EL METABOLISMO CELULARLa clula es una mquina que necesita energa para realizar sus trabajos

METABOLISMO CLULAR

En los sistemas vivos, las reacciones que capturan energa (fotosntesis) y las reacciones que liberan energa (gliclisis y respiracin), son reacciones de:

oxidacin-reduccin.

Definiciones histricasOXIDACINPrdida de electronesPrdida de hidrgeno REDUCCINGanancia de electronesGanancia de hidrgeno (en compuestos orgnicos)

Reacciones Redox en sistemas biticosSon muy importantes porque se obtiene energaMetabolismo CelularRespiracin Fotosntesis

MetabolismoMapa de conceptosOrigen del trminoDefinicin

SE DERIVA DE METABOLEQUE SIGNIFICA CAMBIO O TRANSFORMACINQUE TRANSFORMAMOS ? A LOS NUTRIENTESLOS CUALES SON CARBOHIDRATOS LPIDOS PROTENAS VITAMINAS MINERALES AGUAA TRAVS DE REACCIONES QUMICASCONOCIDAS COMO REACCIONES METABLICASPARA OBTENER MASA Y ENERGANECESARIA PARA CRECER, REPARARSEREPRODUCIRSE, ETC.ORIGEN

DE

LA

PALABRASE DEFINE COMO NECESARIAS METABOLISMO

Es el conjunto de reacciones qumicas: Que le permiten a la clula o al organismo, la produccin de masa y energaCMO SE DEFINE AL METABOLISMO?

REACCIONES METABLICASMapas de conceptosAnabolismoCatabolismo

SON DE DOS TIPOS CATABLICAS ANABLICAS DELGRIEGO CATABOLE QUE SIGNIFICA HACIA ABAJO SON LAS QUE DEGRADAN MOLCU- LAS COMPLEJAS HAS TA MOLCULAS SIM- PLES POR LO QUE SE DESGASTAN MATERIALES Y SE PRODUCE ENERGA Y MA-TERIA PRIMA DELGRIEGO ANABOLE EJEMPLO CARBOHIDRATOSCO2 + H2O + ENERGANECESARIO PARA CRECER, REPARARSEREPRODUCIRSE, ETC. HACIA ARRIBA SON LAS QUE PRODUCEN MOLCU- LAS COMPLEJAS A PARTIR DE MOLCU-LAS SIMPLES EJEMPLO POR LO QUE SE PRODUCEN NUEVOS MATE-RIALES Y SE AL-MACENA ENER-GA OCURREN EN EL INTERIOR DE LA CLULA REACCIONES METABLICAS

GLUCOSACATABOLISMOCO2 + H2O + E ANABOLISMO

FASES DEL METABOLISMOCATABOLISMOReacciones destructivas Molculas orgnicas complejas Se obtiene energa ATP.Se producen molculas sencillas de desecho.ANABOLISMOReacciones constructivasPrecursores sencillos se convierten en molculas complejasSe gasta energa ATP.

METABOLISMO CLULARLas Enzimas

La presencia de las enzimas es fundamental para que las reacciones qumicas puedan ocurrir dentro de una clula viva.

METABOLISMO CLULARLas enzimas Actan como catalizadores ; disminuyen la energa de activacin incrementando enormemente la velocidad a la que se producen las reacciones qumicas en las clulas. Una reaccin no catalizada requiere ms energa de activacin que una catalizada, como una reaccin enzimtica.

Muchas enzimas requieren de cofactores, que pueden ser iones simples, tales como Mg2+ o Ca2.O molculas orgnicas no proteicas conocidas como coenzimas

METABOLISMO CLULAREL ATPTodas las actividades biosintticas de la clula, muchos de sus procesos de transporte y una diversidad de otras actividades requieren de energa.Una gran proporcin de esta energa es suministrada por una sola sustancia: el adenosn trifosfato o ATP

METABOLISMO CLULAR

METABOLISMO CLULAREn el curso de esta reaccin, se liberan unas 7 kilocaloras de energa por mol de ATP. La eliminacin del segundo fosfato produce AMP (adenosn monofosfato) y libera una cantidad equivalente de energa.

METABOLISMO CLULARGluclisisLa primera fase en la degradacin de la glucosa es la gluclisis que se efecta en el citoplasma de la clula. RespiracinLa segunda fase es la respiracin aerbica, que requiere oxgeno y, en las clulas eucariticas, tiene lugar en las mitocondrias.

METABOLISMO CLULARRespiracin

La respiracin comprende el ciclo de Krebs y el transporte terminal de electrones acoplado al proceso de fosforilacin oxidativa. Todos estos procesos estn ntimamente relacionados.

Ruta de la respiracin Celular

La glucosa se usa para distintos procesos, pero el ms importante es como fuente de Energa

Oxidacin a Acetil CoA

Unidad I CitologaFotosntesis Versus Respiracin Celular

Unidad I CitologaRespiracin Celular

La respiracin celular, es un proceso exergnico o un proceso energtico colina abajo, es decir, la energa libre de los productos dioxido de carbono y agua es considerablemente menor que la energa libre de la glucosa

Por su puesto mucho de esta energa se conserva en los enlaces fosfato de ATP(el propsito de la respiracin celular), el resto se disipa como calor

Unidad I CitologaFotosistemas

La membrana del tilacode contiene elementos proteicos organizados dentro de fotosistemas, sistema transportador de electrones y ATP sintetasas

La unidad activa en la membrana del tilacode contiene dos clases de centros fotosintticos designados fotosistema I y fotosistema II

Cada fotosistema incluye un complejo cosechador de luz, con un centro de reaccin y cada uno est estrechamente asociado con un sistema transportador de electrones

Los fotosistemas contienen clorofila y otros pigmentos cuya funcin es absorber luz y comenzar el flujo de electrones

Ciclo de Krebs

El producto ms importante de la degradacin de los carburantes metablicos es el acetil-CoA, (cido actico activado con el coenzima A), que contina su proceso de oxidacin hasta convertirse en CO2 y H2O, mediante un conjunto de reacciones que constituyen el ciclo de Krebs punto central donde confluyen todas las rutas catablicas de la respiracin aerobia. Este ciclo se realiza en la matriz de la mitocondria

Microscopa electrnica de una mitocondriaQu es la mitocondria? En el citoplasma de la mayora de las clulas humanas, hay millones de organelos en forma oblonga y aplastada, que se llaman mitocondrias y son pequeas estructuras que procesan oxgeno y convierten cidos grasos, carbohidratos y protenas de los alimentos, en ENERGIA.

El ciclo de krebs

Fig.6.-El Ciclo de Krebs o Ciclo del Acido Ctrico.

ClulaNcleoMitocondriaGlucosaGluclisisCiclo de Krebs cadenarespiratoria Fosforilacin oxidativaC6H12O6Rutas metablicas incluidas en la Respiracin CelularOcurre en el citoplasmaOcurren en la mitocondria

MitocndriaAcetil CoABalance energtico y Representacin global de la Respiracin Celular

Respiracin Celular

Es el conjunto de reacciones en las cuales el c. pirvico producido por la gluclisis es desdobla a CO2 y H2O y se producen 36 ATP. En las clulas eucariontes la respiracin se realiza en la mitocondria.

FOSFORILACION OXIDATIVAPrimer nivel: El NADH llega a las Crestas mitocondriales, donde se oxida con una "flavoprotena", reducindola (o sea cargndola de electrones).Segundo nivel: Posteriormente la flavoprotena se oxida y reduce a una coenzima denominada "Q". Durante este proceso se libera energa que ejecuta una primera fosforilacin oxidativa de ATPTercer nivel: Es en este nivel donde recin ingresa el FADH. La coenzima Q que se encuentra reducida, se oxida reduciendo as a un compuesto denominado citocromo b. Durante esta oxidacin se libera energa para ejecutar la segunda fosforilacin oxidativa de ATP. Como concepto, un citocromo es una protena rica en Fe (por lo cual se oxida y reduce fcilmente).Cuarto nivel: El citocromo b se oxida, reduciendo as al citocromo c.Quinto nivel: El citocromo c se oxida, reduciendo as al citocromo a.Sexto nivel:El citocromo a se oxida con oxigeno, reducindolo de esta forma a agua. Durante esta ltima oxidacin se libera la energa para ejecutar la tercera y ltima fosforilacin oxidativa de ATP.

La cadena transportadora de electrones: fosforilacin oxidativa.

LA CADENA TRANSPOTADORA DE ELECTRONESLas enzimas de la cresta mitocondrial transportan los H hasta el Oxigeno formndose agua.

Unidad I CitologaSISTEMA TRANSPORTADOR DE ELECTRONES

Hiptesis quimiosmticaLa ATP sintetasa es un gran complejo proteico con canales para protones que permiten la re-entrada de los mismos. La sntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a travs de la membrana: ADP + Pi ---> ATP Los protones son transferidos a travs de la membrana, desde la matriz al espacio intermembrana, como resultado del transporte de electrones que se originan cuando el NADH cede un hidrogeno. (Ver la animacin transporte de electrones.) La continuada produccin de esos protones crea un gradiente de protones.

Contraccin Muscular

METABOLISMO CLULARLas Vas Anaerobias

En ausencia de oxgeno, el cido pirvico puede seguir una de varias vas llamadas anaerbicas . Veremos brevemente dos de las vas anaerbicas ms interesantes.

METABOLISMO CLULARLas Vas Anaerobias

El cido pirvico puede convertirse en etanol (alcohol etlico)O en uno de varios cidos orgnicos diferentes, de los cuales el cido lctico es el ms comn.

METABOLISMO CLULAR

Fermentacin Alcoholica

El cido lctico se forma a partir del cido pirvico, por accin de una variedad de microorganismos y tambin por algunas clulas animales cuando el O2 es escaso o est ausente.

GLUCOGENESIS

El Metabolismo de Lipidos se Divide:DigestionTransporteDegradacionSintesis

CATABOLISMO DE LPIDOS

Digestion, Absorcion y TransporteOcurre en ambientes acoso del intestino y utiliza enzimas solubles en agua (lipasas) que hidrolizan las grasas.Sales BiliaresQuilomicrones

Ocurre en la Sangre y en Fluidos Intercelulares:LipoproteinasAlbumina de SueroCuerpos cetonicos.

*Enzimas involucradas

ENZIMASLOCALIZACINLIPASAPncreasISOMERASAIntestinoCOLESTEROLASAPncreasFOSFOLIPASA A2Pncreas

*LIPASACataliza la hidrlisis de uniones ster en los carbonos primarios (a y a) del glicerol de las grasas neutras (Triacilgliceroles)

*ISOMERASAPara la hidrlisis de 2-MAG es necesaria la presencia de esta enzima que traslada el grupo acilo de la posicin 2 ( b) a la posicin 1( a). Luego la hidrlisis del monoacilglicerol (MAG) se completa por accin de la Lipasa.

*COLESTEROLASACataliza la hidrlisis de steres de colesterol con cidos grasos.

*FOSFOLIPASA A2Cataliza la hidrlisis del enlace ster que une el cido graso al hidroxilo del carbono 2 del glicerol en los Glicerofosfolpidos.Se forma un cido graso y lisofosfolpido

*PAPL DE LA BILIS EN LA DIGESTIN DE LPIDOSCIDOS BILIARES: el ms abundante es el cido clico, en menor proporcin se encuentra el cido quenodesoxiclico.Son excretados en la bilis conjugados con glicina o taurina. Ej.: -cido glicoclico -cido tauroclicocido glicoclicocido tauroclico

*FUNCIN DE LOS CIDOS BILIARESAumentan la funcin de la Lipasa pancretica.Reducen la Tensin Superficial y con ello favorecen la formacin de una EMULSIN de las grasas. Contribuyen a dispersar los lpidos en pequeas partculas y por lo tanto hay mas superficie expuesta a la accin de la lipasa.Favorece la absorcin de Vitaminas Liposolubles.Accin Colertica: estimulan la produccin de bilis.

*ABSORCIN:Proceso mediante el cul las sustancias resultantes de la digestin ingresan a la sangre mediante a travz de membranas permeables (sust. de bajo PM) o por medio de transporte selectivo.

*No es indispensable la digestin total de las grasas neutras debido a que pueden atravesar las membranas si se encuentran en EMULSIN FINA.Las sustancias sin degradar totalmente (MAG) que atraviesan las membranas son hidrolizadas totalmente en los enterocitos.En las clulas intestinales se sintetizan nuevamente los TAG.Absorcin del Colesterol: se absorbe en el intestino y luego se incorpora a los QUILOMICRONES como tal o como steres con AG.

*ESTRUCTURA DE QUILOMICRONESLa superficie es una capa de Fosfolpidos.Los Triacilgliceroles secuestrados en el interior aportan mas del 80% de la masa.Varias Apolipoprotenas (B-48, C-III y C-II) atraviesan la membrana y actan como seales para el metabolismo de los Quilomicrones.

*Transporte de Lpidos en la sangreSon usadas 4 tipos de LIPOPROTEINAS para transportar lpidos en la sangre:QuilomicronesLipoprotenas de muy baja densidad (VLDL)Lipoprotenas de baja densidad (LDL)Lipoprotenas de alta densidad (HDL)

Estn compuestas de diferentes lpidos.

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*METABOLISMO DE LAS GRASAS

*Los TAG deben ser hidrolizados antes de su utilizacin por los tejidos mediante LIPASAS intracelulares.Los productos formados (glicerol y cidos grasos) se liberan a la sangre.El glicerol del plasma es tomado por las clulas que pueden utilizarlo.Los cidos grasos son oxidados en los tejidos.METABOLISMO DE LAS GRASAS

*Metabolismo del Glicerol1) ACTIVACIN:Solo ocurre en tejidos que tienen la enzima Gliceroquinasa:Hgado, rin, intestino y glndula mamaria lactante.

*Metabolismo del Glicerol2) Luego es transformado en Dihidroxiacetona Fosfato.

*Metabolismo del Glicerol3) Formacin de Gliceraldehdo-3-Fosfato.

*La posibilidad del glicerol de formar intermediarios de la Gluclisis ofrece un camino para su degradacin total.Contribuye con el 5% de la energa proveniente de los TAG (el 95% restante proviene de los cidos grasos)

Metabolismo del Glicerol

*CATABOLISMO DE LOS CIDOS GRASOS

*-Oxidacin de cidos GrasosOcurre en tejidos como: Hgado, msculo esqueltico, corazn, rin, tej. Adiposo, etc.Comprende la oxidacin del carbono del cido graso.Ocurre en las MITOCONDRIAS.Antes debe ocurrir:Activacin del cido graso (requiere energa en forma de ATP)Transporte al interior de la mitocondria

*1) Activacin del cido grasoOcurre en el Citosol.La reaccin es catalizada por la TIOQUINASA.El pirofosfato es hidrolizado por una PIROFOSFATASA (esto hace que la reaccin sea irreversible)

*2) Transporte de Acil-CoA al interior de la mitocondria.

*Despus de la activacin, los steres de ac. Grasos con CoA entran a la mitocondria para ser procesados.-OxidacinLos cidos grasos son procesados por las mismas 5 etapas cclicas.Se remueven 2 carbonos por cicloSe produce una molcula de Acetil-CoA en cada ciclo.El acetil-CoA producido entra en el ciclo de Krebs para producir energa. - OXIDACIN DE AC. GRASOS

*Porqu se llama -Oxidacin?En este proceso el carbono del c. Graso se oxida a una cetona y luego a un tioster.

*Acil-CoA del paso de activacinSe obtienen 5ATP por ciclo de b-Oxidacin

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*INTERRELACION CON EL CICLO DE KREBSLos acetilos formados en la b-OXIDACIN ingresan al CICLO DE KREBS para su oxidacin total a CO2.Los NADH y FADH2 producidos en el CICLO DE KREBS forman ATP en la mitocondria (FOSFORILACIN OXIDATIVA)

*En cada ciclo se pierden 2 tomos de C en forma de Acetil-CoA.Para degradar completamente un ac. Graso de 16 C hacen faltan 7 ciclos de -Oxidacin.N de ciclos = (n de C) 1 2En cada ciclo se produce 1 molcula de FADH2 y otra de NADH:FADH2= 2ATPNADH= 3ATP

*Balance neto de Energa

cido Caprilico(8 carbonos)cido Palmtico(16 carbonos)Uniones~PUniones~PCantidad de ciclos37Consumo para activacin inicial-2-2ATP producidos en la -Oxidacin (5/ ciclo)+15+35ATP producidos en Ciclo de Krebs (12/ acetil CoA)+48+96ATP Totales61129

*Formacin de Cuerpos Cetnicos (Cetognesis)Despus de la degradacin de los ac. Grasos, el Acetil-CoA es oxidado en el Ciclo de Krebs.Para esto es necesaria la presencia de oxalacetato (1er intermediario del ciclo de Krebs). Si la cantidad de este es insuficiente, las unidades de acetil-CoA son utilizadas mediante una va alternativa en la que se producen Cuerpos CetnicosEstos compuestos se forman principalmente en el hgado, a partir de acetil-CoA mediante una serie de etapas.

*CETOGENESISEl 1er paso es la inversa de la ltima etapa de la b-oxidacin.El acetoacetatil-CoA se condensa con otro acetil-CoA para dar HMG-CoA.El HMG-CoA se rompe formando acetoacetato y Ac-CoA.El Acetoacetato puede originar los otros cuerpos cetnicos.Ocurre en HGADO

*Utilizacin de los cuerpos cetnicosEl Hgado es el principal productor ya que posee todas las enzimas necesarias. Es incapaz de usarlos como combustible.Los rganos que los usan son: cerebro, msculo esqueltico, corazn y otros.Solo se usan como fuente de energa en situaciones metablicas especiales. Ej: Diabetes, ayuno prolongado.El aumento de estos provoca Acidosis Metablica.

*UTILIZACIN DE LOS CUERPOS CETNICOSLos tejidos extrahepticos utilizan cuerpos cetnicos como fuente de energa.El acetil CoA adentro de la clula, ingresa al ciclo de Krebs para obtener energa.Ocurre en tejidos EXTRAHEPTICOS

*Formacin y exportacin de cuerpos cetnicos (hgado)Los cuerpos cetnicos se forman y exportan desde el Hgado.

En condiciones energticamente desfavorables, el oxalacetato se deriva hacia la Gluconeognesis, para liberar glucosa a la sangre.

El ciclo de Krebs trabaja muy lentamente en el Hgado.

Gotas de lpidosHepatocitoAcetoacetato y b-hidroxibutirato exportados como energa para: corazn, msculo, rin y cerebro.Glucosa exportada como combustible para cerebro y otros tejidos.

* BIOSINTESIS DE CIDOS GRASOS

*Cuando la ingesta supera las necesidades energticas, el exceso se almacena como reserva en forma de grasas.Los restos de acetil-CoA provenientes de la -oxidacin y de la degradacin de glucosa o de las cadenas carbonadas de algunos aa, pueden utilizarse para sintetizar nuevos ac. Grasos.Estos se incorporan al glicerol para ser almacenados como grasa de depsito.La sntesis de ac. Grasos de hasta 16 C ocurre en el citoplasma y se conoce como SINTESIS DE NOVO.La elongacin de ac. Grasos preexistentes se realiza en las mitocondrias.

*SINTESIS DE NOVO(SINTESIS CITOPLASMTICA DE AC. GRASOS)Los ac. grasos se sintetizan en el citosol a partir de acetil-CoA que se produce en la mitocondria por lo tanto es necesario que estos ltimos sean transportados afuera de las mitocondrias.La membrana mitocondrial interna es impermeable a acetil-CoA.La manera en que salen es como citrato mediante un transportador de tricarboxilatos.Se usa NADPH como fuente de H para las reducciones.

*SALIDA DE ACETILOS DE LA MITOCONDRIA AL CITOSOL

*Etapas de la Sntesis de Ac. GrasosComprende:Formacin de malonil-CoA.Reacciones catalizadas por el complejo multienzimtico de la cido graso sintetasa.

*1)Formacin de malonil-CoAEs una carboxilacin que requiere HCO3- como fuente de CO2.Cataliza: acetil-CoA carboxilasa que usa biotina (vit B7) como coenzima.Es el principal sitio de regulacin de la sntesis de ac. Grasos.

*2)Reacciones de la acido graso sintetasaCataliza la sntesis de ac. Grasos de hasta 16 C.Formada por 2 subunidades, cada una con 3 dominios:Dominio 1: ingreso de sustratos y unidad de condensacin. Contiene 3 enzimas:Acetil transferasa (AT)Malonil transferasa (MT)Enzima condensante (KS) con resto de Cys.Dominio 2: unidad de reduccin. Contiene 3 enzimas:Cetoacil reductasa (KR)Hidroxiacil deshidratasa (HD)Enoil reductasa (ER)Posee la porcin transportadora de acilos ACP.Dominio 3: liberacin de cidos grasos. Posee la enzima:Deacilasa.

Una subunidad de Acido Graso Sintetasa.

*1)Transferencia de acetato.Una molcula de acetil-CoA ingresa y la acetil transferasa (AT) transfiere el resto acetilo al sitio activo de la enzima condensante (KS).

*2)Transferencia de malonilo.El malonil-CoA formado ingresa y se une al residuo de Fosfopantetena de la Protena Transportadora de Acilos (ACP) por accin de la malonil transferasa (MT).malonil transferasa (MT).

*3)Condensacin de acetilo con maloniloEl carboxilo libre del malonilo se separa como CO2.Se produce la unin de acetilo y malonilo catalizada por la enzima condensante (KS) para formar ceto-acil ACP.Se libera el acetilo de la enzima condensante.

*4) Primera reduccin( reduccin del grupo ceto)El ceto-acil ACP formado se reduce a hidroxi-acil ACP por accin de la ceto-acil reductasa (KR).

*5)DeshidratacinSe pierde una molcula de agua, reaccin catalizada por la hidroxi acil deshidratasa (HD).

*6)Segunda reduccin(Saturacin del enlace C-C)El compuesto insaturado es hidrogenado por accin de la enoil reductasa (ER).

*TranslocacinLa cadena en elongacin unida al grupo fosfopantetena de la ACP es translocada al residuo de cistena de la enzima condensante (KS).El grupo fosfopantetena queda libre para la unin a malonilo comenzando un nuevo ciclo.El ciclo se repite hasta llegar a ac. Grasos de 16C.Los H necesarios para las reducciones provienen de NADPH que se obtiene en la va de las pentosas y en menor cantidad por la enzima mlica que convierte el piruvato en malato para su salida al citosol (transporte de acetilos)

*RESUMEN: Pasos de la biosntesis de Ac. Grasos.

*BIOSINTESIS DE COLESTEROLLa estructura de 27 C se obtiene a partir de molculas de acetil-CoA.Se condensan molculas de acetil-CoA para obtener ISOPRENOS activados.

Los C negros derivan del grupo metilo del acetato.

Los C rojos derivan del carboxilo del acetato.

*ETAPAS INICIALESHasta la formacin de 3-OH-3-metil-glutaril CoA NO EST COMPROMETIDA A LA SNTESIS DE COLESTEROL(similar a la cetognesis)La reduccin para formar MEVALONATO es la etapa crtica que compromete a la formacin de colesterol.Como todas las biosntesis, consume NADPH.Estatinas

*LAS CLULAS TAMBIN OBTIENEN SU COLESTEROL MEDIANTE ENDOCITOSIS DE LIPOPROTENAS DE BAJA DENSIDAD MEDIADA POR EL RECEPTOR DE LDL.

AlmacenamientoPrincipal forma de almacenar energia en animales.Tejido adiposo: trigliceridosMobilizacion de grasas: lipasas y fosfolipasas.Higado graso: mobilizacion de acidos grasos al higado, tejido no funcional.

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