Introducción Al Metabolismo Intermediario I y II

8/18/2019 Introducción Al Metabolismo Intermediario I y II

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Dictada por: Luis Videla

Transcrito por: Felipe Contreras

Introducción:

Las células realizan un conjunto de reacciones catalizadas por enzimas que se denomina

metabolismo. Estas reacciones se llevan a cabo constantemente desde la absorción de nutrientes,

su degradación para obtener energía, el uso de ésta, la síntesis de nuevas moléculas y la liberación

de productos de deshecho. Todos estos procesos se realizan en un equilibrio dinámico.

¿Por qué no un equilibrio termodinámico? Porque ello implicaría la muerte celular.

La actividad metabólica celular tiene dos componentes: el metabolismo intermediario y elmetabolismo especializado.

El metabolismo intermediario consiste en una secuencia de reacciones químicas universales, ya

que ocurren al interior de toda célula, que se pueden acoplar entre sí (o sea el producto de una

reacción es el sustrato de la otra), de tal manera que la reacción neta se puede resumir en una

sola reacción. Por ejemplo: Glucolisis.

El metabolismo especializado consiste en reacciones químicas que ocurren sólo en tejidos

específicos y que, en parte, dependen del metabolismo intermediario. Por ejemplo:

Gluconeogénesis, síntesis de neurotransmisores.

Etapas del Metabolismo:

El metabolismo tiene dos etapas, que probablemente usted ya conozca: El catabolismo y el

anabolismo.

Catabolismo:

Reacciones degradativas y oxidativas que producirán ATP, y requieren de coenzimas (NAD+,

NADP+, FAD) para funcionar. Son reacciones convergentes, porque todas llegan al ciclo de Krebs

Catabolismo tiene un eje básico operativo, que está formado por tres elementos metabólicos:

El primero de ellos es la glucolisis , que puede transformar carbohidratos hasta piruvato, y este

último pierde un carbono y se convierte en acetilCoA, el que entra en el ciclo de Krebs para su

oxidación.

En el segundo, que es el ciclo de Krebs , se oxidaran algunos elementos, produciéndose CO2 y H+

Introducción al Metabolismo Intermediario I y II


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Posteriormente los protones son

transportados hasta el tercer elemento

catabólico, que es la cadena respiratoria

mitocondrial, y acá se establecerá un flujo de

electrones y protones que determinará la

formación de moléculas de ATP.

¿Cuál es la excepción a la regla? El glóbulo

rojo, porque no tiene mitocondrias.

También pueden entrar otros combustibles

metabólicos, como los ácidos grasos, que se convierten en acetil CoA, y los aminoácidos, dando

piruvatos, acetil CoA, o algún intermediario del ciclo de Krebs, para continuar con la respiración

celular.

Anabolismo:

Son reacciones de biosíntesis y que generalmente son reductivas (usan NADH, NADPH o FADH2)

que requieren energía (ATP). Son reacciones divergentes, porque una molécula puede seguir

diversas rutas metabólicas.

Acoplamiento funcional del Catabolismo y Anabolismo:

El catabolismo y el anabolismo no están separados, si no que el anabolismo depende del

catabolismo ¿Por qué? Debido a que el catabolismo produce ATP, agentes reductores, y

precursores. Además el anabolismo requiere de precursores que no se producen en el cuerpo o,

si bien los producimos, lo hacemos lentamente, entonces éstos se incorporan a través de la dieta.

Por ejemplo: las vitaminas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos insaturados y algunos iones.

Algunos ejemplos de Acoplamiento funcional:

Pongamos un contexto, una serie de levantamientos de pesas:

una neurona pre sináptica se conecta a un efector (músculo) a

través de un neurotransmisor, en este caso la acetilcolina (que

proviene del acetilCoA), para poder mover el músculo, y así

levantar la pesa. Después de la sinapsis, la acetilcolina se

degrada a colina y acetato por la acetilcolinesterasa, que

introduce agua en la molécula, y relajamos el músculo.

Después viene el otro levantamiento, entonces la neurona

debe volver a sintetizar acetilcolina. La colina que quedó se

puede recuperar, pero el acetilCoA, que es la forma activa,

quedo como acetato, la forma desactivada de la molécula.

Entonces el metabolismo intermediario tiene que suministrar

nuevamente acetilCoA para que usted quede musculoso.


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Otro ejemplo: un glóbulo blanco se encarga de destruir agentes patógenos. Una vez que el

patógeno es fagocitado se gatillan algunos

procesos para destruirlo: El contacto de la

bacteria con la membrana plasmática activa unsistema enzimático que es una NADPH Oxidasa

que transforma el O2 a superóxido para poder

formar H2O2, la cual es utilizada para destruir al

patógeno. Así también se forma HClO

(Hipoclorito) que cumple la misma función.

Recordemos que el hipoclorito y al agua

oxigenada pueden atacar a la misma célula,

entonces, para evitar la muerte celular temprana,

actúa el catabolismo, que degradara por ejemplo

parte del H2O2, transformándolo en H2O y O2.

Características del Metabolismo:

1. Anfibolismo:

Se refiere a que una ruta metabólica puede participar tanto del catabolismo como del anabolismo.

El ciclo de Krebs, principalmente catabólico, recibe una unidad de 2 carbonos y la combustiona, y

éste ciclo funciona solo en un sentido, produciendo CO2, Agua y Protones que entrarán a la

cadena respiratoria. Pero hay algunos intermediarios de este ciclo que pueden salir para cumplir

una función anabólica.

2. Anaplerosis:

Hay reacciones secundarias que se encargan de alimentar una vía principal, aumentando la

concentración de algún intermediario de esta última. Por ejemplo, la alanina muscular se puede

transaminar para dar glucosa para alimentar el músculo.

3. Conformación:

Una ruta metabólica puede producir metabolitos

centrales, que siguen otra ruta, o productos finales,

que pueden ser de eliminación o reutilización. Los

productos finales de reutilización se reutilizaran enun tejido distinto al de donde se produjo.

En el músculo se produce el lactato y en el tejido

adiposo el glicerol, sin embargo estos productos se

reutilizan en el hígado para formar glucosa.


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4. Disposición:

La disposición de vías pueden ser lineales, cíclicas, ramificadas o en

cascada.

En la disposición ramificada un metabolito puede seguir más de una vía.

En la disposición en cascada existe un factor de amplificación, en la que

una enzima cambia de conformación a una forma más activa a través de

otra enzima. Esto amplifica la reacción en 1000. Esto se puede volver a

repetir en otra enzima (amplificación en 109 )

5. Reversibilidad indirecta:

Una ruta metabólica se puede dar en sentido contrario, pero a través de reacciones distintas a las

que ocurren en el otro sentido. Por ejemplo: Glucolisis y Gluconeogénesis. Las rutas opuestas

nunca prevalecen al mismo tiempo: mientras la ruta de ida está funcionando, la ruta de vuelta

está expresándose muy poco.

6. Regulación metabólica:

Las rutas metabólicas son reguladas según las necesidades que tengan las células. Las regulaciones

se dan a distintos niveles a través de mensajeros químicos.

Tenemos regulación para la concentración de una enzima: Más lenta.

A.

A través de la expresión génica: DNA → ARNm → Enzima

B. Proteolisis

Profesor: “tienen que poner mucha atención acá, más que poner atención en la

ruta, pongan atención a la regulación, no le vamos a preguntar que cataliza a la

pirulín pirulasa porque no tiene sentido.


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Y regulación para la actividad enzimática: Más rápida.

A. Alosterismo: ATP, NADPH, IP3, etc. son capaces de unirse a un sitio secundario de la

enzima, aumentando y bajando la velocidad de la reacción (véase la clase de Enzimas I y II)

B.

Modificación química reversible: Las hormonas estimulan a receptores en las membranasplasmáticas y provocan la transducción de señales al interior de la célula. Las enzimas

sufren modificaciones a través de fosforilaciones gracias a una quinasa, lo que las activa o

inactiva, y este cambio es reversible, ya que existe una fosfatasa que es capaz de eliminar

esta fosforilación volviendo a la enzima al estado inicial.

Las feromonas también son capaces de regular el metabolismo.

Un ejemplo de regulación rápida: Una respuesta a un estrés, gracias a la hormona adrenalina, por

ejemplo cuando uno va cruzando por Cal y Canto y aparece un bus encima y usted se ve obligado a

saltar rápidamente para no morir

Un ejemplo de regulación lenta: La definición de alcohólico es aquel individuo que consume

alcohol en mayor cantidad que el promedio de la población (algún sinónimo puede ser: José

Magna, Ximena Cerda). Si el curao’ toma toda su vida, daña su hígado, porque él oxida el alcohol, y

una de las enzimas que cataliza el etanol aumenta su concentración y esto se traduce en una

mayor velocidad de la reacción. Entonces ahí está la tolerancia al alcohol de los ebrios

Organización de Sistemas Enzimáticos:

Conglomerados multienzimáticos:

Sistemas unidos a membranas, el mejor ejemplo es la

cadena respiratoria mitocondrial, en donde la

membrana interna de la mitocondria está llena de

enzimas conocidas como citocromos que se encargan de

transportar los electrones eficiente y fluidamente, y es

por eso (para transportar los electrones) que están

unidas a la membrana.

Complejos multienzimáticos:

La sintasa de ácidos grasos se ubica en el citoplasma y reúne varias enzimas que están unidas a

una proteína central a modo de pivote. La gracia de esto es que el producto de la primera reacción

es inmediatamente tomado por la segunda enzima y el producto de la segunda enzima

inmediatamente accede a la tercera y así sucesivamente hasta que el producto se libere al

citoplasma. Esto es ventajoso desde el punto de vista de la eficiencia ya que no hay difusión de los

sustratos/productos. Difieren con los conglomerados en que éstos no presentan una unión

estructural directa.


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Papel de las Isoenzimas:

Son enzimas que cumplen la misma función catalítica pero son proteínas distintas, entonces

tienen la estructura distinta y así también difieren en sus propiedades cinéticas (Km). La acción de

una isoforma puede determinar la ruta metabólica específica a seguir. En el hígado hay cuatroisoformas de hexoquinasa, que permiten fosforilar la glucosa a glucosa-6-P.

Compartimentalización:

La célula ha separado espacialmente las vías metabólicas opuestas en distintos compartimientos

celulares. Por ejemplo la oxidación de ácidos grasos ocurre en la matriz de la mitocondria, en

cambio la síntesis de éstos ocurre en el citosol. Más aún la separación puede ser celular, por

ejemplo el acino hepático: los hepatocitos más cercanos al espacio portal reciben más nutrientes y

metabolitos que aquellos que están cercanos a la vena central, entonces esto determina que los

primeros son gluconeogénicos y los segundos glucolíticos.

Propiedades de los sistemas enzimáticos

A.

Son vías reguladas

B.

Tienen menor pérdida de intermediarios

C.

No hay futilidades, es decir no hay reacciones en ambos sentidos que sólo consumen ATP.

Un ejemplo del último punto es la glucolisis versus la gluconeogénesis. Si las dos reacciones

tuviesen las mismas velocidades nos encontraríamos con que habría pérdida energética en

forma de ATP. Para evitar esto las enzimas que regulan cada una de las vías están reguladas

alostéricamente en forma inversa:

Posteriormente nuestro profesor, hablará de forma non-stop del control de la glicemia, incluyendo

enzimas y hormonas como la insulina y glucagón.


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Bibliografía:

1.

Clase de Luis Videla

2.

Clase de Germaine Jacob, vía apuntes Pedro Rabié

3.

Transcripción 2015 Metabolismo Intermediario I y II

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