SUBPROYECTO BIOQUMICAProf. Marelvy SanojaLA UNIVERSIDAD QUE SIEMBRA

UNIDAD VI. METABOLISMO DE BIOMOLCULAS

Metabolismo de carbohidratos: La mayora de los carbohidratos se degradan en forma de Glucosa. La glucosa se puede degradar por diferentes vas dependiendo de las necesidades del organismo y de los requerimientos de las clulas. Las principales vas metablicas de los carbohidratos son: Gluclisis Va de las Pentosas Glucogensis Glucogenlisis Gluconeognesis

Utilizacin de la Glucosa en el organismoGlucosa Glucosa-6PGlucosa 6 Fosfatasa Via Alterna Gliclisis Glicgeno Sintetasa

Glucgeno Pentosas

Glucosa Sangunea

Ac. Pirvico Tejidos Perifricos Acetil CoACiclo de Krebs

Esteroides

ATP

Ac. Grasos CO2 + H2O

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GLUCLISIS Es la principal ruta metablica para producir energa a partir de los carbohidratos. Es la va universal de degradacin de todos los carbohidratos en la clula. Ocurre en el citoplasma de la clula. Produce 2ATP en ausencia de oxgeno. No hay oxidacin neta de la glucosa. El producto final es el piruvato o cido pirvico. Es una serie de reacciones enzimticas que comprende dos etapas: activacin y oxidoreduccin, que conducen a la obtencin de piruvato. Ocurre en organismos aerobios y anaerobios. Se llama tambin Ciclo de Embden-Meyerhof.

Primera fase: Conversin de la 1 glucosa (6C) en 2 gliceraldehdo-3P (3C).

Segunda fase: Conversin de 2 gliceraldehdo-3P (3C) en 2 piruvato (3C).

Balance neto de la Gluclisis: Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2(NADH+H+) + 2H2O Dependiendo de las condiciones del organismo, el piruvato sigue diferentes rutas: la va aerbica o anaerbica.

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GLUCLISIS ANAERBICA VA ANAERBICA Es una de las series de reacciones a travs de la cual se degrada la glucosa Denominada como respiracin anaerbica, y conocida tambin con los nombres de gluclisis y fermentacin. El primer trmino, gluclisis, generalmente se emplea para referirse a la respiracin anaerobia en los animales, mientras que el segundo, fermentacin, es aplicado al proceso respiratorio en bacterias que viven en ausencia de oxgeno. Hay produccin de 2 ATP. Ocurre en citoplasma. El cido pirvico bajo condiciones de anaerobiosis puede ser convertido en cido lctico o en etanol, procesos conocidos como fermentacin lctica y fermentacin alcohlica respectivamente

Fermentacin Lctica Este proceso se refiere a la conversin en condiciones anaerbicas del cido pirvico a lactato o cido lctico. Los lactobacillus utilizan la fermentacin lctica para obtener energa; transforman la lactosa de la leche en glucosa y posteriormente en cido lctico. Tiene importancia industrial ya que se utiliza en la fabricacin de yogurt. Tambin ocurre en tejidos animales que funcionan bajo condiciones limitadas de oxgeno, como el msculo esqueltico, msculo liso, mdula renal, vas gastrointestinales, retina y piel. Fermentacin Alchlica Este tipo de fermentacin se refiere al proceso mediante el cual el cido pirvico se transforma en etanol. Tiene importancia comercial ya que se utiliza en la fabricacin de cerveza, vino y levadura de pan. Se utiliza una bacteria anaerobia facultativa llamada Saccharomyces cerevisiae. Para la levadura, el producto principal es el ATP. En la industria de produccin de alcohol el producto principal es el etanol, mientras que para la elaboracin de pan es el bixido de carbono.Prof. Marelvy Sanoja. UNELLEZ, Guanare, 2012

GLUCLISIS AERBICA VA AERBICA Conocida como respiracin celular. Constituye la oxidacin completa de la glucosa hasta CO2. El piruvato obtenido en la gliclisis se transforma en Acetil CoA y de all entra al ciclo de Krebs, donde es degradado totalmente. Se lleva a cabo al final en las mitocondrias. Su balance completo origina la produccin de 36 ATP, en la cadena respiratoria Tiene como propsito la produccin de energa biolgicamente til en clulas que viven en presencia de oxgeno. Balance neto de la oxidacin de la glucosa: C6H12O6 + 6 O2 --> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP

Etapas o fases de la respiracin aerbica En presencia de oxgeno, el cido pirvico obtenido durante la respiracin anaerobia o gluclisis, es oxidado para proporcionar energa, bixido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce con el nombre de respiracin aerobia y se divide en tres etapas: Gluclisis Ciclo de Krebs o ciclo del cido ctrico Cadena respiratoria o cadena de citocromosProf. Marelvy Sanoja. UNELLEZ, Guanare, 2012

Rendimiento en ATP. Metabolizacin de la Glucosa

Balance energtico de la Gluclisis aerbica: Gluclisis Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Piruvatos + 2 NADH 2 c. Pirvico + Coenzima-A 2 Acetil Co-A + 2 CO2 + 2 NADH

+ 2 ATP

Ciclo de Krebs Ciclo de c. Ctrico 2 Acetil-CoA + 6 NAD+ + 2 FAD 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 Cadena respiratoria 10 NADH+ 2 FADH2 de los pasos anteriores dan Nota: 1 NADH 3 ATP 10 NADH 30 ATP 1 FADH2 2 ATP 2 FADH2 4 ATP TOTAL= - 2 ATP usados en el reingreso de 2NADH producidos en la gluclisis TOTAL=

+ 2 ATP

+ 34 ATP = 38 ATP -2 ATP = 36 ATP

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Otra forma de entender el Balance energtico de la Gluclisis aerbica: Etapa del ciclo aerobio Gluclisis NADH+H+ Produccin directa Transportador/ATP 2x3 ATPs producidos 6 2

Oxdacin del cido pirvico hasta Acetil Co-A 2x3 NADH+H+ Ciclo de Krebs NADH+H+ FADH2 Produccin directa Total de ATP producidos Gastados - 2ATP (NADH entran a la mitocondria) En 1 segundo 1 molcula de glucosa produce 36 ATP 6x3 2x2 -

6

18 4 2 38 TOTAL = 36

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CICLO DE LAS PENTOSAS Va alterna para oxidar glucosa. El ciclo de las pentosas tambin es conocido como lanzadera de fosfatos de pentosas, va del monofosfato hexosa o va del fosfogluconato. Supone la recuperacin de electrones en forma de NADPH y aparecen como compuestos intermediarios derivados de pentosas. Cumple dos funciones particulares: formar en el citoplasma poder reductor (NADPH), el cual se utilizar en la sntesis de cidos grasos y esteroides, y pentosas (ribosas) necesarias para la sntesis de nucletidos y cidos nucleicos. Comprende dos etapas: oxidativa y de interconversin para la regeneracin de fructosa-6P. Inicia y termina en la Glucosa 6P. Se regenera al final Glucosa 6P para continuar la gluclisis. Ocurre en el citoplasma.

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GLUCOGENLISIS Se refiere a la degradacin de las reservas de carbohidratos representadas por el glucgeno. Se lleva a cabo por accin de la enzima glicgeno fosforilasa, eliminando los restos glucosilos de la cadena lineal (amilosa), los cuales aparecen en forma de glucosa-1P hasta alcanzar los enlaces 1,4 que estn a menos de 4 restos de los enlaces 1,6 (ramificaciones). Luego interviene la enzima desramificante para eliminar las ramificaciones (amilopectina) y permitir la accin de la glicgeno fosforilasa sobre el resto de la cadena de amilosa.

En resumen, la degradacin del glucgeno ocurre por accin de dos enzimas: la glucgeno fosforilasa y la enzima desramificante; la accin de la primera es hidrolizar los residuos simples de glucosa de los enlaces alfa 1-4 del glucgeno, liberando glucosa 1 fosfato, para que posteriormente la enzima desramificante transfiera restos de glucosa de una cadena lateral en degradacin a una central, dejando un nico resto de glucosa unido a la cadena central por un enlace alfa 1-6. Este resto de glucosa es hidrolizado a glucosa libre por la enzima desramificante. Finalmente tenemos un de 8-10% glucosa libre y un de 90% glucosa 1 fosfato.

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GLUCOGNESIS Constituye las sntesis de las reservas de carbohidratos en forma de glicgeno en las clulas animales. Su sntesis se produce mediante la adicin de unidades de glucosa (restos glucosilos) a una molcula prexistente de glucgeno. Las cadenas de amilosa formadas son reorganizadas por la enzima ramificante que le confiere su estructura ramificada. Para ello las molculas de glucosa deben ser activadas en forma de UDP-Glucosa. La enzima glicgeno sintetasa transfiere restos glucosilos a los extremos de las ramificaciones de una molcula de glicgeno mediante unin de enlaces 1,4 Luego se forman las ramificaciones por la enzima ramificante para la formacin de los enlaces 1,6.

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GLUCONEOGENESIS Sntesis de Novo (nueva) glucosa a partir de compuestos no carbohidratos. Se inicia en las mitocondrias con el piruvato. Finaliza en el citoplasma con la formacin de glucosa. Es una reversin de la gliclisis, pero es una va endergnica que requiere energa, se lleva a cabo por la misma serie de reacciones excepto tres: Glucosa glucosa-6P, Fructosa-6P Fructosa-1,6 Di P, Fosfoenolpiruvato Piruvato. Ocurre bajo condiciones de ayuno o ayuno prolongado, luego que las reservas de glucgeno son agotadas. Algunos compuestos gluconeognicos son: Glicerol, Lactato, Propionato y algunos metabolitos del Ciclo de Krebs. Entran: 2 piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH Salen: Glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 Pi

DEGRADACIN DE OTROS CARBOHIDRATOS La mayora de los carbohidratos, como Galactosa, Manosa, Lactosa, Almidn, entre otras, se degradan por la va de la gluclisis. Estos carbohidratos por una serie de reacciones enzimticas se convierten en Glucosa6-fosfato para luego degradarse por gluclisis hasta Piruvato, posteriormente a Acetil Coenzima A para entrar al Ciclo de Krebs y al final en la cadena respiratoria como producto se obtiene CO2 + H2O + ATP. Por esta razn se dice que la gluclisis es la va principal o universal de degradacin de los carbohidratos.

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Inhibidores de la Fosforilacin oxidativa Numerosos productos qumicos pueden bloquear la transferencia de electrones en la cadena respiratoria, o la transferencia de electrones al oxgeno. Todos ellos son potentes venenos, entre ellos: Monxido de Carbono (CO) que se combina directamente con la citocromo oxidasa terminal, y bloquea la entrada de oxgeno. Cianuro (CN-) que se une al hierro del citocromo e impide la transferencia de electrones.

METABOLISMO DE LPIDOS B-Oxidacin: Principal va en el catabolismo de los cidos grasos en la cual se liberan secuencialmente unidades de dos tomos de C en forma activa de Acetil-CoA, comenzando por el grupo carboxilo. El poder reductor que se forma para la sntesis de ATP, constituye un alto rendimiento de energa aprovechable para la clula. Se lleva cabo en las mitocondrias de la clula. Proporcionan 2.5 veces ms energa que los carbohidratos. Etapas de la B-oxidacin: Activacin de los cidos grasos: los cidos grasos han de activarse a AcilCo-A por accin de la tioquinasa (acilCoA sintetasa) citoplasmtica. Se lleva a cabo en la cara externa de las membranas mitocondriales y es la nica de todo el proceso que requiere ATP. Entrada de los AcilCoA a las mitocondrias: para ello se requiere un sistema de transporte a travs de dicha membrana, ya que ella es impermeable a cidos grasos libres y acilCoA, entonces los AcilCoA reaccionan con la carnitina y forman acilcarnitina que transfiere los Acilgrasos al interior de las mitocondrias La B-oxidacin ocurre en el interior de las mitocondrias mediante la accin de cuatro enzimas denominadas oxidasa de los cidos grasos, en cuatro reacciones a saber: Deshidrogenacin Hidratacin Deshidrogenacin Tilisis De esta manera un cido graso saturado de cadena larga es completamente degradado de dos en dos tomos de carbono, hasta acetilCoA. As por ejemplo la degradacin del cido palmtico (16C) rinde 8 molculas de AcetilCoA, en siete vueltas sucesivas en las cuatro reacciones de la -oxidacin.Prof. Marelvy Sanoja. UNELLEZ, Guanare, 2012

Reaccin Activ. de palmitato a palmitoil-Coa Oxidacin de acetil-CoA Oxidacin de 7 FADH2 Oxidacin de 7 NADH Resultado Neto: Palmitato CETOGNESIS CO2 + H2O

Produccin de ATP -2 ATP 8 x 12 = 96 7 x 2 = 14 7 x 3 = 21 129

Es la formacin de cuerpos cetnicos conectada a la B-oxidacin en el hgado de la siguiente manera: El exceso de acetilCoA (2C) es usada para formar aceto-acetilCoA (4C) por condensacin de dos molculas de acetilCoA. Luego se sintetiza acetoacetato (4C) por la condensacin de acetoacetilCoA y acetilCoA que forma primero B-hidroximetilglurtarilCoA y finalmente acetoacetato libre y acetilCoA. Una parte del acetoacetato es convertido en D(-) B-hidroxibutirato y la otra en acetona, estos cuerpos cetnicos normalmente salen del hgado y son captados para su metabolizacin. CETLISIS Se refiere a la degradacin de los cuerpos cetnicos mediante dos vas: Sntesis de aceto-acetilCoA a partir del acetoacetato captado de la sangre y el Bhiroxibutirato, el cual es transformado en dos molculas de acetilCoA que se pueden oxidar en el ciclo de Krebs Reaccin del acetoacetato con el succinilCoA, formndose acetoacetilCoA y succinato, pudindose producir 2 molculas de acetilCoA a partir del acetoacetilCoA para entrar al ciclo de Krebs y degradarse hasta CO2 + H2O + ATP. BIOSNTESIS DE ACIDOS GRASOS Va metablica que se lleva a cabo en el citoplasma. Todos los C de los cidos grasos provienen del acetilCoA, por lo cual antes de iniciarse el proceso de sntesis, primero hay paso del acetilCoA de la mitocondria al citoplasma en forma de citrato a partir del ciclo de Krebs y una vez en el citoplasma se transforma nuevamente en acetilCoA y Oxaloacetato La molcula de acetilCoA es carboxilada para formar malonylCoA, el cual se constituye en el metabolito precursor de los cidos grasos

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Dos carbonos derivados del malonylCoA son aadidos de forma sucesiva a molculas de acilCoA , de la cual la primera es otro acetilCoA. Este proceso requiere de NADPH el cual proviene de otras vas metablicas. Inicio de la Sntesis de cidos Grasos El proceso completo est catalizado por el enzima cido graso sintetasa, para lo cual todos los metabolitos deben estar unidos a una proteina transportadora de grupos acilos (ACP). El proceso se inicia con la unin del acetilo de un acetilCoA iniciador al grupo SH de una de las molculas de ACP. Luego por un mecanismo similar el radical malonilo (formado por carboxilacin del acetilCoA) es transferido a un grupo SH de la ACP, quedando unidas las dos molculas a la ACP y permitiendo las cuatro reacciones de la sntesis. Reacciones de la Sntesis de cidos Grasos Condensacin: cataliza la descarboxilacin del radical malonilo y la transferencia del acetilo al grupo metileno libre, para formar un radical B-cetoacilo), unido al SH central de la cido graso Sintetasa. Reduccin: el B-cetoacilo es reducido por una B-cetoacil-ACP-reductasa y NADPH. Deshidratacin: el Bhidroxiacil es deshidratado por la B-hidroxiacil deshidratasa dando lugar a un radical ,B-insaturado. Reduccin: el doble enlace formado es reducido por la enoilreductasa, que tambin utiliza NADPH como coenzima. Finalmente el acilo saturado que se forma salta al SH perifrico de la cido graso sintetasa, para dejar libre el SH central que recibir un nueva molcula de malonato, para unirse a este resto acilo y al cabo de completar 6 ciclos se forma un radical de 16C correspondiente a l cido palmtico que se libera. Modificacin de la Cadena del Acido Graso Las modificaciones ms frecuentes son: Transformacin: (clulas animales y vegetales) Acido Palmtico (16C) Acido Oleico (18:1 9) Acido Palmtico (16C) Ac. Palmitoleico(16:1 9) Transformacin: (en clulas vegetales solamente) Linoleico (18:2 9,12) Linolnico (18:3 9,12,|15)Prof. Marelvy Sanoja. UNELLEZ, Guanare, 2012

METABOLISMO DE AMINOACIDOS Existen en forma de protenas, ya que los niveles de aminocidos libres son habitualmente muy pequeos en tejidos y fluidos circulantes. Sin embargo su metabolismo es muy activo, debido al continuo recambio proteico y a la constante utilizacin de los aminocidos para la sntesis de protenas y de otros compuestos nitrogenados Catabolismo de aminocidos El catabolismo de los aminocidos se da por dos procesos llamados transaminacin y desaminacin oxidativa. Transaminacin: consiste en la transferencia totalmente reversible del grupo 2-amino de un aminocido al C2 de un 2-cetocido, quedando as el aminocido original convertido en un 2-cetocido y el 2-cetocido inicial en un nuevo aminocido. Por lo general este proceso se da por aminocidos y cetocidos emparentados: Glutamato Cetoglutarato Aspartato Oxaloacetato Alanina Piruvato Glicina Glioxilato Estos metabolitos productos del catabolismo se degradan en el ciclo de Krebs (metabolitos intermediarios del ciclo del cido ctrico). El par mayormente utilizado en el metabolismo de los aminocidos es: Glutamato 2-cetoglutarato Desaminacin: consiste en es una reaccin qumica que se caracteriza por la ruptura y expulsin de un grupo amino (NH3).

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REFERENCIAS Bohinski, R. (1998). Bioqumica. (5 ed.). Mxico: Addison-Wesley Longman de Mxico. Herrera, E. (1994). Bioqumica. Aspectos estructurales y vas metablicas. (2 ed.). Volumen I. Espaa: McGraw-Hill Interamericana. Horton, H., Moran, L., Ochs, R., Rawn, D. y Scrimgeour, G. (1995). Bioqumica. Mxico: Prentice Hall Hispanoamericana. Lehninger, A, Nelson, D. y Cox, M. (1995). Principios de Bioqumica. (2 ed.). Espaa: Ediciones Omega. Lehninger, A. (1993). Bioqumica. Las bases moleculares de la estructura y funcin celular. (2 ed.). Espaa: Ediciones Omega. Matheus, C. y Van Holde K. (2000). Bioqumica. (2 ed.). Espaa: McGraw-Hill Interamericana. Murray, R., Mayes, P., Granner, D. y Rodwell, V. (1997). Bioqumica de Harper. (14 ed.). Mxico: El Manual Moderno.

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