Metabolismo Funciones

Metabolismo

• Conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula

• Adquirir energía del entorno
• Utilizar la energía

• Funciones

• Trabajo mecánico de transporte, biosíntesis y degradación de moléculas
• Convertir elementos nutritivos exógenos en precursores de macromoléculas (catabolismo, exergónico)
• Reunir precursores para formar macromoléculas (anabolismo, endergonico)
• Formar y degradar biomoléculas para procesos metabólicos.

• Rutas: secuencia de reacciones enzimáticas para la transformación de un sustrato inicial en un producto final por reacciones intermediarias.
• Metabolitos: reactantes, intermediarios y productos.
• Metabolismo intermediario: relacionado con almacenamiento, generación y uso de energía (azucares, lípidos, proteínas)
• Rutas centrales del metabolismo: rutas comunes en la mayor parte de los seres vivos.  
• Clasificación de la rutas

• Catabólicas: degradación de metabolitos
• Anabólicas: biosíntesis de metabolitos
• Anfibolicas: catabólica y anabólica.

Características de las vías

• Las vías de síntesis son distintas a las de degradación, lo cual permite un control independiente de cada una.
• Paso de control: funcionan en equilibrio (cercano al inicio de estas rutas va a haber una reacción irreversible (exergónica) que dirige que la vía tenga sentido)  
• Son reguladas en las reacciones irreversibles, el paso limitante evita la síntesis de metabolitos que el cuerpo no va a requerir en ese momento.
• En las células eucariontes las vías tienen una localización celular específica (compartamentalización).

• En el citosol se van a dar reacciones de síntesis (la excepción es la glucolisis que es catabólica)

Regulación de las rutas

• Parámetros enzimáticos
• Control genéticos de velocidad de síntesis de enzimas

• La cantidad de enzimas depende de su velocidad de síntesis o degradación. Todo esto esta controlado por los genes encargados para la codificación de ciertas enzimas. Estas pueden ser de 2 tipos.

1. Inducidas: concentraciones bajas de una enzima
2. Constitutivas: siempre están presentes

• Regulación hormonal

Moléculas intermediarias de las vías metabólicas

• ATP: universal de energía
• NADH  y FADH: sirven como transportadores de electrones
• Co-A: sirve con transportadora de grupos acetilo

GLUTS

• GLUT 1

• Se localiza en: eritrocitos, placenta, retina, riñón y cerebro.
• Ingreso basal de glucosa km 1.6 mm

• GLUT 2:

• Se localiza en: hígado, páncreas, intestino delgado
• Transportador de glucosa, galactosa y fructuosa km de 15 mmol o mas

• GLUT 3

• Se localiza en: Cerebro, placenta, hígado, riñón, corazón
• Ingreso basal de glucosa km 2 mm
• Glucosa y galactosa

• GLUT 4

• Se localiza en: tejido adiposo, corazón y musculo esquelético
• Dependiente de Insulina

• GLUT 5

• Se localiza en: yeyuno, espermatozoides, riñón y cerebro
• Transporte de fructuosa

Glucolisis

• La glucolisis se define como la serie de reacciones en las que la glucosa se va a transformar en piruvato.
• Es una vía casi universal de todos los seres vivos.
• Cuando el suministro de O2 baja, la glucolisis puede mantener los niveles de ATP durante un periodo de tiempo corto.

• Los eritrocitos solo pueden obtener ATP de la glucolisis ya que no tienen mitocondrias.
• Cornea, lentes y regiones de la retina (suministro de la sangre limitada)
• Testículo, medula del riñón, leucocitos, fibras musculares blancas que tienen pocas mitocondrias.

• Efecto Pasteur: hay un mayor gasto de glucosa en medios  anaerobios que en medio aerobios. Aceleramiento de la glucolisis en células como los eritrocitos que necesitan más energía.
• Hay dos fases muy importantes de la glucolisis

1. Fase I

• Fase preparatoria

1. La glucosa es fosforilada mediante la entrada de un ATP y la salida de un ADP con la presencia de la enzima Hexoquinasa (esta reacción es realizada por 2 isoenzimas cuya diferencia radia en su localización y Km)  y se forma glucosa-6-fosfato (la glucosa-6-fosfato representa a una encrucijada metabólica ya que puede tomar diferentes caminos para diferentes reacciones).  (reacción irreversible)
2. La glucosa-6-fosfato sufre de una transformación hacia fructuosa-6- fosfato mediante la presencia de isomerasa de fosfoglucosa.  (reacción reversible)
3. La fructuosa-6-fosfato es fosforilada mediante la entrada de un ATP y la  salida de un ADP con la presencia de la enzima Fosfofructuosquinasa y se forma fructuosa-1,6-fosfato. (reacción irreversible)
4. La fructuosa-1,6-fosfato va a ser dividida en dos moléculas mediante la acción de la aldolasa. Estas dos moléculas van a ser el gliceraldehido-3-fosfato y un fosfato de dihdroxiacetona.  (reacción reversible)

• Se gasto un total de 2 ATP’s para la transformación y preparación de la glucosa

1. Fase II

1. El fosfato de dihidroxiacetona se va a modificar en  gliceraldehido-3-fosfato para que pueda continuar con la glucolisis. Para que se de esto necesita de la presencia de la triosa de fosfato isomerasa. (reacción reversible)  
2. Las dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato van a continuar con las reacciones. Se va a cambiar a glicerato-1,3-fosfato con la entrada de un Pi y NAD, y van a salir un H+ y NADH+ todo esto bajo la presencia de una gliceraldehido-3-fosfato  deshidrogenasa. (reacción reversible)
3. El glicerato-1,3-fosfato se va a cambiar a glicerato-3-fosfato mediante la entrada de un ATP y la salida de un ADP, todo esto en presencia de la enzima fosfogliceratoquinasa.  (reacción reversible)
4. El glicerato-3-fosfato va a sufrir de una transformación y se convierte en glicerato-2-fosfato mediante la presencia de una mutasa (esta enzima posee un cofactor Mg2+ unido a un P-)
5. El glicerato-2-fosfato se va a convertir en fosfoenolpiruvato (PEP) mediante una enolasa que lo va a deshidratar extrayendo una molécula de H2O. (reacción reversible)
6. El fosfoenolpiruvato (PEP) se va a transformar a piruvato mediante la entrada de un ADP y la salida de un ATP, todo esto en presencia de quinasa de piruvato. (reacción irreversible)

• Se obtuvo un total de 2 ATP’S por cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato, o sea un total de 4 ATP’s. Si se restan los 2 primeros ATP’s que se utilizaron para la preparación de la glucosa, al finalizar la glucolisis se tuvo un producto neto de 2 ATP’s. también se obtuvo la formación de 2NADH+

Destinos del piruvato

• Piruvato dependiendo de las condiciones en las que se encuentre, ya sea anaerobia o aerobia, va a sufrir de reacciones que lo van convertir en otras moléculas.

• Aerobiamente el piruvato va a ser convertido en Acetil-CoA que va a ser utilizado en el ciclo de Krebs
• Anaerobiamente hay 2 tipos de moléculas importantes que puede formar el piruvato

• El piruvato se convierte a Lactato mediante la entrada de un NADH y de un H+ y la salida de un NAD+, todo esto con la presencia de deshidrogenasa lactato. A esto se le conoce como fermentación del acido láctico.
• El piruvato se convierte a Etanol mediante un proceso conocido como fermentación  alcohólica.

Descarboxilacion del piruvato

• El proceso de Descarboxilacion del piruvato es necesario para la conversión de esta molécula a Acetil-CoA mediante el uso del complejo piruvato deshidrogenasa.
• El complejo piruvato deshidrogenasa a su vez se subdivide en 3 grupos que conforman a este complejo

• Piruvato deshidrogenasa (piruvato descarboxilasa)

• Esta enzima se tiene la función de descarboxilar al piruvato. Su reacción desprende del piruvato un carbono formando CO2.
• Tiene como coenzima a la TPP (pirofosfato de tiamina)
• Su coenzima (la TPP) tiene como función el hecho de acarrear grupos acetilo.

• Transacetilasa de dihidrolipoilo

• Esta enzima tiene la función de catalizar la transferencia del grupo acetilo a la CoA- SH
• Emplea como coenzimas al acido lipoico y a la CoA-SH (posee un enlace disulfuro)
• La coenzima A retira al grupo acetilo presente en la Transacetilasa de dihidrolipoilo dejando a la coenzima en su forma reducida

• Deshidrogenasa de dihidrolipoilo

• Esta enzima tiene la función de oxidar de nuevo a la dihidrolipoamida
• Utiliza la presencia de las coenzimas FAD+ y NAD+
• Su coenzima es capaz de volver a su forma oxidada al donar un H+ a un NAD+

• La descarboxilacion del piruvato puede estar regulada por

• Inhibidores: ATP, Acetil-CoA, NADH y ácidos grasos de cadena larga
• Activadores: AMP, CoA-SH, NAD+

Inhibidores de la glucolisis

• Deoxiglucosa: tiene la acción de inhibir a la hexoquinasa en su sitio activo. Competitivo no tiene OH.
• Agentes de sulfidrio: tienen la acción de inhibir a la Gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa

• Reacciona con mercuratos y acetatos
• Se pegan al sitio activo y ahí se quedan (inhibidores suicidas)
• El arseniato compite con el fosfato e inhiben a la enzima

• Fluoruro: que va a inhibir a la enolasa

Regulación de la glucolisis

• Los puntos de control van a estar situados donde haya enzimas que catalicen reacciones  irreversibles: hexoquinasa, la fosfofructuosquinasa (PFK-1) y en la quinasa de piruvato.  Pueden activarse o no activarse por medio de efectores alostéricos.

• La hexoquinasa se inhibe por el exceso de glucosa-6-fosfato.
• Una concentración elevada de AMP (indicador de una deficiencia de energía) activa a la PFK-1 y a la quinasa de piruvato.
• Una concentración elevada de ATP (indicador de que ya se satisfizo la necesidad metabólica de la célula) inhibe a PFK-1 y a la quinasa del piruvato.

• La fructuosa-2,6-difosfato que es producida por la modificación covalente de la PFK-2 inducida por medios hormonales, es un indicador de concentraciones elevadas de glucosa disponible y activa alostericamente a PFK-1.

Gluconeogénesis

• La formación de glucosa nueva a partir de precursores que no son carbohidratos
• Estos precursores son principalmente:

*en concentraciones elevadas de estos precursores la gluconeogénesis se estimula.

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