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Asignatura: Bioquimica II, Profesor: jaime gomez, Carrera: Biología, Universidad: USC
Tipo: Ejercicios
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¡No te pierdas las partes importantes!
El metabolismo es conjunto de reacciones químicas que ocurren en los seres vivos.
Hay dos tipos de sistemas: el sistema hormonal y el sistema endocrino. Estos dos sistemas funcionan en harmonía mediante las enzimas.
Todos los seres vivos comparten las principales rutas metabólicas, lo cual es una prueba contundente de que todos los organismos tienen un mismo origen evolutivo, es decir, descienden de un mismo ancestro común.
Jacques Monod fue el descubridor del operón lac, que es un operón (una unidad genética funcional formada por un grupo de genes capaces de ejercer una regulación de su propia expresión por medio de los sustratos con los que interaccionan las proteínas codificadas por sus genes) requerido para el transporte y metabolismo de la lactosa en la bacteria Escherichia coli.
Y fue el que empezó a utilizar el término alostérico que es un modo de regulación de las enzimas por el que la unión de una molécula en una ubicación (sitio alostérico) modifica las condiciones de unión de otra molécula, en otra ubicación distante (sitio catalítico) de la enzima. También dijo que el elefante es igual a E. Coli por sus rutas metabólicas dado que tienen el mismo antecesor común.
Autótrofos: Fabrican la materia orgánica a partir de moléculas inorgánicas. Utilizan dióxido de carbono (CO 2 ) de la atmosfera como única fuente de carbono a partir de la cual construyen todas sus moléculas carbonadas. Plantas superiores, algas verdes y algunas bacterias. Las cianobacterias pueden utilizar el N 2 atmosférico para generar sus compuestos nitrogenados. Según la forma en que obtienen energía diferenciamos:
o Quimioautótrofos: Utilizan CO 2 como fuente de C y reacciones redox como fuente de energía. Son las bacterias nitrificantes de Fe, H y S.
o Fotoautótrofos: Utilizan CO 2 y radiación solar. Son plantas, algas, bacterias y cianobacterias.
Heterótrofos: Producen moléculas inorgánicas a partir de materia orgánica. Animales, hongos y varios grupos de bacterias.
o Quimioheterótrofos: Utilizan reacciones redox como fuente de energía. Son los animales, hongos y algunos microorganismos.
o Fotoheterótrofos: Utilizan la radiación solar como fuente de energía.
En cuanto a su organización pueden ser:
Bioenergética
Es el estudio de las transformaciones energéticas que ocurren en los seres vivos
La energía libre es aquella forma de energía capaz de hacer un trabajo. La variación de energía se utiliza para describir la energética de reacciones bioquímicas. Las reacciones exergónicas liberan energía mientras que las endergónicas la absorben.
El valor de ∆G es indicador de la naturaleza del equilibrio de una reacción (en equilibrio ∆G=0). En una reacción próxima al equilibrio ∆G estará próxima a 0, siendo una reacción reversible, si está alejada del equilibrio será irreversible.
∆𝐺𝐺 = ∆𝐺𝐺º + 𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 �
[𝐴𝐴][𝐵𝐵]�
∆G representa el valor real, tiene en cuenta la concentración de metabolitos que hay en la célula mientras ∆G 0 (variación de energía libre estándar) representa un valor intrínseco a la reacción. Se expresan en KJ/mol o Kcal/mol.
El criterio para la espontaniedad (direccionalidad) de una reacción bioquímica es ∆G (no ∆G 0 ) ya que presenta la variación de la energía libre. En los seres vivos ∆G nunca puede ser 0.
En el metabolismo las reacciones catabólicas proveen de energía las reacciones anabólicas. Ej.: La fosforilación de la glucosa está favorecida por el ATP. Las variaciones de energía libre son aditivas (se suman).
Las variaciones de energía libre son adictivas.
Las reacciones acopladas son las que una reacción desfavorable se acopla a una reacción favorable y así ser espontanea.
La energía química está guardada en moléculas que tienen una energía libre muy negativa. Este
es el caso del ATP, que es la moneda de cambio universal de energía libre en los sistemas biológicos. ATP + H 2 O ADP + Pi.
Hay muchas reacciones que están acopladas a la rotura del ATP, como por ejemplo la síntesis de glutamina está acoplada a la de la hidrólisis de ATP.
El ATP es la moneda energética en muchos procesos biológicos. Los fotobiontes transforman la energía lumínica en ATP, en heterótrofos el ATP se obtiene en los procesos catabólicos. Este ATP se utiliza fundamentalmente para trabajo mecánico, transporte activo o para otras reacciones bioquímicas acopladas a la hidrólisis de ATP.
Métodos para generar ATP
La fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis de ATP acoplada a una reacción exergónica sin intervención de la enzima ATP-sintasa. Está mediada por enzimas quinasas.
La fotofosforilación se refiere al proceso de formación del ATP durante la fase luminosa de la fotosíntesis. La energía asociada con los electrones excitados se almacena en el ATP en un proceso que produce más moléculas de este tipo a partir de ADP y fosfato inorgánico.
La fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir ATP, hasta el 90% de la energía celular es producida de esta forma. Esta forma es característica del transporte mitocondrial.
El potencial de transferencia del grupo fosforilo mide la tendencia a transferir un grupo fosfato a otra molécula. Su valor está determinado por la ∆G, cuanto más negativa mayor será el potencial de transferencia de grupos fosforilos.
NADPH (Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato): El NADPH es la forma reducida, el NADP+^ la forma oxidada. Transporta electrones en forma de ión hidruro en procesos anabólicos principalmente.
CoA o CoA-SH: Deriva del ácido pantoténico (Vit. B5). Participa en procesos de transferencia de grupos acilo [R-C(O)S]., principalmente de grupos acetilo en forma de acetil-CoA
Regulación
Cantidad de Enzima: El control de esta ocurre a nivel de:
o Transcripción: A mayor traducción y transcripción del gen, mayor cantidad de enzima.
o Velocidad de degradación.
Accesibilidad de los Sustratos:
o Compartimentación intracelular: Sistemas de transporte en la célula.
o El flujo o suministro de los sustratos: Necesidad de la llegada de sustratos.
Control de la Actividad Catalítica:
o Regulación alostérica: nivel más básico. No son interacciones covalentes.
o Regulación por modificación covalente: el enzima regulador va a ser modificado por la adición de un grupo fosfato, activándose o inhibiéndose.
o Señales extracelulares: hormonas, neurotransmisores, citoquinas, factores de crecimiento… Las señales llegan a la célula provocando ciertas respuestas.
o Carga energética (C.E.): mide la relación entre las concentraciones de ATP, ADP y AMP. Cuando es elevada, las rutas catabólicas se inhiben. (Figura del Lehninger).
La glucosa se convierte en piruvato a partir de la glucolisis y el piruvato sigue dos destinos diferentes, en anaerobios ocurre la fermentación (que desintegra el piruvato a etanol o lactato), y en condiciones aerobias pasa a acetil-CoA que entra en el ciclo de Krebs.
Cuando tomamos en exceso azúcar y carbohidratos en la dieta se producen muchos AcetilCoA que deben ser derivados a otras rutas metabólicas, fundamentalmente a la de ácidos grasos y por eso engordamos.
La glucosa viene de la gluconeogéneseis que es la síntesis de glucosa a partir de grupos no hidratos.
La glucosa puede entrar en la ruta de las pentosas fosfato que es fundamental para síntesis de ácidos nucleídos y muchas cosas más.
Digestión de carbohidratos
Muchos alimentos tienen carbohidratos, son polisacáridos y oligosacáridos que en la digestión lo transformaremos todos en monosacáridos y mediante la absorción intestinal los podremos utilizar.
En la boca y en la faringe se produce la amilasa salivar que cuando comemos y masticamos, con esta enzima empezamos a degradas en disacáridos y oligosacáridos. Cuando llegamos en el intestino delgado actúa la amilasa pancreática que genera maltosa, dextrina y otros disacáridos, mientras que en el epitelio del intestino delgado hay: maltasa, lactasas y sacarasas que convierte todo en un monosacárido con lo que procedemos a la absorción intestinal.
La dextrina es lo que queda de la degradación de las amilasas, es decir los restos que la amilasa no pude reducirse.
La entrada de glucosa se considera transporte activo porque para mantener el gradiente de Na+^ está ligado a una bomba Na+/K+^ que consume ATP ya que se absorbe por transporte simporte ligado a Na+. La glucosa entra a favor de gradiente pero para compensar la concentración de Na+, éste sale por la bomba Na+/K+. Así, de manera indirecta, el transporte de glucosa gasta ATP.
La glucosa se cotransporta con Na+^ a través de la membrana plasmática apical al interior del enterocito. Se desplaza a través de la célula a la membrana basal, donde pasa a la sangre vía GLUT2, un transportador pasivo simple de la glucosa. La Na+/K+^ ATPasa continúa bombeando Na+^ hacia el exterior para mantener el gradiente de Na+^ que impulsa la captación de glucosa.
Este tema es importante y largo
La glucólisis es el conjunto de reacciones que transforman la glucosa en piruvato. Es una ruta metabólica que ocurre en el citosol y es universal. Su nombre significa “romper el dulce”. Tienen un papel central en el metabolismo energético. Está interconectada con otras rutas metabólicas. Probablemente es la ruta que mejor se conoce.
En los virus de animales no ocurre porque la glucólisis solo ocurre en células y un virus no es una célula
Historia de la glucolisis
Primero los hermanos Buchner que trabajaban con extractos de levaduras libres de células con fines terapéuticos. Para guardar esos extractos decidieron emplear un método casero: la adicción de altas cantidades de azúcar de mesa (sacarosa). Observaron la conversión de la sacarosa en etanol (el alcohol más común), es decir, la fermentación.
La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de oxígeno originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa y el almidón) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol.
Este hallazgo fue trascendental porque demostraba que la fermentación podía ocurrir en ausencia de células vivas.
Este experimento supuso el fin del dogma vitalista, defendido por Pasteur, según el cual “todas las funciones de los seres vivos son el producto de una fuerza vital distinta de la fuerzas físicas y químicas”. Gracias al descubrimiento de los Buchner se demostró que las reacciones bioquímicas podían ocurrir en ausencia de vida. Este descubrimiento es el que marca el nacimiento de la bioquímica.
Y en la década de 1930 se consiguió aclarar toda la ruta metabólica de la glucólisis tanto en levaduras como en el músculo.
Glucólisis es una fuente de energía en forma de ATP. En ausencia de O2 ocurre la fermentación. Mientras que en presencia de O2 ocurre la respiración.
Es curioso que n las células cancerosas, aun teniendo oxigeno, prefieren hacer la fermentación, esto aun no se sabe porque, es todo un misterio. CHAN CHAN CHAN.
La fermentación ocurre en el citosol y sirve para generar ATP y regenerar un coenzima que es el NAD+, si no ocurriera la fermentación no se regeneraría y entonces la glucolisis se paraliza y por tanto el organismo muere.
En el caso de la respiración la regeneración de NAD+ ocurre pero de un modo diferente y en la respiración se produce más ATP, alrededor de 30 ATP.
En la glucólisis hay dos fases: la primera es la fase preparatoria de inversión energética donde invierte ATP para obtener luego más ATP. Y la segunda fase es la fase en la que se obtienen los beneficios de ATP y además se genera NADH.
Las reacciones de la primera fase de la glucólisis
La hexoquinasa tiene 4 isoenzimas (I, II, II, IV) en la especie humana. La HK-IV se conoce con el nombre de glucoquinasa o glucokinasa (GK) y es exclusiva del hígado.
Las isoenzimas son enzimas que catalizan para la misma reacción pero están codificados por gene diferentes, el gen de la HK I es diferente para la IV, la III… mientras que las alozima son variantes alélicas de la misma enzima.
La diferencia entre las hexoquinasa y la glucokinasa es que la glucoquinasa no está inhibida por el grupo 6 fosfato… (Presentación). La HK es específica de hexosas, mientras que las GK son específicas de glucosa. La Hexoquinasa se satura muy rápidamente mientras que la glucokinasa no.
Las reacciones de la segunda fase de la glucólisis
Resumen grafico de la Glucolisis
Bioenergética de la glucólisis
Los valores de ∆Gº son positivos y negativos, mientras que todos los valores de ∆G son negativos. Las tres reacciones muy alejadas del equilibrio son los puntos de control de la reacción.
Balance de la glucólisis
El balance es conocer lo que entra y lo que sale en la glucólisis que entra una glucosa. La segunda fase ocurre dos veces.
Balance total: 1Glucosa + 2ATP + 2NAD+^ + 4ADP + 2Pi 2Piruvato + 2ADP + 2NADH
Balance neto: 1Glucosa + 2NAD+^ + 2ADP + 2Pi 2Piruvato + 2NADH + 2H+^ + 2ATP
Integración de otros carbohidratos de la glucólisis
Metabolismo de la Manosa
La manosa se fosforila a manosa-6P (M6P) por la HK y después la fosfomanosa isomerasa la transforma en fructosa-6P (F6P) que es un intermediario de la glucólisis. A continuación puede seguir dos caminos para integrarse en la glucólisis: fosforilándose a fructosa-6P (F6P) gracias a la HK y consumiendo ATP Glucólisis. O bien transformándose en fructosa-1P (F1P) gracias a la fructoquinasa y consumiendo ATP. Ésta se rompe en dos triosas gracias a la fructosa-1-fosfoaldolasa que son una dihidroxiacetonafosfato (DHAP) y un gliceroaldehido que gracias a la trioquinasa se transforma en gliceroaldehido-3P (G3P) Glucólisis.
Metabolismo de la lactosa
La lactosa mediante lactasa da lugar a D-Glucosa + D-Galactosa. La lactasa es una enzima producida en el intestino delgado y que se sintetiza durante la infancia de todos los mamíferos. Su acción es imprescindible en el proceso de conversión de la lactosa, azúcar doble (disacárido), en sus componentes glucosa y galactosa. La falta de lactosa origina intolerancia a la lactosa que es bastante frecuente en personas con una avanzada edad, de hecho se piensa que la secreción de lactasa en la etapa adulta es un adaptación evolutiva.
La intolerancia a la lactosa es cuando hay deficiencia en lactasa, la lactosa en el intestino es fermentada por bacterias. Se producen gases y ácidos, la presencia de gases, ácidos y lactosa provoca diarrea, irritaciones de colon y todo esto puede
Esquema resumen de la integración
La fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y el producto final es un compuesto orgánico. Según los productos finales, existen diversos tipos de fermentaciones.
Si no se repone el NAD+ se detendrá la reacción de la G3PDH y se parará la glucólisis.
Hay dos fermentaciones la láctica y la alcohólica. La láctica es la conversión de glucosa para dar ácido láctivo y asó obtener energía.
Fermentación láctica
La fermentación láctica es la reacción de Piruvato y NADH a lactato y NAD+ mediante lactato dehidrogenasa (esta reacción está en equilibrio).
¿Cómo se metaboliza el lactato?, tiene dos destinos, por un lado puede ir al ciclo de Krebs y que va a dar lugar CO2 +H2O y la otra es la gluconeogénesis que da lugar a glucosa.
