La Qumica Orgnica del

1

• La Química Orgánica del
• Metabolismo

2
Introducción

• Hasta ahora hemos estudiado las reacciones
  típi-cas de las clases principales de compuestos
  or-gánicos y la estructura y las reacciones de
  los hidratos de carbono y lípidos.
• Ahora aplicamos estos conocimientos al estudio de
  la química orgánica del metabolismo
• ?-oxidación de ácidos grasos.
• Glicólisis.

3
Participan cinco compuestos claves

• Cinco compuestos que participan en estas y otras
  muchas rutas metabólicas son
• ATP, ADP, y AMP son transportadores universales
  de grupos fosfatos.
• NAD/NADH y FAD/FADH2 son coenzimas involucra-dos
  en la oxidación/reducción de intermedios
  metabó-licos.
• Coenzima molécula de bajo peso no protéica o un
  ión que se une reversiblemente a una enzima.
  Puede actuar como sustrato secundario y es
  re-generado en el medio de reacción .

4
Trifosfato de Adenosina

• ATP es el compuesto más importante involucra-do
  en el transferencia de grupos fosfatos.

Adenina
Ester fosfórico
N
N
O
O
O
N
N
O
Enlace ?-N-glico-sídico
H
H
H
H
Grupos fosfóricos anhidros
Adenosina
5
Trifosfato de Adenosina

• La hidrólisis del fosfato terminal del ATP da ADP
  y fosfato
• En la glicólisis, el aceptor de fosfato es el
  grupo -OH de la glucosa y la fructosa

O
O

O

6
NAD/NADH

• Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) es un
  agente oxidante biológico

O
O
N

O
H
H
O
H
H
7
NAD/NADH

• NAD es un agente oxidante que toma
  dos-electrones, y es reducido a NADH

O
O
H
H


N

N
8
NAD/NADH

• NAD está involucrado en dos tipos de
  oxidaciones.

O


C
C
H
Cetona
O
O



C
H
C
Aldehído
9
Oxidación con NAD
E
E
B
H
H
O
O
C
C
H
O
H
H
O
H
Reducción
Oxidación
N
N

NADH
10
FAD/FADH2
O

• Dinucleótido de flavin adenina (FAD).Es también
  un agente oxi-dante biológico

H
N
N
Flavina
N
N
O
C
H
C
H
C
H
O
Riboflavina
11
FAD/FADH2

• Un tipo de oxidación que implica al FAD es la
  oxidación de la cadena de hidrocarbonada de un
  ácido graso.

Oxidación del enlace hidrocarbonado


Reducción de FAD


12
Oxidación por FAD
E
H
H
C
C
H
H
O
N
H
N
N
N
O
FAD
H
B
E
13
Oxidación por FAD
E
B
H
H
C
C
H
O
H
N
H
N
N
N
O
Ad
H
E
14
Acidos grasos y Energía

• Los ácidos grasos que forman los triglicéridos
  son el principal almacén de energía del
  organismo.
• La producción de energía por gramo de ácido graso
  oxidado es mayor que por gramo de hidrato de
  carbono.

-3.8
Glucosa
-9.3
Ácido palmítico
15
Oxidación de los ácidos grasos

• Hay dos etapas principales en la oxidación de los
  ácidos grasos
• activación de los ácidos grasos de cadena larga
  presentes en el citoplasma y su transporte a
  través de la membrana interior mitocondrial hasta
  el compartimento principal.
• ?-oxidación.
• ?-Oxidación es una serie de cuatro reacciones
  catalizadas por enzimas que rompen la molécula
  desde su extremo carboxilo liberando fragmentos
  de dos átomos de carbono.

16
Activación de Ac. Grasos

• Comienza en el citoplasma con la formación de un
  tioéster.
• La formación del tioéster se completa con la
  hidrólisis del ATP a AMP y pirofosfato

17
Activación de Ac. Grasos

• La activación implica la reacción con ATP

O
O
O
O

ATP
O
O
O
O

Pirofosfato
18
Activación de los ácidos grasos

• Y la reacción con el coenzima A

Intermedio de adición con carbonilo tetraedrico
O
O

Coenzima A
Acil-AMP
O
O

Acil-CoA
AMP
19
?-Oxidación

• Reacción 1 oxidación de un enlace sencillo
  carbono-carbono a enlace doble

O
?
?

Un acil-CoA
O
H

C
C
R
H
20
?-Oxidación

• Reacción 2 hidratación del doble enlace
  carbono-carbono sólo se forma el enantiómero R

O
H
O
C
C
C

H
R
R
H
21
?-Oxidación

• Reacción 3 oxidación del grupo ?-hidroxilo a
  grupo carbonilo

O
C

H
R
O
O

22
?-Oxidación

• Reacción 4 rotura de la cadena carbonada por una
  condensación de Claisen inversa

23
?-Oxidación

• Mecanismo de la condensación inversa de Claisen

O
O
O
O

24
?-Oxidación

• Se repite esta serie de reacciones en la cadena
  acilada de forma continuada hasta que toda la
  cadena del ácido graso es degradada a acetil-CoA

25
Glicolisis

• Glicolisis una serie de 10 reacciones
  catalizadas con enzimas a través de las que la
  glucosa es oxidada a dos moléculas de piruvato
• Glicolisis es una oxidación con pérdida global
  de 4 moles de electrones por mol de glucosa, a
  través de dos semietapas con pérdida de 2
  electrones

O
Glicolisis
Glucosa
Piruvato
26
Glicolisis

• Reacción 1 fosforilación de ?-D-glucosa

O
O
O
hexoquinasa

ATP
O
O

ADP
27
Glicolisis

• Reacción 2 isomerización de glucosa a fructosa
  6-fosfato

6
O
2
1
6
1
O
H
2
H
H
28
Glicolisis

• Para ver mejor la isomerización es preferible
  trabajar con la forma de cadena abierta de los
  monosacáridos.
• Se trata de dos tautomerías cetoenólicas
  consecutivas.

1
1
C
H
2
2
C
O
H
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
(un endiol)?
29
Glicolisis

• Reacción 3 fosforilación de fructosa 6-fosfato

C
O
C
O
H
H
H
H

H
H
30
Glicolisis

• Reacción 4 ruptura de fructosa 1,6-bisfosfato en
  dos fosfatos triosas

Grupo carbonilo
H
aldolasa

H
H
H
C
H
31
Glicolisis

• La reacción 4 es una reacción retroaldólica.
• El intermedio es una imina formada por el grupo
  CO de la fructosa 1,6-bisfosfato y un grupo -NH2
  del enzima que cataliza la reacción.

H
H
O
H
H
H
H
H
Imina protonada
32
Glicolisis

• Reacción retroaldólica que proporciona dos
  fragmentos de tres-carbonos, uno es una imina

(Reacción retroaldólica Catalizada
Enzimáticamente)?

B
H
H
O
H
H
H
H
C
H
Imina protonada
33
Glicolisis

• La hidrólisis de la imina da fosfato de
  dihidroxiacetona y regenera el grupo -NH2 del
  enzima

B
H
Imina protonada


34
Glicolisis

• Reacción 5 isomerización de fosfatos de triosas

C
H
35
Glicolisis

• Reacción 6 oxidación del grupo -CHO del
  3-fosfato del gliceraldehido
• el grupo - CHO es oxidado a grupo carboxilo que a
  su vez es convertido en una mezcla de anhídrido
  carboxílico fosfórico.
• el agente oxidante, NAD, es reducido a NADH.

Una oxidación con dos-electrones
O
O



Una reducción con dos-electrones


36
Glicolisis Reacción 6

• Se divide esta reacción en tres etapas
• Etapa 1 formación de un tiohemiacetal

O

H
Un tiohemiacetal
37
Glicolisis Reacción 6

• Etapa 2 oxidación del tiohemiacetal por NAD

Enlace enzima-tioester
H
O
O
O
H
O
H
H
N

N
38
Glicolisis Reacción 6

• Etapa 3 Conversión del tioéster a anhídrido
  mixto

O
O

O
O
O

Intermedio tras la adición al grupo Carbonilo.
39
Glicolisis

• Reacción 7 transferencia de un grupo fosfato del
  1,3-bisfosfoglicerato a ADP

O
O

C
H
ADP
O
O
C

H
3-Fosfoglicerato
40
Glicolisis

• Reacción 8 Isomerización de 3-fosfoglicerato a
  2-fosfoglicerato

C
OH
C
H
H
3-Fosfoglicerato
2-Fosfoglicerato
41
Glicolisis

• Reacción 9 deshidratación de 2-fosfoglicerato

enolasa
C

C
H
2-Fosfoglicerato
Fosfoenolpiruvato
42
Glicolisis Reacción 10

• Reacción 10 transferencia de fosfato a ADP
• etapa 1 transferencia del grupo fosfato

O
C

ADP
O
O

ATP
43
Glicolisis Reacción 10

• Etapa 2 Enolización a piruvato

C-OH
CO
Piruvato
44
Glicolisis

• Sumando estas 10 reacciones da como resulta-do la
  ecuación global de la glicolisis

glicolisis
Glucosa
O
Piruvato
45
Destino del Piruvato

• El piruvato no se acumula en células. Dependiendo
  del tipo de célula y de su estado de oxigenación
  puede experimentar una de estas tres reacciones
  catalizadas por enzimas
• reducción a lactato.
• reducción a etanol.
• oxidación y descarboxilación a acetil-CoA.
• La razón bioquímica de los dos primeros desti-nos
  marcados es que la glicolisis necesita un
  suministro continuado de NAD.
• Si no hay oxígeno para oxidar NADH a
  NAD,entonces se debe de encontrar otra manera
  para conseguirlo.

46
Fermentación a Lactato

• En condiciones anaerobias en vertebrados, el
  camino más importante para regenerar NAD es la
  reducción de piruvato a lactato

O
Piruvato
Lactato
47
Piruvato a Lactato

• Gracias a esta fermentación la glicolisis puede
  prose-guir. La concentración de lactato y de H
  en el tejido muscular aumenta
• Cuando la concentración de lactato en sangre
  alcanza aproximadamente 0.4 mg/100 mL, el tejido
  muscular está completamente agotado

Fermentación láctica
Glucosa
Lactato
48
Piruvato a Etanol

• Las levaduras y otros organismos regeneran a NAD
  por este camino en dos pasos
• descarboxilación de piruvato a acetaldehido
• reducción de acetaldehido a etanol

O
O
Piruvato
Acetaldehído
O
Acetaldehído
Etanol
49
Piruvato a Acetil-CoA

• Bajo condiciones aeróbicas el piruvato sufre una
  descarboxilación oxidativa.
• El grupo carboxilato es convertido a CO2
• Los dos carbonos restantes son convertidos al
  grupo acetil de Acetil - CoA

Descarboxilación oxidativa
O
Piruvato
O
Acetil-CoA
50
Piruvato a Acetil-CoA

• La descarboxilación oxidativa del piruvato a
  acetil - CoA es bastante más compleja de lo que
  la ecuación anterior sugiere.
• Además de NAD (de la vitamina niacina) y del
  coenzima A (el ácido pantotenico de la vitamina),
  también se requiere
• FAD (de la vitamina riboflavina)?
• Pirofosfato de tiamina (de tiamina, B1)?
• ácido lipoico

51
Piruvato a Acetil-CoA
O
O
S
N
pirofosfato de tiamina
H
H
S
S