UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR

ORREGO

FACULTAD DE MEDICINA HUMANA

BIOQUIMICA

BIOENERGETICA

Pedro Lezama A.

plezamaa@upao.edu.pe

BIOENERGETICA: Generalidades

• Energía disponible en un momento dado

• Predice la espontaneidad o no de una reacción

• G < 0 proceso irreversible (espontaneo)

• G > 0 proceso no espontaneo

• G = 0 equilibrio X

Se sustenta en los principios de la termodinámica

ENTALPIA (H) ENTROPIA (S) ENERGIA LIBRE

DE GIBS (G)

• Describe la transferencia y utilización de la energía en los sistemas biológicos.

Variación de energía

calórica en un sistema

Grado de desorden

molecular en un sistema

Vías Metabólicas

• Conjunto de reacciones que permiten las interrelaciones entre moléculas

• En el humano, en el metabolismo podemos distinguir dos grandes aspectos:

– El intercambio de materia y energía dentro del propio organismo y con su entorno

– La transmisión de información genética dentro y entre las células; así como a su progenie

• Como energía metabólica se genera ATP y otras equivalentes ricas energéticamente

Ejemplificar vias anabólicas y catabólicas, y anfibólicas

Coordinación División

Transporte Síntesis

Secreción Excreción

Calor

METABOLISMO

CELULAR

Alimentos

Proteínas Polisacáridos TAG

Piruvato

Aminoácidos Monosacáridos AG, Glicerol

Acetil CoA

CK

Poder reductor

ATP

H2O O2

Productos de desecho

NADH+H FADH2

FOx CR

NH3

CO2

GLUCOLISIS NADH+H

DIGESTIÓN

ADP

Metabolismo y Bioenergética

REACCIONES CATABÓLICAS REACCIONES ANABÓLICAS

Respiración

Glucosa CO2 + H2O

Síntesis

Monómeros Macromoléculas

↓ ENTALPÍA ↑ ENTALPÍA

↑ ENTROPÍA ↓ENTROPÍA

Exergónica Endergónica

Exotérmica Endotérmica ↓ ∆ G

↑ ∆G

ATP

ADP

Acoplamiento de reaccion exergonica-endergonica

EN

ER

GIA

LIB

RE

D

A

B C

Calor

Energía

química

A + C B + D + Calor

HIGADO

CARACTERISTICAS METABOLICAS DE ALGUNOS TEJIDOS Y/U ÓRGANOS

- Usa G, AG, en menor

proporción cuerpos

çetónicos

- Degradación de proteínas y

aminoácidos ramificados

(Ciclo de Cahill)

MUSCULO ESQUELETICO

- Generalmente no usa glucosa

como combustible

- Usa preferentemente ácidos

grasos y α cetoácidos

- No usa cuerpos cetónicos

- Principal lugar de síntesis de

AG y TAG

CARACTERISTICAS METABOLICAS DE ALGUNOS TEJIDOS Y/U ÓRGANOS

TEJIDO ADIPOSO - Usa AG como combustible

- Requiere algo de glucosa para

síntesis de Glicerol, 3P TAG

- Recibe AG sintetizado en el

hígado para síntesis de TAG

CEREBRO

- Utiliza preferentemente G

- En ausencia de G, puede

usar cuerpos cetónicos

- No utiliza AG (por BHE)

CARACTERISTICAS METABOLICAS DE ALGUNOS TEJIDOS

ERITROCITOS

- Solamente usan G

(Ciclo de Cori)

RIÑON

INTESTIINO

- Usa G, AG, cuerpos

cetónicos

- Participa en proceso

de gluconeogénesis

en casos de ayuno

prolongado

- El intestino delgado, usa

preferentemente glutamina

- Colonocitos usan AG de cadena corta

producido por la flora bacteriana

Mitocondria

Obtención de energía y alimentos

ALIMENTO

Lípidos

TAG

Carbohidratos

Polisacáridos

Proteínas

Acidos Grasos,

glicerol

Monosacáridos

G. F, Gal

Aminoácidos

Dig

esti

ón

y

ab

so

rció

n

Acetil CoA Ciclo de

Krebs CR 2H

½ O2

H2O

H+

H+

ADP ATP

Mitocondria

GLUCOSA

glucólisis

LACTATO

ETANOL

VIA ANAEROBICA

ACETALDEHIDO

VIA AEROBICA

PIRUVATO Acetil CoA

Ciclo de

Krebs

3 NADH + H

1 FADH2

2 CO2

1 ATP CR

FOx ATP

GENERALIDADES

Acetil CoA

Citrato

Isocitrato

α Ketoglutarato

Succinil CoA Succinato

Fumarato

NAD+

NADH+ + H+

NAD+

NADH+ + H+

CO2

CO2

CO2

ADP “Pi ATP

CICLO DE

KREBS

Citrato

sintasa

PDH

Isocitrato

DHG

α Ketoglutarato

DHG

Succinato tiocinasa

Succinato DHG

Fumarasa

Malato DHG

H2O

Piruvato

carboxilasa Enzima

málica

Piruvato

Oxalacetato

Malato

VIAS ANAPLEROTICAS

Enzimas reguladoras del Ciclo de Krebs

ENZIMA MODULADORES

(+)

MODULADORES

(-)

Complejo Piruvato

deshidrogenasa

Citrato sintasa

Isocitrato

deshidrogenasa

Complejo α

cetoglutarato DHG

AMP, NAD+, CoA

ADP

ADP

---

ATP, Acetil CoA,

NADH

GTP (Feed back)

ATP, Succinil CoA,

citrato, NADH

ATP

Succinil CoA, NADH

Funciones del CK

• Produce coenzimas reducidas que alimentan la cadena respiratoria para la producción de ATP en la fosforilación oxidativa

• Produce casi todo el CO2 metabólico.

• Dirige el exceso de energía y muchos intermediarios hacia la síntesis de ácidos grasos (AG).

• Proporciona precursores para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos.

• Sus componentes regulan de forma directa (producto-precursor) o indirecta (Alostérica) a otros sistemas enzimáticos.

• Es la vía común para la degradación metabólica de Carbohidratos, Lípidos y Proteínas.

• Es nexo de vías metabólicas en la que los Carbohidratos, salen para formar lípidos y los aminoácidos para formar Carbohidratos (Gluconeogénesis).

Componentes de la Cadena Respiratoria

Complejo Nombre N° de

proteínas

Grupo prostético

Complejo I NADH Deshidrogenasa 46 FMN, 9 centros Fe-S

Complejo II Succinato-CoQ

Reductasa

5 FAD, cyt b560, 3 centros Fe-S

Complejo III CoQ-cyt c Reductasa 11 cyt bH, cyt bL, cyt c1, Fe-SRieske

Complejo IV Citocromo Oxidasa 13 cyt aa3, CuA, CuB

Teoría Quimiosmótica de Mitchel

MME

MMI

Espacio intermembranoso

fumarato succinato

Potencial químico

∆ pH (Alcalina

en matriz)

Síntesis de ATP

debido a Fuerza

protomotriz

Potencial eléctrico

∆ Ψ (Matriz

Negativo)

Ejemplos de Inhibidores en los Complejos Respiratorios

• Complejo I : Rotenona

• Complejo III: Antimicina A

• Complejo IV: Monoxido de Carbono, cianuro

• Complex V (ATP sintasa): Oligomicina

• ATP: ADP Translocasa (Antiporter): Atractilosido

DESACOPLAMIENTO

Las proteínas desacopladoras (UCP) alteran la

permeabilidad de membrana mitocondrial interna,

permitiendo que los protones reingresen a la matriz

mitocondrial sin producción de ATP, pero SI CALOR

Ejemplo:

TERMOGENINA, presente en mitocondrias de Tejido

adiposo marrón (Grasa parda)

MME

MMI

ENFERMEDADES RELACIONADOS CON DEFECTOS EN LOS PROCESOS DE RESPIRACION CELULAR

• Son muy raros

• Generan acidosis láctica y patologias musculares y nerviosas.

• Ejemplos

– la neuropatia optica hereditaria de Leber

– sindrome de Leigh

– encefalomiopatias mitocondriales

Manifestaciones Multisistémicas • Síntomas generales

Retraso en el desarrollo (peso, talla), fatiga, disnea.

Síntomas derivados de compromiso de Sistema

Nervioso Central (SNC) y Periférico

• Síntomas derivados de compromiso sensorial Retinopatía, hipoacusia.

• Síntomas derivados de compromiso renal Glomerulopatía.

• Síntomas digestivos: vómitos o diarreas episódicas, reflujo gastroesofágico, gastroparesia, pseudobstrucción intestinal, megacolon, retardo en el vaciamiento gástrico

• Síntomas cardíacos: relacionados a arritmias, miocardiopatía, síncope.

Manifestaciones Multisistémicas

• Síntomas endocrinológicos: diferentes endocrinopatías, diabetes mellitus, hipoparatiroidismo, déficit de la hormona de crecimiento.

• Síntomas hematológicos: anemia sideroblástica, pancitopenia, vacuolización de células hematopoyéticas y deficiencia pancreática exocrina

• Ocurrencia en una familia de: muertes inexplicadas, hipoacusia, cardiomiopatía, siguiendo habitualmente un patrón de herencia materna.

• Ocurrencia en una misma familia de individuos con distintas enfermedades derivados de compromiso de sistemas no embriológicamente relacionados

Manifestaciones Neurológicas

• Trastornos paroxísticos (migraña, epilepsia, sincope, vómitos)

• Trastornos del movimiento (parkinson).

• Déficit neurológicos focales (que siguen un perfil vascular).

• Episodios semejantes a infartos especialmente en < de 40 años.

• Encefalopatías recurrentes.

• Demencia.

• Oftalmoplejia (ptosis).

• Síntomas derivados de compromiso de sistema nervioso periférico (miopatía o neuropatía): Intolerancia al ejercicio, debilidad muscular (puede ser intermitente), dolor neuropático, arreflexia, trastornos de la sudoración con alteración en la regula lo de la temperatura, etc.

Calculo de peso y Kcal para una persona (estado de buena salud)

• Peso Corporal Teórico para calcular Kcal – Método de Broca (Se basa en la talla en cm)

• VARONES: A la talla se le resta 100

• MUJERES: A su talla se le resta 105

• Cálculo de Kcal – (Peso Teórico x Actividad) + Acción dinámica específica + Agregados

– Donde: • Actividad : 30 Kcal/kg de peso teórico

• Acción dinámica específica (termogenesis inducida por alimento)

= 10% de Peso Teórico x Actividad

• Agregados: estados especiales, por ejemplo – Fiebre (hasta 38°C) u otra complicacionleve : + 10% de Peso Teórico x Actividad

– Fiebre o enfermerdad moderada: + 15% de Peso Teórico x Actividad

Ejemplo ♂ : Talla 1,70 m Peso teórico = 70 ♀: Talla 1,55 m Peso teórico = 50

Ejemplo : ♂ Talla 1,70 Peso teórico = 70

Actividad : 30 Kcal x 70 = 2 100 Kcal Acción dinámica específica =10% de 2 100 = 210 Kcal Agregado : Fiebre leve = 10% de 2100 = 210 Kcal

Calculo de las Kcal ♂ de 1,70 m y condiciones dadas

= 2 100 + 210 +210 = 2 520 Kcal