Universidad Nacional Autónoma de México

Colegio de Ciencias y Humanidades plantel Oriente

Generalidades del Metabolismo

Leticia Martínez Aguilar

Se conoce como metabolismo al conjunto de reacciones

enzimáticas altamente organizadas que ocurren en el interior de las

células, mediante las cuales la célula:

- Obtiene energía a partir de los materiales captados del medio.

- Fabrica moléculas de recambio para sustituir las gastadas.

- Sintetiza otras moléculas necesarias para el crecimiento o para

realizar cualquier otra función celular.

-Proporciona energía para el movimiento

-producción de calor,

-transmisión nerviosa,

- transporte activo,

Por tanto en los seres vivos actúan como un almacén de

energía.

Las rutas metabólicas puedes ser de diferentes tipos:

1) lineales

2) ramificadas

3) no lineales: las cuales a su vez pueden ser:

a) convergentes ( catabólicas).

b) divergentes ( anabólicas).

c) cíclicas: en la que uno de los materiales de partida se regenera

volviendo a entrar en la ruta.

La mayoría de los organismos contienen la dotación enzimática para

llevar a cabo tanto la degradación como la síntesis de ciertos

compuestos.

Organelo Vías metabólicas

Núcleo Replicación y transcripción del DNA

Mitocondria Ciclo de Krebs, Fosforilación oxidativa

Retículo endoplásmico Síntesis de proteínas, de varios lípidos,Oxidación de numerosos xenobióticos

Lisosoma Reacciones degradativas por hidrolasas

A. Golgi Distribución intracelular de proteínasReacciones de glicosilaciónReacciones de sulfatación

Peroxisomas Degradación de ciertos ácidos grasosProducción y degradación de H2O2

Citosol GlucólisisSíntesis de ácidos grasos

REGULACIÓN DE LAS VÍAS METABÓLICAS

Las vías metabólicas están reguladas a tres niveles.

El primer nivel por la acción de enzimas alostéricas que son capaces de cambiar la

actividad catalítica en respuesta a moduladores estimuladores o inhibidores.

Un segundo nivel corresponde al control metabólico en los organismos superiores

mediante la regulación hormonal.

Las hormonas sirven para coordinar las actividades metabólicas de diferentes

tejidos y sus acciones y efectos son en una escala de tiempo más prolongada que

la de los efectos alostéricos.

El tercer nivel de regulación metabólica consiste en el control de la velocidad de

un paso metabólico por regulación de la concentración de su enzima en la célula.

La concentración de una enzima en un momento determinado es el resultado de

un equilibrio entre su velocidad de síntesis y su velocidad de degradación

La primera Ley de la Termodinámica establece que la energía total de un

sistema, más la de su entorno, permanece constante. Esto implica que durante

cualquier cambio dentro del sistema completo, la energía no se pierde ni se

gana. Sin embargo, puede transferirse de una parte a otra o puede ser

transformada a otra forma de energía.

La segunda ley establece que si un proceso ocurre espontáneamente,

la entropía total de un sistema debe aumentar. La entropía representa la

extensión del desorden y se torna máxima en un sistema cuando este se

aproxima al equilibrio verdadero. Representa la energía degradada, no utilizable

para realizar trabajo.

Termodinámica y Metabolismo

Procesos irreversibles

ΔG° es la diferencia entre el contenido de energía libre de los

productos y el contenido de energía libre de los reactivos en condiciones

estándar.

Si ΔG° es de signo negativo, los productos tienen menos energía libre que

los reactivos, por lo tanto, la reacción procede en forma espontánea con

pérdida de energía libre, es decir, es exergónica. Si, además ΔG es de gran

magnitud, la reacción se dirige a su consumación y es esencialmente

irreversible.

Si ΔG es positivo, significa que los productos de la reacción contienen más

energía libre que los reactivos, por lo tanto la reacción solo procede si

puede ganarse energía, es decir es endergónica.

Tipo de Reacción ΔG (Kcal/mol)

Reacciones de hidrólisis

ATP + Agua ¾® ADP + Pi - 7,3

Glucosa-6-P + agua ¾® Glucosa + Pi - 3,3

Oxidación con oxígeno molecular

Glucosa + 6 O2 ¾® 6 CO2 + 6 H2O -686

Ácido Palmítico + 23 O2 ¾® 16 CO2 + 16 H2O -2338

La siguiente tabla, muestra las variaciones de energía libre estándar de varias reacciones químicas representativas:

La variación de energía libre estándar ΔG° nos dice en qué dirección y hasta

qué punto transcurrirá la reacción para alcanzar el equilibrio cuando la

concentración inicial de cada componente es 1,0 M; el pH es 7,0 y la

temperatura 25°C. La variación de energía libre real, ΔG, de una reacción

química determinada es una función de las concentraciones y de la

temperatura que se dan realmente durante la reacción.

OXIDACIONES BIOLÓGICAS

En esencia, las reacciones químicas son transformaciones energéticas en las

cuales la energía almacenada en los enlaces químicos se transfiere a otros

enlaces recién formados.

En tales transferencias los electrones pasan de un nivel energético a otro.

En muchas reacciones los electrones se transfieren de un átomo o molécula a

otro. Estas reacciones, muy importantes en los sistemas vivientes, se conocen

como reacciones de oxidación-reducción (redox).

La pérdida de uno o más electrones se conoce como oxidación y se dice que la

molécula o el átomo que los ha perdido se ha oxidado.

La reducción, por el contrario, es la ganancia de uno o más electrones.

La oxidación y la reducción siempre ocurren simultáneamente, porque el

electrón que pierde el átomo oxidado es aceptado por otro átomo, que se

reduce en el proceso

No forman parte de los ácidos nucleicos, se encuentran libres en las células e

intervienen en el metabolismo y en su regulación de enzimas, aportando

energía química en las reacciones celulares, como coenzimas o como

intermediarios activos en la síntesis de biomoléculas. Entre estos tenemos:

▪ Adenosín trifosfato (ATP) actúa como coenzima en diversas reacciones

metabólicas implicadas en la transferencia de fosfato y energía siendo el

intermediario energético celular por excelencia.

Al hidrolizarse a ADP+P, libera la energía que es utilizada por la célula para

realizar diversas funciones

A T P N A D Y F A D

Esquema de la formación del ATP

Frecuentemente los electrones que se transfieren en las reacciones rédox

de los seres vivos van acompañados

de un protón (es decir, forman un átomo de hidrógeno), por lo que

podemos considerar como una oxidación la pérdida

de átomos de hidrógeno y como una reducción la ganancia de éstos.

Los compuestos orgánicos tienen un mayor contenido energético cuanto

más reducidos estén, de lo que se

puede deducir que las reacciones biológicas de oxidación liberarán energía.

El NAD (nicotín-adenín-dinucleótido) y el FAD (flavín-adenín-

dinucleótido), son dinucleótidos formados por la unión de un nucleótido de

adenina a un nucleótido de nicotinamida y flavina, respectivamente, y

el NADP (nicotín-adenín-dinucleótido fosfato) posee además un

fosfato; actúan como coenzimas en procesos metabólicos de transferencia de

electrones (reacción de óxido-reducción). Estas coenzimas actúan aceptando

o cediendo electrones (reduciéndose u oxidándose) al tiempo que el sustrato

se oxida o reduce, ejemplo.

E (deshidrogenasa)(sustrato reducido) A-

H2 ▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬► A (sustrato oxidado)ü ú

NAD NADH + H+

ù ù(coenzima oxidada) (coenzima reducida)

Las reacciones catabólicas provocan la oxidación de los sustratos, por

deshidrogenación, y los enzimas que catalizan estas reacciones son

deshidrogenasas ligadas a los coenzimas NAD, NADP y

FAD, principalmente. Los electrones desprendidos en estas reacciones de

oxidación son captados por otras moléculas transportadoras de electrones

que

se encuentran organizadas de tal manera que la oxidación de un

transportador libera más energía de la necesaria para

reducir al siguiente. Si el excedente de energía es suficiente se utiliza para

fosforilar el ADP y formar ATP.

El NADPH actúa como transportador de electrones ricos en energía, desde

las reacciones catabólicas hasta

las anabólicas que los necesitan, de la misma manera que el ATP es un

transportador de grupos fosfato ricos en energía

desde las reacciones del catabolismo a las reacciones del anabolismo.