METABOLISMO

METABOLISMO
Es el conjunto de las reacciones químicas del organismo.
VÍAS CATABÓLICAS Y ANABÓLICAS
Las vías pueden ser clasificadas en catabólicas (de degradación) o anabólicas (de síntesis)
VÍAS CATABÓLICAS
Las vías catabólicas son vías oxidativas que generan energía en forma de ATP. El
catabolismo consta de 3 etapas:
Primera etapa: hidrólisis de moléculas complejas a moléculas simples.
Segunda etapa: conversión de las moléculas simples en un intermediario común: el Acetil
CoA.
Tercera etapa: el Acetil CoA es oxidado completamente a CO2 y H2O por medio del CTC,
la Cadena Respiratoria.
Figura 6.3
VÍAS ANABÓLICAS
Las vías anabólicas o biosintéticas combinan moléculas pequeñas para formar moléculas
más complejas. Son vías reductivas que requieren energía aportada por moléculas de ATP.
COMPLEJO DE LA PDH
Es un complejo multienzimático ubicado en la matriz mitocondrial. Cataliza una reacción
irreversible que transforma al piruvato en Acetil CoA. No forma parte del ciclo de Krebs,
sino que genera Acetil CoA, sustrato del ciclo.
A-COMPONENTES
Es un complejo conformado por 3 enzimas que actúan secuencialmente sin liberación de
los intermediarios:
1-PIRUVATO DH PROPIAMENTE DICHA.
2-DI HIDROLIPOIL TRANSACETILASA.
3-DI HIDROLIPOIL DH
B-COENZIMAS
Son 5 y actúan en el siguiente orden:
1-PIROFOSFATO DE TIAMINA
2-ÁCIDO LIPOICO
3-COENZIMA A
4-FAD+
5-NAD+
C-REGULACIÓN
El complejo es regulado alostéricamente y por modificación covalente.
REGULACIÓN ALOSTÉRICA
El complejo es inhibido por su producto, el Acetil CoA y por altos niveles de NADH + H+.
Figura 9.2
MODIFICACIÓN COVALENTE
El complejo de la PDH puede encontrarse en dos formas: una forma activa no fosforilada y
una forma inactiva fosforilada. Ambas formas pueden ser interconvertidas entre sí por una
QUINASA y una FOSFATASA. La QUINASA es estimulada por una elevada relación
acetil CoA/ CoA y NADH/NAD+. Un aumento de la relación ADP/ATP, sinónimo de
estado energético bajo, inhibe a la QUINASA y permite a la FOSFATASA favorecer
mayor cantidad de enzima activa desfosforilada.
Figura 9.4
CICLO DE ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS (CICLO DE KREBS)
El ciclo de Krebs se produce en la matriz mitocondrial y cumple diferentes funciones:
1-Oxiar completamente al Acetil CoA.
2-Generar coenzimas reducidas: NADH +H+ y FADH2, que al reoxidarse a través de la
cadena respiratoria y de la fosforilación oxidativa producen ATP.
3-Generar intermediarios para la síntesis de macromoléculas.
4-Generar casi todo el CO2 del organismo.
5-Generar intermediarios que actúan regulando otras vías metabólicas.
REACCIONES DEL CICLO
FIGURA 9.5, 9.6 Y 9.7
REACCIONES DEL CICLO DE ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS
A- Citrato Sintetasa
El ciclo de Krebs comienza con la formación de citrato por la condensación de una unidad
de 4 carbonos, el oxalacetato, con una unidad de 2 carbonos, el grupo acetilo del Acetil
CoA. Es una reacción irreversible y regulable.
Figura de libro azul página 199
B- Aconitasa
El citrato es convertido en isocitrato en la siguiente reacción:
Figura de libro azul página 200
La aconitasa cataliza una reacción reversible No regulable.
C- Isocitrato Deshidrogenasa
Este paso constituye la primera reacción de óxido reducción del ciclo, en ella se genera la
primera molécula de NADH+H+ del ciclo. Se libera el primero de los dos carbonos del
grupo acetilo como CO2. Es una reacción irreversible y regulable.
Figura página 200
D- -CETO GLUTARATO DH
Constituye la segunda reacción de óxido-reducción del ciclo y en ella se genera la segunda
molécula de NADH + H+. Se libera también el segundo átomo de carbono del grupo acetilo
como CO2. Es catalizada por un complejo multienzimático similar al de la Piruvato DH con
los mismos cofactores: PPT, ácido lipoico, CoASH, FAD y NAD+. Es una reacción
irreversible y regulable. El producto de la reacción, el succinil CoA, es un compuesto de
alta energía.
Figura libro azul página 200
E- SUCCINIL CoA SINTETASA
El succinil CoA es convertido en succinato con la formación simultánea de una molécula de
GTP a partir de GDP, constituyendo una fosforilación a nivel de sustrato. El GTP luego es
convertido en ATP por la enzima nucleósido di fosfo quinasa. Es una reacción reversible
No regulable.
Figura libro azul página 201
F- SUCCINATO DH
Esta es la tercera reacción de óxido reducción del ciclo y genera la única molécula de
FADH2.
Esta enzima es un complejo que contiene una flavoproteína y está ubicada en la membrana
mitocondrial interna. Cataliza un paso reversible No regulable.
Figura libro azul página 201
G-FUMARASA
Cataliza el pasaje de fumarato a malato. Es una reacción reversible No regulable de
hidratación.
Figura libro azul página 201
G- MALATO DH
La última reacción del ciclo de ácidos tricarboxílicos es la cuarta reacción de óxidoreducción y en ella se genera la tercer molécula de NADH + H+. Es un paso reversible No
regulable.
Figura libro azul página 202
REGULACIÓN DEL CICLO
Es efectuada a través de diferentes enzimas que catalizan reacciones irreversibles:
CITRATO SINTETASA, ISOCITRATO DH, Y ALFA –CETO GLUTARATO DH.
FIGURA 9.9B
BALANCE ENERGÉTICO
La oxidación de cada molécula de NADH+H+ en la cadena respiratoria y fosforilación
oxidativa genera 3 ATP, mientras que la oxidación de 1 FADH2 origina 2 ATP.
A eso hay que sumarle 1 ATP que se obtiene directamente en la reacción catalizada por la
enzima SUCCINIL COA SINTETASA . El balance total es de 12 ATP.
Figura 9.8
REACCIONES ANAPLERÓTICAS
Son aquellas destinadas a generar intermediarios del ciclo de ácidos tricarboxílicos,
permitiendo así un aumento de la velocidad del ciclo. Ellas son 3:
1- PIRUVATO CARBOXILASA
Genera oxalacetato. Requiere biotina como cofactor.
Piruvato + CO2 + ATP ------------------------- Oxalacetato + ADP
2-GLUTAMATO DH
Genera  ceto glutarato.
GLUTAMATO
NADH + H+
+ NAD+ -----------------------------------  CETO GLUTARATO +
3-GLUTÁMICO PIRÚVICO TRANSAMINASA (GPT)
Genera  ceto glutarato.
GLUTAMATO + PIRUVATO
ALANINA
-------------------------  CETO GLUTARATO +
CADENA RESPIRATORIA
Es un conjunto de complejos enzimáticos ubicados en la membrana mitocondrial externa
que tiene como objeto la reoxidación de coenzimas reducidas NADH+H+ y FADH2 que
provienen de la oxidación de moléculas ricas en energía como glucosa, ácidos grasos y
aminoácidos.
ORGANIZACIÓN DE LA CADENA
En la membrana mitocondrial interna se ubican 5 complejos enzimáticos, denominados
complejo I, II, III, IV, y V. Cada complejo acepta y entrega electrones al próximo eslabón
de la cadena ordenadamente hasta el último aceptor de electrones que es el O2.
Con excepción de la Coenzima Q, todos los miembros de la cadena respiratoria son
proteínas. Pueden funcionar como enzimas, como en el caso de las deshidrogenasas,
pueden contener hierro, o estar coordinadas con una porfirina como en el caso de los
citocromos.
Agregar cuadro en hoja aparte de componentes proteicos...
1-NADH deshidrogenasa
Los equivalentes reductores del NADH+H+ son transferidos a la NADH deshidrogenasa, un
complejo enzimático que se halla unido fuertemente a una molécula de FMN, coenzima
relacionada con el FAD que acepta dos átomos de hidrógeno. Luego se los entregará al
siguiente eslabón de la cadena, la Coenzima Q.
2-Coenzima Q
Es un compuesto lipídico derivado del isopreno. Puede aceptar átomos de hidrógeno de la
NADH deshidrogenasa y del FADH2, que es generado por la enzima Succinato DH y la
Acil CoA DH.
3-Citocromos
Contienen una molécula de hemo como grupo prostético con un anillo de porfirina unido a
u átomo de hierro. Éste átomo de hierro, a diferencia del hierro de la hemoglobina, cambia
de estado de oxidación de férrico a ferroso al aceptar los electrones. Los electrones pasan
sucesivamente desde la Coenzima Q al citocromo b, c, y a-a3.
4-Citocromo a-a3
Este citocromo es el único que tiene la capacidad de ceder electrones directamente al
oxígeno molecular. Así es como al reducirse el oxígeno se forma agua.
FIGURA 5.8 Y 5.13
INHIBIDORES
Se han identificado diferentes inhibidores sitio específicos de la cadena de electrones que se
ilustran en la figura siguiente. Estos inhibidores bloquean el pasaje de electrones uniéndose
a algún componente de la cadena e inhibiendo la reacción de óxido-reducción. Estos
inhibidores de la cadena respiratoria bloquean también a la fosforilación oxidativa.
Figura 5.10
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Es la síntesis de ATP que se realiza en forma simultánea y acoplada a la cadena respiratoria
por un complejo enzimático denominado ATP sintetasa.
TEORÍA QUIMIO-OSMÓTICA
El transporte de electrones en la cadena respiratoria se halla acoplado al bombeo de
protones a través de la membrana mitocondrial interna desde el lado matriz al espacio interMembrana. Este proceso crea un gradiente a ambos lados de la membrana mitocondrial
interna con dos componentes: uno eléctrico, dado por la diferencia de cargas, y otro
químico, que está dado por la diferencia de Ph. La energía generada por este gradiente de
protones es suficiente para producir la síntesis de ATP llevada a cabo por la enzima ATP
sintetasa.
ATP SINTETASA
Este complejo enzimático sintetiza ATP utilizando la energía del gradiente de protones
generado por la cadena de transporte de electrones. La teoría quimiosmótica propone que
los protones bombeados desde el lado matriz durante la cadena respiratoria pueden volver a
atravesar la membrana mitocondrial interna a través de un canal presente en la ATP
sintetasa activando a esta enzima para formar ATP a partir de ADP + Pi, disipándose así el
gradiente de protones.
Figura 5.13
Figura de complejo de la ATP SINTETASA en hoja aparte
La ATP sintetasa es un complejo proteico con dos componentes: F1 y FO. F1 es un
complejo oligomérico constituído por 3 subunidades , 3 subunidades , una , una , y
una . Esta es la subunidad del complejo con actividad enzimática. FO denominada así por
poder ser bloqueada por la oligomicina, droga inhibidora de la fosforilación oxidativa, es
un canal polipeptídico que permite el pasaje de H+ a través de la membrana mitocondrial
interna.
DESACOPLANTES
Son compuestos que inhiben la Fosforilación Oxidativa sin afectar la cadena de transporte
de electrones. Actúan aumentando la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna a
los protones. Un ejemplo es el 2,4 dinitrofenol, un transportador lipofílico de protones que
al permitir la difusión del gradiente de protones disipa el gradiente electroquímico y así
inhibe a la Fosforilación Oxidativa.
Figura 5.14
SISTEMAS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA MITOCONDRIAL
INTERNA
1- TRANSPORTE DE ADP Y ATP
Existe una translocasa denominada ADENOSINA NUCLEÓTIDO TRANSLOCASA
especializada en transportar ADP desde el citosol a la mitocondria y exportar ATP desde la
matriz mitocondrial al citosol. Este carrier es fuertemente inhibido por una toxina vegetal
denominada ATRACTILÓSIDO, que es capaz de producir una depleción intramitocondrial
de ADP y por lo tanto, una detención de la producción de ATP.
2- TRANSPORTE DE FOSFATO
Existe un transportador encargado de transportar a la matriz mitocondrial al mismo tiempo
fosfatos y protones (sistema de cotransporte) denominado FOSFATO TRANSLOCASA.
Este transportador permite la entrada de fosfato a la mitocondria que será utilizado como
sustrato por la enzima ATP SINTETASA.
Figura en hoja aparte con título Acoplamiento de la fosforilación.....
3-TRANSPORTE
LANZADERAS.
DE
EQUIVALENTES
REDUCTORES.
SISTEMAS
DE
La membrana mitocondrial interna carece de un sistema transportador para el NADH + H+.
Sin embargo, los electrones presentes en la molécula de NADH + H+ pueden entrar a la
mitocondria a través de dos sistemas de lanzaderas: la lanzadera del glicerol P y la
lanzadera del malato aspartato.
Figura 5.15 Página 73