Conceptos básicos del metabolismo

Resumen: Conceptos básicos del metabolismo

Metabolismo

• Es la suma de todas las reacciones catalizadas por enzimas en un ser vivo, en donde participan las biomoléculas como aminoácidos, agua, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos.
• Es una actividad coordinada y dinámica, sus reacciones se organizan en rutas metabólicas.

• Rutas anabólicas: sintetizan moléculas complejas a partir de precursores pequeños.
• Rutas catabólicas: degradan macromoléculas complejas a productos más pequeños → al degradarse las moléculas nutrientes en productos de desecho como CO2 y agua, la energía y el poder reductor se conservan en ATP y NADH.

• Catabolismo ocurre en 3 etapas:

• 1ra: macromoléculas se degradan a sus unidades componentes
• 2da: se degradan a acetil-coA
• 3ra: acetil-coA entra al ciclo de ácido cítrico → se liberan electrones (oxidación) que se transportan a la cadena respiratoria

• Anabolismo también ocurre en 3 etapas:

• 1ra: se produce acetil-coA
• 2da: acetil-coA produce unidades componentes
• 3ra: síntesis de macromoléculas

• Cualquier alteración al metabolismo lleva a la enfermedad o muerte.
• El metabolismo ocurre a nivel celular, mientras que la digestión ocurre en la luz del intestino.
• Metabolismo intermediario: intermedio de reacciones que dan al siguiente paso.
• Metabolito: compuesto intermedio metabólico.

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Energía

• Es la capacidad para realizar trabajo.
• Las células generan la mayoría de su energía medican las reacciones redox en las que se transfieren electrones. Cuantos más átomos de H posee una molécula, mas energía contiene.
• Siempre que se transfiere un electrón se pierde energía.
• Coenzimas: son moléculas pequeñas que se asocian a las enzimas y sirven como transportadoras de grupos pequeños.
• Los seres vivos difieren en las estrategias de adquirir la energía de su entorno:

• Autotrofos: usan CO2 como unica fuente de C.
• Fototrofos: usan la energía solar como fuente de energía.
• Heterotrofos: necesitan moléculas más complejas como fuente de C, obtiene su energía mediante la degradación de alimentos
• Quimiotrofos: utilizan reacciones redox como fuente de energía.

Metabolismo aerobio y anaerobio

• Los organismos usan distintas estrategias para producir energía:

• Anaerobios: solo crecen en ausencia de oxigeno. Utilizan procesos fermentadores para satisfacer sus requerimientos energéticos.
• Anaerobios tolerantes: poseen enzimas destoxificantes que les protegen de los productos tóxicos del oxigeno.
• Anaerobios facultativos: puede llevar a cabo su metabolismo en condición aeróbica y anaeróbica. Ejemplos →células musculares y esqueléticas
• Extremadamente anaerobios: no necesitan oxigeno para su metabolismo, sino que son tóxicos para la vida.
• Aerobios estrictos: requieren oxigeno para llevar a cabo su metabolismo y producir energía.

• En los eucariotas, los procesos bioquímicos ocurren dentro de la mitocondria.
• Los anaerobios facultativos y los aerobios estrictos emplean estos procesos:

• Ciclo del ácido cítrico: es la ruta central del metabolismo aerobio donde ocurre la oxidación de moléculas orgánicas a CO2 + reducción de coenzimas a NADH y FADH2
• Ruta de transporte de electrones: mecanismo en el cual los electrones se transfieren desde las coenzimas reducidas al O aceptor.
• Fosforilación oxidativa: la energía liberada por el transporte electrónico se captura en protones que activan la síntesis de ATP.

Resumen: Bioenergética

4.0 Conceptos

• La energía se define como la capacidad de realizar trabajo.
• Toda materia tiene energía.
• El trabajo celular lo realizan distintas maquinas moleculares como proteínas contráctiles, los complejos transportadores y las enzimas.
• Termodinámica: investigación de las transformaciones y movimientos de la energía
• Bioenergética: es la rama de la termodinámica que estudia las transformaciones energéticas en los seres vivos.

4.1 Termodinámica

• Leyes de la termodinámica

1. 1ra: La cantidad total de la energía del universo es constante. La energía no puede crearse ni destruirse, solo se transforma.
2. 2da: El desorden del universo aumenta siempre. Todos los procesos físicos o químicos solo se producen  espontáneamente cuando aumenta el desorden.

• La dirección y la cuantía a la que se producen reacciones bioquímicas es afectada por 3 factores:

1. Entalpía: contenido total de calor
2. Entropía: desorden del universo
3. Energía libre: energía disponible capaz de producir trabajo útil

• El conocimiento de las funciones termodinámicas permite predecir si una reacción es espontanea o no.
• Sistema: todo lo que se relación con la reacción
• Entorno: todo lo que rodea al sistema
• Trabajo: el desplazamiento o movimiento de un objeto por una fuerza
• La energía se transfiere en forma de calor cuando el sistema y su entorno tienen temperaturas diferentes. Puede transferirse al sistema o desde el sistema.
• A presión constante, la variación de entalpia (ΔH) de un sistema es igual al flujo de energía calorífica.

1. Exotérmico: ΔH es negativo, reacción espontánea → sistema libera calor al entorno
2. Endotérmico: ΔH es positivo, reacción no espontánea → sistema absorbe calor
3.  Isotérmico: no se intercambia calor con el entorno

4.2 Energía libre

• Es la función termodinámica más adecuada para predecir la espontaneidad de un proceso
• Para una reacción exotérmica, se libera calor y el valor de ΔS es negativo. Esto refleja que la reacción es espontanea o exergonica. Un proceso espontaneo disminuye su energía libre.
• De no ser espontaneo, se denomina una reacción endergonica.
• Si ΔG=0, el proceso se encuentra en equilibrio.

ΔS entorno = -ΔH/T   →   ΔG = ΔH – TΔS sistema

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