ATP sintasa. Esta enzima es un ensamble molecular que traslada la energía libre asociada con un gradiente de protones a la energía quimica asociada con el ATP. El gradiente de protnes guia la rotación de un componente del ensamble dentro del otro. Este movimiento rotacional a su vez guia la síntesis y la liberación del ATP.

Los colibris son capaces de hechos prodigiosos de resistencia Los colibris son capaces de hechos prodigiosos de resistencia. Por ejemplo el colibri de garganta rubí puede almacenar combustible para volar a traves del golfo de Mejico, una distancia de 500 millas, sin descansar. Esta hazaña es posible por su abilidad para convertir sus combustibles en la moneda de energía celular, ATP, representado por el modelo a la derecha.

F14. 1. Metabolismo de la Glucosa F14.1. Metabolismo de la Glucosa. La glucosa es metabolizada a piruvato en 10 reacciones ligadas. Bajo condiciones anaeróbicas, el piruvato es metabolizado a lactato y , bajo condiones aeróbicas, a AcetilCoA. Los carbones derivados de la glucosa son oxidados subsecuentemente a CO2.

Figura 14.2. Vias Metabolicas [De la Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (www.genome.ad.jp/kegg).]

Figura 14. 3. Estructuras del ATP, ADP, y AMP Figura 14.3. Estructuras del ATP, ADP, y AMP. Estos adenilatos consisten de adenina (azul), una ribosa (negro), y una unidad tri-, di- o monofosfato (rojo). El atom de fosforo mas interno se designa Pa, el medio Pb, y el mas externo Pg.

Figura 14.4. Estructuras de Resonancia del ortofosfato. Figura 14.5. Estructura de Resonancia Improbable. La estructura contribuye poco a la parte terminal del ATP, porque 2 cargas positivas son colocadas una junta a la otra.

Figura 14.6. Compuestos de alto potencial de transferencia de fosforilo. compounds Estos co`puestos tienen un potencial de trasnferencia fosforilo mayor que del ATP y pueden ser usados para fosforilar el ADP a ATP.

Tabla 14.1. Energias libres estandard de hidrolisis de algunos compuestos fosforilados kcal mol-1 kJ mol-1 Fosfoenolpiruvato -14.8 -61.9 1,3-Bisfosfoglicerato -11.8 -49.4 Creatina fosfato -10.3 -43.1 ATP (a ADP) - 7.3 -30.5 Glucosa 1-fosfato - 5.0 -20.9 Pirofosfato - 4.6 -19.3 Glucosa 6-fosfato - 3.3 -13.8 Glicerol 3-fosfato - 2.2 - 9.2

Figura 14. 7. Fuentes de ATP durante el Ejercicio Figura 14.7. Fuentes de ATP durante el Ejercicio. En los segundos iniciales, el ejercicio es realizado por compuestos de alta transferencia de fosforilos (ATP y creatine fosfato). Luego, el ATP debe ser regenerado por vias metabolicas.

Figura 14.8. Ciclo ATP-ADP. Este ciclo es el modo fundamental de intercambio de energia en sistemas biologicos.

Figura 14.9. Energia libre de Oxidacion de Compuestos simples de Carbono.

Figura 14. 10. Combustibles prominentes Figura 14.10. Combustibles prominentes. Las grasas son una fuente de combustible mas eficiente que los carbohidratos tales como la glucosa ya que el carbono en las grasas esta mas reducido. Figura 14.11. Los Gradientes de Protones. La oxidacion de combustibles puede ser la fuente de la formacion de gradientes de protones. Estos gradientes de protones pueden a su vez guiar la sintesis de ATP.

Figura 14. 12. Etapas del catabolismo Figura 14.12. Etapas del catabolismo. La extracción de energía de los combustibles se pueden dividir en tres etapas. La 1ra es la formación de los monómeros (aa, monosacáridos y ácidos grasos). La 2da es la formación de AcetilCoA. La 3ra es la generación de ATP.

Las vías metabólicas contienen motivos recurrentes Figura 14.13. Estructuras de las Formas Oxidadas de los transportadores de Electrones Derivadas de la Nicotinamida. La Nicotinamida adenina dinucleotido (NAD+) and la nicotinamida adenina dinucleotido fosfato (NADP+) son transportadores importantes de los electrones de alta energia. En el NAD+, R = H; en el NADP+, R = PO32-.

Los transportadores activados Muestran el diseño modular y la Economía metabólica Figura 14.14. Estructura de las Formas Oxidadas de la Flavina Adenina Dinucleotido (FAD). Este transportador de electrones consiste de una unidad de flavina mononucleotido (FMN) (en azul) y una unidad AMP (en negro).

Figure 14. 15. Structures of the Reactive Parts of FAD and FADH2 Figure 14.15. Structures of the Reactive Parts of FAD and FADH2. The electrons and protons are carried by the isoalloxazine ring component of FAD and FADH2.

Figure 14.16. Structure of Coenzyme a (CoA). Acyl groups are important constituents both in catabolism, as in the oxidation of fatty acids, and in anabolism, as in the synthesis of membrane lipids. The terminal sulfhydryl group in CoA is the reactive site. Acyl groups are linked to CoA by thioester bonds. The resulting derivative is called an acyl CoA. An acyl group often linked to CoA is the acetyl unit; this derivative is called acetyl CoA.

Table 14.2. Some activated carriers in metabolism Carrier molecule in activated form Group carried Vitamin precursor ATP Phosphoryl NADH and NADPH Electrons Nicotinate (niacin) FADH2 Riboflavin (vitamin B2) FMNH2 Coenzyme A Acyl Pantothenate Lipoamide Thiamine pyrophosphate Aldehyde Thiamine (vitamin B1) Biotin CO2 Tetrahydrofolate One-carbon units Folate S-Adenosylmethionine Methyl Uridine diphosphate glucose Glucose Cytidine diphosphate diacylglycerol Phosphatidate Nucleoside triphosphates Nucleotides Table 14.2. Some activated carriers in metabolism

Reacciones claves en el metabolismo Type of reaction Description Oxidation-reduction Electron transfer Ligation requiring ATP cleavage Formation of covalent bonds (i.e., carbon-carbon bonds) Isomerization Rearrangement of atoms to form isomers Group transfer Transfer of a functional group from one molecule to another Hydrolytic Cleavage of bonds by the addition of water Addition or removal of functional groups Addition of functional groups to double bonds or their removal to form double bonds Table 14.3. Types of chemical reactions in metabolism

Reacciones de oxido reduccion Reacciones de ligacion

Reacciones de isomerizacion Reacciones de transferencia de grupo

Reacciones hidroliticas Reacciones de adición de grupos funcionales a enlaces doble o la eliminación de grupos para formar dobles enlaces.

Figure 14. 17. Metabolic Motifs Figure 14.17. Metabolic Motifs. Some metabolic pathways have similar sequences of reactions in common in this case, an oxidation, the addition of a functional group (from a water molecule) to a double bond, and another oxidation. ACP designates acyl carrier protein.

Figure 14. 18. Energy Charge Regulates Metabolism Figure 14.18. Energy Charge Regulates Metabolism. High concentrations of ATP inhibit the relative rates of a typical ATP-generating (catabolic) pathway and stimulate the typical ATP-utilizing (anabolic) pathway.

Figure 14.19. Adenosine Diphosphate (ADP) Is an Ancient Module in Metabolism. This fundamental building block is present in key molecules such as ATP, NADH, FAD, and coenzyme A. The adenine unit is shown in blue, the ribose unit in red, and the diphosphate unit in yellow.