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QUIMICA BIOLOGICA
Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.
BOLILLA 11 (Ing. en Alim): Integración metabólica. Papel del ATP.
Requerimientos de poder reductor. Compartimentalización enzimática. Niveles
enzimáticos. Centros de control de las principales vías metabólicas: glicólisis,
ciclo de Krebs, vía pentosa, gluconeogénesis, metabolismo del glucógeno,
metabolismo de ácidos grasos. Encrucijadas metabóicas: glucosa-6-fosfato,
piruvato y acetil coenzima A. Diferencias entre el metabolismo aeróbico y
anaeróbico en células eucariotas y procariotas. Importancia en la industria
biotecnológica.
BOLILLA 11 (Lic. en BIOL. Molec.): INTEGRACIÓN METABÓLICA. Papel
regulador del ATP. Requerimientos de poder reductor. Mecanismos de
regulación metabólica. Compartimentalización enzimática. Niveles enzimáticos:
Enzimas inducibles. Centros de control de la principales vías metabólicas:
glicolítica, Ciclo de Krebs, Pentosa fosfato, Gluconeogénesis, Glucógenolisis,
Glucógeno-génesis, lipogénesis, lipólisis. Encrucijadas metabólicas: glucosa-6fosfato, piruvato y acetil-CoA. Perfil metabólico de los órganos más importantes:
hígado, músculo, tejido adiposo y cerebro. CICLO AYUNO-ALIMENTACIÓN.
Adaptaciones metabólicas. Mecanismos. Regulación hormonal.
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METABOLISMO
La estrategia básica del metabolismo es obtener:
1- Energía y poder reductor del entorno.
2- Precursores para la biosíntesis de macromoléculas.
G
Estructuras simples
SINTESIS
Catabolismo
DEGRADACION
Estructuras complejas
Anabolismo
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Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
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VIAS CATABOLICAS
(Degradación oxidativa)
Productos
finales
carentes
de Energía
CO2
H2O
Proteínas
NH3
NAD+
NADP+
FAD
ADP+HPO42-
NADH
NADPH
FADH2
ATP
Moléculas
Precursoras
Macromoléculas
Celulares
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ácidos Nucleicos
Energía
Química
VIAS ANABOLICAS
(Síntesis reductora)
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Bases nitrogenadas
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METABOLISMO INTERMEDIO
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•
El metabolismo posee una
estructura coherente y con
aspectos comunes con la
gran cantidad de
reacciones que se
producen en todos los
organismos vivos.
•
Gran numero de
reacciones  pocas clases
de reacciones  con
mecanismos de regulación
similares
•
Las vías metabólicas están
interrelacionadas
asegurando así un
comportamiento funcional,
unitario del organismo.
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Vías
catabólicas
convergentes
Compuestos de muy distinto
origen y naturaleza pueden llegar
a formar los mismos metabolitos
y alcanzar igual destino.
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Vías
anabólicas
divergentes
También a partir del mismo compuesto
pueden originarse sustancias muy
diversas.
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Ejemplo general de convergencia
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Ejemplo general de divergencia
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Equilibrio dinámico
Catabolismo
Anabolismo
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PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE
Y EN EQUILIBRIO
 POSEE DISPOSITIVOS DE CONTROL
QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE REALICE EN LA
DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADA
 ESTO ES LO QUE SE DENOMINA  REGULACIÓN METABÓLICA
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Regulación del metabolismo
- [SUSTRATO]
ACTIVIDAD
(RÁPIDA)
- MODULADORES
ALOSTERICOS
- MODIFICACION
COVALENTE
REGULACION DE
ENZIMAS
VELOCIDAD DE SÍNTESIS
LOS NIVELES
DE ENZIMAS
(LENTA)
• TRANSCRIPCION
• TRADUCCION
VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN
CITOSOL
COMPARTIMENTALIZACION
PEROXISOMA
MITOCONDRIA
RETIC.
ENDOPLASM.
LISOSOMA
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«El ATP es la unidad biológica
universal de energía»
Se genera por oxidación de
combustibles metabólicos.
El gran potencial para transferir enlaces fosfato de alta energía
capacita al ATP para ser utilizado en distintos tipos de trabajo
celular:
- Contracción muscular
- Transporte activo
-Amplificacion de señales
- Biosíntesis
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Papel regulador del ATP
Glucógeno
Glucosa-6-P
Grasas
Proteínas
Ácidos Grasos
Acidos Nucleicos
Aminoácidos
Purinas y
Pirimidinas
NH3
Ciclo Urea
Acetil-CoA
CICLO
DE KREBS
(+)
Procesos generadores de
(-) energía (Degradación)
Vías que consumen
energía (Biosíntesis)
ATP
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Flujo del Poder Reductor para la síntesis de ATP
• El CICLO DE KREBS y la
β-OXIDACION de Acs.
Grasos suministran NADH
y FADH2.
• NADH Y FADH2 transfieren
su poder reductor a la
cadena respiratoria, para
finalmente dar ATP por
fosforilación oxidativa
• La VÍA DE LAS PENTOSAS
y la reacción de la ENZIMA
MALICA suministran el
NADPH necesario.
• NADPH es el principal
dador de electrones para
las BIOSÍNTESIS
reductoras
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- Las macromoléculas se construyen a partir de una serie
relativamente pequeña de precursores.
- Las vías metabólicas que generan ATP y NADPH producen
también precursores para la biosíntesis de moléculas mas
complejas. Por ejemplo:
Glicólisis  DHAP  Glicerol  TG
Ciclo de Krebs  Succinil.Coa  Porfirinas (HEM)
Vía de las Pentosas  Rib-5-P + NADPH  Nucleótidos
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LAS VIAS BIOSINTÉTICAS Y DEGRADATIVAS SON CASI SIEMPRE DIFERENTES
Síntesis y degradación
 Ácidos grasos
 Glucógeno
 Glucosa
ESTO POSIBILITA QUE AMBOS MECANISMOS SEAN TERMODINÁMICAMENTE
FAVORABLES
Una biosíntesis se hace exergónica cuando se acopla la hidrólisis de ATP
Piruvato  glucosa  gluconeogénesis  +++ Consumo de ATP
Glucosa  piruvato  glucólisis  ----- Consumo de ATP
Compartimentalización del metabolismo
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Encrucijadas metabólicas
• GLUCOSA-6-P
• PIRUVATO
• ACETIL-CoA
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Destinos de metabólicos de la Glucosa-6-P
GLUCONEOGENESIS
GLUCOSA
Hígado
GLUCOGENOLISIS
GLUCOSA-6-FOSFATO
SANGUINEA
GLUCOGENOGENESIS
VIA DE LAS PENTOSAS
VIA GLICOLITICA
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Origen y destinos metabólicos del Piruvato
Otros monosacáridos
Glucosa-6-fosfato
Lactato
PIRUVATO
C.K.
Oxalacetato
Alanina
CO2
CO
2
ACETIL-CoA
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Destinos del Piruvato según las condiciones y tipos celulares
GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
bacterias
lácticas)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
Fermentación
Acética
(gluconobacter
y acetobacter)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
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Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA
PIRUVATO
CO
2
3-Hidroxi-3metil-glutarilCoA
(HMG-CoA)
Colesterol
Biosíntesis
Acidos grasos
ACETIL-CoA
Degradación
Ciclo
Krebs
Cuerpos
cetónicos
CO2
Aminoácidos
cetogénicos
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Perfiles metabólicos de los
órganos más importantes
Cada tejido y cada órgano tiene una
función especializada que se pone de
manifiesto en su actividad metabólica.
- Hígado  papel central en el
metabolismo  procesa y distribuye
metabolitos a los otros órganos a través
de la circulación.
- Tejido muscular  utiliza energía
metabólica para producir movimiento.
- Tejido adiposo  almacena y libera
lípidos  usados como combustible
- Cerebro  bombea iones y libera
neurotransmisores para producir
señales eléctricas.
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Metabolismo de los monosacáridos en el Hígado
Precursores de Glucosa  lactato y alanina de músculo, glicerol del TA y
aac. glucogénicos de la dieta
Glucógeno
Glucosa
Glucosa-6-P
Vía Pentosas
DIETA
Glucogenolisis
V. Glicolítica
Glucosa en
Sangre
PIRUVATO
Síntesis de
Acidos grasos
Acetil-CoA
C. de Krebs
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Metabolismo de los Ácidos Grasos en el HÍGADO
TG y/o CE hepáticos
E
s
t
e
r
i
f
DIETA
Ácidos grasos
b-oxidación
Lipoproteínas
plasmáticas
Ácidos grasos
libres en la sangre
NADH, FADH2
Tejido Adiposo
ACETIL-CoA
HMG-CoA
CO2
Colesterol
Cuerpos
cetónicos
Ayuno
Ciclo del
acido citrico
ATP +H2O
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Metabolismo de los Aminoácidos en el Hígado
El hígado prefiere como combustible los α-cetoácidos derivados de la degradación
de AAs antes que la Glucosa
Nucleótidos
Hormonas
Porfirinas
Aminoácidos
DIETA
Proteínas
plasmáticas
Proteínas
tisulares
Aminoácidos
en el hígado
Aminoácidos
Proteínas
musculares
Glucógeno en
el músculo
Proteínas hepáticas
Aminoácidos
en sangre
DEGRADACION
NH3
Glucosa
Urea
PIRUVATO
CICLO KREBS
Acetil-CoA
ATP