METABOLISMO - sgpwe.izt.uam.mxsgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/acym/Reacciones_metabolicas... · Metabolismo microbiano Metabolismo: Es el total de reacciones químicas (catabolismo

METABOLISMO

Reacciones de oxidación y reducción

(deshidrogenación)

(hidrogenación)

Oxidación-Reducción biológica

Molécula orgánica

e-HH+

Coenzima NAD+

Molécula orgánica oxidada

NADH + H+

H+

Reducción

Oxidación

C6H12O6 CO2 + H2O

“Catabolismo”

Metabolismo microbianoMetabolismo: Es el total de reacciones químicas (catabolismo y anabolismo) que se producen en un organismo vivo.

ATP ADP + Pi + energía

Moléculas simples(glucosa, aa, glicerol y ag)

Reacciones anabólicas (transfieren energía de ATP a

moléculas complejas)

Moléculas complejas (almidón, proteínas y lípidos)

Reacciones catabólicas (transfieren energía desde

moléculas complejas hacia el ATP )

ATP

ADP + Pi

Liberación de calor

Liberación de calor

Generación de Energía

• El ingreso de energía a la célula esta condicionado por la fosforilación del ADP.

Tres mecanismos de fosforilación:

1.Fosforilación a nivel de sustrato

2.Fosforilación oxidativa “cadena transportadora de e-”

3.Fotofosforilación “células fotosinteticas”

Catabolismo de los hidratos de carbono

• Oxidación de hidratos de carbono Principal fuente de energía celular

• Respiración celular y fermentación

NADH

NADH, FADH2

Glucólisis“Vía de Embden-Meyerhof”

Fase preparatoria

Fosforilación

Reestructuración

Escisión

Citosol

Extracelular

Fase de conservación de energía (2 moléculas de ATP)

Reducción

Fosforilación a nivel sustrato

Fosforilación a nivel sustrato

Reacción EnzimaDG0'

(kcal/mol)DG

(kcal/mol)1 Hexoquinasa o Glucoquinasa - 4.0 - 8.02 Fosfoglucoisomerasa + 0.4 - 0.63 Fosfofructoquinasa-1 - 3.3 - 5.34 Fructosa-1,6-bis-fosfato aldolasa + 5.7 - 0.35 Triosa-fosfato isomerasa + 1.8 + 0.66 Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa + 1.5 - 0.47 Fosfoglicerato quinasa - 4.5 + 0.38 Fosfoglicerato mutasa + 1.06 + 0.29 Enolasa + 0.4 - 0.8

10 Piruvato quinasa - 7.5 - 4.03

REGULACIÓN DE LA GLUCOLISIS

Rutas alternativas de la glucolisis• Vía de las Hexosas de monofosfato (HMP), vía del fosfogluconato

o vía de las pentosas de fosfato. 1. Se diferencia del EMP en que los compuestos intermediarios que se

forman son pentosas de fosfato.

2. Como mecanismo generador de ATP es menos eficiente que la glucólisis.

3. Su principal función es el aporte de NADPH para reacciones biosintéticas(anabólicas).

4. Producción de pentosas intermedias (ribosa-5-fosfato)

síntesis de ácidos núcleicos

síntesis de glucosa a partir de CO2 (fotosíntesis)

síntesis de aminoácidos

“Fase Oxidativa”

La fase oxidativa genera por cada molécula de glucosa; 2 moléculas de NADPH (reacciones anabolicas), 1molécula de ribulosa-5-fosfato y una molécula de CO2.

Consta de tres reacciones:

1. Oxidación 2. Hidrolisis 3. Descarboxilación

“Fase No Oxidativa”

Ciclo de Calvin Benson(fotosíntesis)

Síntesis de nucleótidos y ácidos núcleicos

2

Balance de la vía HMP

Fase Oxidativa:Glucosa-6-Fosfato + 2 NADP+ + 2 H2O

Pentosa-Fosfato + 1 CO2 + 2 NADPH + 2H+

Fase No oxidativa:3 Glucosa-6-fosfato (C6) + 6NADP+ + 3H2O

3 fructosa-6-fosfato (C6) + Pi + 3CO2 + 6NADPH + 6H+

3 Glucosa-6-fosfato (C6) + 6NADP+ + 3H2O

2 fructosa-6-fosfato (C6) + gliceraldehido-3-fosfato (C3)+ 3CO2 + 6NADPH + 6H+

“El balance no es constante depende de los requerimientos de la célula”

•El flujo tomado por la glucosa después de incorporarse a la vía del fosfogluconato están determinados, en gran medida, por las necesidades celulares relativas de NADPH y de ribosa-5-fosfato.

•Sólo en microorganismos que biosintetizanactivamente lípidos prevalece la ruta oxidativa completa que conduce a la formación de NADPH.

Glucosa (C6) + ADP + NAD+ + NADP+ 2 piruvato (C3) + ATP + NADH + NADPH + 2H+

Tarea

¿Cuál es el destino de los carbonos 3 y 4 marcados con radiactividad de una glucosa que entra a la vía:

1. EMP

2. Entner-Doudoroff

3. Pentosa fosfato fase oxidativa y no oxidativa

4. Fosfocetolasa

Respiración celular y fermentación

NADH, FADH2

NADH

aerobia

anaerobia

“Cuando el aceptor de electrones es un ácido orgánico (molécula orgánica) se le llama fermentación, cuando el aceptor es una sustancia inorgánica

(NO2, NO3, SO4, CO3 y fumarato) se llama respiración anaerobia “

Fermentación

• Es un proceso que libera energía a partir de azucares u otras moléculas orgánicas (aa, ag, purinas y pirimidas).

• No necesita oxigeno (pero a veces tiene lugar en su presencia).

• No presenta ciclo de Krebs ni cadena transportadora de electrones.

• Utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones.

• Produce pequeñas cantidades de ATP ( solo se produce en la glucolisis)

• Existe regeneración de NAD+ y NADP+ que pueden ingresar nuevamente a la glucolisis, transfiriendo los electrones de moléculas reducidas al ácido pirúvico o sus derivados.

• La principal función es garantizar una provisión constante de NAD+ y NADP+

para que pueda continuar la glucolisis.

GLUCOSA

Ácido pirúvicoÁcido acético

+ Ácido fórmicoÁcido succínico

Ácido acéticoAcetona

Acetil CoA Ácido fórmico

Alcohol etílico CO2Ácido acético H2

Diferentes rutas de fermentación

1. BACTERIAS HOMOFERMENTATIVAS

2. BACTERIAS HETEROFERMENTATIVAS

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EFECTO PASTEUR:

Inhibición de la fermentación por la respiración. La aireación induce a un aumento en la cantidad de biomasa, a una disminución de la producción de alcohol y de consumo de azúcar.

EFECTO CRABTREE:

Cuando la concentración de azúcar es elevada, S. cerevisiae sólo metaboliza los azúcares por vía fermentativa; incluso en presencia de oxígeno la respiración es imposible.

Cond. Anaeróbicas: 2ATP/Glucosa

Cond. Aeróbicas: 36 a 38 ATP/Glucosa

Respiración celular y fermentación

NADH, FADH2

NADH

aerobia

anaerobia

Es un proceso generador de ATP, en el cual las moléculas experimentan oxidación y el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica (casi siempre). Además de contener una cadena transportadora de electrones.

Glucolisis + Ciclo de Krebs + Cadena transportadora de electrones

Ciclo de Krebs

. Ciclo anfibólico (reacciones anabólicas y catabólicas)

Funciones:• Intermediarios del ciclo son precursores de la biosíntesis de

aminoácidos, purinas, pirimidinas, etc.

• Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química:

a) Energía química (GTP)b)Poder reductor (NADH y FADH2)

• NADH y FADH2 son coenzimas capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.

Ciclo de Krebs

o

Ciclo del ácido cítrico

o

Ciclo del ácido tricarboxílico

(ATC)

-CoA-SH

-CoA-SH

Nicotinamida-adenina-dinucleótido y Flavina adenina dinucleótido

2Acetil-CoA + 4H2O + 6NAD+ + 2FAD+ + 2ADP + 2Pi

2GDP

4CO2 + 4CoA + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP

2 GTP

Regulación• Enzimas reguladas por retroalimentación negativa

(unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de la célula).

a) Piruvato deshidrogenasa b) Citrato sintasac) Isocitrato deshidrogenasad) α-cetoglutarato deshidrogenasa

• Enzimas reguladas negativamente (inhibición competitiva) cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado.

a) Piruvato deshidrogenasa b) α-cetoglutarato deshidrogenasa

Cadena transportadora de electrones

• Secuencia de moléculas transportadoras capaces de provocar reacciones de oxido-reducción.

• Liberación gradual de energía

“Generación Quimioosmótica de ATP”

• La reacción de oxidación final es irreversible

• Mitocondria y citosol

Oxidación-Reducción biológica

Molécula orgánica

e-HH+

Coenzima NAD+

Molécula orgánica oxidada

NADH + H+

H+

Reducción

Oxidación

C6H12O6 CO2 + H2O

“Catabolismo”

CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES O FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

1. Flavoproteínas2. Citocromos3. Ubiquinona o coenzima Q

ATPasa utiliza el potencial eléctrico que se crea por la diferencia entre la concentración de protones (H+).

Localiza entre membrana mitocondrial interna y membrana plasmática.

Mecanismo Quimioosmótico de Generación de ATP

Rendimiento total en ATP por molécula de glucosa

F

El rendimiento total en ATP por respiración aeróbica a partir de una molécula de glucosa

La oxidación completa de la glucosa, vía glucólisis, ciclo ATC y cadena respiratoria, se resume en la reacción siguiente:

C6H12O6 + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi

6CO2 + 6H2O + 38 ATP (= 686 Kcal)

Menor producción de ATP que en condiciones aerobias