Tema 1: Metabolismo (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 3º curso
Asignatura Metabolismo
Año del apunte 2017
Páginas 7
Fecha de subida 02/10/2017
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Tema 1: Metabolismo Los primeros experimentos controlados referentes al metabolismo humano fueron publicados por Santorio Santorio en 1614 en su libro Ars de Statica medecina.
Describe lo que pensaba el mismo antes y después de comer, dormir, trabajar, practicar sexo, pasar hambre, beber y hacer ejercicio. Demostró que la mayor parte de la comida que consumía se perdía en la “transpiración inconsciente”.
Transporte de vino burdo a Londres. Mala Mar: vino agrio En el año 1864, a instancias de Napoleón III, Pasteur investigó la causa por la cual el vino y la cerveza se volvían agrias con el paso del tiempo, causando grandes pérdidas económicas a las empresas, especialmente al transportar el vino hacia Londres. Bodegas de burdo contratan a Pasteur: vía fermentación alcohólica: microorganismos responsables: pasteurización.
Un extracto de levaduras puede convertir glucosa en etanol y CO2 (Eduard Buchner 1860-1917).
Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en los organismos vivos para mantener la vida.
Metabolismo intermediario: conjuntos de reacciones relacionadas con el almacenaje y obtención de energía metabólica y con la utilización de esta energía para la biosíntesis de compuestos de bajo peso molecular. No incluye la síntesis de ácidos nucleicos ni proteínas. Es decir, no utilizan directamente la información de los ácidos nucleicos, sino la que deriva de la estructura de los centros activos de los enzimas.
Las reacciones químicas del metabolismo tienen cuatro funciones: 1 - Obtener energía química (a partir de la captación de la energía solar o degradando nutrientes ricos en energía presentes en el entorno).
Convertir moléculas nutrientes en las moléculas propias de las células, incluidos los precursores de macromoléculas Polimerizar los precursores monoméricos en macromoléculas: proteínas, ácidos nucleicos y polisacáridos.
Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones celulares especializadas, como los lípidos de membrana, mensajeros intracelulares o pigmentos.
Reacciones de oxidación: 1. Parte importante del metabolismo intermediario 2. Para que los seres vivos sean capaces de sintetizar las moléculas necesarias para generar las macromoléculas propias, es decir, construir su propia materia con su propia información.
Esta segunda parte son reacciones de autoconversión.
3. Metabolismo secundario, aunque no solo forma parte de este, sino también para la formación de mensajeros, instrumentos que el propio organismo necesita.
El metabolismo comprende dos partes: - - Catabolismo u oxidación de nutrientes. Una parte de los electrones se conserva en NADPH mientras que la mayoría se canaliza vía NADH y FADH2 hasta cadenas de transporte electrónico acopladas a la síntesis de ATP.
Anabolismo, conjunto de formación de biomoléculas. Consumen poder reducto vía NADPH y necesitan ATP.
Anabolismo y catabolismo son parte de un reciclaje y una renovación continuada de los constituyentes celulares.
El metabolismo se basa en la degradación de moléculas.
Por ejemplo, ATP es una molécula que contiene energía acumulada y sirve para impulsar muchos procesos biológicos. Impulsa las reacciones que necesitan las células para sintetizar otras moléculas o procesos que requieren energía como el transporte de sustancias.
Oxidación/Reducción de moléculas: cambian el estado de oxidación.
Finalidad del metabolismo: Obtener energía en forma de coenzimas reducidas y utilizar la energía para impulsar los procesos biológicos del organismo.
Catabolismo: u oxidación de nutrientes. Una parte de los electrones se conserva en NADPH mientras que la mayoría se canaliza vía NADH y FADH2 hasta las cadenas de transporte electrónico acopladas a la síntesis de ATP.
Anabolismo: conjunto de formación de biomoléculas.
Consumen poder reductor vía NADPH y necesitan ATP.
Anabolismo y catabolismo son parte de un reciclaje y una renovación continua de los constituyentes celulares.
2 Vías Metabólicas Las reacciones enzimáticas del metabolismo forman grupos de secuencias de transformación denominadas rutas o vías metabólicas.
Es la vía que tiene una función y no una reacción concreta. Las rutas son generalmente lineales (van de un sustrato a un producto) pero también pueden ser cíclicas o ramificadas. Pueden ser intermediarios de una vía o puntos de partida de otras.
En condiciones físicas suaves, hay transformaciones progresivas de las moléculas, teniendo estas reacciones variaciones pequeñas. Estas reacciones se pueden hacer en las condiciones de la célula usando catalizadores.
El conjunto de los metabolitos (moléculas que se van transformando unas con las otras) es lo que forma el metabolismo. Los metabolitos pueden participar en más de una ruta metabólica.
Tipos de vías metabólicas no lineales Las moléculas se van transformando poco a poco para dar el producto que nos interesa.
Las vías anabólicas y catabólicas que comienzan y acaban en los mismos productos y substratos NO son idénticas: - Energéticamente es imposible; unas gastan energía y otras la liberan, lo que obliga a los enzimas ser diferentes No ser idénticas permite una regulación diferente. Como mínimo han diferir en una etapa para poder ser reguladas diferencialmente A menudo, por cuestiones de regulación, se producen en compartimentos celulares o en tejidos diferentes.
Muchos metabolitos se comparten, aunque no del todo. Se pueden compartir las reacciones de equilibrio, las que no tienen variaciones de energía libre (las de no equilibrio 3 - de una magnitud suave no pueden ser inversas una de otra por cuestiones de energía de entrada y por los catalizadores que participan).
Si hay reacciones diferentes, podemos hacer lo que nos interese dependiendo del producto final (podemos regularlo). Es importante que no sean idénticas por cuestiones de energética y por cuestiones de regulación.
Complexidad y Unidad del metabolismo Las rutas metabólicas centrales son las mismas en todos los organismos (Ciclo de Krebs), una prueba más del origen común que abarca todas las formas de vida terrestre. Mientras que los substratos, los cofactores y las vías son las mismas, difieren en función de las necesidades del entorno y del organismo en un momento concreto.
La organización del metabolismo es el resultado de un proceso de optimización conseguido a lo largo de la evolución, considerando las restricciones impuestas por el repertorio de mecanismos enzimáticos factibles y las contingencias históricas del proceso.
Detrás de la fabulosa maquinaria química que es el metabolismo, se esconde una simplicidad representada por el uso recurrente de un limitado conjunto de mecanismos e intermediarios, como también un diseño de rutas metabólicas optimizado evolutivamente.
Unicidad metabólica Las soluciones comunes al diseño bioquímico se han mantenido en el contexto evolutivo. Los tipos de substratos, cosubstratos, cofactores, combustibles y los tipos de vías metabólicas utilizadas son comunes en la mayoría de las células.
La unicidad bioquímica también se aplica a la regulación del metabolismo y el control metabólico.
La bioquímica comparada revela que los tipos de mecanismos de control que se encuentran en las vías metabólicas son similares de un organismo a otro. No obstante, eso es la aplicación de estos diseños –los detalles regulatorios- que no solo puede diferir mucho de una especie a otra, sino también pueden diferir ampliamente en diferentes tipos celulares de un mismo organismo, o sobre todo dentro de diferentes orgánulos de la célula.
Citrato Sintasa: Acetil-CoA + OAA ↔ Citrato + HSCoA Se controla de forma diferente en células distintas (en el metabolismo se difiere en los detalles de regulación):   En los animales que respiran, la función principal del enzima es en el TCA mitocondrial ligado a la fosforilación oxidativa para producir ATP. El producto, ATP inhibe por feedback la citrato-sintasa: cuando los niveles de ATP son altos, el ciclo de generación de ATP se ha de inhibir. Pero cuando son bajos, la velocidad del catabolismo de sustratos a través del TCA ha de aumentar.
En E. coli, la citrato-sintasa y el TCA (ciclo de ácidos tricarboxílicos) tienen funciones diferentes. Ya que es un organismo que normalmente vive en condiciones anaeróbicas, la generación de ATP se hace por vía fermentativa. En este caso, la función del TCA es generar 4  precursores biosintéticos y material reductor (NADH). El enzima de E. coli no es afectado por ATP, sino que es inhibido por NADH.
En las semillas en germinación hay un tercer tipo de citrato-sintasa localizada en glioxisomas. Estas semillas están formadas de grasa, no tienen glúcidos de reserva, por tanto cuando germinan necesitan energía. Participa el ciclo del glioxilato, un proceso que utiliza el ciclo de Krebs para la conversión de AG en sacarosa. En este caso es insensible a ATP y NADH.
Resumen:    El concepto de la unicidad bioquímica tiende a romperse cuando se comparan los controles metabólicos individuales.
Aunque la estructura y los productos de un enzima o una ruta metabólica pueden ser idénticos en diversos organismos, el entorno y la función del enzima o la vía pueden no ser los mismos.
No obstante, todos los controles metabólicos tienen una base común, y algunas estrategias de regulación están en todas partes.
Visión general del metabolismo intermediario: - - Fase 1: Rotura de grandes macromoléculas en simples subunidades.
Fase 2: Rotura de subunidades simples a Acetil-CoA acompañado por la producción de cantidades limitadas de ATP y NADH.
Fase 3: Completa oxidación de Acetil-CoA a H2O y CO2 acompañado por la producción de grandes cantidades de NADH y ATP en la mitocondria.
Obtención de energía, ciclo de Krebs.
5 Lista de las vías metabólicas principales del metabolismo intermediario.
Las diferentes partes del organismo están diferenciadas a nivel funcional y bioquímico.
Hígado: el órgano donde se hace la mayor parte de reacciones química del organismo. Es el órgano que permite la fabricación de energía para que sea acumulable.
Órganos periféricos: tejido muscular esquelético (sirve para desplazarse) y el tejido adiposo blanco (acumular triacilglicéridos) Sistema digestivo: papel relevante en el contexto metabólico.
Principales reacciones entre el hígado, músculo y el tejido adiposo blanco: 6 Principales tejidos en relación a la regulación del metabolismo: HÍGADO        Equilibra la composición de nutrientes Primer órgano al cual llega la sangre el intestino Puede hacer casi todas las interconversiones glúcidos/lípidos/AA Único que puede hacer: Fabricar glucosa desde otros compuestos Liberar glucosa desde glicógeno Reconvertir glúcidos (sacarosa, fructosa, galactosa) Biosintetiza LP (lipoproteínas e intestino) Fabrica KB Hace el ciclo de la urea Consume NEFA (ácidos grasos no esterificados), poca glucosa Almacena glúcidos como glicógeno Sistemas porta hepática recoge toda la sangre de los intestinos y del páncreas y la lleva hacia el hígado. Esta construcción anatómica del organismo hace que todos los nutrientes antes de pasar al conjunto del organismo pasa por el hígado para equilibrarlos.
MÚSCULO      - Consume glúcidos (glucosa) y lípidos (TAG, NEFA, KB) Almacena glúcidos (glicógeno), lípidos (TAG) y proteínas (fuente de AA) Puede incrementar muchísimo el consumo energético (ejercicio) Puede entrar en anoxia (solo glucólisis) Control: Del substrato que consume De la recuperación de reservas energéticas después del ejercicio De la degradación de proteína en ayunas a largo término.
Cambia su estrategia metabólica, entre aeróbica y anaeróbica.
Requiere mucha energía y puede tener reservas energéticas.
ADIPOSO BLANCO     Consume: glúcidos (glucosa) y lípidos (TAG y NEFA) Almacena lípidos como TAG (moviliza en ayunas) Transforma lípidos (lipogénesis) en lípidos (poco en humanos) Baja velocidad del ciclo de Krebs 7 ...

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