Bioquimica Monografia

 

UNIVERSIDAD SAN PEDRO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE RADIOLOGÍA

: YAMILEY CAROLAY

NOMBRE

 APELLIDOS :

PAREDES ALCANTARA

CURSO

:

BIOQUIMICA

DOCENTE

:

MG. CARLOS ABANTO

TITULO

:

METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS

CICLO

:

TERCER CICLO

TRUJILLO – PERÚ 2018

 

 

INTRODUCCIÓN El metabolismo es el ensamble de las transformaciones moleculares y de transferencia de energía que se desarrollan sin interrupciones dentro de la célula o del organismo. Los procesos son ordenados, interviniendo procesos de degradación y de síntesis orgánica. Se puede distinguir el metabolismo basal y elde metabolismo en actividad. Toda actividad celular y del que organismo requiere energía, pero también, de nutrimentos específicos, deben moverse a través de membranas, con frecuencia contra un gradiente de concentración, lo que implica un gasto importante de energía. El organismo debe ser flexible para poder alterar su metabolismo ante cambios significativos en su medio.

 

 

METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS La necesidad de un aporte constante de energía a la célula se debe a que ella lo requiere para realizar varias funciones, entre las que destacan: (a) La realización de un trabajo mecánico, por ejemplo, la contracción muscular y movimientos celulares. (b) El El transporte activo de iones y moléculas. (c) La síntesis de moléculas. Para la mayoría de los animales, incluyendo al hombre, la energía útil para la célula es la energía química, la cual se encuentra contenida en los nutrientes que se consumen. A través de un conjunto procesos enzimáticos bien definidos, la célula extrae dicha energía y la hace disponible para que se realicen una gran variedad de procesos celulares, entre los que destacan los encaminados a la síntesis de (anabolismo) y degradación (catabolismo) de biomoléculas, a la suma de ambos procesos se le identifica como metabolismo.

 

1.  Glucolisis Consiste en una secuencia de 10 reacciones enzimáticas que catalizan la transformación de una molécula de glucosa a dos de piruvato, con la producción de dos moles de ATP y dos de NADH por mol de glucosa.

El piruvato formado por degradación de la glucosa puede sufrir posteriormente distintas degradaciones, dependiendo de las condiciones y del organismo: a.  En condiciones aerobias, el piruvato se transforma en Acetil-Coa, que se oxida aún más a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, y posteriormente a través de la fosforilación oxidativa, generando CO 2 y agua. b.  En condiciones anaerobias tiene lugar la fermentación, que es la transformación del piruvato hasta moléculas con un grado medio de oxidación, permitiendo la regeneración del NAD+. Dos de las fermentaciones más importantes son la homoláctica, en el músculo, por la que el piruvato es reducido hasta lactato, y la fermentación alcohólica, en levaduras, por la que se reduce hasta etanol y CO 2.

La glucolisis convierte la molécula de glucosa en dos de piruvato, en un proceso que utiliza la energía libre liberada para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi.) Este proceso requiere de la existencia de una serie de reacciones de transferencia del grupo fosforilo acopladas químicamente.

 

La estrategia química de la glucolisis es la siguiente: 1.  Adición de grupo fosforilo a la glucosa 2.  Conversión química de grupos intermediarios fosforilados a compuestos con alto potencial de transferencia de grupos fosfato. 3.  Acoplamiento de la hidrólisis de estos compuestos para la síntesis de ATP.

 

2.  Ciclo de Krebs El ciclo consiste en una serie de 8 reacciones, donde se oxidan el grupo acetilo, de Acetil-CoA a dos moléculas de CO2. De las 8 reacciones, 4 son oxidaciones, en las cuales la energía es eficientemente conservada, en forma de coenzimas reducidas, NADH Y FADH 2 , para usarla a posteriori en la producción de ATP. Durante el ciclo hay 8 enzimas involucradas y al final por cada molécula de Acetil – CoA se generan 3 moléculas de NADH, una de FADH 2 y una de GTP.

Las reacciones del ciclo de Krebs partiendo de la condensación del Acetil –  CoA con el oxalacetato:

 

 

Reacción 1: Formación de citrato

La primera reacción del ciclo es la condensación del Acetil –  CoA con Oxalacetato (4 carbonos) por acciónde la citrato sintasa para producir citrato (6 carbonos). Esta etapa el grupo metilo del Acetil – CoA se une al carbonilo del Oxalacetado, formado el intermediario Citril – CoA, que inmediatamente se hidroliza para dar citrato y CoA libre. La hidrólisis del enlace tioester de alta energía, es fuertemente exergónica, por lo tanto esta reacción es irreversible.

Reacción 2 : isomerización del citrato

Los siguientes dos pasos del ciclo implican reestructurar el citrato a un isómero que se oxide con mayor facilidad. La aconitasa convierte el alcohol terciario en uno secundario (oxidable), para ello, primero se deshidrata generando un doble enlace cis y luego de hidrata con un grupo alcohol en el carbono 2.

 

Reacción 3: primera descarboxilación oxidativa del isocitrato

En esta primera oxidación del isocitrato (recordar que posee 6 Carbonos) se genera la primera molécula CO2 y α-cetoglutarato (que posee 5 Carbonos) por acción de la isocitrato deshidrogenasa. Esta enzima tiene como cofactor a NAD+ que actúa como aceptor de los electrones de alta energía generados en esta etapa para dar NADH. Esta es la Segunda reacción irreversible del ciclo y la principal reguladora del mismo.

Reacción 4: Segunda descarboxilación oxidativa del alfa a lfa – cetoglutarato

A través del complejo enzimático α-cetoglutarato deshidrogenasa (formada

por 3 enzimas análogas a las del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, y que requieren los mismos cofactores TTP, NAD+, FAD, ácido lipoico y Co-A), se produce la segunda descarboxilación del α -

 

cetoglutarato para dar succinil-CoA (el succinato posee 4 Carbonos) con la formación de una nueva molécula de NADH a partir de NAD+.

Regulación del ciclo Krebs El ciclo del ácido cítrico presenta 3 puntos de regulación, en las enzimas que catalizan las reacciones irreversibles. cit rato, por otro   Citrato sintasa: se encuentra inhibida por su producto, citrato, metabolito intermediario del ciclo, cuccinyl –CoA y por los productos del ciclo NADH y ATP.   Isocitrato deshidrogenasa: esta enzima se encuentra regulada por el estado energético de la célula, así cuando la célula presenta un estado de alta energía, o sea que las relaciones ATP/ADP y NADH/NAD+ son altas las actividades de la enzima disminuye, mientras que cuando el estado energético de la célula es bajo, o sea que estas relaciones son bajas, la enzima se encuentra activada.   α-cetoglutarato deshidrogenasa: Esta enzima se halla inhibida por su producto, succinil-CoA. También se regula por el estado energético de la célula, por la relación ATP/ADP y NADH/NAD+, como la Isocitrato deshidrogenasa. 

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3.  Cadena Respiratoria Conceptos Generales La misión de la cadena transportadora de electrones es la de crear un gradiente electroquímico que se utiliza para la síntesis de ATP. Dicho gradiente electroquímico se consigue mediante el flujo de electrones entre diversas sustancias de esta que cadena que favorecen en último caso la translocación de protones generan el gradiente anteriormente mencionado. De esta forma podemos deducir la existencia de tres procesos totalmente dependiente:   Un flujo de electrones desde sustancias individuales   Un uso de la energía desprendida de ese flujo de electrones que se

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utiliza para la translocación de protones en contra de gradiente, por lo que energéticamente estamos hablando de un proceso desfavorable.   Un uso de ese gradiente electroquímico para la formación de ATP mediante un proceso favorable desde un punto de vista energético.

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La cadena respiratoria En este punto la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis glucólisi s y dos en el ciclo de Krebs, sin embargo, ha capturado electrones energéticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. Estos transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones localizado en la membrana interna de la mitocondria.

 

La cadena respiratoria está formada por una serie de transportadores de electrones situados en la cara interna de las crestas mitocondriales y que son capaces de transferir los electrones procedentes de la oxidación del sustrato hasta el oxígeno molecular, que se reducirá formándose agua. Como resultado de esta transferencia de electrones, los transportadores se oxidan y se reducen alternativamente, liberándose una energía que en algunos casos es suficiente para fosforilar el ADP y formar una molécula de ATP. Se trata de la fosforilación oxidativa que permite ir almacenando en enlaces ricos en energía la energía contenida en las moléculas NADH2, FADH2, NADPH2, que se liberan en la glucólisis y en el ciclo de Krebs y que será más tarde fácilmente utilizada. Toda cadena respiratoria que comience por el NAD conduce a la formación de 3 ATP mientras que si comienza por el FAD produce sólo 2 ATP. El rendimiento energético energéti co del NADP es similar al del NAD, así como el del GTP lo es al del ATP.

4.  Fermentación La fermentación es una vía metabólica que usan los organismos anaerobios, tanto estrictos como facultativos, para degradar a la glucosa. Los anaerobios estrictos viven siempre en lugares en donde no hay oxígeno, porque esta molécula les es tóxica. Los organismos facultativos se pueden adaptar a condiciones con oxígeno o sin él, es decir, cuando no hay oxígeno hacen fermentación y cuando está presente respiran. Para que funcionen el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, se requiere la presencia del oxígeno, que es el aceptor final de electrones, de tal manera que los organismos anaerobios carecen de esas rutas metabólicas. Sin embargo, la degradación de la glucosa en este grupo de organismos procede, hasta llegar a piruvato, de manera idéntica a como ocurre en los organismos aerobios, o sea que usan las enzimas del glucólisis que ya se analizaron. En los organismos aerobios las moléculas de piruvato, producidas al degradar glucosa, se descarboxilan para producir acetil - S - CoA. Las células anaerobias conducen al piruvato por otras rutas diferentes, con lo que se obtienen los productos finales de la fermentación. Hay muchos tipos de fermentación y cada una de ellos produce distintos compuestos al final de la ruta. Aquí se analizarán solamente dos tipos: la fermentación homoláctica y la alcohólica.

 

La fermentación es un proceso muy antiguo. Apareció hace muchos millones de años, cuando no había oxígeno molecular en la atmósfera terrestre y por lo tanto no tiene la eficiencia de la respiración, en la que se obtienen 36 moléculas de ATP por molécula de glucosa que se degrada hasta CO2 y agua. La fermentación solamente produce 2 ATP por glucosa degradada. Esto quiere decir que un organismo que realiza fermentación homoláctica, para obtener sólo una.36 ATP tiene que degradar 18 moléculas de glucosa y el que respira

4.1.  Fermentación Homoláctica En este tipo de fermentación se obtiene ácido láctico como producto final. La realizan algunos micoorganismos, como los que viven en la leche y el músculo esquelético cuando desarrolla ejercicio intenso. En esta vía la glucosa sigue todas las reacciones de la glucólisis para producir dos moléculas de piruvato y luego este compuesto a ácido láct ico, láctico, mediante la oxidación de una molécula de NADH.es Lareducido enzima que cataliza la reacción se llama deshidrogenasa láctica.

Reacciones Globales

 

Reacciones de la fermentación homoláctica

4.2.  Fermentación alcohólica

La fermentación alcohólica moléculas de etanol y dos deconvierte CO2. Parauna ello,molécula la hexosadees glucosa atacada en por dos las enzimas de la glucólisis que la convierten en piruvato; éste es descarboxilado descarboxi lado por la enzima piruvato descarboxilasa, para producir acetaldehído y CO2, finalmente, la deshidrogenasa alcohólica convierte al acetaldehído en etanol, en una reacción que utiliza una molécula de NADH. Por lo tanto, en este tipo de fermentación el aceptor final de electrones es el acetaldehído. Hay varios microorganismos que efectúan esta vía metabólica. Por medio de estas reacciones se obtienen todos los tipos de bebidas alcohólicas .

 

 

Reacción global

 

Reacciones de fermentación alcohólica