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Metabolismo
intermediario
M.C. Karla Díaz
Metabolismo

El metabolismo es la suma de todas
las transformaciones químicas que se
producen en una célula u organismo.

Tiene lugar en una serie de reacciones
catalizadas
enzimáticamente,
que
constituyen las rutas metabólicas.
Metabolismo intermediario

Actividades combinadas de todas las rutas
metabólicas que interconvierten precursores,
metabolitos, y productos de baja masa
molecular.
Metabolismo

Catabolismo:
fase
degradadora
del
metabolismo en la que moléculas nutrientes
orgánicas (glúcidos, grasas y proteínas) se
convierten en productos más sencillos.

Anabolismo: fase en la que precursores
sencillos se integran en moléculas mucho más
grandes y complejas como los lípidos,
polisacáridos, proteínas y ácidos nucléicos.
Reacciones biológicas de reducción-oxidación

La transferencia de grupos fosfato es
una de las características principales del
metabolismo.

Las reacciones de transferencia
electrónica metabólicas son también de
importancia crucial.
Reacciones biológicas de reducción-oxidación

En estas reacciones interviene la
pérdida de electrones por una especie
química, que es así oxidada, y la
ganancia por otra que es reducida.

El flujo de electrones es responsable de
todo el trabajo realizado por los
organismos vivos.
Glucólisis

La glucolisis tiene lugar en el citoplasma
celular.

Consiste en una serie de diez reacciones,
cada una catalizada por una enzima
determinada, que permite transformar una
molécula de glucosa en dos moléculas de un
compuesto de tres carbonos, el ácido
pirúvico.
Glucólisis

La rotura de la glucosa (6 C) en dos
moléculas de piruvato tiene lugar en 10
pasos, de los cuales los primeros 5 son
la fase preparatoria.

La fase preparatoria consiste en la
fosforilación y conversión de la glucosa
en gliceraldehído-3-fosfato.
Glucólisis – Fase preparatoria
1.
2.
3.
4.
5.
La glucosa es fosforilada en el grupo OH del C6.
La D-glucosa-6-fosfato formada se convierte en Dfructosa-6-fosfato.
La D-fructosa-6-fosfato es fosforilada en C1, dando
D-fructosa-1,6-bifosfato.
La D-fructosa-1,6-bifosfato se parte en dos
moléculas de 3 C: dihidroxiacetona fosfato y
gliceraldehído-3-fosfato (lisis).
La dihidroxiacetona se isomeriza a una segunda
molécula de gliceraldehído-3-fosfato.
*El ATP es el dador de fosfato en ambas fosforilaciones.
Glucólisis – Fase de beneficios
6. Cada molécula de gliceraldehído-3-fosfato
es oxidada y fosforilada por fosfato
inorgánico (no por ATP) formando 1,3bifosfoglicerato.
7 al 10. Conversión de 2 moléculas de 1,3bifosfoglicerato en 2 moléculas de piruvato.
Glucólisis – Balance global

Al utilizar 2 ATP en la fase preparatoria
y ganar 4 ATP en la fase de beneficios,
se obtiene una ganancia de 2 ATP.
Piruvato

El piruvato formado en la glucólisis puede tomar 3
rutas metabólicas alternativas.

En organismos o tejidos aeróbicos, el piruvato se
oxida, con pérdida de su grupo carboxilo como CO2,
dando el grupo acetilo del acetil-CoA.

Otra ruta del piruvato es la fermentación del ácido
láctico (músculo, anaeróbicamente).

La tercera ruta es la fermentación etanólica o
alcohólica, que se da en microorganismos.
Producción de acetato

En organismos aeróbicos, la glucosa y otros
azúcares, los ácidos grasos y la mayor parte de
los AA son oxidados finalmente a CO2 y H2O a
través del ciclo del ácido cítrico.

Antes de entrar a este ciclo, los esqueletos
carbonados de azúcares y ác. grasos deben sufrir
un proceso de degradación para dar lugar al
grupo acetilo del acetil-CoA.
Producción de acetato

El piruvato procedente de la glucosa
(glucólisis) se oxida para dar lugar a AcetilCoA y CO2 a consecuencia de la acción de
una agrupación de 3 enzimas: el
complejo piruvato deshidrogenasa.
Descarboxilación oxidativa

La reacción llevada a cabo por el complejo
piruvato
deshidrogenasa
es
la
descarboxilación oxidativa.

La descarboxilación oxidativa es un proceso
de oxidación irreversible en el que el piruvato
pierde un grupo carboxilo en forma de CO2, y
los dos carbonos restantes se transforman en
el grupo acetilo del acetil-CoA.
Descarboxilación oxidativa

La deshidrogenación y descarboxilación combinadas
del piruvato hasta acetil-CoA son resultado de la
acción de 3 enzimas y 5 coenzimas.

Enzimas: piruvato deshidrogenasa (E1), dihidrolipoil
transacetilasa (E2) y dihidrolipoil deshidrogenasa
(E3).

Coenzimas: Pirofosfato de tiamina (TPP), dinucleótido
de flavina y adenina (FAD), coenzima a (CoA),
dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD) y el
lipoato.
Ciclo de Krebs

Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, se realiza en la
mitocondria.

A diferencia de la glicólisis, en el ciclo de Krebs las
reacciones son cíclicas y consta de 8 pasos.

En cada vuelta del ciclo entra un grupo acetilo (2 C) en
forma de Acetil-CoA y la salida de dos moléculas de
CO2.

Cuatro de los pasos de este proceso son oxidaciones en
las que la energía de oxidación se conserva, con gran
eficiencia, mediante la formación de cofactores
reducidos (NADH y FADH2).
Ciclo de Krebs – Paso 1
1.
Formación de citrato: el acetil-CoA se condensa con
oxalacetato para formar el citrato. Catalizada por la citrato
sintasa. El carbono metílico del acetilo se une al grupo
carbonílico del oxalacetato.
Ciclo de Krebs – Paso 2
2. Formación de isocitrato vía cis-aconitato: La enzima
aconitasa (aconitato hidratasa) cataliza la conversión de
citrato en isocitrato, a través de la formación intermedia
del ácido tricarboxílico cis-aconitato.
Aconitasa

La aconitasa tiene un
centro de hierro-azufre
que actúa en la fijación
del sustrato en el
centro activo como en
la catálisis de adición o
eliminación de H2O.
Ciclo de Krebs – Paso 3
3. Oxidación del isocitrato a -cetoglutarato y CO2: La
isocitrato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación
oxidativa del isocitrato dando lugar a la formación de cetoglutarato.
Ciclo de Krebs – Paso 4
4. Oxidación del -cetoglutarato a succinil-CoA y CO2:
Descarboxilación oxidativa que ocurre por acción del
complejo -cetoglutarato deshidrogenasa. El NAD+ actúa
como aceptor de electrones.
Ciclo de Krebs – Paso 5
5. Conversión de succinil CoA en succinato: El succinil-CoA
tiene una energía libre negativa de la hidrólisis de su enlace
tioéster, que se utiliza para sintetizar de ATP o GTP y dar
lugar al succinato. Catalizada por succinil-CoA sintetasa o
succínico tioquinasa.
Ciclo de Krebs – Paso 6
6. Oxidación del succinato a fumarato: Esta reacción sucede
por acción de la flavoproteína succinato deshidrogenasa.
El malonato, un análogo del
succinato,
es
un
fuerte
inhibidor competitivo de la
succinato deshidrogenasa y
puede bloquear el ciclo del
ácido cítrico.
Ciclo de Krebs – Paso 7
7. Hidratación del fumarato y producción de L-malato:
Catalizada por la fumarasa (fumarato hidratasa).
Ciclo de Krebs – Paso 8
8. Oxidación del L-malato a oxalacetato: Última reacción del
ciclo, catalizada por la L-malato deshidrogenasa,
dependiente de NAD.
Ciclo de Krebs - Rendimiento
Cada vuelta del ciclo produce:
3 NADH
 1 FADH2
 1 GTP o ATP.
 Se liberan 2 CO2 mediante descarboxilación
oxidativa.

Ciclo del glioxilato





Variación del ciclo de Krebs.
El acetil-CoA se condensa con el oxalacetato para
formar citrato exactamente igual que en el ciclo de
Krebs.
La degradación del isocitrato no se produce a través de
la isocitrato deshidrogenasa sino mediante una rotura
catalizada por la isocitrato liasa, dando lugar a
succinato y glioxilato.
El glioxilato se condensa con el acetil-CoA para dar
lugar a malato, catalizada por la malato sintasa.
El malato se oxida a oxalacetato, para iniciar
nuevamente el ciclo.
Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa o cadena de transporte de
electrones es la transferencia de electrones de los equivalentes
reducidos NADH, NADPH, FADH, obtenidos en la glucólisis y en el
ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la
síntesis de ATP.

Este proceso metabólico está formado por un conjunto de
enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxidoreducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y
donde se forma finalmente agua.

Es donde se sintetiza la mayor cantidad de ATP, y se lleva a cabo
en las membranas biológicas (membrana mitocondrial).
Fosforilación oxidativa

La mayor parte de los electrones que entran a la
cadena respiratoria mitocondrial provienen de la
acción de deshidrogenasas que captan electrones
de las reacciones oxidativas, canalizándolos en
forma de pares electrónicos.

Estas deshidrogenasas utilizan NAD o NADP, FMN
o FAD como aceptores electrónicos.
Fosforilación oxidativa

La cadena respiratoria mitocondrial posee una
serie de transportadores electrónicos, la mayoría
proteínas integrales de membrana con grupos
prostéticos capaces de aceptar y donar uno o dos
electrones.

Cada componente de la cadena puede aceptar
electrones del transportador precedente y
transferirlos al siguiente en una secuencia
específica.
Fosforilación oxidativa – Complejo I
NADH a Ubiquinona.
 Complejo de flavoproteínas incrustado
membrana mitocondrial interna.
 La reacción global catalizada es:

NADH + H+ + UQ
en
la
NAD+ + UQH2
La ubiquinona oxidada acepta un ion hidruro (2
electrones y 1 protón) desde el NADH y un protón
desde el agua disolvente de la matriz.
Fosforilación oxidativa – Complejo II

Succinato a ubiquinona.

Succinato deshidrogenasa, única enzima del ciclo
de Krebs ligada a la membrana.

Los electrones pasan desde el succinato al FAD y a
continuación a la ubiquinona a través de los
centros Fe-S.
Fosforilación Oxidativa – Complejo III

Ubiquinona a citocromo C.

Contiene los citocromos b562 y b566 citocromo c1,
una proteína ferrosulfurada y al menos otras seis
subunidades protéicas.

Funciona como una bomba de protones.

La ruta del flujo de electrones en este complejo es
complicada, pero el efecto neto de la transferencia
es sencillo: UQH2 se oxida a UQ y se reduce el
citocromo c.
Fosforilación oxidativa – Complejo IV

Reducción del O2.

Complejo citocromo oxidasa, contiene citocromos
a y a3, formados por dos grupos hemo, también
contiene dos iones cobre de importancia crucial
para la transferencia de electrones al O2.

Funciona como bomba de protones.
Fosforilación oxidativa - Resumen

Los electrones llegan a la UQ vía complejos I y II.

UQH2 actúa de transportador móvil de electrones y
protones, y pasa electrones al complejo III, el cual los
pasa al citocromo c (móvil).

El complejo IV transfiere electrones desde el citocromo c
reducido al O2.

El flujo electrónico a través de los complejos I, III y IV va
acompañado de flujo de protones desde la matriz al
espacio intermembrana.
Fosforilación oxidativa – Síntesis de ATP

Debido a que los protones se han
bombeado al espacio intermembranoso de
la mitocondria en contra de gradiente,
ahora pueden fluir nuevamente dentro de la
matriz mitocondrial y mediante la vía ATPsintetasa, se genera ATP en el proceso.
RENDIMIENTO TOTAL DE ATP
POR MOLÉCULA DE GLUCOSA
PROCESO
PRODUCTO DIRECTO
ATP FINAL
2 NADH (Citosólico)
4o6
2 ATP
2
2 NADH (Matriz mitocondrial)
6
Oxidación del acetil-CoA 6 NADH (Matriz mitocondrial)
(matriz mitocondrial)
18
Glucólisis
Oxidación del piruvato
(2 por glucosa)
RENDIMIENTO TOTAL
2 FADH2
4
2 ATP o 2 GTP
2
36 o 38