Metabolismo: Rutas metabólicas, catabolismo y anabolismo

METABOLISMO

Conjunto de reacciones químicas y procesos energéticos que tienen lugar en una célula. Las reacciones del metabolismo se llevan a cabo en medio acuoso.

RUTA METABÓLICA

Secuencia de reacciones encadenadas catalizadas por una enzima específica y productos de una de las reacciones son los reactivos de la siguiente. Sustancias intervienen en reacciones de la ruta (metabolito). El reactivo inicial (Precursor) y el producto obtenido (Producto final).

CATABOLISMO

Degradación oxidativa de moléculas complejas a moléculas sencillas. Genera electrones y energía (glucólisis, fermentaciones, cadena de transporte electrónico, beta-oxidación de ác. grasos).

ANABOLISMO

Síntesis de moléculas complejas mediante reducción de moléculas sencillas. Emplea la energía y electrones del catabolismo (fotosíntesis y ciclo de calvin).

ANFIBOLISMO

Son rutas a la vez catabólicas y anabólicas. Generan precursores para otras rutas metabólicas (ciclo de krebs). El catabolismo comprende aquellas rutas metabólicas que oxidan moléculas orgánicas con la finalidad de obtener energía en forma de ATP. Los electrones obtenidos son llevados hasta un aceptor final (oxígeno-catabolismo aeróbico) (sust.inorgánicas como sulfatos o nitratos-catabolismo anaeróbico) (sust.orgánicas-fermentación anaeróbica).

CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

GLUCÓLISIS

Sucede en el citoplasma de todas las células y en el estroma de los cloroplastos. Cada reacción está catalizada por su correspondiente enzima. Es una ruta que puede llevarse a cabo en ausencia de oxígeno en el medio (glucólisis anaerobia) ya que este no interviene en la ruta, aunque sí en el proceso degradativo final de la glucosa. Es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en reacciones enzimáticas que convierten la glucosa (6at.C) en piruvato (3at.C cada una) capaces de seguir otras vías metabólicas para continuar produciendo E para el organismo. Se divide en dos fases principales: la de inversión energética que consiste en transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato. Es una etapa degradativa, no se produce oxidación. Se gastan 2 moléculas de ATP por cada glucosa; y la fase de generación de E, en la que se reduce el NAD+ que se transforma en NADH formándose 4 moléculas de ATP por transferencia del grupo fosfato al ADP. Se obtienen 2 moléculas de piruvato por glucosa.

BALANCE ENERGÉTICO

En la fase de inversión de E: por cada mol. de glucosa gastas 2ATP y obtienes 2 gliceraldehido 3-fosfato. En la de obtención de E: por cada molécula de glucosa: 2NADH+H+, 4ATP y 2 piruvatos; por cada mol. de glucosa se obtienen 2ATP, 2NADH y 2 piruvatos. Rendimiento energético: ATP, NADH (2x3) 6ATP (total-8ATP). En condiciones aerobias: NADH cede sus e- a la cadena de transporte electrónico, que los llevará hasta el O2 obteniéndose H2O y regenerándose NAD+, que se volverá a utilizar en la glucólisis. El piruvato entrará en la mitocondria y se transforma en acetil CoA que estará en la resp. celular. En condiciones anaerobias (anoxia) el NADH se oxida a NAD+ reduciéndose el piruvato, dándose lugar la fermentación siendo el aceptor un compuesto orgánico.

FUNCIONES

Generación de ATP y NADH como fuente de E celular en procesos de respiración aeróbica y fermentación. Generación de piruvato que irá al ciclo de Krebs.

CICLO DE KREBS

Se produce en la matriz mitocondrial o en el citoplasma de las células procariotas. Es un proceso aeróbico ya que en ausencia de oxígeno no tiene lugar. Es una ruta anfíbólica central ya que también confluyen las rutas catabólicas de los aminoácidos y de los ácidos grasos. La primera molécula que se utiliza para iniciar el ciclo de krebs es el piruvato que se obtenía de la glucólisis. Este se transforma en AcetilCoA que se produce por un complejo de 3 enzimas llamado piruvato-deshidrogenasa que producirá 1 NADH. El piruvato tiene 3 moléculas de carbono mientras que el AcetilCoA tiene solo 2. El piruvato tiene que perder 1 carbono para transformarse en AcetilCoA, que se pierde en forma de CO2. El ciclo de Krebs empieza cuando la molécula oxalacetato que tiene 4 carbonos se combina con el AcetilCoA que tiene 2 y produce una molécula de 6 carbonos. Este se irá transformando y cuando pase de 6 a 5 carbonos el carbono que se pierde lo hace en forma de CO2 produciéndose además un NADH. En el siguiente también se pierde un carbono en forma de CO2 produciéndose también un NADH. En el siguiente paso obtenemos 1 GTP=ATP y en el siguiente paso se formará un FADH2. Se incluirá agua y después se formará otra vez el oxalacetato y produciendo un NADH,H+. Tendremos otra vez un oxalacetato disponible para combinarse con el AcetilCoA y empezar el ciclo otra vez.

BALANCE E

Se producen por cada piruvato 1NADH+H+ y 1 CO2 del paso del piruvato al AcetilCoA, 2CO2, 1GTP, 1FADH2 y 3NADH. Recuerda que por cada glucosa se multiplica por dos: 2ATP, 2FADH2 (2x2ATP)=4ATP; NADH x2 = 6NADH + NADH de la glucólisis porque recuerda que el paso de piruvato a acetilCoA había un NADH que se X por 2= NADH quedando 8NADH x3ATP=24NADH que en total hacen 30 ATP. Recuerda que en la glucólisis se conseguían 2ATP y 2NADH (2x3ATP)=6ATP que en total suman 8ATP. 30+8= 38 ATP en presencia del oxígeno por cada mol de glucosa esto es lo que se obtiene.

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO

Sucede en la membrana mitocondrial interna de la mitocondria de las células eucariotas y en las membranas citoplasmáticas de las células procariotas. Recoge los electrones desde las moléculas coenzimáticas reducidas (fundamentalmente NADH y FADH2) y los transporta hasta un aceptor final de electrones (oxígeno en el caso del metabolismo aeróbico). Es una ruta acoplada con la fosforilación oxidativa.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Proceso acoplado a la cadena de transporte electrónico. Empleando la energía liberada en cada oxidación/reducción, se sintetiza ATP. Sucede también en la membrana mitocondrial interna, en las crestas mitocondriales. Interviene la ATP sintasa que es un complejo multienzimático (partículas F). Para explicar el mecanismo: Hipótesis Quimiosmótica de Mitchell 1. La energía de los electrones transportados se emplea en bombear protones al espacio intermembrana 2. Se genera un gradiente electroquímico que acumula energía potencial electroquímica 3. Los protones entran de nuevo a la matriz a través del complejo ATPsintasa que transforma la energía del potencial electroquímico de los protones en energía química de un enlace esterfosfórico, obteniéndose ATP. En el ciclo de krebs se producían 10NADH y 2FADh2 que se tienen que trasformar en ATP y lo hacen aquí. La cadena de transporte electrónico son eslabones entrelazados entre sí que permiten el paso de un sitio a otro de e- que proceden del FADH y NADH ya que lo que se busca es generar ATP. Fosforilación oxidativa es la adición de un grupo fosfato inorgánico a cualquier otra molécula y se relaciona con la cadena... porque si hemos trasladado e- quiere decir que estos han sido cedidos. Lo que pasará será que en el último término habrá una fosforilación del ADP que se incorporará un fosfato y se producirá ATP. La mitocondria tiene la membrana externa, el espacio intermembranoso mitocondrial, la interna y la matriz. La forma rugosa de las crestas mitocondriales permiten que estén incrustadas estas series de estructura que sirven de eslabones dentro de la cadena de .... Estos eslabones son los complejos proteicos del I al IV. Este proceso empieza cuando el Nadh se oxida a NAD+ y cede 2 e- al complejo I perdiendo E para pasar a un transportador que está en medio que pasará al complejo III que también baja la E. Le pasará los e- al complejo IV y este coge la E de los e- y se unirá a media mol. de O2 y a 2 protones (2H+) y acabará produciendo agua. El O2 que utiliza es el que proviene de la resp. pulmonar. Es necesario el O2. El transporte de e- va pasando por estos complejos proteicos y se va produciendo un bombeo de mol. de H hacia el espacio intermembranoso. El complejo II (FADH+) no bombea protones. En el caso del FADH2 se oxida a FAD+ y cede 2e- al complejo II que van pasando por los diferentes complejos y también bombea protones pero como no participa en el complejo I, el FADH bombea menos. Lo que hay que tener en cuenta es que durante el transporte de e- a través de los complejos, este paso de e- va liberando E que es la que permite que los complejos bombeen protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana y se produzca un gradiente electroquímico entre esos dos espacios. Estos protones quieren volver a la matriz y lo consiguen gracias al complejo ATP sintetasa que mueve una estructura que es la que genera energía y que producirá el ATP.