BOLILLA 10: Interrelaciones metabólicas. Relaciones entre las principales vías metabólicas. Utilización del NAD(P)H 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.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Catabolismo Anabolismo
METABOLISMOMETABOLISMO
Estructuras complejas
Estructuras simples
G
DE
GR
AD
AC
ION
SIN
TE
SIS
La estrategia básica del metabolismo es obtener:
1- Energía y poder reductor del entorno.2- Precursores para la biosíntesis de macromoléculas.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Nutrientes Contenedores
de Energía
CarbohidratosLípidosProteínas
VIAS CATABOLICAS (Degradación oxidativa)
Productos finales
carentes de Energía
CO2
H2ONH3
NAD+
NADP+
FADADP+HPO4
2-
NADHNADPHFADH2
ATP
Energía Química
Moléculas Precursoras
MonosacáridosÁcidos grasosAminoácidos
Bases nitrogenadas
VIAS ANABOLICAS(Síntesis reductora)
Macromoléculas Celulares
PolisacáridosLípidos
ProteínasÁcidos Nucleicos
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
ME
TA
BO
LIS
MO
IN
TE
RM
ED
IO • 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.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Vías anabólicasdivergentes
Vías catabólicas
convergentes
Compuestos de muy distinto origen y naturaleza pueden llegar a formar los mismos metabolitos y alcanzar igual destino.
También a partir del mismo compuesto pueden originarse sustancias muy diversas.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Ejemplo general de convergencia
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Ejemplo general de divergencia
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Compuestos orgánicos sencillos
Lípidos simples
Acidos grasos
Nucleótidos Monosacáridos Aminoácidos
NH3
Triglicéridos
Fosfolípidos
Acidos Nucleicos
Polisacáridosestructurales
Polisacáridosde reserva
Proteínas
Equilibrio dinámico
AnabolismoCatabolismo
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE PARA QUE EL ORGANISMO FUNCIONE ARMÓNICAMENTE
Y EN EQUILIBRIOY EN EQUILIBRIO
POSEE MECANISMOS DE POSEE MECANISMOS DE CONTROLCONTROL
QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE QUE ASEGURAN QUE EL FLUJO METABÓLICO SE
REALICE EN LA DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADAREALICE EN LA DIRECCIÓN Y CANTIDAD ADECUADA
ESTO ES LO QUE SE DENOMINA ESTO ES LO QUE SE DENOMINA REGULACIÓN REGULACIÓN
METABÓLICAMETABÓLICA
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Regulación del metabolismo
REGULACION DE ENZIMAS
COMPARTIMENTALIZACION
ACTIVIDAD
CANTIDAD
DE ENZIMA(LENTA)
- [SUSTRATO]
- MODULADORES ALOSTERICOS
- MODIFICACION COVALENTE
VELOCIDAD DE SÍNTESIS
• TRANSCRIPCION
• TRADUCCION
VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN
(RÁPIDA)
CITOSOL
MITOCONDRIA
PEROXISOMA
RETIC. ENDOPLASM.
LISOSOMA
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
«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
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Papel regulador del ATP
Glucógeno Grasas Proteínas Acidos Nucleicos
Glucosa-6-P Aminoácidos Purinas yPirimidinas
ATP
NH3
CICLODE KREBS
Ciclo Urea
Ácidos Grasos
Acetil-CoA
Vías que consumen energía (Biosíntesis)
Procesos generadores de energía (Degradación)
(+)(-)
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
(-) (-) (-)
(-)(+)(+)(+)(-) (-)
(-)
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
• 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.
Flu
jo d
el P
od
er
Re
du
cto
r p
ara
la s
ínte
sis
de
AT
P
- 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
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Las vias biosintéticas y degradativas son casi siempre diferentes y en general
ocurren en compartimentos celulares diferentes.
Esto posibilita que ambos mecanismos
sean termodinámicamente favorables
Una biosíntesis se hace energéticamente favorable cuando se
acopla la hidrólisis de ATP
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Co
mp
arti
men
tali
zaci
ón
del
met
abo
lism
o
CitosolGlicólisis , Algs. reacciones de la Gluconeogenesis, Vía de las pentosas fosfato, Síntesis de ácidos grasos, Activación de Aminoácidos, Síntesis de nucleótidos.
Gránulos de GlucógenoSíntesis y Degradación de Glucógeno.
MitocondriaCiclo del ácido cítricoFosforilación oxidativa -oxidación de los ácidos grasos Formación de cuerpos cetónicos
Microsomas, Peroxisomas, GlioxisomasOxidación de AminoácidosReacciones de Catalasa y peroxidasa,Ciclo del glioxilato.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Encrucijadas metabólicas
• GLUCOSA-6-PGLUCOSA-6-P
• PIRUVATOPIRUVATO
• ACETIL-CoAACETIL-CoA
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Destinos de metabólicos de la Glucosa-6-P
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
GLUCOSA-6-FOSFATO
GLUCONEOGENESIS GLUCOGENOLISIS
GLUCOGENOGENESIS
GLUCOSA
SANGUINEA
VIA DE LAS PENTOSAS
VIA GLICOLITICA
Hígado
Origen y destinos metabólicos del Piruvato
Glucosa-6-fosfato
Oxalacetato
PIRUVATO
Lactato
Alanina
ACETIL-CoAC.K.
CO2
CO2
Otros monosacáridos
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
GLUCOSA
2 PIRUVATO
VG
AerobiosisO2
Anaerobiosis
O2
Fermentación Alcohólica
(levaduras, algunosvertebrados marinos)
Fermentación Láctica
(músculo en contracción
vigorosa, eritrocitos, bacterias lácticas)
2 Etanol + 2 CO22 Lactato 2 Acetil-CoA + 2 CO2
4 CO2+ 4 H2O
CK
Células animales (excepción eritrocitos),
vegetales y muchos microorganismos.
Destinos del Piruvato según las condiciones y tipos celulares
Fermentación Acética
(gluconobacter y acetobacter)
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Origen y destinos metabólicos del Acetil-CoA
3-Hidroxi-3metil-glutaril-CoA
(HMG-CoA)
Colesterol Cuerpos cetónicos
CO2
Acidos grasos
CicloKrebs
Biosíntesis
Degradación
Aminoácidos cetogénicos
PIRUVATO
ACETIL-CoA
CO2
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
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.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
El glucógeno hepático sirve como fuente de glucosa para los tejidos extrahepáticos, así el hígado mantiene la
glucemia.
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Metabolismo de los monosacáridos en el Hígado
Glucosa-6-PGlucosa
DIETA
Glucosa en Sangre
Vía Pentosas
Glucógeno
Glucogenolisis
Precursores de Glucosa lactato y alanina de músculo, glicerol del TA y aac. glucogénicos de la dieta
V. Glicolítica
PIRUVATO
Acetil-CoA C. de KrebsSíntesis de
Acidos grasos
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
TG y/o CE hepáticos
Ácidos grasos DIETA
Ester i f
Metabolismo de los Ácidos Grasos en el HÍGADO
Lipoproteínasplasmáticas
NADH, FADH2-oxidación
ACETIL-CoA
Ciclo del acido citrico
ATP +H2OCO2
HMG-CoA
Colesterol Cuerpos cetónicos Ayuno
Ácidos grasos libres en la sangre
Tejido Adiposo
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Aminoácidos en el hígado
AminoácidosDIETA
Aminoácidos Proteínas
musculares
Metabolismo de los Aminoácidos en el Hígado
Proteínas hepáticas Proteínas plasmáticas
Proteínas tisulares
Aminoácidos
en sangre
Nucleótidos Hormonas Porfirinas
NH3 UreaGlucógeno en
el músculo GlucosaATP
DEGRADACIONDEGRADACION
PIRUVATO
Acetil-CoA
CICLO KREBS
El hígado prefiere como combustible los α-cetoácidos derivados de la degradación de AAs antes que la Glucosa
QUIMICA BIOLOGICA LCB, PB y LB
Síntesis y degradación de trigliceridos en TEJIDO ADIPOSO
Glucosa (Del hígado)
VLDL(Del hígado)
GlucosaAcidos grasos
Glicerol-3-fosfato Acil-CoA
TRIGLICERIDOS
Glicerol Acidos grasos
Glicerol Complejos ácido graso-albúmina
HIGADO
Metabolismo en el Músculo
Actividad ligerao reposo
Glucogenomuscular Lactato
Acidos grasosCuerpos cetonicosGlucosa en sangre
CO2
ADP+Pi ATP
Contracciónmuscular
Actividad intensa
Glicólisis >>>C.Krebs
- CICLO DE CORI
- CICLO GLU-ALA
Fuentes de energía en Cerebro
Cuerpos cetónicos CO2
Glucosa
ADP+Pi ATP
- Transporte electrogenicoPor la Na+ K+ ATPasa- Metabolismo celular
Dieta normal
ESTADOS DE HOMEOSTASIA DE LA GLUCOSA
ESTADODURACI
ONPRINCIPAL
COMBUSTIBLECONTROL HORMONAL
Posprandial 0-4 hs.Glu (para la mayoría
de los tejidos)
↑INSULINA↑ captación de Glu por tej. perif. ↑ sint. de Ggeno, TG y proteínas
Ayuno 4-12 hs.- Glu (para cerebro)- Acs. Grasos (para músculo e hígado)
↑ GLUCAGONSe estimula la degradación de
Ggeno. hepático y TG.
Inanición (a)12 hs – 16 dias
- Glu y Cpos. Cetónicos (para
cerebro)- Acs. Grasos y Cpos.cetónicos (para músculo )
↑ GLUCAGON
↑ ADRENALINAHidrólisis de TG y Cetogénesis
↑ CORTISOL
Inanición (b)> 16 dias
-Cpos. Cetónicos (Cerebro)
- Acs. Grasos (Músculo)
↑ GLUCAGON
↑ ADRENALINADegradación de proteína muscular(aminoácidos p/gluconeogenesis