View
262
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
METABOLISMO
DEFINICIÓN :
• É o conxunto de reaccións químicas que se producen no interior das células e que conducen á transformación dunhas moléculas noutras.
• As distintas reaccións químicas do metabolismo chámanse rutas metabólicas e as moléculas que interveñen metabolitos
• Os enzimas regulan as reaccións do metabolismo de maneira específica• O metabolito inicial dunha ruta metabólica chámase substrato e as substancias finais
produtos.
FASES DO METABOLISMO :
• Catabolismo ou fase de degradación da materia orgánica :• Consiste na transformación de moléculas orgánicas complexas noutras máis
sinxelas. • As reaccións catabólicas son exergónicas, é dicir, liberan enerxía que se
almacena nos enlaces fosfato do ATP• A enerxía liberada polo catabolismo utilízase para:
• o anabolismo• a xeración de calor• as actividades vitais como por exemplo o transporte activo
• Anabolismo ou fase de construción da materia orgánica :• Consiste na síntese de materia orgánica complexa a partir de moléculas máis
sinxelas• As reaccións anabólicas son endergónicas, e dicir, consumen enerxía• Esta enerxía procede en xeral do catabolismo
TIPOS DE METABOLISMO :
• Para vivir e medrar tódolos organismos necesitan materia e enerxía, dependendo de onde procedan podemos distinguir dous tipos de metabolismo e polo tanto de organismos :
• Autótrofos : • Utilizan materia inorgánica e pobre en enerxía (auga, CO2, sales minerais...) e• enerxía :
• luminosa : procedente do sol en seres fotosintéticos• química : procedente de reaccións químicas que se realizan no medio en
seres quimiosintéticos• transforman a enerxía luminosa en enerxía química e utilízana para sintetizar a
súa propia materia orgánica coa materia inorgánica • Heterótrofos :
• Utilizan a materia orgánica sintetizada polos autótrofos e a enerxía química acumulada nela e que transforman en ATP mediante as reaccións catabólicas (respiración ou fermentación)
1
ORIXE DA ENERXÍA
• Os autótrofos fotosintéticos captan a enerxía da luz do sol, e mediante o proceso de fotosíntese, almacénana na materia orgánica
6H2O + 6CO2 + Enerxía luminosa ----------------> C6H12O6 + 6O2
• Os seres heterótrofos utilizan a enerxía almacenada na materia orgánica, polos autótrofos e captada na súa nutrición. Mediante os procesos catabólicos transforman a enerxía acumulada na materia orgánica en ATP
C6H12O6 + 6O2--------------------> 6H2O + 6CO2 + 38 ATP
PRODUCCIÓN DE ATP
Os mecanismos para producir ATP son :• Fosforilación a nivel substrato : reaccións exergónicas do metabolismo• fosforilación oxidativa : cadea de transporte electrónico mediante unha serie de
reaccións de oxido-redución acopladas a unha ATP-asa.
2
Moléculas productoras de
enerxíaGLÍCIDOSLÍPIDOS
PROTEÍNAS
CATABOLISMO
CO2
H2ONH3
ADP+PNAD+
NADP+FAD
ATPNADH
NADPHFADH2
ANABOLISMO
MONOSACÁRIDOSAMINOÁCIDOS
ÁCIDOS GRAXOS
POLISACÁRIDOSPROTEÍNAS
LÍPIDOS
CATABOLISMO :
• Consiste na degradación de moléculas orgánicas complexas (ricas en enerxía) noutras máis simples (pobres en enerxía)
A-B --> A + B + enerxía• A enerxía desprendida durante o proceso utilízana os organismos para a biosíntese, produción
de calor, o movemento, etc...• A degradación das moléculas orgánicas consiste nunha serie de transformacións químicas que
na súa maior parte son reaccións de oxido-redución nas que uns compostos se oxidan (perden electróns) e outros se reducen (ganan electróns) de maneira simultánea.
Cu+2 (oxidado) + e- --> Cu+1 (reducido)Reactivo de FhelingCuSO4 --> Cu+2 + (SO4)-2 sulfato cúprico de cor azul, despois da redución coa glicosa por exemplo da (Cu2O) óxido cuproso de cor vermella, o Cu+2 (oxidado) pasou a Cu+1 (reducido) pola ganancia de 1 e-
3
Glicolise
CICLO DE KREBS
Ácido pirúvico
Acetil-CoA
Ácidos graxos
b-oxidación
Fosforilación oxidativa
NADHFADH 2
ATP
GLICOSA Aminoácidos
Ácidos graxosGLICOSA Aminoácidos
Sintese de aminoácidos
GliconeoxéneseSíntese deácidos graxos
RUTASANABÓLICAS
RUTAS CATABÓLICAS
• Os compostos orgánicos (glícidos, lípidos, prótidos) poden oxidarse tanto por ganancia de osíxeno como por pérdida de hidróxeno, xa que nos dous casos prodúcese a pérdida de electróns
A-H + B --> A + e- + H+ + B --> A + B-H
• Os electróns desprendidos son recollidos polos transportadores de electróns (NAD+, NADP+ e FAD e os citocromos da cadea respiratoria) ata chegar á molécula aceptora, e neste proceso despréndese enerxía (ATP).
• Segundo o grado de oxidación das moléculas podemos distinguir dous tipos de catabolismo :• Respiración : cando a oxidación é completa e as moléculas finais
son compostos inorgánicos e pobres en enerxía (CO2 e H2O). Neste caso dependendo do aceptor final dos electróns podemos distinguir :
• Respiración aerobia : o aceptor final de electróns é o O2 que se reduce para formar auga
• Respiración anaerobia : o aceptor final de electróns non é o O2. Poden ser ións nitrato (NO3
-), ións sulfato (SO4=) ou CO2 que se
reducirán a ión nitrito NO2-, ión sulfuro S= ou
metano CH4.• Fermentación : cando a oxidación é incompleta e as moléculas
finais son compostos orgánicos aínda complexos. Neste caso tampouco é o osíxeno o aceptor final de electróns polo tanto tamén se pode considerar como unha especie de respiración anaerobia
• Segundo o tipo de moléculas que se degradan podemos considerar o catabolismo de :• glícidos, lípidos ou prótidos• Nos tres casos chégase a un punto común : o ciclo de Krebs• As rutas metabólicas seguidas ata este punto común varían (ver debuxo):• glicólise para a glicosa• β−oxidación para os ácidos graxos, etc
CATABOLISMO DE GLÍCIDOS : RESPIRACIÓN CELULAR
• Despois unha hidrólise previa durante a dixestión as moléculas de glicosa pasa ó sangue e chegan ó interior das células
• A degradación ou oxidación total da glicosa aporta 38 moléculas de ATP e a súa reacción xeral podemos expresala como :
C6H12O6 + 6O2--------------------> 6H2O + 6CO2 + 38 ATP
• Este proceso realízase en tres fases : glicólise, ciclo de Krebs e a cadea respiratoria.
4
GLICÓLISE :
• A glicolise é o conxunto de reaccións polas que unha molécula de glicosa se escinde en dúas de piruvato formándose dúas moléculas de ATP e dúas de NADH
• Este proceso ten lugar no citosol• Todo o proceso ten lugar en ausencia de osíxeno e a súa reacción global é :
D-GLICOSA + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ ---> 2 PIRUVATO + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2 H2O
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ ---> 2CH3 - CO - COOH + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
•
No proceso de glicólise podemos diferenciar dúas etapas :
1. Rotura da glicosa en dúas triosas :
• un gliceraldehido e unha dihidroxicetona. • Neste proceso gástanse dúas moléculas de ATP para a fosforilación da glicosa.
2. A formación do ácido pirúvico
• O gliceraldehido-3-fosfato oxídase (por deshidroxenación) para dar lugar ó ácido pirúvico.
• Durante este proceso fórmanse dúas moléculas de ATP e unha de NADH + H+
que recolle os 2H desprendidos na oxidación do gliceraldehido. • A dihidroxicetona-fosfato, isomerízase a gliceraldehido e segue a mesma vía• Ó remate do proceso temos dúas moléculas de ácido pirúvico, 4 de ATP e dúas
de NADH + H+.
• O piruvato está situado nunha encrucillada metabólica e o seu destino depende da disposición de osíxeno por parte da célula :
5
• Se a célula no dispón de osíxeno :• o ácido pirúvico segue a vía da fermentación utilizando o NADH obtido na
glicólise para reducir o ácido pirúvico a ácido láctico
CH3 - CO - COOH + NADH + H+ --> CH3 - CHOH - COOH + NAD+
• este proceso prodúcese nos nosos músculos cando non hai osíxeno suficiente dando lugar ás maniotas.
• a enerxía obtida na fermentación só é a da glicólise, 2 ATP
• Se a célula dispón de osíxeno :
• o ácido pirúvico entra na mitocondria para seguir coa respiración aerobia
• Como conclusión ó remate da glicólise por cada molécula de glicosa obtense :• enerxía en forma de dúas moléculas de ATP• 2(NADH + H+) que, se a célula dispón de osíxeno, pasan á cadea respiratoria para a obtención
de enerxía en forma de ATP mediante a fosforilación oxidativa.• ácido pirúvico que entra na mitocondria para a súa total degradación ou oxidación no ciclo de
Krebs.
PASO INTERMEDIO
• O ácido pirúvico entra na mitocondria• Para incorporarse ó paso seguinte entrando no ciclo de Krebs o ácido pirúvico ten que sufrir :• unha descarboxilación e unha oxidación (deshidroxenación)• así como a incorporación do CoA que actúa como transportador de restos acilo • ó remate deste paso fórmase : • acetil - CoA que entra no ciclo de Krebs• NADH + H+, que pasará á cadea respiratoria para a formación de ATP na fosforilación
oxidativa• CO2 que como é un gas sae da mitocondria e da célula
• Reacción global :
CH3 - CO - COOH + HS-CoA + NAD+ ---> CH3 - CO-S-CoA + NADH + H+ + CO2
6
CICLO DE KREBS
• Tamén se lle pode chamar ciclo do ácido cítrico ou ciclo dos ácidos tricarboxílicos• O ciclo de Krebs ten lugar na matriz mitocondrial e consiste : • nunha serie de reaccións polas que os átomos de carbono do acetil-CoA se oxidan totalmente
para formar CO2 xerándose tamén poder redutor en forma de NADH + H+ e FADH2
• Este ciclo está considerado como o centro do metabolismo aerobio, xa que é a ruta oxidativa final no catabolismo non só dos glícidos senón tamén dos ácidos graxos e incluso dalgúns aminoácidos.
• O ciclo comeza cando o acetil-CoA é transferido ó oxalacetato ou ácido oxalacético formándose o citrato ou ácido cítrico
• En reaccións posteriores • os dous átomos de carbono son liberados en forma de CO2
• os hidróxenos son recollidos por un NADP+, dous NAD+ e un FAD que se reducen para pasar á cadea de transporte electrónico para a fosforilación oxidativa
• fórmase un GTP que é equivalente a un ATP e polo tanto xa é unha molécula enerxética• e rexenérase o ácido oxalacético cerrando o ciclo• A rección global do ciclo de Krebs é a seguinte :
CH3-CO-SCoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2H2O ---> CoA-SH + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + 2CO2
7
CADEA RESPIRATORIA E FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
• A cadea respiratoria e fosforilación oxidativa consiste :• no transporte de electróns ata o osíxeno molecular a través de complexos enzimáticos (cadea
respiratoria); • este transporte está acoplado á síntese de ATP (fosforilación oxidativa); • ambos procesos teñen lugar na membrana interna mitocondrial.
• A cadea respiratoria está formada por unha serie de enzimas, transportadores de electróns que se atopan agrupados en tres complexos enzimáticos :
• o complexo NADH deshidroxenasa que recibe os dos electróns desprendidos pola oxidación do NADH. Estes electróns son cedidos a o coenzima Q ou ubiquinona.
• o complexo dos citocromos b-c1 que recibe os electróns da ubiquinona e pásaos ó citocromo c• e o complexo das citocromo-oxidasas que recibe os electróns do citocromo c e transpórtaos
ata o osíxeno que é o aceptor final.• O osíxeno reducido cos dous electróns, únese a dous protóns para formar auga.• Segundo a hipótese quimioosmótica de Peter Mitchell (1960),
• a transferencia de electróns ó longo da cadea de transporte electrónico vai acompañada dun bombeo de protóns desde a matriz mitocondrial ata o espacio intermembrana.
• O fluxo de protóns, cara ó espacio intermembrana, ten lugar a través dos complexos enzimáticos
• O retorno dos protóns á matriz faise a través das ATP-asas, debido á impermeabilidade desta membrana,
• Cada vez que un H+ atravesa unha ATP-asa, produce a enerxía necesaria para sintetizar unha molécula de ATP producíndose unha fosforilación oxidativa
• Por cada NADH oxidado son bombeados tres H+ e polo tanto xenéranse tres moléculas de ATP
• Por cada FADH2 oxidado son bombeados dous H+ e polo tanto xenéranse dous moléculas de ATP
8
BALANCE ENERXÉTICO GLOBAL DO CATABOLISMO AEROBIO DA GLICOSA :
GLICÓLISE 2 NADH = 2 · 3 = 6 2 ATP + 6 8 ATPPIRÚVICO - Acetil CoA 2 NADH = 2· 3 6 ATPCiclo de Krebs (3 NADH = 9 + 1FADH2 = 2)= 11 11 + 1 GTP= 12 · 2 24 ATP
TOTAL 38 ATP
CATABOLISMO DOS LÍPIDOS
• Nos animais superiores as graxas teñen un unha grande importancia como combustibles orgánicos debido ó seu alto valor enerxético.
• Despois da actuación das lipasas no proceso dixestivo obtéñense a glicerina e os ácidos graxos.• A glicerina incorpórase á vía da glicólise (no ácido fosfoglicérico) e• os ácidos graxos entran na mitocondria en forma de acil - CoA para seguir a vía da β-oxidación
(hélice de Lynen)
β-OXIDACIÓN DOS ÁCIDOS GRAXOS
• A beta-oxidación dos ácidos graxos consiste na degradación dos ácidos graxos para formar moléculas de acetil-CoA.
• Este proceso realízase na matriz mitocondrial
• Para entrar na matriz os ácidos graxos deben ser transportados polo CoA que se une a eles formando acil - CoA ( CH3 - (CH2) - CO- S- CoA ). Neste paso gástanse 2 ATP
• Unha vez dentro da matriz comeza o proceso da beta-oxidación tamén chamada hélice de Lynen :
• en sucesivas volta na hélice de Lynen os ácidos graxos vanse rompendo en moléculas de acetil-CoA
• en cada volta da hélice obtéñense :• un NADH + H+
• e un FADH2
• que pasarán á cadea respiratoria para a fosforilación oxidativa rendendo ó remate da mesma 5 ATP
• as moléculas de acetil-CoA formadas entrarán no ciclo de Krebs para seguir a súa oxidación como no catabolismo dos glícidos
• Balance enerxético dun ácido de 6 carbonos, por exemplo :
5 · 2 = 10 Hélices de Lynen + 12 · 3 = 36 Ciclos de Krebs
Total = 10 + 36 = 46 - 2 = 44 ATP
9
ANABOLISMO.
• É a fase do metabolismo encargada da construción da materia orgánica complexa a partir de moléculas máis sinxelas.
• As reaccións anabólicas son endergónicas, e dicir, consumen enerxía (ATP).• Trátase dunha vía inversa ó catabolismo, e polo tanto nas reaccións anabólicas prodúcense
reducións e precisan de poder redutor (NADH, FADH2).
ANABOLISMO DE GLÍCIDOS :
• Na obtención de polisacáridos, como o amidón, glicóxeno, celulosa, podemos considerar dúas fases :
a) Obtención de glicosa : pódese conseguir mediante dous procesos :• Gliconeoxénese : xeral para todo tipo de células, heterótrofas e autótrafas• Ciclo de Calvin (fotosíntese), só nas células autótrofas
b) Obtención de polímeros de glicosa, proceso que varía segundo o tipo de célula
GLICONEOXÉNESE ou SÍNTESE DE GLICOSA :
• Consiste na síntese de glicosa a partir do ácido pirúvico• O ácido pirúvico procede:
• do catabolismo da glicosa, • de moitos aminoácidos, • e tamén pode proceder do ácido láctico formado nos músculos como produto da
fermentación.• A partir do ácido pirúvico pódese obter glicosa-6-fosfato mediante unha serie de reaccións
enzimáticas inversas ás da glicólise• Algúns pasos da glicólise son irreversibles e polo tanto non existen na gliconeoxénese
presentándose desvíos e novas rutas en determinados puntos• A gliconeoxénese comeza na matriz mitocondrial e remata no citosol• Na síntese dunha molécula de glicosa consúmense 6 ATP.
GLICOXENOXÉNESE ou SÍNTESE DE GLICÓXENO
• Proceso de síntese de glicóxeno nos animais, a partir da glicosa-6-fosfato• Este proceso realízase no fígado e no músculo• Neste caso precisa do uridín-tri-fosfato (UTP) como activador e a enzima glicóxeno sintetasa• Para a obtención de amidón nos vexetais séguese o mesmo proceso pero o activador é o ATP
ANABOLISMO DOS LÍPIDOS
• A síntese dun triglicérido ou graxa neutra precisa de dúas fases :
• obtención dos compoñentes (ácidos graxos e glicerol) e• formación dos triacilglicéridos por esterificación
1. OBTENCIÓN DOS ÁCIDOS GRAXOS :• A síntese de ácidos graxos prodúcese no citosol• A molécula inicial da síntese é o acetil-CoA que se formou na mitocondria pola glicólise ou pola
beta-oxidación dos ácidos graxos
10
• A síntese dos ácidos graxos segue a vía da hélice de Lynen pero en sentido inverso.
2. OBTENCIÓN DA GLICERINA :• A síntese da glicerina parte da dihidroxicetona - 3- fosfato procedente da glicólise• A dihidroxicetona - 3- fosfato redúcese a glicerol - 3 - fosfato (gracias a un NADH que se
oxida a NAD+)• Este proceso realízase no citosol
3. FORMACIÓN DE TRIACILGLICÉRIDOS• Realízase no tecido adiposo e no fígado• Consiste nunha reacción de esterificación entre a glicerina e tres ácidos graxos• Para que se realice esta reacción os compoñentes teñen que estar activados en forma de :• Glicerol -3 - fosfato• Acil - CoA
• SÍNTESE DAS GRAXAS A PARTIR DOS AZÚCARES : • A razón de que engorden os azúcares é que a partir deles pódense sintetizar graxas da
seguinte maneira : GLICÓLISEGlicosa -------------> GLICERINA
GLICÓLISE DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA LIPOXÉNESE Glicosa ---------> Ácido pirúvico ---------------------------> Acetil CoA---------------> ÁCIDO GRAXO GLICERINA + ÁCIDO GRAXO ---------------------------> TRIACILGLICÉRIDO OU GRAXA
ANABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS
• Non tódolos seres vivos son capaces de sintetizar os 20 aminoácidos necesarios para a síntese das súas proteínas
• Estes aminoácidos chámanse aminoácidos esenciais e na especie humana son : • leucina (Leu), isoleucina (Ile), lisina (Lys), metionina (Met), treonina (Thr), fenilalanina (Phe),
triptófano (Trp), arginina (Arg, histidina (His) e valina (Val)• Cada aminoácido ten a súa vía de obtención e ademais pode variar segundo o tipo de célula que
o sintetiza• En xeral poden partir dos produtos da glicólise (ácido-3-fosfoglicérico e ácido pirúvico) ou dos
do ciclo de Krebs (ácido α-cetoglutárico).• Na síntese de aminoácidos son imprescindibles a glutamina e o ácido glutámico porque son os
que, mediante unha transaminasa, proporcionan o grupo amino a tódolos demais aminoácidos
11
Recommended