Download Diapositiva 1 - quimicabiologicaunsl

QUIMICA BIOLOGICA
Lic. y Prof. en Cs. Biol. y Lic. en Biotecnol.
•
BOLILLA 3: -.Metabolismo. Principales nutrientes de autótrofos y heterótrofos.
Catabolismo. Anabolismo. Metabolismo de Carbohidratos en los distintos
organismos: Animales y Vegetales. Digestión y absorción. Sistema digestivo en
individuos heterótrofos. Digestión en rumiantes. Estructuras especializadas.
Distribución de glucosa en una célula animal y una célula vegetal. Degradación de
glucosa: glicólisis. Localización celular. Etapas. Producción de energía. Regulación.
Balance energético en condiciones de anaerobiosis. Destino del piruvato.
Fermentaciones. Degradación de otras hexosas.
•
BOLILLA 4: Destino del piruvato en condiciones aeróbicas. Complejo de la piruvato
deshidrogenasa. Ciclo de Krebs. Localización celular. Balance energético del ciclo.
Regulación. Reacciones anapleróticas según el tipo de célula o tejido. Naturaleza
anfibólica del ciclo. Sistemas de lanzaderas: Lanzadera del glicerofosfato y lanzadera
del malato-aspartato. Balance energético de la degradación de glucosa en
condiciones de aerobiosis. Efecto Pasteur. Vía de las pentosas. Localización.
Importancia metabólica.
•
BOLILLA 5: Biosíntesis de carbohidratos. Gluconeogénesis. Etapas. Regulación.
Costo energético. Ciclos fútiles. Biosíntesis del glucógeno. Regulación coordinada
entre la degradación y la síntesis del glucógeno. Costo energético. Biosíntesis de
almidón. Síntesis fotosintética de glúcidos. Reacciones de fijación y reducción fotosintética
del carbono, ciclo de Calvin. Regulación. Fotorrespiración y ruta C4. Biosíntesis de almidón,
sacarosa y celulosa en vegetales.
¿Cuál es el destino del Piruvato según las condiciones celulares?
GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
PDH
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
lactobacilos)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
C. Transformación del piruvato en Acetil-CoA
El acetil-CoA se forma por descarboxilación oxidativa del piruvato, por la
acción del complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa (PDH).
Piruvato deshidrogenasa
H3C
O
O
C
C
piruvato
Mitocondria
HSCoA
O
NAD
O
H3 C
+
NADH
C
S
CoA
+ CO2
acetil-CoA
La PDH es un complejo, constituido por tres enzimas (E1: Piruvato
descarboxilasa, E2: Dihidrolipoil transacetilasa y E3: Lipoil deshidrogenasa) y 5
coenzimas (TPP, ac. Lipoico, Coenzima A, FAD+ y NAD+).
Mitocondria
http://www.iubmb-nicholson.org/pdh.html
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/e1_v7.swf
Regulación del complejo PDH
• La PDH está regulada por tres mecanismos superpuestos:
1) Por regulación alostérica. Es inhibido por sus productos: NADH
y Acetil-CoA, y por ATP.
2) Por modificación covalente (fosforilación-desfosforilación).
3) Por control hormonal (Insulina/ Glucagón).
Regulación del complejo PDH
Glucagón
ATP
GLUCOSA (6C)
O2
VG
2 PIRUVATO (3C)
2 PIRUVATO
2 CoA-SH
2 CO2
2 NAD+
PDH
2 NADH+H+
2 Acetil-CoA
Ciclo
de
Krebs
4 CO2+ 4 H2O
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
• Hans Krebs,1937.
Reacción 1. La citrato sintasa cataliza la condensación
entre acetil-CoA y oxalacetato para rendir citrato, que da
nombre al ciclo.
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 2. Las dos etapas siguientes conllevan la transformación del
citrato en un isómero más fácilmente oxidable. Para ello, la enzima
aconitasa convierte el citrato en isocitrato mediante una
deshidratación, que produce cis-aconitato unido al enzima, seguida de
una hidratación que da lugar a la formación de isocitrato.
Aconitasa
Aconitasa
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 3. La isocitrato deshidrogenasa oxida el isocitrato a
oxalosuccinato, con la reducción acoplada de NAD+ a NADH.
Posteriormente, el oxalosuccinato es descarboxilado, rindiendo acetoglutarato. Esta es la primera etapa en la que la oxidación se
acopla a la producción de NADH, y también la primera en la que se
genera dióxido de carbono.
Isocitrato
deshidrogenasa
O=C
Isocitrato
deshidrogenasa
Isocitrato
deshidrogenasa
Cadena de
transporte
electrónico
3 ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 4. El complejo enzimático a-cetoglutarato deshidrogenasa
descarboxila oxidativamente el a-cetoglutarato a succinil-CoA.
α-cetoglutarato
deshidrogenasa
CoA-SH
Cadena de
transporte
electrónico
3 ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 5. La succinil-CoA sintetasa o succinato tioquinasa
convierte el succinil-CoA en succinato. La energía libre de la
reacción se conserva aquí por la formación de GTP, a partir de GDP y
Pi.
Nucleósido difosfato
quinasa
GTP + ADP
GDP + ATP
En las células vegetales en la reacción de la Succinato tioquinasa
se fosforila ADP para dar ATP.
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 6. Las reacciones restantes suponen la preparación de otra
vuelta del ciclo, y para ello completan la oxidación de succinato a
oxalacetato. La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación del
enlace sencillo situado en el centro de la molécula de succinato a un
doble enlace trans, dando lugar a fumarato con la reducción
simultánea de FAD+ a FADH2.
Succinato
deshidrogenasa
Cadena de
transporte
electrónico
2 ATP
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 7. La fumarasa o fumarato hidratasa cataliza después la
hidratación del doble enlace del fumarato para rendir malato
Fumarato
hidratasa
1
2
2
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
Reacción 8. Finalmente, la enzima malato deshidrogenasa regenera
el oxalacetato, oxidando el grupo alcohol secundario del malato a la
correspondiente cetona, con la reducción de una tercera molécula
de NAD+ a NADH.
O=C
Malato deshidrogenasa
H
Cadena de
transporte
electrónico
3 ATP
http://www.iubmb-nicholson.org/tca.html
Hemos dado hasta ahora una vuela completa al ciclo de Krebs en el cual:
 2 átomos de carbono entraron al ciclo en forma de Acetil-CoA y se
combinaron con el oxalacetato del ciclo anterior.
 2 átomos de carbono salieron del ciclo en forma de CO2 en los procesos
de oxidación del isocitrato y el alfa-cetoglutarato.
La energía de las oxidaciones se conservó con eficiencia en forma de 3
NADH, 1 FADH2 y 1GTP.
 Finalmente se regeneró la molécula de oxalacetato para dar inicio a otra
vuelta del ciclo.
Regulación del Ciclo de Krebs
¿Cuánta energía está contenida en un mol de piruvato
que es degradado hasta CO2 y H2O en la mitocondria
en condiciones de aerobiosis?
3 ATP
3 ATP
NAD+
NADH+H+
PDH------- 1 NADH ----- 3 ATP
IDH-------- 1 NADH ----- 3 ATP
α-CGDH-- 1 NADH ---- 3 ATP
SDH------- 1 FADH2 ---- 2 ATP
MDH------- 1 NADH ---- 3 ATP
STQ-------- 1 GTP ------ 1 ATP
TOTAL -------------------15 ATP
2 ATP
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
3 ATP
3 ATP
¿Cuánta energía está contenida en un mol de
glucosa que es degradada hasta CO2 y H2O en
condiciones de aerobiosis?
Sistemas
lanzadera
Cadena de transporte electrónico
Lanzadera del
glicerofosfato
-Músculo esquelético
-Cerebro
Sistemas
lanzadera
-Hígado
Lanzadera del
malato-aspartato
- Corazón
- Riñón
1 GLUCOSA
Lanzadera del glicerofosfato
GA3P
DHAP
G3PDH
VG
2 PIRUVATO
O2
2 ATP
Lanzadera del malato-aspartato
1 GLUCOSA
GA3P
DHAP
G3PDH
VG
2 PIRUVATO
3
A
T
P
Las mitocondrias de las células vegetales no
poseen estos sistemas de lanzadera sino que son
capaces de oxidar el NADH (vía glicolítica) o el
NADPH (vía de las pentosas) directamente a
través de NADH o NADPH deshidrogenasas
localizadas en la cara externa de la membrana
interna de las mitocondrias.
¿Cuánta energía está contenida
en un mol de glucosa que es
degradada hasta CO2 y H2O en
condiciones de aerobiosis?
ó
2 NADH
6 ATP
ó
ó
2 FADH2
4 ATP
6 ATP
18 ATP
4 ATP
2 ATP
2 ATP
36 ó 38 ATP
Medio de cultivo
(Glucosa)
Vaselina
Aerobiosis
Louis Pasteur (1822-1895),
químico
francés
cuyos
descubrimientos
tuvieron
enorme
importancia
en
diversos campos de las
ciencias naturales.
Anaerobiosis
24 hs
30ºC
Glucosa
Glucosa
Efecto Pasteur
http://www.iubmb-nicholson.org/swf/epet.swf
3 ATP
3 ATP
NAD+
NADH+H+
PDH------- 1 NADH ----- 3 ATP
IDH-------- 1 NADH ----- 3 ATP
α-CGDH-- 1 NADH ---- 3 ATP
SDH------- 1 FADH2 ---- 2 ATP
MDH------- 1 NADH ---- 3 ATP
STQ-------- 1 GTP ------ 1 ATP
TOTAL -------------------15 ATP
2 ATP
Ciclo de Krebs,
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos,
Ciclo del ácido cítrico
3 ATP
3 ATP
Glucosa
Acs. Grasos
Glucosa
Acs. Grasos
Ciclo anfibólico
FUNCION ANFIBOLICA
DEL CICLO DE KREBS
• Producción de energía metabólica en
forma de ATP.
• Producción de la mayor parte del
CO2 de la célula.
Funciones
catabólicas
• Producción de citrato a partir del
cual se obtienen el precursor (acetilCoA) para la síntesis de ácidos
grasos, colesterol, hormonas
esteroideas, prostaglandinas, etc.
• Provisión de precursores para la
síntesis de aminoácidos, nucleótidos
y porfirinas.
Funciones
anabólicas
Glucosa
Acs. Grasos
Ciclo anfibólico
REACCIONES ANAPLEROTICAS
Son aquellas que permiten reponer intermediarios
que han sido sustraídos por otras rutas biosintéticas.
ANAPLEROTICO (DEL GRIEGO= RELLENAR)
Mantienen
en
equilibrio
las
concentraciones
intramitocondriales de los intermediarios del ciclo.
PEP
carboxilasa
PEPcarboxiquinasa
Piruvato
carboxilasa
Enzima málica
PEP: fosfoenolpiruvato
REACCIONES ANAPLEROTICAS O DE RELLENO
• PIRUVATO CARBOXILASA (ACTIVADA POR ACETIL-CoA,
presente principalmente en Hígado y Riñón)
Piruvato + HCO3- + ATP
oxalacetato + ADP + Pi
• PEP CARBOXIQUINASA (Músculo esquelético y cardíaco).
Fosfoenolpiruvato + CO2 + GDP
oxalacetato + GTP
• ENZIMA MALICA
Piruvato + HCO3- + NADPH + H+
L-malato + NADP+ + H2O
• PEP CARBOXILASA (Plantas y algunas bacterias)
Fosfoenolpiruvato + HCO3-
oxalacetato + Pi
Bibliografía
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).
2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).
3- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed.,
Barcelona (2010).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).
2- DONALD NICHOLSON, International Union of Biochemistry & Molecular Biology
(IUBMB), IUBMB-Nicholson Metabolic Maps, Minimaps & Animaps. Department of
Biochemistry and Microbiology, The University, Leeds, England.
(http://www.iubmb-nicholson.org).
3- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).
4- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med.
Panamericana,(2006), Madrid, España.