METABOLISMO

El metabolismo tiene dos propósitos fundamentales: la generación de energía para poder realizar funciones vitales para el organismo y la síntesis de moléculas biológicas El metabolismo es el proceso general por el cual los sistemas vivos adquieren y utilizan la energía libre que necesitan para realizar las diversas funciones que ocurren dentro de ellos. Y lo consiguen acoplando las reacciones exoergónicas de la oxidación de los nutrientes a los procesos endoergónicos requeridos para mantener los sistemas vivos.

El metabolismo, por regla general, representa la suma de todos los cambios químicos que convierten los nutrientes, los materiales de partida utilizables por los organismos, en energía y productos celulares químicamente complejo, es decir, consiste literalmente en cientos de reacciones enzimáticas organizadas en rutas características. 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

FORMA DE OBTENCION DE CARBONO AUTOTROFOS utilizan la energía solar para poder fijar el CO 2. atmosférico (fuente de carbonos). HETEROTROFOS no pueden obtener el carbono del CO 2 atmosférico. Lo obtienen a partir de moléculas orgánicas complejas.

DEGRADACION BIOSINTESIS

GLUCÓLISIS

La glucolisis es la ruta por medio de la cual los azucares de seis átomos de carbono (que son dulces) se desdoblan, dando lugar a un compuesto de tres átomos de carbono, el piruvato. Durante este proceso, parte de la energía potencial almacenada en la estructura de hexosa se libera y se utiliza para la síntesis de ATP a partir de ADP Está presente en todas las formas de vida actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas ocurre en el citoplasma.

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, y el sustrato de seis carbonos se desdobla en dos azúcares- fosfato de tres carbonos.

1. Primera inversión del ATP En esta etapa la glucosa es fosforilada mediante un ATP, esta reacción es catalizada por la hexoquinasa

ATP :

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. 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.

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 redox.

7. Primera 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. 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. Síntesis del segundo compuesto de alta energía En esta reacción ocurre una deshidratación simple del 3- 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.

El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH. Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2 NAD +  2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H + + 2H 2 O ∆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.

3. La piruvatoquinasa en el hígado se inhibe en 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-BP