metabolismoel metabolismo constituye una propiedad inherente de la vida. Todas las formas de vida, desde el microorganismo más simple, las plantas, los animales superiores, hasta el hombre, se manifiestan como sistemas altamente organizados, pero que necesitan obligatoriamente intercambiar constantemente sustancias y energías con el medio que los rodea o entorno.

• Del medio toman los productos necesarios, los transforman haciéndolos asimilables, y con ellos forman sus propias estructuras al mismo tiempo que se destina, por otro lado, considerables cantidades de estos productos para la obtencion de la energía requerida para todos los procesos vitales del organismo.

• Todo esto es el metabolismo el que esta representado por el conjunto de reacciones que constantemente están sucediendo en cada organismo vivo en un momento determinado. Metabolismo es sinónimo de vida, donde hay vida hay metabolismo.

• El metabolismo está constituido por dos fases: anabolismo y catabolismo, o fase anabolica y fase catabólica.

• pueden ser generalmente de dos tipos: reacciones de síntesis donde se pasa de sustancias simples a sustancias complejas; éstas constituyen el anabolismo y están caracterizadas por la sintesis y reacciones donde el proceso es a la inversa, o sea, reacciones de degradación donde las sustancias complejas se degradan en otras más simples, que constituyen el catabolismo.

Ambas reacciones forman un todo y solo podemos verlas aisladas en su estudio particular, pues para que existan las primeras (anabolismo) son necesarias las segundas (catabolismo).

La vida se caracteriza por el constante intercambio de sustancia y energía con el medio. Este grado de organizacion requiere, como veremos más tarde, de cantidades apreciables de energia la cual es obtenida a partir de la degradacion de las sustancias adquiridas del entorno.

La organización de estructuras estables, la formación de compuestos bioquimicos, la síntesis de las hormonas, proteínas, lípidos, etcétera, todo lo cual constituye el anabolismo, requiere de cantidades apreciables de energia, la cual debe ser producida a partir de la degradación y posterior oxidacion de parte de las sustancias asimiladas (catabolismo).

• Se comprende perfectamente que la cantidad de energía liberada en el catabolismo tiene que ser mayor que la consumida en el anabolismo para que el proceso, como un todo, transcurra en ese sentido.

Rutas MetabólicasSucesión de reacciones químicas que conducen de un sustrato (donde actúa laenzima) inicial a uno o varios productos finales, a través de una serie demetabolitos intermediarios. Su conjunto da lugar al metabolismo.Sustrato Aa→Metabolito Bb→Metabolito Cc→Producto Dd

Tipos de Rutas

Catabólicas • Rutas oxidantes; se libera energía y poder reductor y a la vez se sintetiza ATP. • La glucólisis y la beta-oxidación.Anabólicas • Rutas reductoras en las que se consume energía (ATP) y poder reductor. • Gluconeogénesis y el ciclo de Calvin.

Anfibólicas • Rutas mixtas, catabólicas y anabólicas. • Ciclo de Krebs, que genera energía y poder reductor, y precursores para la biosíntesis, ciclo de la urea.

GLUCOLISISProceso catabólico que parte de la Glucosa-6-Fosfato (G6P) y finaliza en el Piruvato. El piruvato pasará al Ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica. G6P puede obtenerse fosfatando glucógeno o almidón con ATP. En su fase inicial de activación que consume energía en forma de ATP. Va de la G6P al GAP (Glucosa fosfatada). La siguiente fase es de rendimiento energético. De GAP -> piruvato En puntos clave hay enzimas alostéricas. El piruvato es el inicio de varias rutas anabólicas Consume 6 moléculas de ATP

B-OXIDACIÓNProceso catabólico de los ácidos grasos en el cual sufren remoción mediante la oxidación de un par de átomos de carbono sucesivamente en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descomponga por completo en forma de moléculas acil- CoA, oxidados en la mitocondria para formar ATP. Cada paso comporta cuatro reacciones: Oxidación por FAD Hidratación Oxidación por NAD+ Tiólisis La ruta es cíclica, cada paso termina con la formación de una acil-CoA acortada en dos carbonos.

GLUCONEOGÉNESIS

sintetiza glucosa a partir de: ácido láctico, aminoácidos o algún metabolito del ciclo de Krebs. Ocurre en el hígado y en parte en el riñón No es exactamente inversa a la glucólisis. Algunas enzimas son glucolíticas y gluconeogénicas pero la Gluconeogénesis posee enzimas específicas.

CICLO DE KREBS

Forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. Es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y GTP). Proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos.

CICLO DE LA UREALa mayoría del ciclo de la urea es citosolico, pero la ornitina transcarboxilasa es intramitocondrial. En el ciclo principal, el nitrógeno entra por medio del amonio (NH4) y mediante la Carbomil- P sintetasa forma Carboamil-P NH3. Este compuesto se une a la ornitina y mediante la ornitina trans carboxilasa forma Citrulina, luego argininasuccinato al unirse un aspartato (via la argininasuccinato sintetasa). Este último compuesto se descompone en fumarato y arginina. Esta se degrada en Urea, la cual se elimina a los riñones y en ornitina, para reiniciar el ciclo. Corresponde a la vía metabólica usada para eliminar los desechos nitrogenados del organismo. Los diversos compuestos pueden entrar por casi cualquier parte del ciclo, y el producto final de desecho es la urea.

catabolismo• El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo y su

finalidad es la obtención de energía.

• Las moléculas orgánicas son transformadas en otras más sencillas que intervendrán en otras reacciones metabólicas hasta transformarse en los productos finales del catabolismo, que son expulsados de la célula. Son los llamados productos de excreción (CO2, NH3, urea, ácido úrico, etc.).

• La energía liberada en el catabolismo es almacenada en los enlaces ricos en energía del ATP y posteriormente podrá ser reutilizada.

Ocurre en tres faces.

• Fase I face inicial o preparatoria: las grandes moléculas se degradan (polisacáridos a monosacáridos; los lípidos a ác. grasos y glicerina, y las proteínas a aminoácidos).

• Fase II o fase intermedia: los productos de la fase I, son convertidos en una misma moléculas, más sencillas el Acetil-coenzima A (acetil CoA).

• Fase III o fase final: en la que el acetil-CoA (se incorpora al ciclo de Krebs) da lugar a moléculas elementales CO2 y H2O.

Tipos de catabolismo• Tipos de catabolismo

• Según sea la naturaleza del aceptor final de electrones, se distinguen dos tipos de catabolismo:

1. Respiración aerobia 2. Respiración anaerobia

• En la respiración la molécula que se reduce es un compuesto inorgánico. Si es el oxígeno (O2) se denomina respiración aeróbica, y si es una sustancia distinta del oxígeno, se denomina respiración anaeróbica.

Catabolismo

Respiración

Aerobia

Aceptor final el O2

Anaerobia

Aceptor final molécula inorgánica

distinta del O2

Oxidación total de la materia orgánica.

Los productos de reacción no contienen energía.

Se libera toda la energía.

Fermentación

Láctica

Alcohólica

Oxidación parcial de la materia orgánica.

Los productos de reacción contienen todavía energía.

Se libera poca energía El aceptor final de electrones es una

molécula orgánica.

Aminoácidos

Acido pirúvico

GrasasGlúcidos

Desaminación Beta oxidaciónGlucólisis

Acetil coA

Ciclo de Krebs

Procesos catabólicos aerobios

Catabolismo de grasas.

• Tiene lugar en la matriz mitocondrial. • Cada gramo de triglicérido contiene más del doble de

kilocalorías que 1 g de glucosa o de aminoácidos. • Las grasas son ricas en calorías porque contienen un

gran número de átomos de hidrógeno. • El glicerol es fosforilado y luego oxidado a PGAL

(gliceraldehído-3-fosfato) y entonces sigue la ruta de la glucólisis, pero el 95% de la energía de las grasas reside en los ácidos grasos.

Grasas

Glicerol Glucólisis

Ácidos grasos -oxidación

Catabolismo de aminoácidos

• Las proteínas y los péptidos extracelulares tienen que hidrolizarse primero a aminoácidos para poder usarse como fuente energética.

• En las proteínas hay 20 aminoácidos con diversos esqueletos carbonados, por lo que hay 20 rutas catabólicas distintas para la degradación de los aminoácidos.

• Estas veinte rutas catabólicas de los aminoácidos convergen en 5 puntos de entrada al ciclo de Krebs: acetil coenzima A, -cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato u oxaloacetato.

• En el hombre los aminoácidos sólo aportan del 10% al 15% de la producción energética corporal, por lo que sus rutas degradativas son mucho menos activas que la glucólisis y la oxidación de los ácidos grasos. En cambio, los animales carnívoros pueden obtener hasta el 90% de sus necesidades energéticas a partir de la oxidación de los aminoácidos ingeridos

Existen tres causas para que exista una degradación de aminoácidos.

• Que durante el recambio proteico normal algunos de los aminoácidos no se necesiten para la síntesis de nuevas proteínas.

• Que la dieta sea muy rica en proteínas (los aminoácidos no se pueden almacenar; las semillas de algunas plantas almacenan proteínas de reserva para las necesidades del embrión tras la germinación)

• Que el organismo se encuentre en estado de inanición, recurriendo entonces a todas sus reservas.

• Los esqueletos hidrocarbonados de los aminoácidos generalmente van a parar el ciclo de Krebs y de allí se oxidan para producir energía química o se canalizan hacia la gluconeogénesis (se vuelven a transformar en azúcares y se almacenan como glucógeno).

• El grupo amino se elimina por transaminación. Esta etapa de separación del grupo amino resulta ser el comienzo de todas las rutas catabólicas de los aminoácidos. En general, los grupos amino se utilizan en forma muy conservadora en los sistemas biológicos, debido a que sólo unos pocos microorganismos (algunas bacterias y cianobacterias) pueden convertir el nitrógeno atmosférico en nitrógeno utilizable. El hombre y otros animales (mamíferos terrestres y anfibios) excretan el nitrógeno en forma de urea, pero hay animales que eliminan nitrógeno en forma de ácido úrico (aves y reptiles terrestres) y otros animales y microorganismos lo hacen directamente en forma de amoníaco (la mayoría de los peces).

AMINOÁCIDOS

No se excretan No se almacenan

Producción de energía

α-amino

Excreción

Urea

Esqueleto carbonado

Intermediarios del ciclo de Krebs

AA Mixtos

AA Cetogénicos

Fermentación.

• Conjunto de rutas metabólicas, que se realizan en el hialoplasma, por las cuales se obtiene energía por la oxidacion incompleta de compuestos orgánicos.

• Los electrones liberados en esta oxidación son aceptados por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación.

• El rendimiento energético es bajo

Tipos de fermentación.

• Fermentación anaerobia, son las más típicas; no requieren oxígeno.

• Fermentación láctica. En la que el producto final que se obtiene es ácido láctico (fermentación homoláctica) unido, en ocasiones, a otros compuestos (heteroláctica). La realizan ciertas bacterias como las del género Lactobacillus (utilizadas para la obtención de yogur y queso) y las células musculares cuando el aporte de oxígeno es insuficiente.

Fermentación butírica.• Consiste en la descomposición de sustancias glucídicas de origen

vegetal, como el almidón y la celulosa, en determinados productos como el ácido butírico, el hidrógeno, el dióxido de carbono y otras sustancias malolientes. Se producen entre otros sitios en el rumen de los herbívoros.

• La realizan bacterias anaerobias como Bacillus amilobacter y Clostridium butiricum.

• La fermentación butírica tiene gran importancia, ya que contribuye a la descomposición de los restos vegetales en el suelo.

ANABOLISMO.

• Es un conjunto de procesos metabólicos en el cual resultan sintetizadas las sustancias más complejas, partiendo de otras más sencillas, con el consiguiente gasto de energía tomada de los ATP producidos durante las faces catabólicas.

• Las moléculas sinterizadas pueden:1.Formar parte de la propia estructura de la célula.2.Ser almacenadas y utilizadas como fuente de energía.3.Ser exportadas al interior de la célula.

El anabolismo de las grasas puede desarrollarse de dos maneras diferentes:

• Las grasas procedentes de los alimentos desdobladas durante la digestión en glicerina y ácidos grasos, son reconstruidas nuevamente apenas absorbidas por el intestino. Una pequeña cantidad ingresa en el hígado, donde es almacenada, pero la mayor parte va a través del sistema linfático a almacenarse en los tejidos del cuerpo.

• Las grasas pueden formarse en el organismo a expensas de los glúcidos. Este proceso metabólico exige la formación por una parte de glicerina, y por otra de ácidos grasos.

Anabolismo de aminoácidos.

Las plantas son capaces de sintetizar los veinte aminoácidos, pero muchos animales no pueden sintetizar diez de ellos, y deben tomarlos de la dieta, por lo que se denominan “aminoácidos esenciales“ y, en el ser humano, son 10:

• Arginina,Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Treonina, Triptofano y Valina

Los vegetales son capaces de fabricar los aminoácidos mediante la fotosíntesis del Nitrógeno, cosa que no pueden hacer los animales que los absorben tras la digestión de las proteínas.En ambos casos, los aminoácidos deben unirse para formar cadenas de péptidos que después se unen para formar proteínas mediante transcripción y traducción genética.

Cadena respiratoria• Es un conjunto de proteínas transportadoras de electrones

situado en la membrana interna de la mitocondria, capaces de generar un gradiente electroquímico de protones para la síntesis de ATP.

• Están ordenados por orden creciente de potencial REDOX (de más reductor a menos reductor)– Más reductor: NADH+H+ : -0’32 voltios– Menos reductor: par oxígeno-agua: +0’82 voltios

• A ella llegan las moléculas reducidas (NADH+H+, FADH2, etc) producidas en otras rutas metabólicas.

Fosforilación oxidativa.

• Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua.

• La fosforilación oxidativa junto con la fotofosforilación (síntesis de ATP impulsada por luz) son los dos procesos transductores de energía más importante en la biósfera.

• De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa.

• En las células eucariotas este proceso se lleva a cabo en las mitocondrias.• La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de e- en la cadena

respiratoria.• Los e- pasan a través de una serie de transportadores incluidos en la

membrana interna mitocondrial.• Los transportadores electrónicos mitocondriales funcionan dentro de

complejos proteicos ordenados en serie.• La cadena de transporte de e- es un proceso exergónico, que libera

energía suficiente para la síntesis de ATP.• Existe una translocación de H+ desde la matriz hacia el EIM (fuerza

protomotriz).• Síntesis de ATP por ATP sintasa.

• Los animales (y todos los seres vivos) son máquinas químicas

• La energía química (G) de los sustratos (alimentos) que se oxidan genera un gradiente electroquímico de H+ a través de la membrana interna mitocondrial

• El gradiente electroquímico de H+ (G) se utiliza para la producción de ATP (la F1-ATPasa es un rotor molecular)

• La energía química del ATP (G) se utiliza para que puedan ocurrir las reacciones endergónicas.