Metabolismo intermediario

1
Metabolismo intermediario

• M.C. Karla Díaz

2
Metabolismo

• El metabolismo es la suma de todas las
  transformaciones químicas que se producen en una
  célula u organismo.
• Tiene lugar en una serie de reacciones
  catalizadas enzimáticamente, que constituyen las
  rutas metabólicas.

3
Metabolismo intermediario

• Actividades combinadas de todas las rutas
  metabólicas que interconvierten precursores,
  metabolitos, y productos de baja masa molecular.

4
Metabolismo

• Catabolismo fase degradadora del metabolismo en
  la que moléculas nutrientes orgánicas (glúcidos,
  grasas y proteínas) se convierten en productos
  más sencillos.
• Anabolismo fase en la que precursores sencillos
  se integran en moléculas mucho más grandes y
  complejas como los lípidos, polisacáridos,
  proteínas y ácidos nucléicos.

5
(No Transcript)
6
Reacciones biológicas de reducción-oxidación

• La transferencia de grupos fosfato es una de las
  características principales del metabolismo.
• Las reacciones de transferencia electrónica
  metabólicas son también de importancia crucial.

7
Reacciones biológicas de reducción-oxidación

• En estas reacciones interviene la pérdida de
  electrones por una especie química, que es así
  oxidada, y la ganancia por otra que es reducida.
• El flujo de electrones es responsable de todo el
  trabajo realizado por los organismos vivos.

8
Glucólisis

• La glucolisis tiene lugar en el citoplasma
  celular.
• Consiste en una serie de diez reacciones, cada
  una catalizada por una enzima determinada, que
  permite transformar una molécula de glucosa en
  dos moléculas de un compuesto de tres carbonos,
  el ácido pirúvico.

9
(No Transcript)
10
(No Transcript)
11
Glucólisis

• La rotura de la glucosa (6 C) en dos moléculas de
  piruvato tiene lugar en 10 pasos, de los cuales
  los primeros 5 son la fase preparatoria.
• La fase preparatoria consiste en la fosforilación
  y conversión de la glucosa en gliceraldehído-3-fos
  fato.

12
Glucólisis Fase preparatoria

• La glucosa es fosforilada en el grupo OH del C6.
• La D-glucosa-6-fosfato formada se convierte en
  D-fructosa-6-fosfato.
• La D-fructosa-6-fosfato es fosforilada en C1,
  dando D-fructosa-1,6-bifosfato.
• La D-fructosa-1,6-bifosfato se parte en dos
  moléculas de 3 C dihidroxiacetona fosfato y
  gliceraldehído-3-fosfato (lisis).
• La dihidroxiacetona se isomeriza a una segunda
  molécula de gliceraldehído-3-fosfato.
• El ATP es el dador de fosfato en ambas
  fosforilaciones.

13
(No Transcript)
14
Glucólisis Fase de beneficios

• 6. Cada molécula de gliceraldehído-3-fosfato es
  oxidada y fosforilada por fosfato inorgánico (no
  por ATP) formando 1,3-bifosfoglicerato.
• 7 al 10. Conversión de 2 moléculas de
  1,3-bifosfoglicerato en 2 moléculas de piruvato.

15
(No Transcript)
16
Glucólisis Balance global

• Al utilizar 2 ATP en la fase preparatoria y ganar
  4 ATP en la fase de beneficios, se obtiene una
  ganancia de 2 ATP.

17
Piruvato

• El piruvato formado en la glucólisis puede tomar
  3 rutas metabólicas alternativas.
• En organismos o tejidos aeróbicos, el piruvato se
  oxida, con pérdida de su grupo carboxilo como
  CO2, dando el grupo acetilo del acetil-CoA.
• Otra ruta del piruvato es la fermentación del
  ácido láctico (músculo, anaeróbicamente).
• La tercera ruta es la fermentación etanólica o
  alcohólica, que se da en microorganismos.

18
(No Transcript)
19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
Producción de acetato

• En organismos aeróbicos, la glucosa y otros
  azúcares, los ácidos grasos y la mayor parte de
  los AA son oxidados finalmente a CO2 y H2O a
  través del ciclo del ácido cítrico.
• Antes de entrar a este ciclo, los esqueletos
  carbonados de azúcares y ác. grasos deben sufrir
  un proceso de degradación para dar lugar al grupo
  acetilo del acetil-CoA.

22
(No Transcript)
23
Producción de acetato

• El piruvato procedente de la glucosa (glucólisis)
  se oxida para dar lugar a Acetil-CoA y CO2 a
  consecuencia de la acción de una agrupación de 3
  enzimas el complejo piruvato deshidrogenasa.

24
(No Transcript)
25
Descarboxilación oxidativa

• La reacción llevada a cabo por el complejo
  piruvato deshidrogenasa es la descarboxilación
  oxidativa.
• La descarboxilación oxidativa es un proceso de
  oxidación irreversible en el que el piruvato
  pierde un grupo carboxilo en forma de CO2, y los
  dos carbonos restantes se transforman en el grupo
  acetilo del acetil-CoA.

26
Descarboxilación oxidativa

• La deshidrogenación y descarboxilación combinadas
  del piruvato hasta acetil-CoA son resultado de la
  acción de 3 enzimas y 5 coenzimas.
• Enzimas piruvato deshidrogenasa (E1),
  dihidrolipoil transacetilasa (E2) y dihidrolipoil
  deshidrogenasa (E3).
• Coenzimas Pirofosfato de tiamina (TPP),
  dinucleótido de flavina y adenina (FAD), coenzima
  a (CoA), dinucleótido de nicotinamida y adenina
  (NAD) y el lipoato.

27
Ciclo de Krebs

• Ciclo de los ácidos tricarboxílicos, se realiza
  en la mitocondria.
• A diferencia de la glicólisis, en el ciclo de
  Krebs las reacciones son cíclicas y consta de 8
  pasos.
• En cada vuelta del ciclo entra un grupo acetilo
  (2 C) en forma de Acetil-CoA y la salida de dos
  moléculas de CO2.
• Cuatro de los pasos de este proceso son
  oxidaciones en las que la energía de oxidación se
  conserva, con gran eficiencia, mediante la
  formación de cofactores reducidos (NADH y FADH2).

28
(No Transcript)
29
Ciclo de Krebs Paso 1

• Formación de citrato el acetil-CoA se condensa
  con oxalacetato para formar el citrato.
  Catalizada por la citrato sintasa. El carbono
  metílico del acetilo se une al grupo carbonílico
  del oxalacetato.

30
Ciclo de Krebs Paso 2
2. Formación de isocitrato vía cis-aconitato La
enzima aconitasa (aconitato hidratasa) cataliza
la conversión de citrato en isocitrato, a través
de la formación intermedia del ácido
tricarboxílico cis-aconitato.
31
Aconitasa

• La aconitasa tiene un centro de hierro-azufre que
  actúa en la fijación del sustrato en el centro
  activo como en la catálisis de adición o
  eliminación de H2O.

32
Ciclo de Krebs Paso 3

• 3. Oxidación del isocitrato a ?-cetoglutarato y
  CO2 La isocitrato deshidrogenasa cataliza la
  descarboxilación oxidativa del isocitrato dando
  lugar a la formación de ?-cetoglutarato.

33
Ciclo de Krebs Paso 4
4. Oxidación del ?-cetoglutarato a succinil-CoA y
CO2 Descarboxilación oxidativa que ocurre por
acción del complejo ?-cetoglutarato
deshidrogenasa. El NAD actúa como aceptor de
electrones.
34
Ciclo de Krebs Paso 5
5. Conversión de succinil CoA en succinato El
succinil-CoA tiene una energía libre negativa de
la hidrólisis de su enlace tioéster, que se
utiliza para sintetizar de ATP o GTP y dar lugar
al succinato. Catalizada por succinil-CoA
sintetasa o succínico tioquinasa.
35
(No Transcript)
36
Ciclo de Krebs Paso 6
6. Oxidación del succinato a fumarato Esta
reacción sucede por acción de la flavoproteína
succinato deshidrogenasa.
37
El malonato, un análogo del succinato, es un
fuerte inhibidor competitivo de la succinato
deshidrogenasa y puede bloquear el ciclo del
ácido cítrico.
38
Ciclo de Krebs Paso 7
7. Hidratación del fumarato y producción de
L-malato Catalizada por la fumarasa (fumarato
hidratasa).
39
Ciclo de Krebs Paso 8
8. Oxidación del L-malato a oxalacetato Última
reacción del ciclo, catalizada por la L-malato
deshidrogenasa, dependiente de NAD.
40
Ciclo de Krebs - Rendimiento

• Cada vuelta del ciclo produce
• 3 NADH
• 1 FADH2
• 1 GTP o ATP.
• Se liberan 2 CO2 mediante descarboxilación
  oxidativa.

41
(No Transcript)
42
Ciclo del glioxilato

• Variación del ciclo de Krebs.
• El acetil-CoA se condensa con el oxalacetato para
  formar citrato exactamente igual que en el ciclo
  de Krebs.
• La degradación del isocitrato no se produce a
  través de la isocitrato deshidrogenasa sino
  mediante una rotura catalizada por la isocitrato
  liasa, dando lugar a succinato y glioxilato.
• El glioxilato se condensa con el acetil-CoA para
  dar lugar a malato, catalizada por la malato
  sintasa.
• El malato se oxida a oxalacetato, para iniciar
  nuevamente el ciclo.

43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
Fosforilación oxidativa

• La fosforilación oxidativa o cadena de transporte
  de electrones es la transferencia de electrones
  de los equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH,
  obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs
  hasta el oxígeno molecular, acoplado con la
  síntesis de ATP.
• Este proceso metabólico está formado por un
  conjunto de enzimas complejas que catalizan
  varias reacciones de óxido-reducción, donde el
  oxígeno es el aceptor final de electrones y donde
  se forma finalmente agua.
• Es donde se sintetiza la mayor cantidad de ATP, y
  se lleva a cabo en las membranas biológicas
  (membrana mitocondrial).

47
(No Transcript)
48
Fosforilación oxidativa

• La mayor parte de los electrones que entran a la
  cadena respiratoria mitocondrial provienen de la
  acción de deshidrogenasas que captan electrones
  de las reacciones oxidativas, canalizándolos en
  forma de pares electrónicos.
• Estas deshidrogenasas utilizan NAD o NADP, FMN o
  FAD como aceptores electrónicos.

49
Fosforilación oxidativa

• La cadena respiratoria mitocondrial posee una
  serie de transportadores electrónicos, la mayoría
  proteínas integrales de membrana con grupos
  prostéticos capaces de aceptar y donar uno o dos
  electrones.
• Cada componente de la cadena puede aceptar
  electrones del transportador precedente y
  transferirlos al siguiente en una secuencia
  específica.

50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
Fosforilación oxidativa Complejo I

• NADH a Ubiquinona.
• Complejo de flavoproteínas incrustado en la
  membrana mitocondrial interna.
• La reacción global catalizada es
• NADH H UQ NAD UQH2
• La ubiquinona oxidada acepta un ion hidruro (2
  electrones y 1 protón) desde el NADH y un protón
  desde el agua disolvente de la matriz.

53
(No Transcript)
54
Fosforilación oxidativa Complejo II

• Succinato a ubiquinona.
• Succinato deshidrogenasa, única enzima del ciclo
  de Krebs ligada a la membrana.
• Los electrones pasan desde el succinato al FAD y
  a continuación a la ubiquinona a través de los
  centros Fe-S.

55
(No Transcript)
56
Fosforilación Oxidativa Complejo III

• Ubiquinona a citocromo C.
• Contiene los citocromos b562 y b566 citocromo c1,
  una proteína ferrosulfurada y al menos otras seis
  subunidades protéicas.
• Funciona como una bomba de protones.
• La ruta del flujo de electrones en este complejo
  es complicada, pero el efecto neto de la
  transferencia es sencillo UQH2 se oxida a UQ y
  se reduce el citocromo c.

57
(No Transcript)
58
Fosforilación oxidativa Complejo IV

• Reducción del O2.
• Complejo citocromo oxidasa, contiene citocromos a
  y a3, formados por dos grupos hemo, también
  contiene dos iones cobre de importancia crucial
  para la transferencia de electrones al O2.
• Funciona como bomba de protones.

59
(No Transcript)
60
Fosforilación oxidativa - Resumen

• Los electrones llegan a la UQ vía complejos I y
  II.
• UQH2 actúa de transportador móvil de electrones y
  protones, y pasa electrones al complejo III, el
  cual los pasa al citocromo c (móvil).
• El complejo IV transfiere electrones desde el
  citocromo c reducido al O2.
• El flujo electrónico a través de los complejos I,
  III y IV va acompañado de flujo de protones desde
  la matriz al espacio intermembrana.

61
(No Transcript)
62
Fosforilación oxidativa Síntesis de ATP

• Debido a que los protones se han bombeado al
  espacio intermembranoso de la mitocondria en
  contra de gradiente, ahora pueden fluir
  nuevamente dentro de la matriz mitocondrial y
  mediante la vía ATP-sintetasa, se genera ATP en
  el proceso.

63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
RENDIMIENTO TOTAL DE ATP POR MOLÉCULA DE GLUCOSA
PROCESO PRODUCTO DIRECTO ATP FINAL
Glucólisis 2 NADH (Citosólico) 4 o 6
2 ATP 2
Oxidación del piruvato (2 por glucosa) 2 NADH (Matriz mitocondrial) 6
Oxidación del acetil-CoA (matriz mitocondrial) 6 NADH (Matriz mitocondrial) 18
2 FADH2 4
2 ATP o 2 GTP 2
RENDIMIENTO TOTAL 36 o 38