NUTRICIÓN CELULAR Y OBTENCIÓN DE ENERGÍA Semana 10
NUTRICIÓN CELULAR
En la nutrición heterótrofa (células animales): •La membrana permite el paso de algunas sustancias. •La célula incorpora partículas mayores mediante fagocitosis. •Una vez incorporadas estas sustancias son utilizadas en el metabolismo celular.
La nutrición celular engloba los procesos destinados a proporcionar a la célula energía para realizar todas sus actividades y materia orgánica para crecer y renovarse.
NUTRICIÓN CELULAR En la nutrición autótrofa (células vegetales): •La célula atrapa la energía de la luz solar. •La célula incorpora agua, CO2 y sales minerales y mediante la energía atrapada fabrica sus propios alimentos (fotosíntesis). •Una vez fabricadas, estas sustancias son utilizadas en el metabolismo celular.
NUTRICIÓN CELULAR El metabolismo celular: Es un conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula con la finalidad de obtener energía y moléculas para crecer y renovarse. La Respiración Celular es una de las vías principales del metabolismo, gracias a la cual la célula obtiene energía en forma de ATP. Tiene lugar en las mitocondrias.
RELACIÓN CELULAR Movimiento ameboide: Se produce por formación de pseudópodos, que son expansiones de la membrana plasmática producidos por movimientos del citoplasma. Movimiento vibratil: Se produce por el movimiento de cilios o flagelos de la célula.
Mediante la función de relación las células reciben estímulos del medio y responden a ellos. La respuesta más común a estos estímulos es el movimiento, que puede ser de dos tipos:
REPRODUCCIÓN CELULAR En las células procariotas se produce la división simple por bipartición: • El ADN de la bacteria se duplica y forma dos copias idénticas. •Cada copia se va a un punto de la célula y más tarde la célula se divide en dos mitades. • Así se forman dos células hijas iguales, más pequeñas que la progenitora.
La función de reproducción consiste en que a partir de la célula progenitora se originan dos o más descendientes. Es un proceso que asegura que cada descendiente tenga una copia fiel de material genético de la célula madre.
METABOLISMO CELULAR
Los seres vivos y las células que los forman son sistemas abiertos, en equilibrio y que realizan un trabajo. Equilibrio. Sus variables se mantienen dentro de unos niveles de tolerancia. Trabajo. Realiza trabajos dentro de su propia actividad de ser vivo (moverse, reproducirse, renovar tejidos…)
METABOLISMO • El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras. • Las distintas reacciones químicas del metabolismo se denominan vías metabólicas y las moléculas que intervienen se llaman metabolitos. Las conexiones existentes entre diferentes vías metabólicas reciben el nombre de metabolismo intermediario.
METABOLISMO • Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por enzimas, que son específicas para cada metabolito inicial o sustrato y para cada tipo de transformación. • Las sustancias finales de una vía metabólica se denominan productos.
Se pueden considerar tres fases en el metabolismo: Catabolismo: Transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas, con liberación de energía que se almacena en ATP. Anabolismo: Síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras más sencillas. Se necesita suministrar energía, en forma de ATP Anfibolismo: (una fase intermedia). Procesos en los que se almacena gran cantidad de energía (para los posteriores procesos anabólicos)
Moléculas que intervienen en el metabolismo
Metabolitos
Cofactores
Moléculas con enlaces ricos en energía
Glucosa, ácidos grasos…
NAD, FAD, NADP…
ATP, coA
Moléculas ambientales
O2, H2O, CO2
REACCIONES QUÍMICAS Proceso que forma o rompe enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos. Las reacciones químicas convierten un conjunto de sustancias químicas, los reactivos, en otro conjunto, los productos.
REACCIONES QUÍMICAS
MOLÉCULAS PORTADORAS DE ENERGÍA
ATP Puede actuar como molécula energética, al ser capaz de almacenar o ceder energía gracias a sus dos enlaces éster-fosfóricos que son capaces de almacenar cada uno de ellos, 7,3 kcal/mol. ATP + H2O ADP + Pi + energía (7,3 kcal/mol) ADP + H2O AMP + Pi + energía (7,3 kcal/mol) También se pueden dar las reacciones inversas (almacén de energía) Se dice que el ATP es la moneda energética de la célula, pues representa la manera de tener almacenado un tipo de energía de pronto uso. En ocasiones son utilizados para el mismo fin otros nucleótidos como el GTP el UTP o el CTP.
ATP
La síntesis de ATP puede realizarse por dos vías: Fosforilación a nivel de sustrato. Síntesis de ATP gracias a la energía que se libera de una biomolécula al romperse uno de sus enlaces ricos en energía, (ocurre en algunas reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs). Las enzimas que regulan estos procesos se denominan quinasas.
Fosforilaciรณn en el transporte de electrones. Mediante enzimas del grupo de las ATP-sintetasas existentes en las crestas de las mitocondrias (fosforilaciรณn oxidativa) o en los tilacoides de los cloroplastos (fotofosforilaciรณn), cuando dichas enzimas son atravesadas por un flujo de protones (H+ ).
COFACTORES
CATALIZADORES METABÓLICOS
COENZIMAS Pequeñas moléculas orgánicas de apoyo no proteicas: Vitaminas hidrosolubles (Ej: complejo B)
Apoenzima: parte protéica de una haloenzima. Haloenzima: enzima completa y activa catalíticamente
ENZIMAS Catalizadores biológicos compuestos primordialmente por proteínas y sintetizados por organismos vivos, Las enzimas suelen ser muy específicas y catalizan, cuando mucho, unos cuantos tipos de reacciones químicas. Casi siempre, una enzima cataliza un solo tipo de reacción, en la que intervienen moléculas específicas, pero que no afecta a otras moléculas similares. En muchos casos, la actividad enzimática está regulada (es decir, se intensifica o se suprime) por retroalimentación negativa que controla la rapidez a la que las enzimas sintetizan o descomponen moléculas biológicas.
Velocidad Velocidad de de la la reacción reacción
Después de que se alcanza esta velocidad, un aumento en la concentración del sustrato no tiene efecto en la velocidad de la reacción. (todos los enzimas están ocupados)
A medida que aumenta la concentración de sustrato, aumenta la velocidad de reacción (mientras queden enzimas libres).
Concentración de sustrato (concentración de enzima fija)
NOMENCLATURA 1. NOMENCLATURA ANTIGUA: SUFIJO -asa • Nombre de la fuente u origen del enzima: Pancreasa • Nombre del sustrato: Proteasa • Tipo de reacción catalizada: Hidrolasa 2. NOMENCLATURA ACTUAL: Enzyme Commission [E.C.] de la IUBMB • Clasificación de enzimas (6 clases) • Asignación de código E.C.: 1.1.1.1 • Nombre sistemático: Sustrato:Cosustrato Tipo de Reacción -asa Etanol:NAD+ Oxidorreductasa
CLASIFICACIÓN CLASE
TIPO DE REACCION CATALIZADA
1. OXIDO-REDUCTASAS 20 subclases
Transferencia de electrones Sred + S’ox Sox + S’red
2. TRANSFERASAS 9 subclases
Transferencia de grupos S-grupo + S’ S’-grupo + S
3. HIDROLASAS 11 subclases
Rotura hidrolítica de enlaces A-B + H2O A-H + B-OH
4. LIASAS 7 subclases
Rotura de enlaces A-B A+B Salida de grupos CX-CY C=C + X-Y Adición a dobles enlaces C=C + XY CX-CY
5. ISOMERASAS 6 subclases
Cambios internos Transferencias internas de grupos
6. LIGASAS 5 subclases
Formación de enlaces mediante reacciones de condensación con gasto de energía (ATP)
EN LAS VÍAS METABÓLICAS EL PRODUCTO GENERADO POR UNA ENZIMA ES EL SUSTRATO DE LA SIGUIENTE ENZIMA, POR ELLO, PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA DEL SISTEMA HAY DISTINTOS MECANISMOS:
1. La compartimentación. Consiste en separar mediante membranas los lugares donde se realizan aquellas vías metabólicas que no se desea que se relacionen 2. Complejo multienzimático. Es la asociación de varias enzimas que actúan sucesivamente en una vía. El complejo supramolecular resultante es más eficaz que si las enzimas estuvieran dispersas en el medio. 3. Inclusión en membranas. Algunas enzimas y algunos complejos multienzimáticos se encuentran englobados de forma ordenada en las membranas, de forma que esto facilita la unión entre los sucesivos productos y las sucesivas enzimas.
RUTAS BIOQUÍMICAS Semana 11
BIOQUÍMICA Ciencia que estudia la composición química de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que tienen. el estudio de Integra biomoléculas y biosistemas.
las
Es el pilar fundamental de la biotecnología.
METABOLISMO Circuito altamente integrado de reacciones químicas.
RECORDAR: Sigue las leyes de la termodinámica El ATP transfiere energía y grupos fosfato NADH, NADPH Y FADH2 son los transportadores principales de electrones. La coenzima A es un transportador universal de grupos acilo Las vitaminas hidrosolubles son componentes de las coenzimas
GLUCÓLISIS Generación de energía (2 ATP netos) Es la ruta predecesora del ciclo de Krebs )ácidos tricarboxílicos) y de la cadena transportadora de electrónes Aerobiosis: Piruvato Anaerobiosis: Piruvato
CO2 + H2O Lactato
Etanol (fermentación)
CICLO DE KREBS Ruta final para la oxidación de las moléculas combustibles: Aminoácidos, ácidos grasos y Carbohidratos.
BACTERIAS ANAEROBIAS
CATABOLISMO DE PROTEÍNAS
CICLO DEL GLIOXILATO Plantas y bacterias
GLUCONEOGร NESIS
No es un proceso inverso de la glucรณlisis.
CICLO DE CORI
VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO Genera NADPH Sintetiza azúcares de 5 carbonos y sus derivados son componentes de ATP, CoA, NAD+, FAD, RNA Y DNA
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS