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Capítulo 10Metabolismo
Enzimas
• Definición – biocatalizadores, aceleran las reacciones químicas en la célula.
• Características• Poder catalítico elevado – pocas
moléculas de enzimas modifican a muchas moléculas de sustrato en minutos o segundos.
• Especificidad – actúan sobre un sustrato o grupo de sustratos específicos
• Nomenclatura• Nombre del sustrato + sufijo asa
Enzimas
• Componentes:• Apoenzima: proteína• Cofactor: Componente no
proteico• Coenzima: Cofactor orgánico –
gen. Vitamina• Ion mineral
• Holoenzima: Apoenzima + cofactor
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Mecanismo de la Acción Enzimática
• E + S→ES→EZ→EP→E + P• E = Enzima• S = Sustrato• Sitio activo• ES = complejo enzima-sustrato• EZ = complejo inestable• EP = complejo enzima-producto• E = enzima• P = producto
Clasificación de las Enzimas
• Donde se utilizan• Endoenzimas – dentro de la célula• Exoenzimas – fuera de la célula
• Según su formación• Constitutivas – se sintetizan siempre • Inducibles – se sintetizan en
presencia de un sustrato específico
Clasificación de las Enzimas
• Según su función• Oxidoreductasas – transferencias de
electrones• Hidrolasas – reacciones de hidrólisis
(adición de agua)• Transferasas – transferencias de
grupos funcionales.• Ligasas – unión de moléculas
(enlaces);usa ATP.• Isomerasas – rearreglo de átomos • Liasas – remoción de átomos; sin
hidrólisis
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Condiciones (Factores) que Afecta la Acción Enzimática
• Temperatura
• pH
• } del sustrato
• Inhibidores• Inhibición competitiva• Inhibición no competitiva
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Enzimas Pueden ser Desnaturalizadas por Temperatura y pH
Concentración del Sustrato
Control de las Enzimas
Inhibición CompetitivaInhibición no Competitiva
Inhibición por Retroalimentación (producto final)
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Inhibición Competitiva Inhibición Competitiva
Inhibición No Competitiva Inhibición por Retroalimentación
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Metabolismo
• Definición – conjunto total de las reacciones químicas que ocurren en la célula. Necesita de:• Energía• Enzimas/coenzimas
• Fases o etapas• Catabolismo – procesos donde se
libera energía• Anabolismo – procesos donde se utiliza
energía
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Metabolismo Microbiano• Catabolismo provee la materia prima y la energía para anabolismo.
CatabolismoLiberación y Conservación de Σ
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Producción de Energía
• Oxidación – pérdida de electrones. Es cuando una sustancia dona electrones y/o átomos de hidrógeno.
• Reducción – ganancia de electrones. Es cuando una sustancia acepta electrones y/o átomos de hidrógeno.
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Generación de ATP
• Fosforilación a nivel de sustrato – síntesis de ATP a partir de ADP por fosforilación.
• Fosforilación oxidativa – formación de ATP utilizando la cadena de transporte de electrones.
• Fotofosforilación oxidativa (fotosíntesis) formación de ATP en fotosíntesis.
Generación de ATP
• ATP es generado por la fosforilación de ADP.
Generación de ATP
• Fosforilación a nivel de sustrato es la transferencia de un PO4
- (fosfato) rico en energía a ADP.
Fosforilación a Nivel de Sustrato
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Tipos NutricionalesDe Microorganismos
Tabla 11.1 Fuentes de C,Σ, y e-
Fuentes de CarbonoAutótrofos CO2, única o principal fuente
biosintética de CHeterótrofos Utilizan moléculas orgánicas
preformadas y reducidas, producidas por otros organismos
Fuentes de EnergíaFotótrofos LuzQuimiótrofos Oxidación de compuestos
inorgánicos u orgánicosFuente de electronesLitótrofos Reducción de moléculas
inorgánicasOrganótrofos Moléculas orgánicas
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CatabolismoHidratos de Carbono
TriglicéridosProteínas
“Fueling Reactions” * son parte de catabolismo
• Principales productos que se generan:• ATP
• Principal molécula usada para conservar energía
• Suplida por una fuente de energía• Poder reductor – sirven como
suplemento rápido de electrones (ej. NADH)
• Metabolitos precursores
“Fueling” Procesos de los Quimioorganótrofos
• Respiración aeróbica – aceptor final de e- es O2
• Respiración anaeróbica – aceptor final de e-• Inorgánicos (NO3
-, SO42-, Fe3+, SeO4
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• Orgánicos• Fumarato, ácido húmico
• Fermentación – compuestos orgánicos donan y aceptan electrones
Vías Usadas por los Quimioorganótrofos en Catabolismo
• Vías para el catabolismo de los (CH20)n
• Vías para el catabolismo de los triglicéridos, fosfolípidos
• Vías para el catabolismo de las proteínas
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Respiración
• Respiración aeróbica: El aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones es oxígeno molecular (O2).
• Respiración anaeróbica: El aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones no es O2. produce menos energía que la respiración aeróbica.
Respiración Anaeróbica
Aceptor de Electrones Productos
NO3– NO2
–, N2 + H2O
SO4– H2S + H2O
CO32 – CH4 + H2O
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Respiración Aeróbica de la Glucosa
• Glucólisis
• Vías alternas a la glucólisis• Vía Pentosa – fosfato• Vía Entner – Doudoroff
• Ciclo de Krebs
• Fosforilación oxidativa
Glucólisis
• Definición: degradación de la glucosa a piruvato
• Sinónimos: vía Emden Meyerhoff Parnas
• Lugar donde ocurre: matriz citoplasmática
GLUCOSA A PIRUVATO
De Glucosa a Piruvato
• Vía Embden Meyerhoff• Glucólisis * vía más común
• Vía Entner – Doudoroff (E-DP)
• Vía Pentosa Fosfato ó vía Hexosa Monofosfato(HMP)
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Etapa Preparatoria
• 2 ATPs se usan • Glucosa se cliva para
formar 2 Gliceraldehido 3-fosfato
PreparatoryStage
Glucose
Glucose6-phosphate
Fructose6-phosphate
Fructose1,6-diphosphate
Dihydroxyacetonephosphate (DHAP)
Glyceraldehyde3-phosphate(GP)
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Etapa de la Conservación de la Energía
• 2 Gliceraldehido-3- fosfato es oxidado a 2 ácido pirúvico
• 4 ATP son producidos• 2 NADH son producidos
1,3-diphosphoglyceric acid
3-phosphoglyceric acid
2-phosphoglyceric acid
Phosphoenolpyruvic acid(PEP)
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10 Pyruvic acid
Glucólisis
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Resumen de la Glucólisis
• Glucosa + 2 ATP + 2 ADP + 2 PO4– + 2 NAD+
2 ácido pirúvico+ 4 ATP + 2 NADH + 2H+
Vías Alternas a la Glucólisis
• Vía pentosa fosfato:• Opera con Glucólisis
• Vía Entner-Doudoroff: • No envuelve Glucólisis
Vías Alternas a la GlucólisisED y HMP
Vías Alternas a la Glucólisis
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Vía Pentosa Fosfato o Hexosa Monofosfato (HMP)
Vía Pentosa Fosfato ó Hexosa Monofosfato
• Vía pentosa fosfato – puede trabajar de forma aeróbica y anaeróbica• Produce:
• Pentosas• Eritrosa 4 fosfato - Importante en la
síntesis de aminoácidos aromáticos y vit. B6
• Ribosa -5 fosfato – importante en la síntesis de ácidos nucleicos
• Hexosas • 2 NADPH
Glucose → Pyruvate via E-DP Two stage linear pathway like Glycolysis; First stage unique; second stage identical.
KDPG the unique intermediate.
Yields 1 ATP, 1 NADH, 1NADPH.
Note one pyruvate is generated at each stage of the pathway.
Found in some Gram negative bacteria instead of Glycolysis (Rhizobium, Agrobacterium, Azotobacter, Pseudomonas)Enterococcus faecalis *Gram +
(KDPG) *
Etapa Intermedia o Preparatoria del Ciclo de Krebs
• Ácido pirúvico es oxidado y decarboxilado. Se forman:
• (2) acetil• (2) NADH• (2) CO2
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Oxidación del Piruvato
Ciclo de Krebs
• Sinónimos: Ciclo del ácidocítrico, ciclo del ácido tricarboxílico.
• Lugar donde ocurre:• Procariotas: Citoplasma• Eucariotas: Mitocondria
• Productos:• 2 GTP’s (forma directa)• 6 NADH • 2 FADH2• 6 CO2
Ciclo de Krebs
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Ciclo de Krebs
Respiration allows pyruvate to be completely oxidize to CO2.
First oxidative decarboxylation converts pyruvate to Acetyl-CoA by the multi-enzyme Pyruvate Dehydrogenase Complex – highly regulated “pacemaker”.
Acetyl-CoA (2C) forms citric acid (6C) by condensation with oxaloacetate (4C).
During the next 7 cyclic steps: Two additional decarboxylations.1 ATP by SLP.3 NADH & 1 FADH2 produced.Back to 1 oxaloacetate
Two cycles are required per glucose.
Krebs (TCA) Cycle
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Fosforilación Oxidativa
Cadena de Transporte de Electrones
Quimiosmosis
Vía Eucariota Procariota
Glucólisis Citoplasma Citoplasma
Etapa intermedia Citoplasma Citoplasma
Ciclo de Krebs Matriz de la Mitocondria Citoplasma
Fosforilación oxidativa
Membrana interna de la mitocondria (crestas)
Membrana celular
¿Dónde Ocurren los Procesos (Vías)?
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• Energía producida a partir de la oxidación de 1 glucosa usando respiración aeróbica
Vía ATP producidos
NADH producidas
FADH2producidas
Glucólisis 2 2 0
Etapa intermedia 0 2 0
Ciclo de Krebs 2 6 2
Total 4 10 2
ATP producido por la oxidación completa de 1 glucosa usando respiración aeróbica
•Vía
Por Fosforilación a
Nivel de Sustrato
Por Fosforilación Oxidativa
A partir de NADH
A partir
de FADH
Glucólisis 2 6 0Etapa intermedia 0 6
Ciclo de Krebs 2 18 4Total 4 30 4
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Fermentación de la Glucosa
• Ocurre en condiciones anaeróbicas.• Moléculas orgánicas actúan como
dadores y aceptores de electrones. • No utiliza la cadena de transporte de
electrones.• El NADH es oxidado a NAD+.• El aceptor de electrones es ácido pirúvico
o un derivado de éste.
NADNo O2Menos ATP, Regenera NAD
Fermentación
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Fermentación
• Fermentación alcohólica o etanólica. Produce alcohol etílico + CO2• Llevada a cabo por Saccaromyces cerevisiae
• Fermentación del ácido láctico. Produce ácido láctico.• Fermentación homoláctica. Produce ácido láctico
solamente.• Llevada a cabo por los géneros: Lactobacillus y Bacillus
• Fermentación heteroláctica. Produce ácido láctico y otros compuestos.
Fermentación
Fotosíntesis
• Foto: Conversión de energía lumínica (radiante) en energía química (ATP)• Reacciones dependientes de la luz
(lumínicas)
• Síntesis: Fijación del carbono en moléculas orgánicas• Reacciones independientes de la luz
(oscuras) o ciclo de Calvin-Benson
Fotofosforilación (Fotosíntesis)
• Oxigénica: 6 CO2 + 12 H2O + energía lumínica
C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
• Anoxigénica: CO2 + 2 H2S + energía lumínica [CH2O]x
+ 2 A + H2O
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Fotofosforilación Cíclica Fotofosforilación Acíclica
Ciclo de Calvin – Fijación del Carbono
Formación de Glucosa
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Catabolismo de los LípidosCatabolismo de las Proteínas
Proteasas extracelularesProteína Péptidos
Péptidos AminoácidosPeptidasas
Deaminación, descarboxilación, deshidrogenización Ácido orgánico Ciclo de Krebs
Vías Anfibólicas
• Definición – vías que participan tanto en catabolismo como en anabolismo
• Ejemplos• Vía Embden-Meyerhoff-Parnas
• Glucólisis• Gluconeogénesis
• Vía pentosa fosfato o hexosa monofosfato (HMP)
• TCA (ciclo de Krebs)