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ESCUELA:

NOMBRES:

BIOQUÍMICA- II BIMESTRE

FECHA:

GESTIÓN AMBIENTAL

Bioq. Farm. Luis Cartuche

OCTUBRE 2008 – FEBRERO 2009

1

Metabolismo Celular

Rutas metabólicas. Catabolismo

Glucólisis Ciclo de Krebs Fosforilación oxidativa

Anabolismo Fotosíntesis

PROCESOS CATABÓLICOS

1. ESQUEMA GENERAL DEL CATABOLISMO 

En los procesos catabólicos las moléculas orgánicas se van

degradando, paso a paso, hasta formar otras moléculas más

simples y, finalmente, sustancias inorgánicas. Globalmente son

procesos de oxidación en los que las moléculas orgánicas van

perdiendo electrones que, tras pasar por una cadena

transportadora, son captados por una molécula aceptora de

electrones final. En esos procesos la energía liberada permite

la formación de moléculas de ATP.

Según quien sea el aceptor final de electrones se pueden diferenciar dos modalidades:

§         Fermentación. El aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, por lo que se trata de una oxidación incompleta y un proceso anaerobio.

  §         Respiración celular. El aceptor final de electrones

es una sustancia inorgánica.

Si es el O2, se trata de una respiración aerobia que realizan la mayoría de los organismos; si es otro compuesto inorgánico (NO3

-, SO42-, CO2), se trata de una respiración

anaerobia, exclusiva de ciertos microorganismos.

Los procesos catabólicos se pueden iniciar a partir de

varios sustratos orgánicos, especialmente glúcidos,

lípidos y proteínas. En cualquier caso, al final, las

diferentes rutas metabólicas de la respiración celular

confluyen en el ciclo de Krebs, y los electrones

liberados en el proceso pasan a la cadena

respiratoria para formar ATP por fosforilación

oxidativa. Una variante a este esquema general es el

desvío o la ruta alternativa de las fermentaciones

EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

Los glúcidos se consideran nutrientes energéticos (1 gramo de glúcidos aporta como promedio 4 kcal).

En su catabolismo, primero los polisacáridos se descomponen hasta formar finalmente glucosa.

Concretamente, en los animales, el glucógeno acumulado en las células hepáticas o en las fibras musculares se va hidrolizando por un proceso de glucogenolisis.

La glucosa entra a continuación en una secuencia de reacciones.

• Glucólisis• Del griego glycos: azúcar y lysis: ruptura. Es el primer

paso de la respiración, es una secuencia compleja de reacciones que se realizan en el citosol de la célula y por el cual la molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de ác. pirúvico.Es el ciclo metabólico más difundido en la naturaleza, también se lo conoce como ciclo de Embden-Meyerhof . Se lo encuentra en los cinco reinos. Muchos organismos obtienen su energía únicamente por la utilización de este ciclo. El mismo esta catalizado por 10 enzimas que se encuentran en el citoplasma de la célula pero no en las mitocondrias.Recuerde que es el inicio de un proceso que puede continuar con la respiración celular (si existe oxígeno) o con la fermentación (en ausencia del oxígeno)

Consiste en diez reacciones consecutivas (nueve etapas), que tienen lugar en el citosol, en las que se diferencian dos fases:

a) Fase preparatoria. Se consumen 2 moléculas de ATP para transformar una de glucosa en 2 de gliceraldehído 3-fosfato.

b) Fase de beneficio. Se obtienen 2 moléculas de NADH y 4 moléculas de ATP, formándose al final de la glucólisis 2 de piruvato

Glucólisis

VIAS ANAEROBIAS

FERMENTACIÓN

Ocurre en ausencia del oxígeno. El ácido pirúvico se fermenta en ácido

láctico o etanol. Este proceso no produce ATP sino que

regenera las moléculas de coenzima aceptoras de electrones, necesarias para que la glucólisis continúe. Por ejemplo el NAD⁺ que es necesario para

la oxidación del gliceraldehído fosfato.

FERMENTACIÓN ALCOHOLICA

En el 1º paso la piruvato descarboxilasa produce la ruptura de la molécula de ácido pirúvico con desprendimiento de CO2. ◦ El pirofosfato de tiamina (TPP) actúa como

coenzima.

En el 2º paso, se oxida el NADH y se reduce el acetaldehído.

La reducción del grupo aldehído a alcohol es catalizada por la enzima alcohol-deshidrogenasa.

En esta paso se recupera NAD⁺ El etanol y el CO2 son los productos finales

de la ruta.

Fermentación láctica En ella el piruvato se transforma en lactato. La realizan diversas

bacterias (Lactobacillus...) que fermentan la leche, y se utilizan para obtener derivados lácteos. Por otro lado, también la pueden llevar a cabo las células musculares cuando no reciben suficiente oxígeno. Así, cuando se realiza un esfuerzo intenso y prolongado, los músculos obtienen un poco de energía extra sin necesidad de oxígeno, recurriendo a la fermentación; pero las consecuencias de este proceso serán, posteriormente, las agujetas

METABOLISMO AEROBIO

CICLO DE KREBS

Casi todos los compuestos orgánicos (azúcares y grasas especialmente) se descomponen hasta formar acetil-CoA: un grupo acetilo de dos carbonos, unidos al coenzima A.

El acetil-CoA se incorpora a una secuencia cíclica de reacciones químicas que se conocen con el nombre de ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Este ciclo tiene lugar en la matriz mitocondrial y consiste en una secuencia de ocho reacciones consecutivas. En el conjunto de esas reacciones tienen lugar, básicamente, los siguientes acontecimientos:

Se liberan 2 moléculas de CO2, que se puede considerar que proceden del grupo acetilo del acetil-CoA, con lo cual se consigue una oxidación completa de la materia orgánica. El CO2 será, por tanto, el producto residual último de la respiración aerobia.

§         Los electrones más los protones (hidrógeno), que pierde el grupo acetilo al oxidarse, van a parar, en cuatro fases, a transportadores de electrones, formándose 3 moléculas de NADH + H+ y una molécula de FADH2. El poder reductor de estas moléculas será transferido luego a través de la cadena respiratoria mitocondrial.

§         En un paso del ciclo tiene lugar una fosforilación a nivel de sustrato que origina una molécula de GTP (equivalente desde el punto de vista energético a un ATP)

Ciclo de Krebs

Formación del ácido cítrico

La enzima citrato sintasa fue descrita por Severo Ochoa quien la denominó como enzima condensante, pues lleva a cabo una condensación aldólica entre el metilo del AcetilCoA y el carbolio del oxalacetato

Formación del isocitrato

La aconitasa cataliza la interconversión entre estos isómeros. La enzima contiene Fe(II) y necesita un tiol como cisteína o glutatión (Glu-Cys-Gly) para efectuar la reacción. Cataliza la adición reversible de H2O al doble enlace del ácido cis-aconítico, el H y el OH del agua siempre se acoplan en posición trans entre ellos a través de la formación del intermediario cis-aconitato.

Formación del a-cetoglutarato

Es una descarboxilación oxidativa del isocitrato para formar -ceto(oxo)glutarato y la generación de la primera molécula de CO2 y NADH del ciclo. La enzima que cataliza la reacción es la isocitrato deshidrogenasa, que existe en dos isoformas, una dependiente de NAD+ que sólo se encuentra en mitocondria y otra dependiente de NADP+ que también está en citoplasma.

  La enzima dependiente de NAD+ es el catalizador principal

de la vía, necesita ADP como modulador positivo, así como Mg2+. Es un homooctámero de 380,000 que es inhibido por NADH y ATP. La isocitrato deshidrogenasa dependiente de NADP+ no es alostérica.

Formación de Succinil-CoA

En animales, es una oxidación irreversible del -ceto(oxo)glutarato, proceso catalizado por el complejo de la -ceto(oxo)glutarato deshidrogenasa que consiste en la descarboxilación oxidativa de un cetoácido (-ceto(oxo)glutarato), liberando el segundo CO2 y NADH del ciclo del ácido cítrico. El proceso en general recuerda la reacción catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa; en este caso las enzimas que forman el complejo son: -cetoglutarato deshidrogenasa (E1), dihidrolipoil transsuccinolasa (E2) y dihidrolipoil deshidrogenasa (E3). La reacción es análoga a la oxidación del piruvato a Ac-CoA y se produce por el mismo mecanismo, participan como coenzimas: PPi de tiamina, ácido lipóico, CoA, FAD+, y NAD+

Formación del succinato

Es una disociación del succinil-CoA, la CoA no se pierde por simple hidrólisis, sino en una reacción de conservación de la energía con el difosfato de guanosina y fósforo inorgánico.

La enzima es la succinil-CoA sintetasa (también llamada succinato tiocinasa), que sintetiza un enlace de alta energía en el GTP. Se ha encontrado que el mecanismo se lleva por la fosforilación de la enzima en una histidina, el mecanismo de reacción consiste de tres eventos:

1.- Succinil-CoA + Pi + Enzima (E) E-Succinil-P + CoA2.- E-succinil-P E-P + succinato3.- E-P + GDP E + GTP.El GTP cede su –P al ADP para formar ATP reacción catalizada por

la nucleósido difosfato cinasa, esta es una fosforilación a nivel de sustrato como la que cataliza la piruvato cinasa en la glucólisis.

Formación del Fumarato

La oxidación del succinato es catalizada por la succinato deshidrogenasa, flavoproteína que contiene FAD unido covalentemente.

FAD-ribitol-P-P-ribosa

I I

Flavina Adenina  Esta enzima está unida a la membrana interna mitocondrial, el FAD

actúa como un aceptor de hidrógenos en la reacción. Esta enzima es una ferrosulfoproteína de 100,000 kDa, que contiene un

FAD, 8 átomos de Fe y 8 de azufre; es un heterodímero. En la subunidad mayor (70,000 kDa), se encuentra el FAD, 4Fe y 4S; la otra subunidad es de 30,000 Da. La succinato deshidrogenasa es activada por succinato, fósforo inorgánico, ATP, y coenzima Q (CoQ) reducida. Por otra parte, es inhibida por oxaloacetato, su actividad es mucho mayor que las demás enzimas del ciclo y que las de la cadena respiratoria.

Formación del L-Malato

La hidratación reversible del fumarato a L-malato es catalizada por la fumarasa, que es una enzima hidratasa.

La fumarasa tiene un peso molecular de 200,000 kDa, es un homotetrámero activo (sus monómero son inactivos cuando se separan). Esta enzima es Inhibida por ATP, y es estereoespecífica para su substrato.

Formación del OxalacetatoEs la última reacción del ciclo. La malato deshidrogenasa NAD+

dependiente cataliza la oxidación del L-malato a oxaloacetato. Es una enzima estereoespecífica, se encuentran 2 isoformas en animales, una mitocondrial y otra citoplásmica.

La Cadena Respiratoria y la Fosforilación Oxidativa

Los transportadores de electrones NADH y FADH2, originados

fundamentalmente en el ciclo de Krebs, pero también en otros procesos catabólicos, albergan el poder reductor que les confieren los electrones “energéticos” que transportan.

Esa energía será liberada, poco a poco, a lo largo de la cadena respiratoria que tiene lugar en las crestas y en la membrana mitocondrial interna. En dicha membrana existen tres complejos enzimáticos transportadores de electrones: - El complejo NADH deshidrogenasa- El complejo citocromo b-c1<

- El complejo citocromo oxidasa

Tanto el NADH como el FADH2 ceden los electrones “energéticos” a la cadena formada por esos tres transportadores y, a medida que pasan de un transportador a otro, los electrones van liberando energía. Esa energía (según la teoría quimiosmótica de Mitchell) permite el bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso de la mitocondria. De este modo se genera un gradiente electroquímico de protones, con una concentración de protones mayor en el espacio intermembrana que en la matriz

La fuerza protón-motriz generada, impulsa los protones a través de las ATP sintetasas presentes en la membrana mitocondrial interna, permitiendo la unión del ADP a un grupo fosfato, con la consiguiente formación de ATP. El conjunto de estos procesos, que culminan con la formación de ATP, constituyen la fosforilación oxidativa

Con fines prácticos, aunque no es del todo exacto, se considera que una molécula de NADH permite la formación de 3 moléculas de ATP, mientras que una de FADH2 sólo aportará 2 ATP.

Tanto los electrones como los protones, que han sido impulsados a lo largo de la cadena respiratoria, deben unirse a un aceptor final. En la respiración aerobia el aceptor último de electrones (y protones) es el O2, que al unirse al H2, forma H2O como producto final.

Β-Oxidación lipídica

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