METABOLISMO, PRODUCCION Y ALMACENAMIENTO DE ENERGIA

Objetivos de Aprendizaje:
Resultados de Aprendizaje:
METABOLISMO
 El metabolismo es el
conjunto de reacciones y
procesos físico-químicos que
ocurren en una célula,
necesarios
para
su
supervivencia.
 Estos complejos procesos
interrelacionados son la
base de la vida a nivel
molecular, y permiten las
diversas actividades de las
células.
METABOLISMO
El metabolismo celular cumple
las siguientes funciones:
• Obtencion de energia del
medio ambiente
• Conversion de nutrientes en
sustancias reconocibles y
asimilables
• Proporcionar las moleculas
necesarias para el organismo
(polimeros
/
unidades
basicas)
 El
metabolismo de un organismo
determina qué sustancias encontrará
nutritivas y cuáles encontrará tóxicas.
 Por ejemplo, algunas
procariotas utilizan
sulfuro
de
hidrógeno
como
nutriente, pero este
gas es venenoso
para los animales.
 El Metabolismo se divide en dos
procesos conjugados:
1. Catabolismo
2. Anabolismo
 El Catabolismo
(Degradación)
Consiste
en
la
transformación
de
biomoléculas complejas en
moléculas sencillas mediante
la liberacion de gran
cantidad de energía en los
enlaces covalentes que la
forman,
en
reacciones
químicas exotérmicas.
 Las reacciones catabólicas liberan energía; un
ejemplo es la glucólisis, un proceso de
degradación de compuestos como la glucosa, cuya
reacción resulta en la liberación de la energía
retenida en sus enlaces químicos.
Las reacciones catabólicas son generalmente
CONVERGENTES: A
partir
de
compuestos diferentes se origina una via final
comun:
Glucosa
Trigliceridos
ATP
El Anabolismo
(Biosíntesis)
Es
el
proceso
responsabñe de la síntesis
de moléculas orgánicas más
complejas a partir de otras
más sencillas o de los
nutrientes, para lo que se
requiere de energía, al
contrario
que
el
catabolismo.
Proteína
 Las reacciones anabólicas, utilizan la energía
liberada para recomponer enlaces químicos y
construir componentes de las células como lo son
las proteínas y los ácidos nucleicos.
El Anabolismo es el responsable de:
•La formación de los componentes celulares y
tejidos corporales y por tanto del crecimiento.
•El almacenamiento de energía mediante
enlaces químicos en moléculas orgánicas.
Las vias anabolicas son
DIVERGENTES: a partir de un mismo
compuesto se originan por distintas vias,
moleculas muy diferentes.
Acidos grasos
AcetilCoA
Glucosa
Aminoacidos
Una característica del metabolismo es la
similitud de las rutas metabólicas básicas
incluso entre especies muy diferentes.
Por ejemplo:
La secuencia de pasos químicos en el ciclo
de Krebs es universal entre células vivientes
tan diversas como la bacteria unicelular
Escherichia coli y organismos pluricelulares
como el elefante.
Las reacciones del catabolismo y anabolismo
ocurren en secuencia, no aisladamente, por lo
que el producto de una reaccion se convierte
en el sustrato de la siguiente.
Las reacciones metabolicas se encuentran
reguladas con absoluta precision por la
actividad de las diferentes enzimats celulares.
Las células obtienen la energía del medio ambiente
mediante tres tipos distintos de fuente de energía
que son:
•La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas
(autotrofos).
•Otros compuestos orgánicos como ocurre en los
organismos heterótrofos.
•Compuestos
inorgánicos
como
las
bacterias
quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.
Energía
El término energía, es la habilidad o capacidad de
realizar trabajos físicos. Pero esto equivale a tener
que explicar todo sobre las diferentes funciones
biológicas que dependen de la producción y
liberación de energía.
La energía que nuestro
cuerpo
necesita
se
obtiene casi por un igual
de la descomposición de
hidratos de carbono y de
grasas.
Las
proteínas
se
asemejan a los ladrillos
con los que se construye
nuestro
cuerpo,
proporcionando
generalmente
poca
energía para la función
celular.
Energía para la Actividad Celular
La energía se almacena en los alimentos
en forma de hidratos de carbono,
grasas y proteínas.
Estos
componentes
alimenticios
básicos se descomponen en nuestras
células para liberar la energía
acumulada.
Puesto que toda la energía se degrada
finalmente en calor, la cantidad de
energía liberada en una reacción
biológica se calcula a partir de la
cantidad de calor producido.
En las células se usa alguna energía libre para
el crecimiento y la reparación a lo largo del
cuerpo.
Tales procesos, aumentan la masa muscular
(entrenamiento) y reparan los daños musculares.
También se necesita energía para el transporte
activo de muchas sustancias, tales como la
glucosa y los carbohidratos, a través de las
membranas celulares.
Almacenamiento de Energía ATP
Una molécula de ATP se compone de adenosina (una
molécula de adenina unida a una molécula de ribosa) combinada
con tres grupos de fosfatos (Pi) inorgánicos.
Cuando la enzima ATPasa
actúa sobre ellos, el último grupo
fosfato se separa de la molécula
ATP, liberando rápidamente una
gran cantidad de energía (7.6
kcal/mol) esto reduce el ATP a
ADP (difosfato de adenosina) y
Pi .
¿Cómo se acumuló originalmente esta energía?
El proceso de almacenaje de energía formando ATP a
partir de otras fuentes químicas recibe el nombre de
fosforilación. Mediante varias reacciones químicas, un
grupo fosfato se añade al ADP, convirtiéndose en
trifosfato de adenosina (ATP).
Tipos de Metabolismo Celular
Cuando estas reacciones se
producen sin oxígeno, el proceso
recibe
el
nombre
de
metabolismo anaeróbico.
Bacilo Aeróbico
Cuando estas reacciones tienen
lugar con la ayuda de oxígeno, el
proceso global se denomina
metabolismo aeróbico, y la
conversión aeróbica de ADP a
ATP es la fosforolización
oxidativa.
Anaerobio
Las células generan ATP mediante tres métodos:
• El sistema ATP-PC
• El sistema del Acido Láctico
• El sistema Oxidativo
Acido Láctico
Metabolismo de Carbohidratos
Son las funciones implicadas en el proceso por el
cual los carbohidratos de la dieta se almacenan y
degradan en glucosa y posteriormente en dióxido
de carbono y agua.
El catabolismo de carbohidratos
Es la degradación de los hidratos de carbono en
unidades menores.
Los carbohidratos son usualmente tomados por la
célula una vez que fueron digeridos en monosacáridos.
Una vez dentro de la célula, la ruta de
degradación es la glucólisis, donde los
azúcares como la glucosa y la
fructosa son transformados en
piruvato y algunas moléculas de ATP son generadas
El piruvato es un intermediario en varias rutas
metabólicas, pero la mayoría es convertido en acetil
CoA y cedido al ciclo de Krebs.
Aunque más ATP es generado en el ciclo, el
producto más importante es el NADH, sintetizado a
partir del NAD+ por la
oxidación del acetilCoA.
La oxidación libera
dióxido de carbono
como producto de
desecho.
Glucólisis
Se denomina glucolisis a un conjunto de reacciones
enzimáticas en las se metabolizan glucosa y otros
azúcares, liberando energía en forma de ATP.
La glucolisis aeróbica, que es la realizada en presencia
de oxígeno, produce ácido pirúvico, y la glucolisis
anaeróbica, en ausencia de oxígeno, ácido láctico.
Importancia de la Glucolisis:
La glucolisis es la principal
vía para la utilización de :
• Glucosa
• Fructosa
•Galactosa
importantes fuentes
energéticas de las dietas que
contienen carbohidratos.
Aunque son muchas las reacciones catalizadas por
diferentes enzimas, la glucolisis está regulada,
principalmente, por tres enzimas:
•
Hexocinasa
Hosfofructocinasa
Piruvatocinasa
Glicogenolisis
Es la vía mediante la cual el glucógeno
almacenado en el hígado y en el tejido
muscular, es fosforilado, para formar
finalmente la glucosa 6-fosfato,
la cual tiene
varios posibles
destinos
metabólicos.
Anabolismo de Carbohidratos
Se pueden sintetizar ácidos
orgánicos
simples
desde
monosacáridos como la glucosa
y luego sintetizar polisacáridos
como el almidón.
Gluconeogénesis
Se refiere a que la glucosa puede
ser formada en el hígado y en los
riñones a partir de moléculas que
no son carbohidratos:
•Lactato
•Glicerol
•Aminoácidos.
•El piruvato es la molécula inicial
de esta vía.
Glucogénesis
Es el proceso inverso al de
glucogenolisis. La vía del glucógeno
tiene lugar en el citosol celular
La glucosa que entra continuamente en las
células cuando no se necesita de inmediato
para energía se almacena como glucógeno.
La glucosa se deposita como glucógeno;
Cuando las células hepáticas y musculares
están saturadas de glucógeno, la glucosa
entonces se convierte en grasa en el hígado.
RESPIRACION
CELULAR
La respiración celular es el
conjunto
de
reacciones
bioquímicas que ocurre en la
mayoría de las células, en las que
el ácido pirúvico producido por la
glucólisis se desdobla a dióxido
de carbono (CO2) y agua
(H2O) y se producen 36
moléculas de ATP.
La respiración celular es una parte del
metabolismo, concretamente del catabolismo, en
la cual la energía contenida en distintas
biomoléculas, como los glúcidos, es liberada de
manera controlada.
En las células eucariotas
la respiración se realiza en
las mitocondrias
Ocurre en tres etapas que son:
 Oxidación del piruvato.
 Ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de
Krebs)
 Cadena respiratoria y fosforilación
oxidativa del ADP a ATP.
Metabolismo de Lípidos
Estructura de un lípido, el triglicérido.
METABOLISMO DE ÁCIDOS GRASOS
Los ácidos grasos tienen 3 funciones en la célula:
• Estructural: (ácidos grasos que forman las membranas:
fosfolípidos, glucolípidos...)
• Mensajeros secundarios (1,2-DAG tiene
características de señalización celular).
• Energética (son la mayor reserva de energía en los
animales).
La degradación de los ácidos
grasos es la degradación de los
triglicéridos porque es así como
se almacenan. Implica 3 pasos
diferentes:
•Movilización de triglicéridos.
•Introducción de los ácidos grasos
en el orgánulo donde se degradarán
(sólo en la mitocondria).
•Degradación de la molécula de
ácidos grasos (b-oxidación de los
ácidos grasos).
oLa movilización de los ácidos
grasos es por hidrólisis de los
triglicéridos mediante lipasas.
oSe produce glicerol y los 3 ácidos
grasos correspondientes.
oEl glicerol no es un componente
grande de los ácidos grasos. Es el
único componente del Triglicérido
que puede convertirse en glucosa.
oLos ácidos grasos, en los animales,
no pueden convertirse en glucosa.
Metabolismo de aminoácidos.
Procedencia.
•De proteínas de la dieta que se absorben y dan aminoácidos.
•De proteínas funcionales de la célula que se recambian.
Muchos aminoácidos se reutilizan para sintetizar proteínas.
También pueden degradarse para obtener energía en los
siguientes casos:
•Cuando se ingieren muchas proteínas.
•Cuando hay déficit de glucosa y hace falta energía.
Metabolismo de los Aminoácidos
El organismo no almacena el exceso de
aminoácidos que provienen de la dieta, lo que
ocurre es que los transforma en intermediarios
metabólicos comunes como son el piruvato,
oxalacetato y a-cetoglutarato
Es decir, que los
aminoácidos van a ser
precursores de la
glucosa, ácidos grasos y cuerpos cetónicos,
pueden actuar como precursores metabólicos y
en algunos casos como combustible.
Degradación
Hay 2 etapas:
• Desaminación, el grupo amino aparece en forma de
NH4+y queda el esqueleto carbonado.
• Eliminación del grupo amino : conversión del NH4+
en urea.
El NH4+ es muy tóxico y los vertebrados terrestres lo
eliminan transformándolo en urea que se excreta.
El Ciclo de la Urea
Fue estudiado por Krebs y
Henseleit y consta de 5 reacciones
catalizadas enzimáticamente que se
desarrollan las dos primeras en las
mitocondrias y las tres restantes en
el citoplasma.
El ión amonio es un compuesto muy
tóxico que se convierte en el hígado
y el riñón en urea, en el llamado ciclo
de la urea. Ésta pasa al torrente
sanguíneo y es eliminada por el riñón
en la orina.