ESCUELA :

1. BIOQUÍMICA- II BIMESTRE ESCUELA: GESTIÓN AMBIENTAL Bioq. Farm. Luis Cartuche NOMBRES: OCTUBRE 2008 – FEBRERO 2009 FECHA:

2. Metabolismo Celular • Rutas metabólicas. • Catabolismo • Glucólisis • Ciclo de Krebs • Fosforilación oxidativa • Anabolismo • Fotosíntesis

3. PROCESOS CATABÓLICOS • 1. ESQUEMA GENERAL DEL CATABOLISMO  • En los procesos catabólicos las moléculas orgánicas se van degradando, paso a paso, hasta formar otras moléculas más simples y, finalmente, sustancias inorgánicas. Globalmente son procesos de oxidación en los que las moléculas orgánicas van perdiendo electrones que, tras pasar por una cadena transportadora, son captados por una molécula aceptora de electrones final. En esos procesos la energía liberada permite la formación de moléculas de ATP.

4. Según quien sea el aceptor final de electrones se pueden diferenciar dos modalidades: • §         Fermentación. El aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, por lo que se trata de una oxidación incompleta y un proceso anaerobio. • §         Respiración celular. El aceptor final de electrones es una sustancia inorgánica. • Si es el O2, se trata de una respiración aerobia que realizan la mayoría de los organismos; si es otro compuesto inorgánico (NO3-, SO42-, CO2), se trata de una respiración anaerobia, exclusiva de ciertos microorganismos.

5. Los procesos catabólicos se pueden iniciar a partir de varios sustratos orgánicos, especialmente glúcidos, lípidos y proteínas. En cualquier caso, al final, las diferentes rutas metabólicas de la respiración celular confluyen en el ciclo de Krebs, y los electrones liberados en el proceso pasan a la cadena respiratoria para formar ATP por fosforilaciónoxidativa. Una variante a este esquema general es el desvío o la ruta alternativa de las fermentaciones

7. EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS • Los glúcidos se consideran nutrientes energéticos (1 gramo de glúcidos aporta como promedio 4 kcal). • En su catabolismo, primero los polisacáridos se descomponen hasta formar finalmente glucosa. • Concretamente, en los animales, el glucógeno acumulado en las células hepáticas o en las fibras musculares se va hidrolizando por un proceso de glucogenolisis.La glucosa entra a continuación en una secuencia de reacciones.

8. Glucólisis • Del griego glycos: azúcar y lysis: ruptura. Es el primer paso de la respiración, es una secuencia compleja de reacciones que se realizan en el citosol de la célula y por el cual la molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de ác. pirúvico.Es el ciclo metabólico más difundido en la naturaleza, también se lo conoce como ciclo de Embden-Meyerhof. Se lo encuentra en los cinco reinos. Muchos organismos obtienen su energía únicamente por la utilización de este ciclo. El mismo esta catalizadopor 10 enzimasque se encuentran en el citoplasma de la célula pero no en las mitocondrias.Recuerde que es el inicio de un proceso que puede continuar con la respiración celular(si existe oxígeno) o con la fermentación (en ausencia del oxígeno)

9. Consiste en diez reacciones consecutivas (nueve etapas), que tienen lugar en el citosol, en las que se diferencian dos fases: a) Fase preparatoria. Se consumen 2 moléculas de ATP para transformar una de glucosa en 2 de gliceraldehído 3-fosfato.b) Fase de beneficio. Se obtienen 2 moléculas de NADH y 4 moléculas de ATP, formándose al final de la glucólisis 2 de piruvato

10. Glucólisis

13. VIAS ANAEROBIAS FERMENTACIÓN

14. Ocurre en ausencia del oxígeno. • El ácido pirúvico se fermenta en ácido láctico o etanol. • Este proceso no produce ATP sino que regenera las moléculas de coenzima aceptoras de electrones, necesarias para que la glucólisis continúe. • Por ejemplo el NAD⁺ que es necesario para la oxidación del gliceraldehído fosfato.

15. FERMENTACIÓN ALCOHOLICA • En el 1º paso la piruvato descarboxilasa produce la ruptura de la molécula de ácido pirúvico con desprendimiento de CO2. • El pirofosfato de tiamina (TPP) actúa como coenzima. • En el 2º paso, se oxida el NADH y se reduce el acetaldehído.

16. La reducción del grupo aldehído a alcohol es catalizada por la enzima alcohol-deshidrogenasa. • En esta paso se recupera NAD⁺ • El etanol y el CO2 son los productos finales de la ruta.

17. Fermentaciónláctica • En ella el piruvato se transforma en lactato. La realizan diversas bacterias (Lactobacillus...) que fermentan la leche, y se utilizan para obtener derivados lácteos. Por otro lado, también la pueden llevar a cabo las células musculares cuando no reciben suficiente oxígeno. Así, cuando se realiza un esfuerzo intenso y prolongado, los músculos obtienen un poco de energía extra sin necesidad de oxígeno, recurriendo a la fermentación; pero las consecuencias de este proceso serán, posteriormente, las agujetas

18. METABOLISMO AEROBIO CICLO DE KREBS

19. Casi todos los compuestos orgánicos (azúcares y grasas especialmente) se descomponen hasta formar acetil-CoA: un grupo acetilo de dos carbonos, unidos al coenzima A.El acetil-CoA se incorpora a una secuencia cíclica de reacciones químicas que se conocen con el nombre de ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Este ciclo tiene lugar en la matriz mitocondrial y consiste en una secuencia de ocho reacciones consecutivas. En el conjunto de esas reacciones tienen lugar, básicamente, los siguientes acontecimientos:

20. Se liberan 2 moléculas de CO2, que se puede considerar que proceden del grupo acetilo del acetil-CoA, con lo cual se consigue una oxidación completa de la materia orgánica. El CO2 será, por tanto, el producto residual último de la respiración aerobia. • §         Los electrones más los protones (hidrógeno), que pierde el grupo acetilo al oxidarse, van a parar, en cuatro fases, a transportadores de electrones, formándose 3 moléculas de NADH + H+ y una molécula de FADH2. El poder reductor de estas moléculas será transferido luego a través de la cadena respiratoria mitocondrial. • §         En un paso del ciclo tiene lugar una fosforilación a nivel de sustrato que origina una molécula de GTP (equivalente desde el punto de vista energético a un ATP)

21. Ciclo de Krebs

22. Formación del ácido cítrico • La enzima citrato sintasa fue descrita por Severo Ochoa quien la denominó como enzima condensante, pues lleva a cabo una condensación aldólica entre el metilo del AcetilCoA y el carbolio del oxalacetato

23. Formación del isocitrato • La aconitasa cataliza la interconversión entre estos isómeros. La enzima contiene Fe(II) y necesita un tiol como cisteína o glutatión (Glu-Cys-Gly) para efectuar la reacción. Cataliza la adición reversible de H2O al doble enlace del ácido cis-aconítico, el H y el OH del agua siempre se acoplan en posición trans entre ellos a través de la formación del intermediario cis-aconitato.

24. Formación del a-cetoglutarato • Es una descarboxilación oxidativa del isocitrato para formar -ceto(oxo)glutarato y la generación de la primera molécula de CO2 y NADH del ciclo. La enzima que cataliza la reacción es la isocitrato deshidrogenasa, que existe en dos isoformas, una dependiente de NAD+ que sólo se encuentra en mitocondria y otra dependiente de NADP+ que también está en citoplasma. • La enzima dependiente de NAD+ es el catalizador principal de la vía, necesita ADP como modulador positivo, así como Mg2+. Es un homooctámero de 380,000 que es inhibido por NADH y ATP. La isocitrato deshidrogenasa dependiente de NADP+ no es alostérica.

25. Formación de Succinil-CoA • En animales, es una oxidación irreversible del -ceto(oxo)glutarato, proceso catalizado por el complejo de la -ceto(oxo)glutarato deshidrogenasa que consiste en la descarboxilación oxidativa de un cetoácido (-ceto(oxo)glutarato), liberando el segundo CO2 y NADH del ciclo del ácido cítrico. El proceso en general recuerda la reacción catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa; en este caso las enzimas que forman el complejo son: -cetoglutarato deshidrogenasa (E1), dihidrolipoil transsuccinolasa (E2) y dihidrolipoil deshidrogenasa (E3). La reacción es análoga a la oxidación del piruvato a Ac-CoA y se produce por el mismo mecanismo, participan como coenzimas: PPi de tiamina, ácido lipóico, CoA, FAD+, y NAD+

26. Formación del succinato • Es una disociación del succinil-CoA, la CoA no se pierde por simple hidrólisis, sino en una reacción de conservación de la energía con el difosfato de guanosina y fósforo inorgánico. • La enzima es la succinil-CoAsintetasa (también llamada succinatotiocinasa), que sintetiza un enlace de alta energía en el GTP. Se ha encontrado que el mecanismo se lleva por la fosforilación de la enzima en una histidina, el mecanismo de reacción consiste de tres eventos: • 1.- Succinil-CoA + Pi + Enzima (E)  E-Succinil-P + CoA • 2.- E-succinil-P  E-P + succinato • 3.- E-P + GDP  E + GTP. • El GTP cede su –P al ADP para formar ATP reacción catalizada por la nucleósidodifosfatocinasa, esta es una fosforilación a nivel de sustrato como la que cataliza la piruvatocinasa en la glucólisis.

27. Formación del Fumarato • La oxidación del succinato es catalizada por la succinato deshidrogenasa, flavoproteína que contiene FAD unido covalentemente. FAD-ribitol-P-P-ribosa I I FlavinaAdenina • Esta enzima está unida a la membrana interna mitocondrial, el FAD actúa como un aceptor de hidrógenos en la reacción. • Esta enzima es una ferrosulfoproteína de 100,000 kDa, que contiene un FAD, 8 átomos de Fe y 8 de azufre; es un heterodímero. En la subunidad mayor (70,000 kDa), se encuentra el FAD, 4Fe y 4S; la otra subunidad es de 30,000 Da. La succinato deshidrogenasa es activada por succinato, fósforo inorgánico, ATP, y coenzima Q (CoQ) reducida. Por otra parte, es inhibida por oxaloacetato, su actividad es mucho mayor que las demás enzimas del ciclo y que las de la cadena respiratoria.

28. Formación del L-Malato • La hidratación reversible del fumarato a L-malato es catalizada por la fumarasa, que es una enzima hidratasa. • La fumarasa tiene un peso molecular de 200,000 kDa, es un homotetrámero activo (sus monómero son inactivos cuando se separan). Esta enzima es Inhibida por ATP, y es estereoespecífica para su substrato.

29. Formación del Oxalacetato • Es la última reacción del ciclo. La malato deshidrogenasa NAD+ dependiente cataliza la oxidación del L-malato a oxaloacetato. Es una enzima estereoespecífica, se encuentran 2 isoformas en animales, una mitocondrial y otra citoplásmica.

31. La Cadena Respiratoria y la Fosforilación Oxidativa Los transportadores de electrones NADH y FADH2, originados fundamentalmente en el ciclo de Krebs, pero también en otros procesos catabólicos, albergan el poder reductor que les confieren los electrones “energéticos” que transportan.Esa energía será liberada, poco a poco, a lo largo de la cadena respiratoria que tiene lugar en las crestas y en la membrana mitocondrial interna. En dicha membrana existen tres complejos enzimáticos transportadores de electrones: - El complejo NADH deshidrogenasa- El complejo citocromo b-c1<- El complejo citocromo oxidasa

32. Tanto el NADH como el FADH2 ceden los electrones “energéticos” a la cadena formada por esos tres transportadores y, a medida que pasan de un transportador a otro, los electrones van liberando energía. Esa energía (según la teoría quimiosmótica de Mitchell) permite el bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso de la mitocondria. De este modo se genera un gradiente electroquímico de protones, con una concentración de protones mayor en el espacio intermembrana que en la matriz

33. La fuerza protón-motriz generada, impulsa los protones a través de las ATP sintetasas presentes en la membrana mitocondrial interna, permitiendo la unión del ADP a un grupo fosfato, con la consiguiente formación de ATP. El conjunto de estos procesos, que culminan con la formación de ATP, constituyen la fosforilaciónoxidativa • Con fines prácticos, aunque no es del todo exacto, se considera que una molécula de NADH permite la formación de 3 moléculas de ATP, mientras que una de FADH2 sólo aportará 2 ATP. • Tanto los electrones como los protones, que han sido impulsados a lo largo de la cadena respiratoria, deben unirse a un aceptor final. En la respiración aerobia el aceptor último de electrones (y protones) es el O2, que al unirse al H2, forma H2O como producto final.

35. Β-Oxidación lipídica