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QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
BOLILLA 10: Interrelaciones metabólicas. Relaciones
entre las principales vías metabólicas. Utilización del
NAD(P)H como agente reductor. Encrucijadas metabólicas.
Regulación coordinada. Respiración celular en células
animales. Metabolismo en hígado, musculo, cerebro y
tejido adiposo. Adaptaciones metabólicas: postprandial y
ayuno, en hibernación y en diferentes condiciones
ambientales (anaerobiosis, temperaturas extremas).
Integración del metabolismo en la célula vegetal:
intermediarios
comunes
entre
vías
metabólicas.
Respiración celular en células vegetales. Flujo de
metabolitos durante el día y la noche. Relación entre ciclo
del glioxilato y la gluconeogénesis.
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
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
QUIMICA BIOLOGICA
Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
LCB, PB y LB
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
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
METABOLISMO INTERMEDIO
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
•
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.
QUIMICA BIOLOGICA
Vías
catabólicas
convergentes
Compuestos de muy distinto
origen y naturaleza pueden llegar
a formar los mismos metabolitos
y alcanzar igual destino.
LCB, PB y LB
Vías
anabólicas
divergentes
También a partir del mismo compuesto
pueden originarse sustancias muy
diversas.
QUIMICA BIOLOGICA
Ejemplo general de convergencia
LCB, PB y LB
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Ejemplo general de divergencia
Compuestos
orgánicos
sencillos
Lípidos
simples
Acidos
grasos
NH3
Nucleótidos Monosacáridos
Aminoácidos
Triglicéridos
Fosfolípidos
Acidos
Polisacáridos
Nucleicos estructurales
Polisacáridos
de reserva
Proteínas
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Equilibrio dinámico
Catabolismo
Anabolismo
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE
Y EN EQUILIBRIO
 POSEE MECANISMOS DE CONTROL
QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE REALICE EN LA
DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADA
 ESTO ES LO QUE SE DENOMINA  REGULACIÓN METABÓLICA
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Regulación del metabolismo
- [SUSTRATO]
ACTIVIDAD
(RÁPIDA)
- MODULADORES
ALOSTERICOS
- MODIFICACION
COVALENTE
REGULACION DE
ENZIMAS
VELOCIDAD DE SÍNTESIS
CANTIDAD
DE ENZIMA
(LENTA)
• TRANSCRIPCION
• TRADUCCION
VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN
CITOSOL
COMPARTIMENTALIZACION
PEROXISOMA
MITOCONDRIA
RETIC.
ENDOPLASM.
LISOSOMA
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
«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
Flujo del Poder Reductor para la síntesis de ATP
• NADH Y FADH2 transfieren
su poder reductor a la
cadena respiratoria, para
finalmente dar ATP por
fosforilación oxidativa.
• El CICLO DE KREBS y la
β-OXIDACION de Acs.
Grasos suministran NADH
y FADH2.
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LCB, PB y LB
Papel regulador del ATP
Glucógeno
Grasas
(-) (+)
(-) (+)
Glucosa-6-P
Ácidos Grasos
(-)
Proteínas
(+)
(-)
Aminoácidos
(-) (-)
Purinas y
Pirimidinas
NH3
Acetil-CoA
(-)
Acidos Nucleicos
Ciclo Urea
CICLO
DE KREBS
(-)
ATP
Procesos generadores de
energía (Degradación)
Vías que consumen
(+) energía
(Biosíntesis)
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LCB, PB y LB
- 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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LCB, PB y LB
Las vias biosintéticas y degradativas son casi
siempre diferentes y en general ocurren en
compartimentos celulares diferentes.
Esto posibilita que ambos mecanismos sean
termodinámicamente favorables
Una biosíntesis se hace energéticamente favorable cuando se acopla la
hidrólisis de ATP
Compartimentalización del metabolismo
Citosol
Glicólisis , Algs. reacciones de la
Gluconeogenesis, Vía de las pentosas fosfato,
Síntesis de ácidos grasos, Activación de
Aminoácidos, Síntesis de nucleótidos.
Gránulos de Glucógeno
Síntesis y Degradación de
Glucógeno.
Mitocondria
Ciclo del ácido cítrico
Fosforilación oxidativa
b-oxidación de los
ácidos grasos
Formación de cuerpos
cetónicos
Microsomas,
Peroxisomas, Glioxisomas
Oxidación de Aminoácidos
Reacciones de Catalasa y
peroxidasa,
Ciclo del glioxilato.
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Encrucijadas metabólicas
• GLUCOSA-6-P
• PIRUVATO
• ACETIL-CoA
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Destinos de metabólicos de la Glucosa-6-P
GLUCONEOGENESIS
GLUCOSA
Hígado
GLUCOGENOLISIS
GLUCOSA-6-FOSFATO
SANGUINEA
GLUCOGENOGENESIS
VIA DE LAS PENTOSAS
VIA GLICOLITICA
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Origen y destinos metabólicos del Piruvato
Otros monosacáridos
Glucosa-6-fosfato
Lactato
PIRUVATO
Oxalacetato
Alanina
CO2
CO2
C.K.
ACETIL-CoA
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
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.
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA
PIRUVATO
CO2
Biosíntesis
3-Hidroxi-3metil-glutarilCoA
(HMG-CoA)
Colesterol
Cuerpos
cetónicos
Acidos grasos
ACETIL-CoA
Degradación
Ciclo
Krebs
2CO2
Aminoácidos
cetogénicos
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
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.
QUIMICA BIOLOGICA
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El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los
tejidos extrahepáticos, así el hígado mantiene la glucemia.
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Metabolismo de los monosacáridos en el Hígado
Precursores de Glucosa  lactato y alanina de músculo, glicerol del tej. adiposo y
aac. glucogénicos de la dieta.
Gluconeogénesis
Glucógeno
Glucosa
Glucosa-6-P
Vía Pentosas
DIETA
Glucogenólisis
V. Glicolítica
Glucosa en
Sangre
PIRUVATO
Síntesis de
Acidos grasos
Acetil-CoA
C. de Krebs
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
Metabolismo de los Ácidos Grasos en el HÍGADO
TG y/o CE hepáticos
E
s
t
e
r
i
f
DIETA
Ácidos grasos
Ácidos grasos
libres en la sangre
b-oxidación
CO2
Colesterol
NADH, FADH2
ACETIL-CoA
HMG-CoA
Cuerpos
cetónicos
Lipoproteínas
plasmáticas
Ayuno
Ciclo del
acido citrico
Tejido Adiposo
ATP +H2O
QUIMICA BIOLOGICA
LCB, PB y LB
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
Síntesis y degradación de triglicéridos
en TEJIDO ADIPOSO
Glucosa
(Del hígado)
VLDL
(Del hígado)
Glucosa
Acidos grasos
Glicerol3-fosfato
Acil-CoA
TRIGLICERIDOS
Glicerol
Glicerol
Acidos grasos
HIGADO
Complejos ácido grasoalbúmina
Metabolismo en el Músculo
Actividad ligera
o reposo
Glucogeno
muscular
Acidos grasos
Cuerpos cetonicos
Glucosa en sangre
Lactato
Glicólisis
>>>C.Krebs
Actividad intensa
CO2
- CICLO DE CORI
ADP+Pi
ATP
Contracción
muscular
- CICLO GLU-ALA
Fuentes de energía en Cerebro
Dieta normal
Glucosa
Cuerpos cetónicos
ADP+Pi
CO2
ATP
- Transporte electrogénico
por la Na+ K+ ATPasa
- Metabolismo celular
ESTADOS DE HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA
ESTADO
DURACIO
N
CONTROL HORMONAL
↑INSULINA
Posprandial
0-4 hs.
↑ captación de Glu por tej. perif.
↑ sint. de Ggeno, TG y
proteínas
↑ GLUCAGON
Ayuno
Inanición (a)
4-12 hs.
12 hs – 16
dias
Se estimula la degradación de
Ggeno. hepático y TG.
↑ GLUCAGON
↑ ADRENALINA
Hidrólisis de TG y Cetogénesis
↑ CORTISOL
Inanición (b)
> 16 dias
↑ GLUCAGON
↑ ADRENALINA
Degradación de proteína
muscular (aminoácidos
p/gluconeogenesis)
PRINCIPAL
COMBUSTIBLE
Glu (para la
mayoría de los
tejidos)
- Glu (para cerebro)
- Acs. Grasos (para
músculo e hígado)
- Glu y Cpos.
Cetónicos (para
cerebro)
- Acs. Grasos y
Cpos.cetónicos
(para músculo )
-Cpos. Cetónicos
(Cerebro)
- Acs. Grasos
(Músculo)