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QUIMICA BIOLOGICA
Lic. y Prof. en Ciencias Biologicas
BOLILLA 10: Interrelaciones metabólicas. Relaciones
entre las principales vías metabólicas. Utilización del
NADPH como agente reductor. Encrucijadas metabólicas.
Regulación coordinada. Respiración celular en células
animales. Metabolismo en hígado, musculo, cerebro y
tejido adiposo. Adaptaciones metabólicas: postprandial y
ayuno, en hibernación y en diferentes condiciones
ambientales (anaerobiosis, temperaturas extremas).
Integración del metabolismo en la célula vegetal:
intermediarios
comunes
entre
vías
metabólicas.
Respiración celular en células vegetales. Flujo de
metabolitos durante el día y la noche. Relación entre ciclo
del glioxilato y la gluconeogénesis.
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METABOLISMO
La estrategia básica del metabolismo es obtener:
1- Energía y poder reductor del entorno.
2- Precursores para la biosíntesis de macromoléculas.
G
Estructuras simples
SINTESIS
Catabolismo
DEGRADACION
Estructuras complejas
Anabolismo
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Nutrientes
Contenedores
de Energía
Carbohidratos
Lípidos
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VIAS CATABOLICAS
(Degradación oxidativa)
Productos
finales
carentes
de Energía
CO2
H2O
Proteínas
NH3
NAD+
NADP+
FAD
ADP+HPO42-
NADH
NADPH
FADH2
ATP
Moléculas
Precursoras
Macromoléculas
Celulares
Polisacáridos
Lípidos
Proteínas
Ácidos Nucleicos
Energía
Química
VIAS ANABOLICAS
(Síntesis reductora)
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Bases nitrogenadas
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METABOLISMO INTERMEDIO
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•
El metabolismo posee una
estructura coherente y con
aspectos comunes con la
gran cantidad de
reacciones que se
producen en todos los
organismos vivos.
•
Gran numero de
reacciones  pocas clases
de reacciones  con
mecanismos de regulación
similares
•
Las vías metabólicas están
interrelacionadas
asegurando así un
comportamiento funcional,
unitario del organismo.
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Vías
catabólicas
convergentes
Compuestos de muy distinto
origen y naturaleza pueden llegar
a formar los mismos metabolitos
y alcanzar igual destino.
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Vías
anabólicas
divergentes
También a partir del mismo compuesto
pueden originarse sustancias muy
diversas.
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Ejemplo general de convergencia
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Ejemplo general de divergencia
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Equilibrio dinámico
Catabolismo
Anabolismo
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PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE
Y EN EQUILIBRIO
 POSEE MECANISMOS DE CONTROL
QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE REALICE EN LA
DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADA
 ESTO ES LO QUE SE DENOMINA  REGULACIÓN METABÓLICA
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Regulación del metabolismo
- [SUSTRATO]
ACTIVIDAD
(RÁPIDA)
- MODULADORES
ALOSTERICOS
- MODIFICACION
COVALENTE
REGULACION DE
ENZIMAS
VELOCIDAD DE SÍNTESIS
CANTIDAD
DE ENZIMA
(LENTA)
• TRANSCRIPCION
• TRADUCCION
VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN
CITOSOL
COMPARTIMENTALIZACION
PEROXISOMA
MITOCONDRIA
RETIC.
ENDOPLASM.
LISOSOMA
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«El ATP es la unidad biológica
universal de energía»
Se genera por oxidación de
combustibles metabólicos.
El gran potencial para transferir enlaces fosfato de alta energía
capacita al ATP para ser utilizado en distintos tipos de trabajo
celular:
- Contracción muscular
- Transporte activo
-Amplificacion de señales
- Biosíntesis
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Papel regulador del ATP
Glucógeno
Glucosa-6-P
Proteínas
Grasas
Ácidos Grasos
Acidos Nucleicos
Aminoácidos
Purinas y
Pirimidinas
NH3
Ciclo Urea
Acetil-CoA
CICLO
DE KREBS
Vías que consumen
energía (Biosíntesis)
ATP
(+)
Procesos generadores de
(-) energía (Degradación)
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Flujo del Poder Reductor para la síntesis de ATP
• NADH Y FADH2 transfieren
su poder reductor a la
cadena respiratoria, para
finalmente dar ATP por
fosforilación oxidativa.
• El CICLO DE KREBS y la
β-OXIDACION de Acs.
Grasos suministran NADH
y FADH2.
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- Las macromoléculas se construyen a partir de una serie
relativamente pequeña de precursores.
- Las vías metabólicas que generan ATP y NADPH producen
también precursores para la biosíntesis de moléculas mas
complejas. Por ejemplo:
Glicólisis  DHAP  Glicerol  TG
Ciclo de Krebs  Succinil.Coa  Porfirinas (HEM)
Vía de las Pentosas  Rib-5-P + NADPH  Nucleótidos
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LAS VIAS BIOSINTÉTICAS Y DEGRADATIVAS SON CASI SIEMPRE DIFERENTES
Y OCURREN EN GENERAL EN COMPARTIMENTOS CELULARES DIFERENTES
Síntesis y degradación
 Ácidos grasos
 Glucógeno
 Glucosa
ESTO POSIBILITA QUE AMBOS MECANISMOS SEAN TERMODINÁMICAMENTE
FAVORABLES
Una biosíntesis se hace exergónica cuando se acopla la hidrólisis de ATP
Compartimentalización del metabolismo
Citosol
Glicólisis , Algs. reacciones de la
Gluconeogenesis, Vía de las pentosas fosfato,
Síntesis de ácidos grasos, Activación de
Aminoácidos, Síntesis de nucleótidos
Gránulos de Glucógeno
Síntesis y Degradación de
Glucógeno.
Mitocondria
Ciclo del ácido cítrico
Fosforilación oxidativa
b-oxidación de los ácidos
grasos
Formación de cuerpos
cetónicos
Microsomas,
Peroxisomas, Glioxisomas
Oxidación de Aminoácidos
Reacciones de Catalasa y
peroxidasa,
Ciclo del glioxilato.
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Encrucijadas metabólicas
• GLUCOSA-6-P
• PIRUVATO
• ACETIL-CoA
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Destinos de metabólicos de la Glucosa-6-P
GLUCONEOGENESIS
GLUCOSA
Hígado
GLUCOGENOLISIS
GLUCOSA-6-FOSFATO
SANGUINEA
GLUCOGENOGENESIS
VIA DE LAS PENTOSAS
VIA GLICOLITICA
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Origen y destinos metabólicos del Piruvato
Otros monosacáridos
Glucosa-6-fosfato
Lactato
PIRUVATO
C.K.
Oxalacetato
Alanina
CO2
CO
2
ACETIL-CoA
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Destinos del Piruvato según las condiciones y tipos celulares
GLUCOSA
VG
2 PIRUVATO
O2
Anaerobiosis
2 Lactato
2 Etanol + 2 CO2
Fermentación
Láctica
(músculo en
contracción
vigorosa,
eritrocitos,
bacterias
lácticas)
Fermentación
Alcohólica
(levaduras, algunos
vertebrados marinos)
Fermentación
Acética
(gluconobacter
y acetobacter)
O2
Aerobiosis
2 Acetil-CoA + 2 CO2
CK
4 CO2+ 4 H2O
Células animales
(excepción eritrocitos),
vegetales y muchos
microorganismos.
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Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA
PIRUVATO
CO
2
3-Hidroxi-3metil-glutarilCoA
(HMG-CoA)
Colesterol
Biosíntesis
Acidos grasos
ACETIL-CoA
Degradación
Ciclo
Krebs
Cuerpos
cetónicos
CO2
Aminoácidos
cetogénicos
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Perfiles metabólicos de los
órganos más importantes
Cada tejido y cada órgano tiene una
función especializada que se pone de
manifiesto en su actividad metabólica.
- Hígado  papel central en el
metabolismo  procesa y distribuye
metabolitos a los otros órganos a través
de la circulación.
- Tejido muscular  utiliza energía
metabólica para producir movimiento.
- Tejido adiposo  almacena y libera
lípidos  usados como combustible
- Cerebro  bombea iones y libera
neurotransmisores para producir
señales eléctricas.
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El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los
tejidos extrahepáticos, incluido el músculo esquelético, así el
hígado mantiene la glucemia.
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Metabolismo de los monosacáridos en el Hígado
Precursores de Glucosa  lactato y alanina de músculo, glicerol del TA y
aac. glucogénicos de la dieta
Glucógeno
Glucosa
Glucosa-6-P
Vía Pentosas
DIETA
Glucogenolisis
V. Glicolítica
Glucosa en
Sangre
PIRUVATO
Síntesis de
Acidos grasos
Acetil-CoA
C. de Krebs
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Metabolismo de los Ácidos Grasos en el HÍGADO
TG y/o CE hepáticos
E
s
t
e
r
i
f
DIETA
Ácidos grasos
b-oxidación
Lipoproteínas
plasmáticas
Ácidos grasos
libres en la sangre
NADH, FADH2
Tejido Adiposo
ACETIL-CoA
HMG-CoA
CO2
Colesterol
Cuerpos
cetónicos
Ayuno
Ciclo del
acido citrico
ATP +H2O
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Metabolismo de los Aminoácidos en el Hígado
El hígado prefiere como combustible los α-cetoácidos derivados de la degradación
de AAs antes que la Glucosa
Nucleótidos
Hormonas
Porfirinas
Aminoácidos
DIETA
Aminoácidos
en sangre
DEGRADACION
NH3
Glucosa
Proteínas
plasmáticas
Proteínas
tisulares
Aminoácidos
en el hígado
Aminoácidos
Proteínas
musculares
Glucógeno en
el músculo
Proteínas hepáticas
Urea
PIRUVATO
CICLO KREBS
Acetil-CoA
ATP
Síntesis y degradación de trigliceridos
en TEJIDO ADIPOSO
Glucosa
(Del hígado)
VLDL
(Del hígado)
Glucosa
Acidos grasos
Glicerol3-fosfato
Acil-CoA
TRIGLICERIDOS
Glicerol
Glicerol
Acidos grasos
HIGADO
Complejos ácido grasoalbúmina
Metabolismo en el Músculo
Actividad ligera
o reposo
Glucogeno
muscular
Lactato
Acidos grasos
Cuerpos cetonicos
Glucosa en sangre
ADP+Pi
- CICLO DE CORI
- CICLO GLU-ALA
Actividad intensa
CO2
ATP
Contracción
muscular
Glicólisis
>>>C.Krebs
Fuentes de energía en Cerebro
Cuerpos cetónicos
CO2
Glucosa
ADP+Pi
ATP
Dieta normal
- Transporte electrogenico
Por la Na+ K+ ATPasa
- Metabolismo celular
ESTADOS DE HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA
ESTADO
Posprandial
Ayuno
Inanición (a)
Inanición (b)
DURAC
ION
PRINCIPAL
COMBUSTIBLE
0-4 hs.
Glu (para la mayoría
de los tejidos)
4-12 hs.
- Glu (para cerebro)
- Acs. Grasos (para
músculo e hígado)
12 hs –
16 dias
> 16
- Glu y Cpos.
Cetónicos (para
cerebro)
- Acs. Grasos y
Cpos.cetónicos
(para músculo )
-Cpos. Cetónicos
(Cerebro)
CONTROL HORMONAL
↑INSULINA
↑ captación de Glu por tej. perif.
↑ sint. de Ggeno, TG y proteínas
↑ GLUCAGON
Se estimula la degradación de
Ggeno. hepático y TG.
↑ GLUCAGON
↑ ADRENALINA
Hidrólisis de TG y Cetogénesis
↑ CORTISOL
↑ GLUCAGON
↑ ADRENALINA