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BASES DEL METBOLISMO
PRIMARIO
Bioquimica
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¿QUÉ ES EL METABOLISMO?•El conjunto de todas las
transforac!ones "u#!cas "ue se$roducen en una c%lula u or&an!so' •(!entos de reacc!ones or&an!)adas en*rutas eta+,l!cas-
¿QUÉ ES U.A RUTAMETAB/LI(A? •Una ser!e de reacc!ones catal!)adasen)!0t!caente' •En una ruta1 un $recursor se con2!erte
en un $roducto a tra2%s de una ser!e de
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Los ingenieros debemos ver lacélula como un micro-reactor.
METABOLISMO3 Conjunto ordenado de reaccionesquímicas que permiten a la célula
obtener energía y poder reductor,así como sintetiarmacromoléculas.
METABOLISMO MICROBIANO
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METABOLISMO.
•!l eta+ol!so "del griego metabolé, #cambio$% esel conjunto de reacciones bioquímicas y procesos&ísico-químicos que ocurren en una célula o en unorganismo.
• !stos procesos interrelacionados entre si, son labase de la vida a escala molecular, y permiten lasdiversas actividades de las células' crecer,reproducirse, mantener sus estructuras, responder aestímulos, etc.
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4U.(IO.ES
• Las &unciones del metabolismo son' – (btener energía química.
– Conversi)n de los principios nutritivos e*)genosen precursores moleculares. – !nsamblaje de los precursores para &ormar'
proteínas, ac. +ucleicos, etc.
– ormaci)n y degradaci)n de biomoleculas. – esponder a estímulos e*ternos.
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ipos de metabolismo
• M' $r!ar!o' implica producir la energía,y nuevas moléculas que necesita para susacciones vitales de supervivencia y
reproducci)n.• M' secundar!o' La &ormaci)n deproductos es consecuencia de una serie dereacciones internas que la célula realia
como respuesta a condiciones adversas.
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B/0!0 1!L 2!/B(L302( 432/3(
• Los ingenieros debemos ver la célula como unmicro-reactor que opera en condiciones depresion, temperatura y volumen escencialmenteconstantes.
• 4ero, la célula es muc5o m6s que un simple
reactor. 7enera su propia energía y al mismotiempo se reproduce.• oda célula viva debe realiar entre otras las
siguientes &unciones' – /similaci)n de nutrientes y e*creci)n de los productos
metab)licos. – 1esdoblamiento de moléculas grandes y síntesis de los
componentes celulares "proteínas, lípidos, nucle)tidos%. – 2ovimientos, contracciones y otras &unciones &ísicas
propias de cada tipo de célula. – eproducci)n.
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eproduccion celular
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Metabolismo microbiano
nutrientes
Anabolismo(biosíntesis)
Componentescelulares
Fuente e ener!íaLu"Compuestos or!#nicosCompuestos inor!#nicos
Catabolismo(e!raaci$n)
%rouctos eesec&o
E EMo'imiento
Transporte e solutos
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4ases del eta+ol!so$r!ar!o
• /+/B(L302( ' ormaci)n o síntesis de compuestos químicos
"Biosíntesis%!+!78/ 9 moléc. 4eque:as moléc.
complejas
• C//B(L302( ' 1egradaci)n o descomposici)n de compuestos
Combustibles C(; 9 <;( 9 !+!78/ "< de C, grasas%
Las rutas catabolicas generan la energia quenecesita la celula para las rutas anabolicas.
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Pr!nc!$!os de +!oener&%t!ca• Bioenergética o
termodin6micabioquímica• 4rocesos
enderg)nicos
• 4rocesose*erg)nicos• La trans&erencia de
energia sucede a
través de dosmecanismos'moleculasatransportadoras"/4% o trasnporte
de electrones
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/cople catabolismo-anabolismo
• !l /4 es unamolecula queinterviene en latrans&erencia de
energía deprocesose*ergonicos a losendergonicos
• ambien son
importantes lasmoleculastransportadoras depoder reductor.+/1<, /1<.
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Catabolismo y anabolismo
• !l catabolismo es la &ase degradativa, en esta &ase las
moleculas nutritivas complejas "glucidos, lipidos yproteinas%, se degradan para producir moléculas massencillas como acido lactico, acido acetico, etanol, etc.
• !sto sucede a través de numerosas reaccionesenimaticas que estan debidamente ordenadas "rutas
metabolicas%.• !stas reacciones suceden con liberacion de energía libre.• Las rutas anabolicas "biosintesis% se inician con
moléculas simples que son metabolitos de rutas
catabolicas. Luego se sintetian moléculas base )mon)meros "aminoacidos, glucidos, acidos grasos%, y apartir de ellos se &orman luego las macromléculas"proetienas, carbo5idratos, etc%
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ener&#a6 $rocesos +!ol,&!cos consu!dores de ener&#a
NTRIENTES%ROCTORES
E ENER*+A CO,- .,O- N./
Catabolismo
A% 0 %i
AT%
TRABA7O
BIOL/8I(O(ontracc!,nuscular'Trans!s!,n !$ulsoner2!osos'
Trans$orteact!2o'B!os#ntes!s'
MACROMOL1CLAS
COM%LE2AS%RECRSORESSENCILLOS
anabolismo
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Ciclo energético.
• Las moelculas organicas como glucosa, contienen
elevada energía potencial, debido a su elevadaorganiaci)n.
• Las rutas catabolicas producen degradacion poro*idaci)n. /si la glucosa se o*ida con o*igeno
para dar = moleculas de C(; y = de agua,incrementando su entropía y liberando la energíapotencial en &orma de energía química.
• La energía libre de los combustibles celulares se
conserva' sea como enlaces covalentes en grupos&os&ato en /4, o sea como poder reductor en+/1<.
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!structura del /4
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/cci)n del /4
• /4 9 <;(
/14 9 4i• /14 9 <;( /24 9 4i
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4osfor!lac!on
• !s la adici)n de un grupo &os&ato a cualquier otra
molécula.• !n el metabolismo, la &os&orilaci)n es elmecanismo b6sico de transporte de energía desdelos lugares donde se produce 5asta los lugaresdonde se necesita.
• 2ecanismos de generacion de /4
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(o$uestos r!cos en ener&#a
• 2oléculas capaces de almacenarenergía como energía potencial, endobles enlaces &os&ato.
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Compuestos ricos en energía que intervienenen la &os&orilaci)n a nivel de sustrato
Compuesto Energía libre de hidrólisis ∆G0’ (kJ/mol)
Acetil CoA !"#$
%ropionil CoA !"#&
'utiril CoA !"#&
uccinil CoA !"#
Aceti*os*ato ++#,
'utiril*os*ato ++#,
-!bis*os*oglicerato "#.
Carbamil*os*ato !.#!
os*oenolpiruato "#&
Adenosina *os*osul*ato (A%) ,,
10*ormiltetrahidro*olato 2!#+
Energía de hidrólisis del A3% !#,
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!nergia en /4•La energía sealmacena en los
enlaces entre losgrupos &os&ato.•<ay un nivel deentalpía a sobrepasarantes de liberar esta
energía. !sto e*plicapor qué la 5idr)lisisde los enlacespiro&os&ato no sucedetodo el tiempo. Lasenimas son capacesde reducir eseumbral de entalpíapara utiliar la
energía liberada.
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Trans$orte de electrones
•
Muchos procesosquímicos celulares de gran
importancia: 3otosíntesis-respiraci$n celular , etc.
son procesos de
oxidación-reducción.
•Por ejemplo la glucosa se
oxida al perder electrones
en la respiración celular,
mientras que el oxígeno
los capta se reduce.
•El principal intermediario
es !"#$
Ciertas coen)!as act>antransportando estos electronesdesde las sustancias que seo*idan a las que se reducen' lostrans$ortadores de
electrones
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Poder reductor3 .AD9
Sitio reacti'o
NICOTINAMIA AENINA INCLE4TIO
NA0 en su %orma oxidada
&aceptor de electromes'
NA. en su %orma reducida
&donador de electrones'
Es una coen(ima, %ormadapor dos nucleótidos unidos a
tra)*s de sus grupos
%os%atos.
+u %unción principal es la
trans%erencia de electrones.
ACARREAORES E ELECTRONES
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ACARREAORES E ELECTRONES
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Poder reductor3 4AD
• !l /1<; "lavín /denin 1inucle)tidoreducido% no es un verdaderonucléotido, ya que no contiene elresto de a>car pentosa sino ela>car-alco5ol llamado ribitol.
• /ct>a como grupo prostético de las
enimas de o*idaci)n-reducci)nconocidos como ?avoproteínas.• /1 9 ; <9 9 ; e- /1<;
Otros acarreaores e electrones
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io%la)ina
la)ínmononucleótido
la)ina /soalloxa(ina
Otros acarreaores e electrones
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Otros acarreaores e electrones
0itocromos: Metaloproteínas con grupos hemo que acarrean electrones
1res tipos de 0itocromos: a, b c , seg2n el tipo de hemo su %orma de
unión a la proteína
cyt cyt c
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TRA.SPORTE DE .UTRIE.TES•0ucede a través de la
membrana celular.•Los lípidos restringen elpaso de sustanciassolubles en agua"polares%.
•!l agua es una e*cepci)npor tener un peque:ovolumen molecular.
•TIPOS DE TRA.SPORTE
•1i&usi)n pasiva•2ecanismos detransporte
–1i&usi)n &acilitada – ransporte activo'"cambio con&ormacional,translocaci)n de grupo
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D!fus!,n $as!2a: Osos!s
• D!fus!,n dea&ua a travésde unamembrana
que permite el?ujo de agua,pero no el dela mayoría desolutos.
• La $res!,nos,t!ca'
( i b
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(smosis y membranacelular
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1i&usi)n &acilitada
•La di&usi)n &acilitada es
motoriada por la energíapotencial derivada de lasdi&erencias de concentraci)n.•La di&usi)n &acilitada utiliacanales "&ormados porproteínas de membrana% parapermitir que moléculascargadas "que de otra manerano podrían atravesar lamembrana% di&undanlibremente 5acia a&uera y
adentro de la célula. !stoscanales son usados sobre todopor iones peque:os tales como@9, +a9, Cl-.•La glucosa entra en la mayor
parte de las células pordi&usi)n &acilitada.
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ransporte activo
equiere gasto deenergía paratransportar lamolécula de unlado al otro de
la membrana.(curre contra el
gradiente deconcentraci)n.
La célula utilia/4 como&uente deenergía.
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Mecan!so de ca+!oconforac!onal
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•0eg>n las &uentes de carbono y de energíapueden ser'•Por fuentes de car+ono'•/ut)tro&os. uente de C, es el C(;
•<eter)tro&os. 2oléculas carbonadas complejas•Por fuentes de ener&#a.
•ototro&os. uente de ! la lu•Auimiotro&os. uente de ! química.1escomposici)n de moléculas reducidas
4UE.TES DE MATERIA ; E.ER8IA
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(o+!nac!ones
• Los quimiolitoaut)tro&os. (btienen energía de la o*idaci)n de
compuestos inorg6nicos y carbono de la jaci)n del C(;'Eje$los3 +acter!as n!tr!<cantes1 +acter!as o5!dantesdel a)ufre1 +acter!as o5!dantes del =!erro1etc'
• Los &otolitoaut)tro&os . (btienen energía de la lu y carbonode la jaci)n del C(;, usando compuestos inorg6nicos como
equivalentes reductores. Eje$los3 (6ano+acter!a >a&uacoo e"u!2alente reductor1 (=loro+!aceae1(=roat!caceae >sulfuro de =!dr,&eno'
• Los quimiolito5eter)tro&os. (btienen energía de la o*idaci)nde compuestos inorg6nicos, pero no pueden jar C(;. Ej$lo3al&unos .!tro+acter s$$'1 @ol!nella >con =!dr,&enocoo e"u!2alente reductor1 al&unas +acter!aso5!dantes del =!dr,&eno'
• Los &otoorganotr)&os. (btienen energía de la lu y el carbono
y los equivalentes reductores de compuestos org6nicos
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(las!<cac!,n se&n la o+tenc!,n deener&#a 6 ater!a
Las rutas eta+,l!cas se desarrollan
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Las rutas eta+,l!cas se desarrollanen lu&ares es$ec#<cos de las c%lulas
N5CLEO Replicaci$n el
NA6 Síntesis t!" m!".NCLEOLO6síntesis r!".
RET+CLO ENO%L7SMICO+íntesis de lípidos, transporte intracelular.
RIBOSOMASSíntesis e proteínas6
8OL8IMadurac!,n de &luco$rote#nas 6 otros
co$onentes de las e+ranas'
CITOSOL*luc$lisis- parte e !luconeo!8nesis9 pentosas 3os3ato9síntesis e #cios !rasos- síntesis e nucle$tios6
MITOCONRIAS O:iaci$n elpiru'ato6 Ciclo ;rebs6 Fos3orilaci$no:iati'a6O:iaci$n e #cios !rasos6Catabolismo e amino#cios6