BOLILLA 11 (Ing. en Alim): Integración metabólica. Papel del ATP. Requerimientos de poder reductor. Compartimentalización enzimática. Niveles enzimáticos.

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1 BOLILLA 11 (Ing. en Alim): Integración metabólica. Papel del ATP. Requerimientos de poder reductor. Compartimentalización enzimática. Niveles enzimáticos. Centros de control de las principales vías metabólicas: glicólisis, ciclo de Krebs, vía pentosa, gluconeogénesis, metabolismo del glucógeno, metabolismo de ácidos grasos. Encrucijadas metabóicas: glucosa-6-fosfato, piruvato y acetil coenzima A. Diferencias entre el metabolismo aeróbico y anaeróbico en células eucariotas y procariotas. Importancia en la industria biotecnológica. BOLILLA 11 (Lic. en BIOL. Molec.): INTEGRACIÓN METABÓLICA. Papel regulador del ATP. Requerimientos de poder reductor. Mecanismos de regulación metabólica. Compartimentalización enzimática. Niveles enzimáticos: Enzimas inducibles. Centros de control de la principales vías metabólicas: glicolítica, Ciclo de Krebs, Pentosa fosfato, Gluconeogénesis, Glucógenolisis, Glucógeno-génesis, lipogénesis, lipólisis. Encrucijadas metabólicas: glucosa-6- fosfato, piruvato y acetil-CoA. Perfil metabólico de los órganos más importantes: hígado, músculo, tejido adiposo y cerebro. CICLO AYUNO-ALIMENTACIÓN. Adaptaciones metabólicas. Mecanismos. Regulación hormonal. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

2 CatabolismoAnabolismo METABOLISMO Estructuras complejas Estructuras simples GG DEGRADACION SINTESIS La estrategia básica del metabolismo es obtener: 1- Energía y poder reductor del entorno. 2- Precursores para la biosíntesis de macromoléculas. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

3 Nutrientes Contenedores de Energía Carbohidratos Lípidos Proteínas VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa) Productos finales carentes de Energía CO 2 H 2 O NH 3 NAD + NADP + FAD ADP+HPO 4 2- NADH NADPH FADH 2 ATP Energía Química Moléculas Precursoras Monosacáridos Ácidos grasos Aminoácidos Bases nitrogenadas VIAS ANABOLICAS (Síntesis reductora) Macromoléculas Celulares Polisacáridos Lípidos Proteínas Ácidos Nucleicos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

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5 METABOLISMO INTERMEDIO El metabolismo posee una estructura coherente y con aspectos comunes con la gran cantidad de reacciones que se producen en todos los organismos vivos. Gran numero de reacciones  pocas clases de reacciones  con mecanismos de regulación similares Las vías metabólicas están interrelacionadas asegurando así un comportamiento funcional, unitario del organismo. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

6 Vías anabólicas divergentes Vías catabólicas convergentes Compuestos de muy distinto origen y naturaleza pueden llegar a formar los mismos metabolitos y alcanzar igual destino. También a partir del mismo compuesto pueden originarse sustancias muy diversas. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

7 Ejemplo general de convergencia QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

8 Ejemplo general de divergencia QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

9 Equilibrio dinámico AnabolismoCatabolismo QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

10 PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE Y EN EQUILIBRIO  POSEE DISPOSITIVOS DE CONTROL QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE REALICE EN LA DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADA  ESTO ES LO QUE SE DENOMINA  REGULACIÓN METABÓLICA QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

11 Regulación del metabolismo REGULACION DE ENZIMAS COMPARTIMENTALIZACION ACTIVIDAD LOS NIVELES DE ENZIMAS (LENTA) - [SUSTRATO] - MODULADORES ALOSTERICOS - MODIFICACION COVALENTE VELOCIDAD DE SÍNTESIS TRANSCRIPCION TRADUCCION VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN (RÁPIDA) CITOSOL MITOCONDRIA PEROXISOMA RETIC. ENDOPLASM. LISOSOMA QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

12 «El ATP es la unidad biológica universal de energía» Se genera por oxidación de combustibles metabólicos. El gran potencial para transferir enlaces fosfato de alta energía capacita al ATP para ser utilizado en distintos tipos de trabajo celular: - Contracción muscular - Transporte activo -Amplificacion de señales - Biosíntesis QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

13 Papel regulador del ATP GlucógenoGrasasProteínasAcidos Nucleicos Glucosa-6-P Aminoácidos Purinas y Pirimidinas ATP NH 3 CICLO DE KREBS Ciclo Urea Ácidos Grasos Acetil-CoA Vías que consumen energía (Biosíntesis) Procesos generadores de energía (Degradación) (+) (-) QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

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15 El CICLO DE KREBS y la β -OXIDACION de Acs. Grasos suministran NADH y FADH 2. NADH Y FADH 2 transfieren su poder reductor a la cadena respiratoria, para finalmente dar ATP por fosforilación oxidativa La VÍA DE LAS PENTOSAS y la reacción de la ENZIMA MALICA suministran el NADPH necesario. NADPH es el principal dador de electrones para las BIOSÍNTESIS reductoras Flujo del Poder Reductor para la síntesis de ATP

16 - Las macromoléculas se construyen a partir de una serie relativamente pequeña de precursores. - Las vías metabólicas que generan ATP y NADPH producen también precursores para la biosíntesis de moléculas mas complejas. Por ejemplo: Glicólisis  DHAP  Glicerol  TG Ciclo de Krebs  Succinil.Coa  Porfirinas (HEM) Vía de las Pentosas  Rib-5-P + NADPH  Nucleótidos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

17 LAS VIAS BIOSINTÉTICAS Y DEGRADATIVAS SON CASI SIEMPRE DIFERENTES Síntesis y degradación  Ácidos grasos  Glucógeno  Glucosa ESTO POSIBILITA QUE AMBOS MECANISMOS SEAN TERMODINÁMICAMENTE FAVORABLES Una biosíntesis se hace exergónica cuando se acopla la hidrólisis de ATP Piruvato  glucosa  gluconeogénesis  +++ Consumo de ATP Glucosa  piruvato  glucólisis  ----- Consumo de ATP QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

18 Compartimentalización del metabolismo

19 QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

20 Encrucijadas metabólicas GLUCOSA-6-P GLUCOSA-6-P PIRUVATO PIRUVATO ACETIL-CoA ACETIL-CoA QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

21 GLUCOSA-6-FOSFATO GLUCONEOGENESIS GLUCOGENOLISIS GLUCOGENOGENESIS GLUCOSA SANGUINEA VIA DE LAS PENTOSAS VIA GLICOLITICA Hígado QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Destinos de metabólicos de la Glucosa-6-P

22 Origen y destinos metabólicos del Piruvato Glucosa-6-fosfato Oxalacetato PIRUVATO Lactato Alanina ACETIL-CoA C.K. CO 2 Otros monosacáridos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

23 GLUCOSA 2 PIRUVATO VG Aerobiosis O2O2 Anaerobiosis O2O2 Fermentación Alcohólica (levaduras, algunos vertebrados marinos) Fermentación Láctica (músculo en contracción vigorosa, eritrocitos, bacterias lácticas) 2 Etanol + 2 CO 2 2 Lactato2 Acetil-CoA + 2 CO 2 4 CO 2 + 4 H 2 O CK Células animales (excepción eritrocitos), vegetales y muchos microorganismos. Destinos del Piruvato según las condiciones y tipos celulares Fermentación Acética (gluconobacter y acetobacter) QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

24 Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA 3-Hidroxi-3metil-glutaril- CoA (HMG-CoA) Colesterol Cuerpos cetónicos CO 2 Acidos grasos Ciclo Krebs Biosíntesis Degradación Aminoácidos cetogénicos PIRUVATO ACETIL-CoA CO 2 QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

25 Perfiles metabólicos de los órganos más importantes Cada tejido y cada órgano tiene una función especializada que se pone de manifiesto en su actividad metabólica. - Hígado  papel central en el metabolismo  procesa y distribuye metabolitos a los otros órganos a través de la circulación. - Tejido muscular  utiliza energía metabólica para producir movimiento. - Tejido adiposo  almacena y libera lípidos  usados como combustible - Cerebro  bombea iones y libera neurotransmisores para producir señales eléctricas. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

26 Metabolismo de los monosacáridos en el Hígado Glucosa-6-P Glucosa DIETA Glucosa en Sangre Vía Pentosas Glucógeno Glucogenolisis QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Precursores de Glucosa  lactato y alanina de músculo, glicerol del TA y aac. glucogénicos de la dieta V. Glicolítica PIRUVATO Acetil-CoA C. de Krebs Síntesis de Acidos grasos

27 TG y/o CE hepáticos Ácidos grasos DIETA EsterifEsterif Metabolismo de los Ácidos Grasos en el HÍGADO Lipoproteínas plasmáticas NADH, FADH 2  -oxidación ACETIL-CoA Ciclo del acido citrico ATP +H2OH2O CO 2 HMG-CoA Colesterol Cuerpos cetónicos Ayuno Ácidos grasos libres en la sangre Tejido Adiposo QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

28 Aminoácidos en el hígado Aminoácidos DIETA Aminoácidos Proteínas musculares Metabolismo de los Aminoácidos en el Hígado Proteínas hepáticasProteínas plasmáticas Proteínas tisulares Aminoácidos en sangre Nucleótidos Hormonas Porfirinas NH 3 Urea Glucógeno en el músculo Glucosa ATP DEGRADACION PIRUVATO Acetil-CoA CICLO KREBS El hígado prefiere como combustible los α-cetoácidos derivados de la degradación de AAs antes que la Glucosa QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.