respiratoria

Catabolismo de glúcidos 6. Balance energético de la degradación aeróbica de la glucosa La glucosa es la molécula energética por excelencia. Algunas células, como las neuronas, es su único combustible para obtener energía. Comparación en la producción energética

Las fermentaciones Al final de la glucolisis el ácido pirúvico, si no hay oxígeno suficiente y la demanda energética es elevada, entra en las vías fermentativas: * Tienen lugar en el citoplasma * Son mucho menos energéticas (2ATP) * Las producen levaduras, algunas bacterias y células musculares. * Regeneran el NAD + * El aceptor final de electrones y protones es un compuesto orgánico

Las fermentaciones 1. La fermentación láctica Única fermentación que realizan las células musculares. La producción de ácido láctico provoca una cierta acidosis, pero el producto final no es tóxico, cristaliza (dolor muscular y agujetas) y la reacción es reversible en presencia de oxígeno en el hígado Con Lactobacillus elaboramos el yogurt y queso.

Les fermentaciones 2. La fermentación alcohólica A partir de 2 ácidos pirúvicos procedentes de una glucosa se producen 2 moléculas de alcohol etílico y 2 moléculas de CO 2. Lo realizan levaduras como Saccharomyces. Después se puede destilar para aumentar la concentración de alcohol (no suelen resistir más del 16%). La degradación del etanol en el hígado es una reacción inversa, que produce acetaldehído, que a su vez provoca dolor de cabeza (resaca) Fermentaciones on line

Las fermentaciones 3. La fermentación acética y butírica La fermentación butírica es la transformación de derivados glucídicos vegetales, como almidón o celulosa, en ácido butírico CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH que hace mal olor. La producen bacterias anaeróbicas como Clostridium butiricum que ayudan a la descomposición rápida de la materia La fermentación acética produce la transformación del etanol en ácido acético (principal componente del vinagre). Lo realizan bacterias oxidativas como Acetobacter aceti 2CH 3 -CH 2 OH + O 2 2CH 3 -COOH + 2H 2 O

Catabolismo de lípidos Los lípidos almacenados tienen la función de reserva energética. El enzim lipasa los digiere y obtiene ácids grasos y glicerol. Cada uno sigue su vía, inicialmente citoplasmática. Los ácids grasos siguen, tras una activación citoplasmática una serie de  oxidaciones o hélices de Lynen. Es necesario combinarse con el CoA para ser oxidados y transformarse en acil CoA con gasto de un ATP Una molécula de 16 carbonos produce 130 ATP: * 7  -oxidaciones:- 8 acetil CoA (matriz mitocondrial)- 7 NADH FADH 2 8 Ciclos de Krebs en la matriz mitocondrial

Catabolismo de les proteínas i los aminoàcids Un aminoácido se puede eliminar por: 1.Transaminación 2.Catabolismo 3.Anabolismo proteico 4.Desaminación Una proteína será digerida en el hombre gracias a la acción del pepsinógeno (pepsina más ácido clorhídrico gástrico) y se obtienen aminoácidos y calor