COLEGIO COMFATOLIMA

ANA JULIA SUAREZ DE ZORROZA

Licencia de Funcionamiento 1935 de Diciembre 04 de 2000

Aprobación del Plan de Estudios Resolución No. 71002608 de 15 de noviembre de 2012

GUIA DE APRENDIZAJE “METABOLISMO CELULAR” El metabolismo es el conjunto de procesos y reacciones que ocurre dentro de tus células y que las mantiene vivas. Estas reacciones son necesarias

para que tu organismo funcione de manera adecuada. Como recordarás, los alimentos que consumes contienen nutrientes: carbohidratos, lípidos y

proteínas, que tus células utilizan de diversas maneras.

Existen dos tipos básicos de reacciones bioquímicas que se llevan a cabo dentro de tus células: el anabolismo y el catabolismo.

El anabolismo es la producción, construcción o síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas más simples, orgánicas o

inorgánicas. Es un proceso que consume energía para producir biomoléculas o moléculas orgánicas como proteínas, lípidos y carbohidratos. El

catabolismo es el proceso por el cual las moléculas se descomponen, degradan o rompen en moléculas más pequeñas con el fin de liberar la energía

que contienen. Esta energía se utiliza en la realización de todas las funciones vitales del organismo. El catabolismo puede realizarse con consumo de

oxígeno y se llama catabolismo aeróbico, o puede realizarse sin consumo de oxígeno y se llama catabolismo anaeróbico. Los principales productos de

desecho del catabolismo son amoníaco, urea y ácido láctico.

Los procesos anabólicos y catabólicos son complementarios y trabajan de manera coordinada en una serie de desarrollos esenciales para la

vida llamados rutas metabólicas. Tenemos, entonces, rutas metabólicas anabólicas y rutas metabólicas catabólicas. Las rutas metabólicas

ocurren gracias a dos sustancias importantes: las enzimas y el ATP.

Las enzimas son un tipo de proteínas llamadas catalizadores proteicos, cuya función es acelerar la velocidad de las reacciones químicas entre

los sustratos. Esto lo logran al disminuir la energía de activación. La energía de activación es la

cantidad mínima de energía que se necesita para que ocurra una reacción química. Las enzimas son

altamente específicas, es decir, se unen a un solo sustrato y catalizan un solo tipo de reacción. Las

enzimas reciben el nombre del tipo de reacción o del sustrato sobre el que actúan, más el sufijo –asa.

El ATP es energía almacenada en forma de moléculas de alta energía llamadas adenosín trifosfato

(ATP). El ATP se usa en las reacciones metabólicas. La descomposición de moléculas produce

energía que se almacena en forma de moléculas de ATP, las cuales se utilizan en otras reacciones

metabólicas y en otras actividades que ocurren dentro de las células.

Metabolismo de los carbohidratos

Los carbohidratos son compuestos orgánicos que constituyen la principal

fuente de energía de los seres vivos. Se pueden clasificar en monosacáridos

cuando son azúcares simples como la glucosa y la fructuosa, disacáridos

cuando están formados por dos monosacáridos como la sacarosa y la lactosa, y

polisacáridos cuando están formados por muchos monosacáridos como la

celulosa y el glucógeno.

Anabolismo

En este proceso se sintetizan carbohidratos a partir de monosacáridos. Los

únicos organismos que son capaces de sintetizar los monosacáridos a

partir de dióxido de carbono y agua con ayuda de la energía solar son los

organismos fotosintéticos, como las plantas. Cuando los carbohidratos no

se utilizan se almacenan en moléculas grandes y complejas. Las plantas

los almacenan en forma de almidón o celulosa, mientras que los animales

y los hongos los almacenan en forma de glucógeno. La formación de

glucógeno se llama glucogénesis o glucosíntesis. Cuando se agotan las

reservas de glucosa del cuerpo puede haber síntesis de carbohidratos a

partir de moléculas simples como glicerol y aminoácidos. Este proceso se

llama gluconeogénesis.

Catabolismo

La glucosa es el carbohidrato que más usan las células. Cuando se rompe se liberan energía, agua y dióxido de carbono. El proceso se da en

dos etapas: la glucólisis y la respiración celular cuando

ocurre con consumo de oxígeno; y la fermentación

cuando ocurre sin consumo de oxígeno. En condiciones

aeróbicas se obtienen, aproximadamente, 32 moléculas

de ATP, mientras que en condiciones anaeróbicas se

obtienen 2 moléculas de ATP.

¿Quiénes nos otorgan energía?

*Los nutrientes, que incorporamos diariamente al

ingerir los alimentos

La célula, para realizar todos los trabajos requiere

energía y la obtiene de la hidrólisis de molécula de

ATP, en los enlaces esta la energía que sirve de

combustible celular para ello debe realizar tres

trabajos síntesis moléculas grandes a partir de

unidades pequeñas.

Metabolismo de los lípidos Los lípidos son moléculas que almacenan grandes

COLEGIO COMFATOLIMA

ANA JULIA SUAREZ DE ZORROZA

Licencia de Funcionamiento 1935 de Diciembre 04 de 2000

Aprobación del Plan de Estudios Resolución No. 71002608 de 15 de noviembre de 2012

cantidades de energía y dan la estructura a las membranas celulares. Los lípidos se dividen en aceites, que son líquidos, y grasas, que son

sólidas; ambos son mezclas de moléculas llamadas triglicéridos.

Anabolismo

En este proceso, llamado lipogénesis, se sintetizan algunos lípidos dentro de la célula. El cuerpo humano no puede sintetizar algunos lípidos

y por eso tienen que ser ingeridos en la dieta. Estos son los ácidos grasos esenciales como el omega 3 y el omega 6. A partir de los lípidos se

fabrican sustancias como el colesterol, que es precursor de las hormonas sexuales, los fosfolípidos utilizados en las membranas celulares y las

lipoproteínas que transportan grasas por el organismo. Cuando hay consumo excesivo de carbohidratos estos se convierten en lípidos, que se

almacenan en unas células llamadas adipositos que conforman el tejido adiposo.

En el hígado también se almacenan grasas que se usan a medida que el organismo las necesita.

Catabolismo

En este proceso los lípidos se degradan en la mitocondria por una ruta metabólica que se llama lipólisis o beta oxidación. Al final de esta ruta

se obtienen acetil- CoA que puede entrar al ciclo de Krebs para producir ATP, dióxido de carbono y agua.

La degradación u oxidación excesiva de los ácidos grasos produce cuerpos cetónicos. Los cuerpos cetónicos suministran energía al corazón y

al cerebro en condiciones de ayuno prolongado.

Metabolismo de las proteínas Las proteínas son nutrientes formados por moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos, que están constituidos por un grupo amino (NH2)

y una cadena de carbonos que tiene un grupo ácido (COOH). Aunque su función principal no es el aporte energético, en circunstancias

extremas pueden ser fuente de energía para el organismo. Las proteínas permiten la construcción y regeneración de las estructuras celulares y

los tejidos y participan en diversas funciones biológicas como la formación y el transporte de sustancias y la aceleración de reacciones

químicas.

Anabolismo

En este proceso se sintetizan proteínas a partir de aminoácidos. Esta síntesis ocurre en los ribosomas de cada célula a partir de 20

aminoácidos diferentes. El cuerpo de los seres humanos solo puede sintetizar 11 aminoácidos y el resto debe obtenerlos en los alimentos que

ingiere. Los aminoácidos que el cuerpo no puede sintetizar se denominan esenciales.

Catabolismo

En este proceso las proteínas se fragmentan y liberan los aminoácidos que las conforman. En esta fragmentación, generalmente, se separan

primero el grupo amino y la cadena de carbonos. El grupo amino se une a otros elementos químicos y forma compuestos nitrogenados que

son la urea, el amoníaco o el ácido úrico, productos de desecho. Estas sustancias, que son tóxicas, si se acumulan se eliminan en la orina. Por

otro lado, algunas cadenas carbonadas de los aminoácidos pueden entrar a la ruta metabólica de los carbohidratos. Así, ingresan al ciclo de

Krebs y al proceso de la respiración celular y producen energía, dióxido de carbono y agua. Otras cadenas entran en la formación de cuerpos

cetónicos.

Averigua cuáles son los nueve aminoácidos esenciales y escríbelos a continuación. Los nutricionistas dicen que algunas proteínas tienen un alto valor biológico, mientras que otras no. ¿A qué se refieren?

¿Qué alimentos aportan proteínas de alto valor biológico?

¿Cuál es la proteína más perfecta que existe? ¿Por qué?

PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS

Altamente específicas y actúan sobre un determinado compuesto: sustrato.

De naturaleza proteica.

Aceleran las reacciones químicas.

Actúan en pequeñísimas cantidades.

No modifican el equilibrio de la reacción.

Tienen una acción específica (actúan sobre un determinado sustrato).

Permanecen inalteradas al final de la reacción, por lo que son reutilizables.

Algunas enzimas actúan con la ayuda de estructuras no proteicas. En función de su naturaleza se denominan:

Cofactor. Cuando se trata de iones o moléculas inorgánicas

Coenzima. Cuando es una molécula orgánica. Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas funciona como coenzimas

interviniendo en distintas rutas metabólicas

MODELOS DE ACCIÓN ENZIMATICAS.

Llave cerradura: Supone que la estructura del sustrato y la del

sitio activo son complementarios, de la misma forma que una

llave encaja en una cerradura. (porpuesto por el químico

E.Fisher).

Encaje Inducido: Estudios posteriores, sugirieron que el sitio

activo es mucho más flexible que una cerradura, entonces la

interacción física entre las moléculas de enzima y sustrato

produce un cambio en la geometría del centro activo, mediante la

distorsión de las superficies moleculares. Impondría cierta

tensión a las moléculas re accionantes, facilitando aún más la reacción.

COLEGIO COMFATOLIMA

ANA JULIA SUAREZ DE ZORROZA

Licencia de Funcionamiento 1935 de Diciembre 04 de 2000

Aprobación del Plan de Estudios Resolución No. 71002608 de 15 de noviembre de 2012

En el modelo llave cerradura, los sustratos interactúan en forma precisa con el sitio activo, en cambio en el encaje inducido, la forma

del sitio activo es complementaria del

sustrato sólo después que éste se une a la

enzima.

FACTORES QUE AFECTAN LA

ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Efecto del pH: las enzimas actúan dentro de

límites estrechos de pH (pH óptimo de la

reacción). Por ejemplo, la pepsina tiene un

pH óptimo de 1,5 a 2 en el estomago, pero si

la cambiamos a un medio muy ácido o muy

alcalino, la enzima se desnaturaliza y se

inactiva. Algunas

Enzimas tienen actividad óptima a un pH ácido y otras en un pH alcalino.

Temperatura: la velocidad de las reacciones enzimáticas aumenta por lo general con la Temperatura, dentro del intervalo en que la

enzima es estable y activa. La velocidad por lo general se duplica por cada 10°C de aumento térmico. La actividad enzimática máxima

se alcanza a una temperatura óptima, luego la actividad decrece y finalmente cesa por completo, la actividad enzimática disminuye a

causa de la desnaturalización progresiva de la enzima por acción de la temperatura. A bajas temperaturas, las reacciones disminuyen

mucho o se detienen, pero la acción catalítica reaparece cuando la temperatura se eleva a valores normales para la enzima.

Concentración de sustrato: principalmente la velocidad de la reacción o catálisis varía de acuerdo a la concentración del sustrato.

Cuando las concentraciones del sustrato son bajas, la velocidad aumenta rápidamente. A medida que el sustrato aumenta, la enzima se

satura y alcanza un punto de equilibrio en el cual la velocidad no depende de la concentración del sustrato. En este caso, el exceso de

sustrato no es afectado por las enzimas ya que estas tienen sus sitios activos ocupados, alcanzándose así el máximo de velocidad.

Regulación enzimática

La totalidad de reacciones bioquímicas de un organismo

constituye su metabolismo y el cual consiste en secuencias de

reacciones químicas catalizadas por enzimas llamadas vías

metabólicas, en estas secuencias el producto de una reacción es el

sustrato de la siguiente.

Las vías metabólicas son de dos tipos Anabólicas o Catabólicas.

La regulación enzimática se manifiesta al unirse inhibidores a

las enzimas, reduciendo así las velocidades de las reacciones

catalizadas. Hay inhibidores naturales que regulan el metabolismo

y

Otros artificiales que permiten tratar enfermedades, eliminar

bacterias patógenas. Los inhibidores

Se clasifican como irreversibles y reversibles.

Inhibición por el producto final: enzimas alostéricas: Las

enzimas alostéricas por lo general poseen una estructura de dos o

más unidades polipeptídicas, su actividad está controlada por efectores que se unen un sitio alostérico que está separado del sitio

activo. Los efectores pueden ser activadores o inhibidores. A continuación se revisará el tipo de regulación alostérica denominada:

inhibición por el producto final. En una vía metabólica, como en el ejemplo de la figura, se observa una secuencia de reacciones,

cada una de ellas catalizada por una enzima particular. La primera reacción se denomina “paso obligado”, porque una vez que ocurre,

necesariamente seguirán el resto

de reacciones de la vía hasta

culminar con el producto final.

Este “paso obligado” está

catalizado por una enzima

alostérica. Si la célula tiene

suficiente de este producto,

¿cómo frena esta vía? Cuando el

producto final está en altas

concentraciones actúa como un

efector, se une a la

Enzima alostérica del “paso

obligado”, inactivándola.

Inhibición de las vías

metabólicas. El paso obligado

es catalizado por una enzima

alostérica que puede ser inhibida

por el producto final de la vía.

La vía específica que se muestra

aquí es la síntesis de isoleucina,

un aminoácido, a partir de la treonina. Esta particular serie de reacciones es realizada por bacterias, pero es típica de muchas

reacciones catalizadas enzimáticamente.

Enzima

s

Sustrato Productos de la

reacción

COLEGIO COMFATOLIMA

ANA JULIA SUAREZ DE ZORROZA

Licencia de Funcionamiento 1935 de Diciembre 04 de 2000

Aprobación del Plan de Estudios Resolución No. 71002608 de 15 de noviembre de 2012

ACTIVIDADES

1.-Nombra tres procesos celulares que requieren de energía

2.- Complete el siguiente cuadro comparativo.

CATABOLISMO ANABOLISMO

3.- Construye un glosario con los siguientes términos:

Catabolismo, Catalizador, Desnaturalización, Energía de activación, Enzima, Exergónico y Sitio activo.

4.-Selección Múltiple

1.- ¿Cuál (es) de las siguientes afirmaciones es (son) correctas en relación a las enzimas?

I) Son altamente específicas.

II) Aumentan la velocidad de las reacciones químicas.

III) Son de naturaleza proteica.

a) Sólo I. b) Sólo II. c) Sólo I, II y III

2.- ¿Cómo aumenta una enzima la velocidad de una reacción?

a) Transformando una reacción endergónico en Exergónico

b) Proporcionado energía de activación

c) Reduciendo la energía de activación

3.- La reacción A + B C + D, es catalizada por la enzima E1. Entonces, si la enzima E1 se inactiva totalmente

a) No ocurrirá la reacción

b) Los productos que se obtienen son diferentes

c) La velocidad de reacción será más rápida

4.- La energía de activación es la energía necesaria para

a) activar la enzima

b) Activar los productos

c) Activar los reactantes

5.- Propiedades de las enzimas.

a) Son altamente inespecífica, naturaleza lipídica y actúan en grandes cantidades

b) Son altamente especifica, naturaleza proteíca y actúan en pequeñas cantidades

c) Son insensibles a los cambios de temperatura, pH

6.- Las coenzimas son:

a) Moléculas inorgánicas.

b) Moléculas orgánicas.

c) Muchas vitaminas actúan como coenzimas.

7.- Factores que afectan la actividad de la pepsina que actúa a 37°C, en el estomago.

a) Las concentraciones de sustrato.

b) La temperatura y PH.

c) Todos son correctos.

8.- La siguiente figura representa:

a) Modelo llave cerradura.

b) Modelo encaje inducido.

c) Modelo de Inhibición irreversible

9.- ¿Cuándo se manifiesta la regulación enzimática?:

a) Al unirse el inhibidor a la enzima

b) Al unirse la enzima con el sustrato

c) La regulación puede ser por inhibidores irreversibles y reversibles

10.- Existen inhibidores irreversibles con reversibles, con respecto a los últimos:

a) Son inhibidores artificiales que se unen covalentemente al sitio activo de la enzima.

b) Se reconocen de dos tipos competitivos y no competitivos.

c) Tanto a y b son correctas