Tema 1. Introduccion al metabolismo (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad de Alicante (UA)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Profesor M.J.B.P.
Año del apunte 2017
Páginas 9
Fecha de subida 17/10/2017
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Tema 1. Introducción al metabolismo. Principales vías metabólicas. Control metabólico.
Organización de las reacciones metabólicas: características del metabolismo, secuencias metabólicas, conceptos básicos. Flujo metabólico. Reacciones próximas al equilibrio. Reacciones de no equilibrio.
Ciclos de sustrato. Ciclos de interconversión. Análisis de control metabólico: coeficiente de control de flujo, elasticidad, teorema de la conectividad, coeficientes de respuesta. Sensibilidad en la regulación metabólica.
Objetivo: Comprender la organización metabólica de los seres vivos, diferenciando los distintos tipos de vías y enzimas Metabolismo: conjunto de reacciones químicas llevadas a cabo por las células vivas.
Las células utilizan fuentes de materia y energía transformándolas en compuestos químicos células y productos de desecho, así como en energía metabólica utilizable por las mismas.
Metabolismo intermediario: compren de todas las reacciones relacionadas con la generación y el almacenamiento de energía metabólica y el empleo de la misma en la biosíntesis de metabolitos.
Los metabolitos son moléculas debajo peso molecular que actúan como intermediarios en la degradación o biosíntesis de los biopolímeros.
La biosíntesis de proteínas y ácidos nucleicos no se incluyen el metabolismo intermediario.
Principales rutas metabólicas de una célula.
Metabolismo energético: es la parte del metabolismo intermediario constituida por las reacciones que almacenan o generan energía metabólica.
Vías metabólicas: son las secuencias de reacciones de un proceso degradativo o biosintético, se conocen también como rutas. Las vías metabólicas pueden ser de tres tipos: • • • lineales: el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente en una secuencia consecutiva. Ej. La glucolisis.
cíclicas: los intermediarios de las vías se regeneran. Ej. CAT en espiral: la transformación de un sustrato en productos e realiza por el mismo conjunto de enzimas. Ej. b-oxidación de ácidos grasos.
Las vías metabólicas se clasifican según su función y características en: Catabólicas: constituyen el catabolismo , y están caracterizadas por: • • • • • un descenso en la organización estructural de las moléculas implicadas un incremento de la entropía del sistema normalmente son procesos oxidantes liberan energía (reacciones exergónicas) son vías convergentes Anabólicas: constituyen el proceso global denominado anabolismo, y están caracterizadas por: • • • • • síntesis de compuestos que constituyen la estructura y maquinaria celular.
descenso de entropía del sistema contienen etapas de reducción necesitan un aporte de energía (reacciones endergónicas) son vías divergentes.
Anfibólicas: reacciones que pueden servir tanto para el catabolismo como para el anabolismo.
Tipos de enzimas: Las reacciones químicas que tienen lugar en una célula viva están catalizadas por enzimas. Existen tres tipos de enzimas: • • • Enzimas solubles mono y multifuncionales:  se encuentran en el mismo compartimento celular  pueden estar más o menos asociadas, pero los intermedios pasan de un centro activo al siguiente por difusión simple. Ej. enzimas de la glucolisis.
Complejos multienzimáticos:  los intermedios se hallan unidos a una de las enzimas o proteínas del complejo y el complejo realiza la transformación total del sustrato entrante en producto saliente. Ej.
complejo de la ácido graso sintetasa.
Enzimas unidas a membranas:  la inclusión de enzimas en membranas confiere un elevado grado de organización a dichas enzimas y permite una fácil canalización de los intermedios. Ej. Cadena de transporte de electrones mitocondrial.
Características del metabolismo: • • • • Las vías catabólicas y anabólicas rara vez son simples inversiones unas de otras: Si una vía es fuertemente exergónica, la inversión de la misma es endergónica en igual medida bajo las mismas condiciones.
Es necesario controlar el flujo de metabolitos en relación con el estado bioenergético de una célula.
Hay ciertos metabolitos comunes a todas las vías metabólicas (ADP, ATP, NAD(P)+, NAD(P)H ) que sirven como nexo de unión entre distintas rutas metabólicas y hacen posible su acoplamiento.
Polímeros Monómeros Intermedios Productos finales Interés en el estudio del metabolismo: • • • • • Permite comprenderlo, tanto bajo condiciones normales como extremas.
Permite entender cómo afectan al metabolismo las acciones de hormonas, fármacos y agentes químicos, y cómo el metabolismo responde mediante el cambio de las actividades enzimáticas.
Ayuda a la búsqueda de fármacos que pueden afectar al metabolismo, identificando los puntos que pueden servir como blanco cuando se desea una acción determinada.
Permite a los biotecnólogos superproducir metabolitos de interés, al tiempo que se anula o reduce la formación de productos secundarios en procesos industriales.
Sistemas cerrados y abiertos Consideremos la reacción: Si la reacción está aislada de sus alrededores, de modo que A y B ni entran ni salen del sistema (sistema cerrado), las [A] y [B] alcanzaran unos valores que harán que se igualen la velocidades, se alcanza el equilibrio (vf = vr).
Las vías metabólicas son sistemas termodinámicos abiertos, que se caracterizan por que ellos tiene lugar un continuo intercambio de materia y energía con el exterior.
Reacciones próximas al equilibrio y de no equilibrio: • • • • Una enzima no sujeta a regulación cataliza una “reacción próxima al equilibrio”, Una enzima reguladora cataliza una “reacción distante del equilibrio o de no equilibrio” en las condiciones intracelulares.
El flujo a través de la enzima regulada está restringido, debido a los controles impuestos sobre tal enzima.
Una enzima no regulada es tan activa que fácilmente lleva a concentraciones de los sustratos y productos a los valores de equilibrio Regulación del flujo Consideremos la ruta: ¿Que puede ocurrir si aumenta la [C] o la [D]? Analisis de control metabólico Permite cuantificar los cambios en el flujo de una ruta metabólica determinada. En funció de la demanda del producto final y de las propiedades de las enzimas implicadas en la ruta.
• • • • • El grado que cada enzima contribuye al control variara según las circustancias metabólicas: Suministro de sustratos Necesidad de otros productos procedentes de intermedirios de la ruta Los efectos de metbolitos con papeles reguladores El estatus hormonal del organismo Análisis de control metabólico: contribución de cada enzima de una ruta al flujo de una ruta Existen tres criterios que describen la capacidad de respuesta de una ruta a cambios por circustancias metabólicas: • Coeficiente de control del flujo, c Cuantifica el efecto de control de un cambio de una actividad enzimática sobre el flujo metabolismo a traves de una ruta.
Expresa la contribución relativa de cada enzima en el establecimiento del flujo, al que fluyen los metabolitos por la ruta. Su valor esta comprendido entre 0 ( para una E sin efecto em el flujo) hasta 1.0 (para una E que determina totalmente el flujo).
Una enzima puede tener un coeficiente de flujo negativo (extrae un producto de la reacción) Consideremos la ruta siguiente: C no es una constante y no es intrínseco de una única enzima, es una función de todo el sistema de enzimas y su valor depende de las concentraciones de sustratos y efectores.
Para cualquier ruta completa la suma de los coeficiente de control de flujo debe ser igual a 1.
• De elasticidad, ε Está relacionado con la sensibilad que tiene una enzima a las variaciones de la concentración de un metabolito o un regulador. Es una función de las propiedades cineticas intrinsecas en las ezimas. Para una ezima con cinetica micheliana su valor esta entre 1 y 0. Parra ezimas alostéricas que muestran cooperactividad positiva, ε puede ser superior a 1, pero no puede superar el valor del coeficiente de Hill.
• De respuesta, R Expresa el efecto de un controlador externo que no es ni un metabolito ni una enzima de la ruta, sobre el flujo a través de la ruta.
En un determinado experimento se mediría el flujo a varios niveles del parámetro P para obtener el coeficiente de respuesta que expresa el cambio en el flujo de la ruta cuando cambia P.
Los tres coeficientes están relacionados. La sensibilidad de una ruta a un factor externo que afecta a una enzima determinada de la ruta es función de: • • • la sensibilidad de la ruta a cambios en la actividad de dicha enzima (coeficiente de control, C) la sensibilidad de tal enzima a cambios en el factor externo (la elasticidad, e) R = C * e.
Sensibilidad en la regulación metabólica Este parámetro es una medida de la relación cuantitativa entre los cambios relativos de la actividad enzimática y la concentración de modulador Matemáticamente es el cociente entre el cambio relativo de la actividad y el cambio relativo de la concentración de modulador Funciones de los ciclos de sustrato en el metabolismo: • • • • Amplifican señales metabólicas Producen calor (termogénesis) por hidrólisis neta de ATP.
Controlan la dirección de flujo.
Mejoran la sensibilidad de la vía a los distintos efectores.
Regulación y control del metabolismo: • • • El metabolismo está regulado y controlado atendiendo a dos principios básicos: economía y flexibilidad Está regulado en el sentido de que intenta mantener unas condiciones constantes frente a perturbaciones externas.
Está controlado, en el sentido de que puede sufrir cambios cuando son necesarios.
Regulación y control del metabolismo: Los procesos del metabolismo celular se realizan en distintas escalas de tiempo: • • • A tiempos largos: del orden de horas a días en eucariotas; en procariotas pueden tener lugar en sólo unos pocos minutos.
A tiempos medios: del orden de minutos a segundos.
A tiempos cortos: en periodos inferiores al segundo.
Factores que afectan a la actividad de las enzimas.
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