MetabolismoTemas a Revisar:

Introducción al metabolismo

Rutas metabólicas

Metabolismo lipídico

Fotosíntesis

Ciclo del Nitrógeno

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Es el conjunto global de las reacciones químicas que ocurren en losseres vivos debido al uso y transferencia de materia y energía.

¿Qué es el metabolismo?

Puede dividirse en dos categorías:

Catabolismo. Donde se incluyentodas las reacciones comprendidasen la degradación de sustancias y lageneración de energía.

Anabolismo. Donde se incluyen todoslos procesos relacionados con lasíntesis de moléculas orgánicascomplejas (polímeros de las 4biomoléculas).

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¿Qué es la energía en Biología?

Grosso modo existen dos tipos de energía:

Energía cinética

La energía se puede definir en biología como la capacidad pararealizar un desplazamiento (principio interno de la masa).

-Energía cinética abarca tanto a la energíatérmica como a la radiante y eléctrica,debido a que involucran el movimiento demoléculas. Ec = 1/2 m v2

- Energía potencial almacenada e implicala energía almacenada en enlaces químicosy en gradientes químicos. Ep = m g Δh

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Concepto de Potencial y cinético

De manera semejante en los alimentos existe energía potencial (química)que puede ser liberada.Los alimentos tienen moléculas reducidas que pueden ser oxidadas y liberarparcialmente su energía en el catabolismo.

La máxima oxidación de los carbonos ocurre en la mitocondria.www.g

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Generación de Energía

Los alimentos están hechos de las 4biomoléculas fundamentales. Durantesu catabolismo puede formarse ATP uotro metabolito energético.

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Integración parcial

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Tipo deorganismos

Fuente decarbono

Fuente deenergía

Donador deelectrones

Ejemplos

Fotoautótrofos Dióxido de carbono Luz H2O, H2S, azufre,compuestosinorgánicos

Plantas verdes,bacteriasfotosintéticas

Fotoheterótrofos Compuestos Luz Compuestos Bacterias púrpura

Según la fuente de extracción de energía se reconocen diversosorganismos:

Fotoheterótrofos Compuestosorgánicos

Luz Compuestosorgánicos

Bacterias púrpurano dependiente deazufre

Quimioautótrofos Dióxido de carbono Reacciones deoxido-reducción

Compuestosinorgánicos como:H2, H2S, NH4

+, Fe2+

Bacteriasdependientes deazufre y fierro

Qumioheterótrofos Compuestosorgánicos

Reacciones deoxido-reducción

Compuestosorgánicos

Animales

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La termodinámica es la disciplina que estudia lasrelaciones entre la energía y la materia desde unpunto de vista macroscópico.

Sirve para predecir los procesos físicos y químicos que experimentan

La Termodinámica

Sirve para predecir los procesos físicos y químicos que experimentanlas moléculas por el intercambio de energía con otras moléculas oátomos.

Describe de manera mecánica estos procesos y utiliza modelos paraexplicar cómo se interrelacionan la materia y la energía a partir deleyes fundamentales.

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1) La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma (se transfiere).Primera ley de la Termodinámica

ΔU = U final – U inicial = q – w (1)

Donde: U = energía; q = calor; w = trabajo

Frecuentemente las reacciones biológicas liberan calor, la medida de este

Ley de conservación de la energía

Frecuentemente las reacciones biológicas liberan calor, la medida de esteintercambio de calor, liberado o absorbido con el ambiente, se llama entalpía(ΔH):

H = qp (2)

donde qp representa el calor a presión constante.

Una reacción favorecida entálpicamente libera calor y se denomina exotérmica,si no es favorecida entálpicamente requiere calor para ocurrir y se llamaendotérmica; si el balance neto de intercambio de calor con el medio es igual acero se dice que es isotérmica. (exo= fuera; endo= dentro; iso= igual)w

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La segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica dice que el Universo tiende hacia elmáximo desorden.

Esta ley provee un criterio para determinar si un proceso es espontáneo.

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Entalpía (calor) y Entropía (desorden)

Los cambios en la Entalpía y la Entropía determinan la espontaneidadde una reacción.

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J.W. Gibbs postuló que de acuerdo a los procesos queinvolucran un cambio de energía y donde la energía libretiende al mínimo:

G=G=HH -- TTSS

La energía Libre de Willard Gibbs

Entonces pueden ser de tres tipos:

- Exergónica (G < 0): El sistema libera energía, entonces los productos

tienen menos energía libre que los reactivos

- Endergónica (G > 0): El sistema requiere energía, por lo que los productoscuentan con más energía que los reactivos

-Isoergónica (G = 0): Prevalecen condiciones de equilibrio.

-La Energía libre de Gibbs representa la máxima cantidad de energía disponible para realizar un trabajo.www.g

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Reacciones endergónicas vs exergónicas

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CINÉTICA ENZIMÁTICA

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Las enzimas son catalizadores biológicos, sus principales característicasson su poder catalítico y su especificidad.Su actividad está regulada por varios factores.Casi todas las enzimas son proteínas, con la excepción de algunosRNA´s.

Las enzimas

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Características de las enzimas:

Presentan velocidades de reacciónelevadas. Típicamente incrementan de 102 a106 la velocidad de reacción.

Actúan en condiciones de reacción“suaves”. Temperaturas medias, valorescercanos a la presión atmosférica y unidadesde pH casi neutros o cercanos a laneutralidad.neutralidad.

Exhiben un grado de especificidad muyalto (alta eficiencia). Las enzimas sonaltamente selectivas en la catálisis desustratos y en la generación de productos.

Tienen capacidad de regulación. Esto seconsigue a través de procesos que incluyenel control alostérico reversible, la modificacióncovalente y la variación de las cantidades deenzima que se sintetizan y degradan.w

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Las enzimas disminuyen la DG de activación de los sustratos

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Algunas enzimas requieren cofactores

Las vitaminas son precursores de cofactores de enzimas (coenzimas).www.g

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Características del centro activo de las enzimas:

1.- El centro activo supone una porciónrelativamente pequeña del volumen total de laenzima, donde se encuentra el cofactor ocoenzima.

2.- El centro activo es una entidad tridimensionalformada por grupos que proceden de distintaspartes de una secuencia lineal de aminoácidos.

3.- Los sustratos se unen a las enzimas pornumerosas fuerzas débiles.

4.- Los centros activos son hendiduras donde lasmoléculas de sustrato quedan ligadas y el aguaqueda normalmente excluida, además la hendiduracrea un microambiente en el cual los residuos deaminoácidos, los cofactores o las coenzimas llevana cabo su función catalítica.

5.- La especificidad del enlace depende de ladisposición exactamente definida de los átomos delcentro activo. w

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Catálisis enzimática

De manera cuantitativa la actividadenzimática se puede estudiar por 2parámetros:

Km: mide la afinidad de la enzima porel sustrato, representa unael sustrato, representa unaconcentración de sustrato con laque se alcanza la mitad de laVelocidad máxima.

Vmax: Representa la máxima velocidadde aparición del producto de lareacción.

S P(Sustrato) (Producto)w

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Modelos de actuación de enzimas

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• Disponibilidad de la enzima- De acuerdo a la velocidad de síntesisy degradación de enzimas en la célula.

• Actividad de la enzima- Debido a alteraciones en la estructura oconformación de la enzima, la temperatura y pH del medio.

• Concentración de sustratos y productos.

Regulación de la actividad catalítica

• Concentración de sustratos y productos.

• Presencia de inhibidores o activadores específicos.

• Los ligandos alostéricos se unen a las enzimas en sitios distintosal sustrato y funcionan como intermediarios metabólicos que actúansobre las enzimas modificando su actividad y regulan el flujometabólico de las vías.

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Regulación alostérica (alos, diferente a)

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Complejo enzima-sustrato

Un inhibidor competitivo se une al

Inhibidores competitivos vs no competitivos

Un inhibidor competitivo se une alsitio activo y evita la unión delsustrato

Un inhibidor no competitivo no evitala unión del sustrato.

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Mapa conceptual:

Metabolismo

Todas las reacciones químicasque ocurren dentro de las

células.

Clasificación TermodinámicaCinética

Enzimática

Anabolia

(Biosíntesis)

Catabolia

(Extracciónde energía yMateriales)

Energía librede Gibbs

(disponiblepara trabajo)

Entropía

(desorden)

Entropía

Flujos de alor

Enzimática

Catalizadoresbiológicos

regulables einducibles

Centro activode catálisis

Cofactores

Parámetroscinéticos:

Km (afinidad porsutrato)

Vmax (velocidadmáxima

Reguladoresalostéricos:

Activadores einhibidores

Competitivosy no

competitivosEspontaneidad de reacciones y

reacciones acopladas

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