Metabolismo

Conjunto de reacciones químicas simultáneas que producen las células. Por esto podemos hacer ejercicio, la mitocondria genera atp.

Todo lo que hacemos como materia viva requiere energía.

Para transformar la energía son indispensables las enzimas (proteínas que permiten que las reacciones se hagan a alta velocidad)

El metabolismo es sumamente coordinado y dirigido por sistemas enzimáticos que cooperan para:

1. Captar energía ( solar y nutrientes)2. Sintetizar y degradar biomoléculas3. polimerizar biomoleculas (aminoácidos) precursoras a macromoléculas4. Convertir moléculas

La energía obtenida por ej de los azucares, se junta con el ADP y se obtiene ATP. El atp es nuestra batería. NADP y FADH deben ser cargadas con protones.

Por ej, al comer carne, la degradamos a aminoácidos y esos AA los utilizamos para crear nuestras proteínas. CATABOLISMO y ANABOLISMO

Tipos de energía cinética

a. Energía calórica o térmicab. Energía radiante ( energía universal que todos recibimos)c. Energía eléctrica

Energía potencial

- Energía almacenada en enlaces químicos- Energía en gradiente de concentración- Energía potencial eléctrica : Energía por separación de cargas, creando un campo eléctrico

Materia: todo lo que nos rodea. Tiene masa volumen y ocupa un lugar en el espacio.

Energía: capacidad de un sistema para realizar un trabajo.

Sistema: Conjunto de materia que esta intercambiando energía con el ambiente. (Abierto o cerrado)

Termodinámica: Rama de la física que se preocupa de los cambios de energía en la naturaleza y el ambiente.

Bioenergética: estudio de los cambios de energía que acompañan a las reacciones químicas en nuestro organismo. Explica porque o no ocurren las reacciones químicas.

Primera ley de la termodinámica

La energía total del sistema, mas la de su entorno no se crea ni se destruye, solo se transforma. Los seres vivos son sistemas abiertos por los que circula la energía transformada para ajustarse a sus requerimientos.

Por ej, de energía radiante a energía química gracias a la fotosíntesis.

Energía radioactiva: los átomos se “destruyen” liberando gran cantidad de energía.

BALANCE DE ENERGIA POR UNA HOJA DE ARBOL

Energía total absorbida:

a) Radiación solar ( la transforma a química por fotosíntesis)b) Radiación infrarroja ( la que rebota de los alrededores)

E. Total abs = E. emitida + E. Almacenada (química producto de fotosíntesis)

E. Emitida: radiación infrarroja + calor

La energía total permanece constante.

Segunda ley de la termodinámica

La dirección de todo proceso espontáneo es tal como incrementa la entropía (desorden) de un sistema más sus alrededores.

La entropía depende de la temperatura, a mayor T°, mayor entropía.

Al haber más movimiento de partículas es más inestable la sustancia.

Al cero absoluto, la entropía de una sustancia pura es cero.

ENERGIA LIBRE DE GIBBS

Si conocemos los cambios de energía libre a temperatura y presión constante, podemos predecir si una reacción es espontánea o no.

∆G= valor final – valor inicial

No interesan los pasos de la reacción.

∆G°= variación de energía libre estándar. A concentración 1,0 M, pH 7 y 25°C.

∆G= ∆H-T∆S H: Entalpía (cantidad de calor del sistema liberada o absorbida durante la reacción)

T: T° Absoluta (T°C + 273°K) S: Entropía

∆G: cambio en energía libre.

- Energía para hacer trabajo- Se acerca a cero a medida que la reacción se acerca al equilibrio- Predice si una reacción es favorable

Todos los sistemas tienen a minimizar su contenido de energía libre.

∆G < 0 = reacción espontanea. Exergónica.

∆G > 0 = reacción no espontánea. Endergónica.

∆G = 0 EQUILIBRIO.

Una reacción endergónica no se produce si yo no le inyecto energía.

MANEJO DE ENERGIA POR SERES VIVOS

- Ocurre en múltiples etapas que favorecen la reversibilidad- Acoplada en cadena de reacciones de modo que una vía exergónica sea usada por una o

más reacciones endergónicas o viceversa. ( por ejemplo que una reacción exergónica le proporcione energía a una reacción endergónica)

- Reacciones químicas REDOX (cuando una sustancia se oxida libera electrones y baja su contenido de energía, la sustancia que recibe esos electrones se reduce y aumenta su energía).

- Transferencia de grupos químicos (transferencia de grupos como el acetilo o fosforilo, la sustancia que posee estos grupos queda energizada)

REACCIONES ACOPLADAS

Reacciones que no pueden transcurrir espontáneamente pueden producirse si se acoplan con la hidrólisis de atp por ejemplo.

PAPEL CENTRAL DEL ATP EN EL METABOLISMO

Es utilizado como combustible en la mayoría de los procesos celulares. Cuando el atp entrega energía queda como ADP, de esa manera la molécula puede utilizar la energía que necesita.

TRANSPORTADORES ELECTRONICOS ESPECIALIZADOS

Permiten las reacciones endergónicas.

FOTOSINTESIS: reacción de reducción

RESPIRACION CELULAR: reacción de oxidación

METABOLISMO OXIDATIVO DE LA GLUCOSA

Los alimentos son hidrolizados en tres etapas para producir ATP

1. Rotura enzimática de las moléculas de los alimentos a sus sub unidades monoméricas (de proteínas a AA, de lípidos a ac.grasos). (Digestión) EXTRACELULAR: INTESTINO ; INTRACELULAR: LISOSOMA

El azúcar de 6 carbonos pasa a ser ácido pirúvico ( 3 C) y el producto de esta glicolisis pasa a la mitocondria ( donde ocurre la oxidación de la glucosa)

Llega la glucosa a la célula, en la membrana de la mitocondria existen transportadores de glucosa.

GLUT 1: Introduce la glucosa al interior de la célula, nos proporciona toda el azúcar que estamos utilizando

GLUT2: lo toma el hígado en las células beta, es menos sensible, solo se activan cuando tenemos la glicemia baja.

GLUT 4: en las células musculares y células grasas, dependen de la insulina, están en vesículas, y cuando la insulina los estimula estas vesículas se van a la membrana y se unen a ella para ayudar a la captación.

Esto puede ser por difusión facilitada, el transportador tiene un conducto para facilitar la entrada de mayor a menor concentración de azúcar.

Cuando la concentración es poca afuera, se utiliza el cotransporte que es encontra del gradiente, utiliza el sodio para ingresar glucosa a la célula.

GLUCÓLISIS

10 reacciones

Primero la glucosa se prepara para ser hidrolizada, la glucosa entra a la celula donde es fosforilada, quedando en glucosa 6-fosfato, luego hay un movimiento de átomos donde la glucosa se transforma en fructosa y se vuelve a fosforilar quedando en fructosa 1,6-difosfato. La prepara energéticamente para romperla.

Se rompe en dos moléculas de 3 carbonos, la dihidroxacetona fosfato y el gliceraldehido 3-fosfato, con un gasto de 2 ATP.

A estas dos triosas se les inyecta fosfato y los NAD+ se reducen a NADH.

Se producen 4 ATP y 2 NADH finalmente.

El resultado de la glicolisis son 2 ácidos pirúvicos que se emplean en el ciclo de krebs o en fermentaciones anaeróbicas.

Las bacterias no tienen mitocondrias, por lo que realizan fermentación en el citoplasma.

CONDICIONES ANAEROBICAS: Glicolisis ocurre en el citoplasma.

- Fermentación alcohólica: el piruvato se transforma en acetaldehído, se reduce y se transforma en etanol (gracias al NADH de la glicólisis). Productos: 2atp + etanol + co2

- Fermentación Láctica: No se libera CO2, simplemente hay una reducción de ac. Pirúvico a ácido láctico usando los NADH de la glicólisis.

RESPIRACION CELULAR: el ácido pirúvico va a la mitocondria donde se oxida, los NADH que se formaron en la glicólisis van a dirigirse a la mitocondria para transformarse en ATP. La mitocondria no los deja entrar, la membrana externa impide que ingrese, por lo que la mitocondria utiliza el sistema de lanzaderas para tomar ese NADH, pasarlo a otra molécula que si pueda entrar.

LANZADERA GLICEROL FOSFATO

El NADH se junta con la dihidroxacetona fosfato y forma glicerol fosfato que si puede entrar, pero al entrar el glicerol en vez de entregarle la energía a un NAD se lo entrega a un FAD, reduciéndolo y produciendo sólo 2 ATP. Produciendo la pérdida de 1 ATP. Esto pasa en el músculo y en el cerebro.

LANZADERA MALATO ASPARTATO

Acá el NADH se une a otra molécula llamada oxalacetato, formando ácido málico, el cual entra a la mitocondria y le entrega la energía a un NAD, por lo que en esta lanzadera no hay pérdida de ATP. Produce 3 ATP. Riñon y corazón.

MITOCONDRIA

Organelo encargado de producir ATP

Posee:

- Membrana Externa: Permeable a iones y pequeñas moléculas- Membrana Interna: - Crestas mitocondriales- Matriz mitocondrial: Contiene las enzimas necesarias para realizar el ciclo de krebs y

procesar ácidos grasos. Posee ribosomas lo que le confiere cierta autonomía.

El acido pirúvico al ingresar en la matriz mitocondrial reacciona con la coenzima A convirtiéndose en Acetil CoA (2C). En ese proceso forma un NADH y libera un CO2. Esto es antes del ciclo de krebs.

El ciclo de krebs extrae la energía del acido pirúvico, en forma de 3 NADH, 1 FADH y 1 GTP. Sustancias que son llevadas a la cadena transportadora de electrones.

En la cresta mitocondrial hay una cadena transportadora de electrones en la que podemos encontrar 4 complejos.

Los NADH pasan al primer complejo, se oxidan (ceden electrones y energía) lo que permite bombear protones desde la matriz al espacio intermembrana. Bombea protones desde el complejo I,III y IV, produce 3 ATP.

Los FADH ingresan al complejo II. Produce 2 bombeos, por lo que produce 2 ATP.

El V complejo (ATP Sintetasa) toma los protones generados por este movimiento y los devuelve a la matriz, creando un gradiente eléctrico que genera energía, energía que se utiliza para transformar el ADP + Pi en ATP.

Como se bombea protones desde la matriz al espacio intermembrana se genera un gradiente electroquímico, una diferencia de potencial, quedando muchas cargas positivas en el espacio intermembrana, provocando un cambio en el pH, quedando más acido el medio en el espacio intermembrana.

La energía generada por este gradiente y el cambio de pH, activa la atp sintetasa, complejo proteico que toma y aprovecha protones y los devuelve a la matriz nuevamente, al devolverlos usa la energía que se genera en la diferencia de cargas para transformar el ADP+Pi en ATP.

Por cada NADH 3 atp, por cada FADH 2 atp.

PRODUCTO FINAL POR 1 GLUCOSA

Glucolisis : 2 NADH, 2 ATP.

Ciclo de Krebs: 6 NADH, 2 FADH, 2 GTP, 2 CO2

Nuestras células solo obtienen el 30% de la energía de la glucosa, el resto se pierde como calor.

INHIBIDORES DE LA CADENA TRANSPORTADORA

Por ej rotenona actúan sobre el primer complejo afectando el mov de protones.

La antimicina bloquea el tercer complejo y paraliza el mov de protones

El cianuro detiene la cadena transportadora, dejamos de respirar y se produce un problema cardiaco.

La atp sintetasa toma los H del espacio intermembrana y los devuelve a la matriz para formar ATP, y el 2,2,4-dinitrofenol es capaz de tomar los protones y devolverlos a la matriz, al hacer eso baja el rendimiento de la atp sintetasa.

La glucosa se almacena en el hígado o en los músculos, una parte se ocupa para poder movernos y otra parte la guarda como reserva en forma de glucógeno (Polisacárido). Y la hidrólisis del glucógeno la realiza el hígado solamente, gracias a la glucosa 6 fosfatasa.

PRINCIPALES ENFERMEDADES DE DEPÓSITO DE GLUCÓGENO

Todos estos ciclos están regulados por enzimas que dirigen y aceleran las reacciones.

GLUCOLISIS: Transformacion de la glucosa a ácido pirúvico, se producen 2 atp y 2 NADH (que van a la mitocondria para formar ATP).

Cuando el acido pirúvico entra a la mitocondria se transforma en acetil coa y los NADH y FADH se oxidan para formar ATP.

En el caso de los lípidos, estos llegan al citoplasma como ac graso + glicerol. Los ac grasos ingresan a la mitocondria donde son procesados ( B-oxidacion) transformándose en Acetil CoA para ingresar al ciclo de krebs

106 ATP se producen de un ácido graso, pero el proceso es más largo y por ende mas demoroso, por lo que la glucosa es más eficiente.

FOTOSINTESIS

∆G=+467 KJ/Mol

Reacción endergónica de reducción, posible gracias a la energía solar.

La energía solar es transformada por los autótrofos, que poseen clorofila y otros pigmentos fotosintéticamente activos adicionales.

Fotosistema: Conjunto de pigmento fotosintéticamente activos. Formado por el complejo antena y el centro de reacción.

La fotosíntesis ocurre en el cloroplasto que posee :

- Membrana Interna: Menos permeable y contiene proteínas transportadoras- Membrana Externa: Lisa y muy permeable a moléculas como ATP y sacarosa- Estroma: Al interior de la membrana interna. Compuesto por ADN, ribosomas

procariontes, lo cual les confiere autonomía para sintetizar parte de sus proteínas (expresar su información). Contiene las enzimas de la fase oscura de la fotosíntesis.

- Tilacoides: Invaginaciones de la membrana plasmática, se encuentran libres en el citoplasma.

Fase Luminosa

Se realiza en los tilacoides

La planta tiene NAD y ADP, que, con la energía luminosa captada, se reducen y quedan en NADH y ATP.

La energía luminosa es captada por el fotosistema II, el cual se oxida liberando electrones hasta la cadena transportadora de electrones a través de la plastoquinona, la cual se reduce captando un par de H+ y los electrones, para luego oxidarse liberando los 2H+ al lumen tilacoidal y cediendo sus electrones a los siguientes elementos de la cadena.

El fotosistema II para reducirse recupera los electrones desde la molécula de agua, la cual se degrada en 2H+ y ½ O2, liberando un par de electrones que reducen al fotosistema 2.

Por otra parte el fotosistema I capta energía y luego cede sus electrones a la cadena transportadora para que finalmente el NADP se reduzca.

A través de la transferencia de electrones desde la fotolisis del H2O hasta la reducción del NADP se produce la transferencia de H+ desde el estroma a la cavidad tilacoidal, los cuales se emplean para activar una bomba protónica (ATP Sintetasa) que existe en la membrana tilacoidal que lleva a la síntesis de ATP.

Fotofosforilación Cíclica: Solo produce ATP. Ocurre en el fotosistema I.

Fotofosforilación acíclica: Se forma ATP y NADPH. Implica fotólisis del agua liberando O2. Participan ambos foto sistemas

Fase Oscura

Se realiza en el estroma

Carboxilacion: el co2 que toma el autótrofo se junta con una pentosa, formando un compuesto de 6 carbonos, el cual es inestable y se parte en dos. Formando dos ácido 3-fosfoglicerico,

Reducción: luego hay una reducción (se ocupan los NADH formados en la fase luminosa) y los ATP se utilizan también.

Se forman 12 triosas, 2 forman la glucosa y las otras 10 se utilizan para volver a formar la pentosa y conservar el ciclo.

Para producir una glucosa se requieren 6 vueltas del ciclo o la fijación de 6 moléculas de CO2.

Los seres autótrofos pueden formar proteínas y lípidos a través de la fotosíntesis.

En este proceso actua la enzima RUBISCO, como oxigenasa ( captando o2) si hay mucho oxígeno o carboxilasa ( captando co2) si hay mucho dióxido de carbono.

En el caso de que actue como oxigenasa, el rendimiento es menor, ya que forma ácido glicólico.

Fotorespiracion

Tenemos cloroplasto, forma acido glicolico que se va al peroxisoma y luego a la mitocondria y se libera el CO2.

Plantas C3

La fotosíntesis se lleva a cabo a través de la hoja. El CO2 reacciona con la ribulosa difosfato para producir dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico ( de 3 Carbonos) y mantiene los estomas abiertos durante el dia.

Plantas C4

Realiza las fases fotosintéticas de forma separada.

El co2 se une a un compuesto tricarbonado, el ácido fosfoenol piruvoco (pep) gracias a la pep carboxilasa, formando el acido oxaloacetico (4c). este es reducido a acido pirúvico +co2. El acido pirúvico es fosforilado convirtiéndose en pep, que vuelve a fijar otra molecula de co2. El CO2

desprendido ingresa al ciclo de Calvin en una segunda fijación del CO2 catalizaado por la enzima rubisco.

Es más rápida que las plantas C3 ya que el CO2 es transportado directamente al rubisco impidiendo que tome oxígeno y por lo tanto que pase por fotorespiración.

Plantas CAM

La primera fijación la realizan en la noche, guardando en vacuolas el CO2 en forma de ácido málico. Durante el dia realizan la segunda fijación del CO2 para ingresar al ciclo de calvin. Esta doble fijación la realizan abriendo los estomas en la noche y cerrándolos durante el día para evitar la pérdida de agua.