T11 – METABOLISMO CELULAR Y DEL SER VIVO.

1. Célula y ser vivo: sistemas abiertos.

2. Las enzimas.

3. La reacción enzimática.

4. Vitaminas y metabolismo.

5. Energética celular.

6. Consideraciones generales sobre metabolismo.

T11. Metabolismo celular y del ser vivo.

ANTECEDENTES PAU:

2003 – Septiembre: definición de anabolismo y catabolismo;

2004 – Septiembre: definición y papel de las coenzimas;

• Un organismo capta materia y energía, las transforma y, almacenando

energía, realiza actividades biológicas.

• La célula intercambia sustancias a través de su membrana plasmática o

mediante procesos asociados a ella.

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1 – Célula y ser vivo: sistemas abiertos.

Estudio de la célula

y el ser vivo

Se consideran ambos

SISTEMAS ABIERTOS

Están en EQUILIBRIO DINÁMICO

Realizando TRABAJO

• La molécula de ATP (adenosín trifosfato) es la fuente de energía química

útil, ya que posee dos enlaces fosfato ricos en energía.

• Otros nucleótidos de citosina (CTP), de guanina (GTP) o de uracilo (UTP)

intervienen en procesos metabólicos realizando la misma función

energética.

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1 – Célula y ser vivo: sistemas abiertos.

• Las enzimas son proteínas con una función catalítica,

es decir, proteínas que regulan las reacciones

químicas en los seres vivos.

• Acelerando las reacciones y disminuyendo la

energía de activación.

• Intervienen en pequeñas concentraciones, ya que ni se

consumen ni se alteran durante la reacción y pueden,

por lo tanto, actuar sucesivas veces.

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2 – Las enzimas.

Concepto de enzima

• Disminuyen la energía de

activación.

• No cambian el signo ni la

cuantía de la variación de

energía libre.

• No modifican el equilibrio de

la reacción.

• Aceleran la llegada del

equilibrio.

• Al finalizar la reacción quedan

libres y pueden reutilizarse.

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2 – Las enzimas.

Comportamiento de un enzima

Las enzimas actúan

como un catalizador:

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2 – Las enzimas.

1. Especificidad. Cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos.

2. No forman nunca parte del producto o productos.

3. No se consumen.

4. Son necesarios, por tanto, sólo en una pequeña cantidad.

Carácterísticas de las enzimas.

• Cada enzima actúa a un pH óptimo.

• Los cambios de pH alteran la estructura terciaria y por tanto, la actividad de la enzima.

• Cada enzima tiene una temperatura óptima para actuar.

• Las variaciones de temperatura provocan cambios en la estructura terciaria o cuaternaria, alterando la actividad de la enzima.

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2 – Las enzimas.

Influencia del pH y la temperatura en la actividad enzimática.

• Algunas reacciones son catalizadas por holoenzimas, moléculas

formadas por una apoenzima (parte proteica) y un cofactor (no

proteico).

holoenzima = cofactor + apoenzima

• Los cofactores tienen diversa naturaleza, y pueden ser:

• Cationes metálicos, como Zn2+, Ca2+, Fe2+ o Mg2+, que se unen

al apoenzima o regulan su activación.

• Moléculas orgánicas.

– Cuando se unen fuertemente a la apoenzima se denomina grupo

prostético.

– Se denominan coenzimas cuando se unen débilmente a la apoenzima

(NAD+, FAD, NADP+,…). Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas

funcionan como coenzimas.

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2 – Las enzimas.

Cofactores enzimáticos.

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2 – Las enzimas.

Clasificación de las enzimas.

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3 – La reacción enzimática.

Esquema de una reacción enzimática.

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3 – La reacción enzimática.

Especificidad enzimática.

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3 – La reacción enzimática.

Inhibición de la actividad enzimática.

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3 – La reacción enzimática.

• Es un mecanismo de regulación enzimática.

• Las enzimas que son reguladas por el sustrato y el producto de la reacción se denominan enzimas alostéricas.

Los sustratos suelen comportarse como activadores.

Los productos suelen comportarse como inhibidores, impidiendo la reacción.

Inhibición de la actividad enzimática.

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3 – La reacción enzimática.

• Existe un límite en cuanto a la cantidad de sustrato que la enzima es capaz de transformar en el tiempo.

• La velocidad de la reacción aumenta de forma lineal hasta alcanzar un máximo en el que se produce la saturación de la enzima. En ese momento la velocidad solo dependerá de la rapidez con la que esta sea capaz de procesar el sustrato.

Cinética de la reacción enzimática.

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4 – Vitaminas y metabolismo.

Las vitaminas perteneces a varias clases de principios inmediatos.

Las vitaminas son indispensables en la dieta, dado que no pueden ser sintetizadas por los organismos animales.

• Avitaminosis o ausencia total de una o varias vitaminas.

• Hipovitaminosis o insuficiencia de una determinada vitamina en la dieta.

• Hipervitaminosis o exceso de vitaminas.

• Hidrosolubles. Son solubles en agua y generalmente actúan como coenzimas o precursores de coenzimas. A este grupo pertenecen las vitaminas del complejo B y la vitamina C.

• Liposolubles. Son insolubles en agua y solubles en disolventes no polares. Son lípidos insaponificables y generalmente no son cofactores o precursores. En este grupo se encuentran las vitaminas A, D, E y K.

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4 – Vitaminas y metabolismo.

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4 – Vitaminas y metabolismo.

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5 – Energética celular.

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5 – Energética celular.

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5 – Energética celular.

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5 – Energética celular.

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5 – Energética celular.

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

• Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula.

• Estas reacciones en su mayoría tienen lugar en el hialoplasma celular o parte del citoplasma que no contiene orgánulos, aunque suelen empezar o terminar en algún orgánulo especializado.

• Ejemplos de metabolismo.– Duplicación del ADN.

– Biosíntesis de proteínas.

– La hidrólisis de grasas dan ácidos grasos y glicerina.

– Los polisacáridos dan monosacáridos.

• La reacción se produce gracias a la presencia de una enzima que cataliza esa reacción determinada.

Metabolismo.

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

1. Obtener energía química del entorno, que es almacenada en los enlaces fosfato del ATP.

2. Transformación de sustancias químicasexternas en moléculas utilizables por la célula.

3. Construcción de los componentes celulares(materia orgánica propia: proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos,…).

4. Destrucción de estas moléculas para obtener la energía que contienen.

Funciones del metabolismo.

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

• Anabolismo. Obtención de sustancias orgánicas complejas a partir de sustancias más simples con un consumo de energía (endergónicas o endotérmicas). Ejemplo: la fotosíntesis, la síntesis de proteínas o la replicación del ADN.

• Catabolismo. Reacciones de

degradación de moléculas

complejas que pasan a convertirse

en moléculas sencillas. Son procesos

destructivos generadores de energía

(exergónicas o exotérmicas) que

posteriormente se usa en el anabolismo.

Ejemplo: la glucolisis, la beta-oxidación

de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs,

la fermentación láctica, la fermentación

acética.

Tipos de metabolismo.

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

• El problema de la obtención de la energía por parte de los seres vivos.

Metabolismo

Catabolismo Anabolismo

exergónico endergónico

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

Esquema global del metabolismo celular.

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

• Secuencia de reacciones químicas que se relacionan.

• Las rutas metabólicas no son independientes.

• Ocurren en el hialoplasma y en los orgánulos.

• El metabolismo tiene lugar en gran medida en el hialoplasma aunque muchas rutas se inician o acaban en algún orgánulo.

• Las reacciones metabólicas que ocurren en el hialoplasma con anaerobias y no degradan por completo los compuestos orgánicos.

• Las moléculas resultantes deben incorporarse después a las mitocondrias, donde se degradan completamente, transformándose en materia inorgánica, y liberando gran cantidad de energía.

Se necesitan numerosas enzimas específicas y moléculas para su desarrollo:

• Metabolitos. Son degradados o participan en la síntesis de otras sustancias.

• Nucleótidos. Permiten la oxidación y reducción de los metabolitos.

• Moléculas energéticas. Como ATP y GTP o la Coenzima A.

• Moléculas ambientales. Se encuentran al comienzo o final de algunos procesos (oxígeno, agua, dióxico de carbono, agua,…)

Ruta metabólica.

Moléculas que intervienen en el metabolismo.

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6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.

• En conjunto, el proceso catabólico global debe ser exergónico para que la energía obtenida le permita a la célula vivir y realizar los procesos anabólicos.

• La cantidad de energía desprendida en un proceso exergónico depende del desnivel entre el estado inicial y el estado final del sistema.

• El balance energético permite medir la cantidad de energía intercambiada en un proceso metabólico y se define como el número de moléculas con enlaces ricos en energía (ATP) que se han producido por cada metabolito oxidado.

• Si la ruta es estrictamente anabólica el balance será negativo.

• Si es catabólica el balance será positivo.

• El rendimiento energético indica el porcentaje de energía almacenada respecto a la cantidad total desprendida en un proceso catabólico. El resto se transfiere al entorno en forma de calor.

Rendimiento y balance energético del metabolismo.