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Grado Medicina
Biología Celular – 1er Curso
TEMA
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METABOLISMO CELULAR
3.1 Papel central de las enzimas como catalizadores biológicos.
3.2 Energía metabólica. Biosíntesis de los componentes celulares.
Las células llevan a cabo una gran variedad de reacciones químicas:
 Degradación de moléculas alimenticias
 Síntesis de los constituyentes
y
celulares
Tres temas principales:
 Proteínas como catalizadores biológicos
 Generación y utilización de la energía metabólica
 Biosíntesis
Bi sí t sis de
d los
l s principales
i i l s constituyentes
stit
t s celulares
l l
s
1
3.1
Papel central de las enzimas como
catalizadores biológicos.
ENZIMAS: catalizadores que incrementan la velocidad de las
reacciones químicas dentro de la célula.
“Sin catálisis enzimática, la mayoría de las reacciones bioquímicas
son tan lentas que no ocurrirían en condiciones de temperatura y
presión compatibles con la vida.”
Las enzimas aceleran la velocidad de las reacciones bioquímicas
más de 1.000.000 de veces.
L s células
Las
él l s contienen
ti
miles
il s de
d enzimas
i s diferentes.
dif
t s
2
Dos propiedades fundamentales de las enzimas:
1.
Aumentan
m
la velocidad de las reacciones q
químicas
m
sin ser
consumidas o alteradas permanentemente por la reacción
2. Aumentan la velocidad de las reacciones sin alterar el
equilibrio químico entre sustratos y productos
E
S
P
Diagramas energéticos para reacciones catalizadas y no catalizadas
http://www.sinauer.com/cooper5e/animation0301.html
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Las enzimas deben unirse a los sustratos para formar un complejo
enzima-sustrato: ES
S+E
ES
E+P
El sustrato se une a una región específica de la enzima denominada:
Lugar o sitio activo
La mayoría de las reacciones bioquímicas implican
interacciones entre dos o más sustratos diferentes
http://www.sinauer.com/cooper5e/animation0302.html
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Modelos de interacción enzima-sustrato
Coenzimas
Los lugares activos de muchas enzimas ligan otras pequeñas
moléculas que participan en la catálisis. Son grupos prostéticos,
pequeñas moléculas unidas a proteínas en las que desempeñan
papeles cruciales: grupos
rup s hemo,
hem iones
i nes metálicos
metálic s (zinc,
(zinc hierro),
hierr )
moléculas orgánicas de bajo peso molecular.
Estas moléculas se denominan
COENZIMAS
Trabajan
j
con las enzimas p
para aumentar la velocidad de la
reacción. No se alteran de forma irreversible por las reacciones
en las que participan. Se reciclan y pueden participar en múltiples
reacciones enzimáticas.
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Coenzimas
Ejemplo: NAD+, nicotinamín adenín dinucleótido funciona como
transportador de electrones en reacciones de óxido-reducción.
S 1 + H+ + 2e
2 - + NAD+  S1 oxidado
xid d + NADH
S2 + NADH  NAD+ + S2 reducido
3.2
Energía metabólica. Biosíntesis de los
componentes celulares.
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Una gran parte de las actividades de la célula están dedicadas a
obtener energía del entorno y a emplear esa energía para activar
reacciones que la necesiten (movimiento, síntesis de
macromoléculas, etc).
La generación y utilización de energía metabólica es por lo tanto
fundamental en toda la biología celular.
Termodinámica:
ENTALPÍA: calor que se libera o es absorbido durante una
reacción química.
ENTROPÍA: grado de desorden que resulta de una reacción.
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS (G): su variación (G) en una
reacción combina entalpía y entropía para predecir si una reacción
es o no energéticamente favorable.
G < 0  energéticamente favorable
Supongamos una reacción en la que A se convierte en B
A
B
Si G < 0 , entonces A
B
Si G > 0 , entonces A
B
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Muchas reacciones biológicas, como la síntesis de macromoléculas,
son termodinámicamente desfavorables (G > 0) en condiciones
celulares. Para que esas reacciones puedan progresar se necesita
una fuente adicional de energía:
A
C
A+C
B
D
G +10kcal/mol
G=
10k l/ l
G= -20kcal/mol
B+D
G= -10kcal/mol
La reacción combinada es energéticamente favorable y
progresará, porque G < 0 ya que es la suma de G de los
componentes individuales: +10 + (-20)= -10 kcal/mol.
Las enzimas se encargan de llevar a cabo estas reacciones
combinadas de una forma coordinada.
El adenosín 5’-trifosfato (ATP) actúa como un depósito de energía libre
dentro de la célula. Los enlaces entre los fosfatos del ATP son enlaces de
alta energía ya que su hidrólisis se acompaña de un descenso grande en la
energía libre
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Glicólisis
Fase inicial de la degradación de la glucosa,
resultando en dos moléculas de piruvato y una
ganancia neta de dos moléculas de ATP.
http://www.sinauer.com/cooper5e/animation0303.html
También se producen 2 moléculas de coenzima NADH. En
condiciones aeróbicas, el NADH dona sus e- a la cadena de
transporte de e-.
El piruvato se transporta a la mitocondria donde se inicia el
ciclo de Krebs. Las moléculas de NADH y FADH2 que se
producen transfieren finalmente sus e- a la cadena de
transporte electrónico consumiendo O2 y produciendo ATP.
Producción de energía a partir de otras moléculas orgánicas
Nucleótidos  azúcares  vía glucolítica
Aminoácidos  ciclo de Krebs
Polisacáridos  azúcares libres  vía glucolítica
Lípidos  glicerol y ácidos grasos libres  acil-CoA graso 
acetil CoA  ciclo de Krebs
Los lípidos son moléculas más eficaces en el almacenamiento d
eenergía, ya que están más reducidos que los carbohidratos.
Ganancia
G
i neta
t por molécula
m lé l de:
d :
Glucosa,
36-38 ATPs
Ácido graso, 130 ATPs
Teniendo en cuenta el peso molecular, el rendimiento por gramo de
ácido graso es 2,5 veces superior.
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3.2
Energía metabólica. Biosíntesis de los
componentes celulares.
CARBOHIDRATOS
La glucosa se sintetiza a partir de otras moléculas orgánicas empleando
energía en forma de ATP y poder reductor a partir de NADH. Se
necesita ATP adicional para producir polisacáridos a partir de azúcares
simples.
LÍPIDOS
Se sintetizan a partir de acetil CoA, que se forma en la degradación de
los carbohidratos.
PROTEÍNAS
Los aminoácidos son sintetizados a partir de intermediarios de la
glicólisis y del ciclo de Krebs. Se requiere energía adicional, en forma
de ATP y GTP,
GTP para formar las proteínas a partir de los aminoácidos.
aminoácidos
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los nucleótidos, purinas y pirimidinas, se sintetizan a partir de
carbohidratos y aminoácidos. Para su polimerización a ADN y ARN se
utilizan nucleósidos trifosfatos como precursores activados.
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