¿quÉ es la bioenergÉtica?
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¿QUÉ ES LA BIOENERGÉTICA?
¿EXISTEN DISTINTOS TIPOS?
-Aunque la energía se conserva, una parte de la usada deja de ser útil
¿ Cómo se explican estos conceptos? -La energía en la célula fluye no cicla
Frente a una reacción química ¿cuáles preguntas se plantea la termodinámica?
¿Es favorable?
¿Hasta dónde llegará?
¿Será lenta o rápida?
-La variación de energía libre es independiente de la ruta que siga la reacción
Si tiene estas características
•es espóntanea
• libera energía al entorno
•su cte de equilibrio es > que 1
•su ∆G es negativo
, ¿qué tipo de reacción química es?
comencemos por un problema....
La enzima glucógeno fosforilasa cataliza la siguiente reacción: Glucógeno + Pi
Glucosa-1-fosfato + glucógeno n-1
La K´eq es 0.088
Basándose en estos datos, indique cuáles de estas afirmaciones son correctas:
a) Existe contradicción entre lo que sucede en el metabolismo celular (degradación del
Glucógeno) y la constante de equilibrio de la reacción.
b) El ΔG´º de esta reacción a 25°C es 1.448 kcal/mol.
c) En condiciones estándar la degradación del glucógeno requiere energía.
d) Si la relación de Pi a glucosa-1-P es lo suficientemente alta, la fosforilasa degrada
glucógeno.
no se acumula es consumida
otro problema....
Bajo condiciones estándar el ΔG´º
de hidrólisis del L-glicerol fosfato es -2.2 kcal/mol
y el de hidrólisis del ATP es -7.3 kcal/mol.
Demuestre que cuando el ATP es usado como dador de Pi para la formación del
L-glicerol fosfato, el valor de la constante de equilibrio se altera en un factor
superior a 105
Introducción al metabolismo general
Recorrer un lugar desconocido, especialmente una gran ciudad, puede ser desconcertante. Calles, avenidas, cruces, rutas, atajos, puentes, etc. Seguramente
habrá más de una ruta posible que conduzca a destino. Algunas serán cuesta arriba, e implicarán un gran gasto de energía, mientras que otros caminos serán
cuesta abajo, y exigirán menor desgaste. Contar con un mapa puede ser de gran ayuda.
Se puede considerar que las moléculas presentes en cada célula se comportan como viajantes en una ciudad. Las reacciones celulares en las que están implicadas
esas moléculas definen un mapa bastante complejo, llamado metabolismo celular (ver Figura 1). El metabolismo celular está constituido por el conjunto de
reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en la célula. Algunas moléculas están involucradas en rutas que implican gasto de energía, mientras que otras
van “cuesta abajo”, liberando energía.
Figura 1
Mapa de rutas metabólicas celulares y sus conexiones.
Fuente: Molecular Biology of the Cell. Alberts, et al. Fourth edition
El esquema muestra la complejidad del metabolismo, en el cual las reacciones no están aisladas, sino que se encuentran relacionadas unas con otras. La
conexión entre diferentes rutas se establece a partir de los metabolitos, sustancias intermedias, que resultan de las diferentes reacciones. En una única célula
ocurren miles de reacciones químicas y su variedad es enorme. Sin embargo, las diferentes reacciones del metabolismo celular integran una red coordinada de
transformaciones que presentan muchos aspectos en común. Todas las células tienen la capacidad de degradar sustancias y extraer de ellas energía, así como
también de sintetizar macromoléculas (carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos) a partir de sus respectivas unidades (monómeros), y almacenar
energía en sus uniones químicas.
Anabolismo: Es el conjunto de reacciones con las que los organismos vivos sintetizan (fabrican) las biomoléculas que los componen, a partir de compuestos
presentes en la célula. La energía necesaria para reacciones anabólicas es provista por moléculas de ATP.
Catabolismo: Es el conjunto de reacciones de degradación a través de las cuales los seres vivos obtienen energía. Los polímeros o biomoléculas presentes en las
células son transformadas en moléculas más simples. La energía contenida en los enlaces de las moléculas degradadas es liberada y luego almacenada en los
enlaces fosfato de alta energía del ATP. El metabolismo es una actividad altamente regulada y su regulación opera a varios niveles, desde el interior de la célula
y desde el exterior.
"El Cuaderno de Por Qué Biotecnología" es una herramienta didáctica creada y desarrollada por el equipo pedagógico del Programa Educativo Por Qué Biotecnología. Su
reproducción está autorizada bajo la condición de que se aclare la autoría y propiedad de este recurso pedagógico"
Lectura para recortar, armar puzzle y señalar palabras clave
-Ordene las 10 reacciones de la glucólisis
¿En cuáles reacciones se obtiene ATP? ¿Cuáles moléculas ceden la energía para la síntesis de ATP?
Indique las posibles etapas de regulación de la vía.
Escriba el balance energético de la vía. ¿Qué efecto tendrá una alta relación ATP/ADP sobre la actividad de la enzima fosfofructoquinasa?
La fosforilación de la glucosa a nivel celular puede ser catalizada por
la glucoquinasa (KM = 10 mM) o por la hexoquinasa (KM = 0.1mM).
(a) Siendo que la glucoquinasa sólo se encuentra en el hígado, ¿qué
importancia fisiológica piensa que tiene el hecho de que presente
una KM mayor?
(b) A diferencia de la glucoquinasa, la hexoquinasa se inhibe por
producto. ¿Qué alcance tiene este hecho?
Suponga que existe un organismo que tiene una enzima que
cataliza la siguiente reacción:
Gliceraldehído-3-P + H2O 3-fosfoglicerato
a) ¿Qué efecto tendrá sobre la glucólisis?
b) ¿De qué modo afectará la producción anaeróbica de ATP?
c) ¿De qué modo afectará la producción aeróbica de ATP?
Durante la actividad muscular intensa y sostenida el tejido
muscular demanda altas cantidades de ATP comparado con el
tejido en reposo.
a) ¿Qué mecanismo de síntesis de ATP piensa prevalece en esta
situación?
b) Suponga que el músculo no tiene lactato deshidrogenasa ¿Podría en
esta situación llevar a cabo actividad física intensa?
En un ensayo biológico se mide el consumo de glucosa por el músculo
esquelético aislado y perfundido con sangre desoxigenada.
Cuando la sangre se oxigena se constata que la velocidad de consumo de
glucosa cae dramáticamente. Explique.
Pregunta planteada de otra manera
¿Por qué la velocidad de la glucólisis es mayor en anaerobiosis que en aerobiosis?
Responda brevemente 4) ¿Dónde ocurre la glucólisis? 5) ¿Cuál es el sustrato inicial y el producto final en glucólisis? 6) ¿Cuántos ATP se producen y gastan durante glucólisis, en qué pasos? 7) ¿Qué entiende por fosforilación a nivel de sustrato? ¿En qué pasos ocurre? 8) ¿Cuál es la ganancia energética de la glucólisis? 9) ¿Cuántos NADH se producen y se consumen durante la glucólisis, en qué pasos? 10) ¿Qué proceso realiza la bacteria Lactobacillus bulgaricus al producir yogur? ¿Por qué el yogur tiene sabor ácido? 11) ¿Por qué se utiliza la levadura Saccharomyces cerevisiae para hacer pan?
1) Escriba la ecuación global de la fase oxidativa de la vía de las pentosas
fosfato.
2) ¿En cuántos ciclos se convierte la glucosa 6-P en CO2 en el
citoplasma?
3) ¿En qué situaciones metabólicas ocurre la fase oxidativa y la fase no
oxidativa?
4) ¿Por qué podemos afirmar que la vía de las pentosas fosfato, no sólo
tiene un papel central en el metabolismo de carbohidratos, sino que
además está relacionada con el metabolismo de lípidos y de compuestos
nitrogenados?
5) ¿Cuál es la relación entre esta vía y los mecanismos enzimáticos de
defensa contra los radicales libres?
6) ¿Por qué la vía de las pentosas fosfato es muy activa en los eritrocitos?
Responda brevemente:
Indique verdadero (V) o falso (F) :
1) En la fase oxidativa de la vía de las pentosas P se libera CO2 y se genera NADPH.
V F
2) A través de la fase oxidativa se permite la conversión de glucosa 6-P en ribosa-P y
eritrosa-P.
V F
3) Una importante función de la vía de las pentosas P es generar energía en forma de
poder reductor (NADPH).
V F
4) En las células en división de la médula ósea se favorece la fase no oxidativa de la vía.
V F
5) La vía de las pentosas P se comunica con la glucólisis a través de intermediarios de la
fase no oxidativa.
V F
6) La entrada de la glucosa 6-P en la glucólisis o en la ruta de las pentosas P está
determinada por las concentraciones relativas de NADP+ y NADPH.
V F
Existen enfermedades asociadas a una deficiencia de carnitina, o de enzima translocasa , o de la transferasa. Estos pacientes sufren de calambres.
¿Integrando todos los conocimientos adquiridos hasta ahora podría explicar
por qué sufren calambres?
Si se añade palmitato y Co-A marcada con 14C a un homogeneizado de hígado, el palmitoil-CoA aislado de la fracción citosólica es radiactivo pero el aislado de la
fracción mitocondrial no lo es. Explique.
¿ Cuántas moléculas de alta energía son necesarias para la oxidación completa del palmitato ?
¿En qué se utilizan los aminoácidos? ¿Los aminoácidos se almacenan? ¿Qué sucede con el grupo amino de los aa? ¿Cómo se elimina el amonio excedente? ¿Qué sucede con el esqueleto carbonado proveniente del aminoácido, luego de la eliminación del grupo amino?
Oxidación de aminoácidos
¿Qué puede indicar que en un examen de sangre se determine un elevado valor de las transaminasas?
¿Cómo transportamos los grupos amino desde los músculos y demás órganos al hígado?
Explique en forma esquemática como se eliminaría el grupo amino de un aminoácido que se ha utilizado como combustible en el músculo, hasta su eliminación del organismo
¿Qué destino tendría el esqueleto carbonado de ese aminoácido?
¿Qué cree que sucederá con los niveles de amonio en sangre si Uds tiene un dieta deficiente en arginina?
Tóxico Las reacciones inversas son biosintéticas
de aminoácidos
Amino ácido
Enzima? Enzima?
Complete el esquema, incluyendo el nombre de las enzimas que están involucradas
¿Cuál de las siguientes opciones es un ejemplo de transaminación? A. Glutamato Acido hexanoico + NH3 B. Aspartato + Acido hexanoico Glutamato + Oxaloacetato C. Aspartato + α cetoglutarato Glutamate + Oxaloacetato D. Glutamato α-cetoglutarato + NH3
Complete la siguiente reacción, indicando las estructuras químicas que faltan y el nombre de las mismas. ¿Cómo se llama la enzima involucrada en esta reacción? ¿En qué órgano espera que haya una gran cantidad de esa enzima?
• ¿Por qué los procesos catalíticos de complejos multi-enzimáticos son muy
eficientes? Cite un ejemplo.
• ¿Cuál es el balance del Ciclo de Krebs?
• Los pacientes en estado de choque presentan con frecuencia acidosis láctica
debido
a la falta de oxígeno.
¿Por qué la falta de oxígeno ocasiona la acumulación de ácido láctico? Uno de los
tratamientos para el estado de choque consiste en oxigenar al paciente y administar
dicloroacetato, compuesto que inhibe la quinasa que regula el complejo piruvato
deshidrogenasa.
¿ Cual es la justificación bioquímica de este tratamiento?
• ¿Tal vez un engaño? El ciclo del ácido cítrico es parte de la respiración aeróbica,
pero no necesita O2 para el ciclo. Explicar esta contradicción.
• La síntesis de citrato a partir de acetil-CoA y oxalacetato es una reacción
biosintética.
¿Cuál es la fuente de energía que impulsa la formación de citrato?
1
2a
2b
3
4 5
6
7
8
Oxalacetato
Acetil-CoA
¿Cómo se determina la energía que se libera durante la reducción del O2 por el NADH?
Video sobre la ATP sintasa
https://www.youtube.com/watch?v=Ox6XAJCcc48
El material sobre la cadena de transporte de electrones ya está disponible en el EVA.
¿Cuáles de las siguientes enzimas pertenecen a la vía gluconeogénica?
¿Qué es la Gluconeogénesis?
¿Dónde ocurre?
¿Cuáles son los sustratos relevantes?
¿Cómo se regula?
¿Qué sucede luego de un ayuno, cuando se han agotado las reservas de glucógeno?
Sopa de letras - Busque 16 intermediarios metabólicos y señale cuales de ellos no están involucrados en la gluconeogénesis
DEGRADACIÓN SÍNTESIS
Oxidación
Oxidación
Hidratación
Clivado
Reducción
Reducción
Deshidratación
Condensación
Grupo acil activado
(con dos carbonos
menos)
Grupo acetil
activado Grupo malonil
activado Grupo acil
activado
Comparemos
la degradación
con la síntesis
Síntesis de ácidos grasos a partir de glucosa.
Después de que una persona haya ingerido grandes cantidades de sacarosa, la glucosa y fructosa en exceso de sus requerimientos
calóricos se transforma en ácidos grasos para la síntesis de TAG. Esta síntesis de ácidos grasos consume acetil-CoA, ATP y NADPH
¿Cómo se producen estas sustancias a partir de la glucosa?
La biosíntesis de ácidos grasos tiene lugar en el citoplasma Pero el Acetil-CoA se produce y encuentra en la Mitocondria
¿ Cómo llega el Acetil-CoA al citoplasma ?
La biosíntesis de AG requiere mucho NADPH
¿ De dónde se obtiene ?
Asuntos a resolver durante la síntesis de ácidos grasos
Comparación entre la síntesis y la degradación de ácidos grasos
Además de sintetizar ácidos grasos…
¿Qué otra cosa podemos hacer con el Acetil CoA?
El amonio producido por la Nitrogenasa se utiliza para la síntesis de compuestos nitrogenados
Este amonio se incorpora a moléculas carbonadas para la síntesis de 2 aminoácidos que constituyen las moléculas centrales
en la vía de oxidación de los aminoácidos.
¿recuerda cuáles son estos aminoácidos?
¿Qué enzimas están involucradas en la síntesis de estos dos aminoácidos?
A partir de…………….. se sintetiza………….
PIRUVATO ?
INTERMEDIARIOS DEL CICLO DE KREBS ?
ASPARRAGINA
?
?
PROLINA
INTERMEDIARIOS DEL CICLO DE LA UREA ?
3-FOSFOGLICERATO SERINA
SERINA GLICINA
CISTEÍNA
FENILALANINA TIROSINA
INTERMEDIARIOS DEL CICLO DE LAS PENTOSAS FOSFATO HISTIDINA
FENILALANINA
TIROSINA
TRIPTOFANO
Los aminoácidos se sintetizan a partir de intermediarios de la glucólisis,
vía de las pentosas fosfato o del Ciclo de Krebs
Enzima que participa en la glucólisis
Ciclo donde convergen los productos del catabolismo
Dimero de cisteínas unidas por enlace tiol
Grupo funcional del carbono anomérico de una glucosa
Transportador de ácidos grasos
Sistemas de transporte de moléculas a traves de la membrana interna de la mitocondria
Reacción con E de Gibbs negativa
Transportador móvil de electrones en la cadena respiratoria
Aminoácido producido en el ciclo de la Urea
Producto de la hidrólisis de los triglicéridos
Enzima que participa en la fosforilación a nivel de sustrato
Producto de la fermentación del piruvato
Unión química entre un grupo acilo y la CoA
Aminoácido transportador de amonios desde el músculo al hígado
Encuentre la palabra escondida en la línea vertical y escriba una pregunta para cuya respuesta sea esa palabra
El tejido adiposo acumula TAG, no
ácidos grasos libres
¿Cómo se sintetizan TAG y los
fosfolípidos de membrana?
Dibuje en forma esquemática una molécula de glicerol, un ácido graso y
un TAG
¿Qué es un Acil-CoA y un Acetil-CoA?
¿Cómo obtenemos Glicerol 3-fosfato?
¿Cómo obtener fosfatidato (Di Acil Glicerol 3 Fosfato)?
¿Cómo obtener TAG y fosfolípidos desde el fosfatidato?
Fosfatidato
?
?
Triacilglicerol
Acil transferasa
?
Complete el esquema de biosíntesis de TAG
Complete el siguiente resumen utilizando las palabras indicadas más abajo (hay más palabras que incógnitas)
Los TAG y fosfolípidos se sintetizan desde un precursor común, el _____________.
La síntesis del fosfotidato se realiza a partir de Glicerol 3-fosfato y _________.
El _______ puede sintetizar Glicerol 3-fosfato desde glicerol porque posee la enzima Glicerol quinasa. El tejido adiposo depende de la glucólisis para la obtención de Glicerol 3-fosfato, porque no posee ___________.
Los Acidos Grasos y TAG producidos en el hepatocito se transportan hasta el adiposito, donde se esterifican con el Glicerol-3P para dar TAG de _________.
Glicerol quinasa, fosfotidato, reserva, Acil-CoA, glucólisis, adiposito, hígado, glucógeno, Dihidroxiacetona fosfato
Complete el siguiente resumen utilizando las palabras indicadas más abajo
El glucógeno se almacena en gránulos citosólicos del _________ o de la célula muscular, junto con las enzimas que lo sintetizan o degradan. Su síntesis se da por la adición de Glucosas en la forma de __________, a una cadena en crecimiento, por el extremo no-reductor. La formación de los enlaces α-1,4 glicosídico, se da por la acción de la enzima __________, usando como iniciador una glicoproteína, la ___________ La ____________transfiere un segmento de la cadena de glucógeno al –OH del C6 de un residuo de glucosa para formar la ramificación α-1,6
Glucogenina, hepatocito, Glucógeno sintasa, enzima ramificante, UDP-Glucosa
Complete el siguiente cuadro comparativo para la hexoquinasa y glucoquinasa de mamíferos
Hexoquinasa Glucoquinasa
Localización tisular
Sustrato
Km para la glucosa
Producto final de la reacción con glucosa
Inhibición por la glucosa 6P
Compare las funciones del glucógeno hepático y muscular
GLUCÓGENO HEPATICO GLUCÓGENO MUSCULAR
FUNCION PRINCIPAL
OTRAS FUNCIONES
DEPÓSITO