Procesos Biológicos: Regulación Metabólica y Alteraciones, UPN

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE

PROCESOS BIOLÓGICOS

H3C Baz+ CO3"= BaCO3+ O a & C H2O

Docente : Msc. Fiorella Orellana Peralta fiorella.orellana@upn.pe

METABOLISMO CELULAR Y ENZIMAS

UNIDAD 3

FUNDAMENTOS METABOLISMO CELULAR

DE Fotosintesis Acidos Nucleidos Respiración celular Glucidos H O Compuestos orgánicos simples Compuestos orgánicos simples O H Proteínas H CO2 CO2 H2O Otras moléculas Sales minerales Sales minerales ANABOLISMO CATABOLISMO V HETERÓTROFOS A V AUTÓTROFOS > ATP H Lipidos O + H2O

Logro de la Unidad

• Al finalizar la unidad, el estudiante relaciona los fundamentos de Bioquímica energética y las leyes de la termodinámica, considerando las bases teóricas en forma ordenada.

Semana 9

• Metabolismo celular.
• Anabolismo y Catabolismo.
• Enzimas.

Metabolismo aminoácidos IVD Ciclo de Krebs O Leu Leu IVA amonio lactato daño Catabolismo = destrucción Crecimiento aminoácidos Proteína Anabolismo = síntesis

Logro de la Sesión

• Al finalizar la sesión, los estudiantes valoran la importancia del metabolismo para el mantenimiento de la salud y del rol de las enzimas como biocatalizadores de la reacciones bioquímicas a través de ejemplos y situaciones problemáticas de manera grupal, reflexiva y ordenada.

LA CÉLULA COMO UNIDAD METABÓLICA

CITOPLASMA

Glicólisis, vía de las pentosas- fosfato, síntesis de ácidos grasos, gluconeogénesis

R.E. RUGOSO

Síntesis de proteínas secretorias y de unión a membrana

R.E. LISO

Síntesis de lípidos y esteroides

MITOCONDRIA

Ciclo de Krebs, transporte de electrones, fosforilación oxidativa, oxidación de ácidos grasos, ruptura de aminoácidos

NUCLEO

Replicación de ADN y transcripción, procesamiento de ARN

PEROXISOMA

Reacciones oxidativas catalizadas por enzimas (oxidasas y catalasas)

APARATO DE GOLGI

Modificación de proteínas, formación de membrana celular y vesículas secretoras

LISOSOMA

Digestión enzimática de componentes celulares y fagocitados

En los diferentes compartimentos de la célula acontecen una serie de reacciones químicas encaminadas a mantener la correcta operatividad de la célula. Reconozca a la célula como unidad vital y cómo en nuestro organismo se orquestan estas reacciones para mantenernos vivos.

Bioenergética

En el trampolín el bañista tiene más energía potencial. Al zambullirse convierte la ener- gía potencial en energía cinética. Al subir, se convierte la energia cinética del movimiento muscular en energía potencial. En el agua, el batista ar tiene menos energiaConfig potencial.

¿De qué manera se evidencia la energía en la imagen?

• Los procesos biológicos demandan de energía.
• Energía: Capacidad de realizar un trabajo. (realizar cambios)
• Hay varios tipos de energía. (química, cinética, potencial, térmica, etc.)
• El trabajo de la vida depende de la capacidad de las células para transformar energía.

Aplicaciones

Tropomiosina Filamento de Actina Troponina ATP Filamento de Miosina Cabeza de Miosina CONTRACCIÓN MUSCULAR A NIVEL MOLECULAR Interacción entre miosina y actina

Endosoma H Vesiculación Sinapsina 1 2 6 Endocitosis Anclaje 3 5 Activación 4 Clatrina Fusión ATP Sinaptotagmina SNARES Ca2+ Membrana postsináptica TRANSPORTE DE NEUROTRANSMISORES Interacción molecular entre dos neuronas

Para que una persona pueda moverse, implica una inversión energética a nivel celular en las células musculares que ejecutan el movimiento (participación del ATP en la miosina ubicada en la fibra muscular) y a nivel nervioso en la sinapsis neuronal (participación del ATP en la liberación de neurotransmisores). Imagine estas reacciones cada vez que hace un movimiento

Dinamina Termodinámica

Estudia la transformaciones de la energía producidas en un conjunto de materia (sistema).

SISTEMAS CERRADOS

Se halla aislado de su entorno.

SISTEMAS ABIERTOS

Vínculo e intercambio con entorno.

Vena pulmonar (al corazón izquierdo) Bronquíolo Salivary glands: mouth (oral cavity) parotid tongue sublingual submandibular esophagus Faringe Laringe Pulmón izquierdo Tráquea Arteria pulmonar (del corazón derecho) Alvéolo Aire diaphragm stomach pancreas gallbladder pancreatic duct common bile duct Large Intestine: transverse colon Small intestine: ascending colon O duodenum descending colon jejunum cecum Hloum sigmoid colon Diafragma Corazón rectum vermiform appendix anal canal Flujo de sangre Glóbulo rojo anus En función de las imágenes: ¿ Por qué los seres vivos, en este caso el hombre, somos considerados sistemas abiertos?

Pulmón derecho Bronquio liver Pared del alvéolo Bronquíolo Pared del capilar Alvéolos

Leyes de la Termodinámica

PRIMERA LEY

La energía puede transferirse y transformarse, pero no puede ser creada o destruida

SEGUNDA LEY

Cada transferencia o transformación de energía incrementa la ENTROPÍA del universo

Los alimentos proporcionan energía química que posteriormente puede ser transformada en movimiento (E. cinética)

CALOR El calor liberado aumenta la entropía

Metabolismo

Proteínas Polisacáridos Lípidos ADP + P. ADP + P. ADP + P. ATP -ATP ·ATP Etapa Aminoácidos Hexosas, pentosas Ácidos gra- sos, glicerol ADP + P. ADP + P. ADP + P. ATP ATP- ADP + P. ADP + P. ATP ATP & ATP 4 Piruvato Acetil-CoA ADP + P. -ATP Etapa Ciclo del ácido tricarboxilico Fosforilación oxidativa Transporte de electrones ADP + P. 02 ATP NH3 H2O CO2 · Origen griego metabole: Cambio · Conjunto de reacciones químicas que ocurren en los seres vivos con la finalidad de intercambiar materia y energía. Etapa = · Ocurre a nivel celular: mantiene la vida. · Característica de todos los seres vivos.

Vías Metabólicas

• Serie de reacciones químicas interconectadas entre si, que producen productos específicos.
• Participan variedad de ENZIMAS.
• En la célula, muchas vías están interconectadas y generan una red.

Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3 A B C D Reacción 1 Reacción 2 Reacción 3 Molécula inicial Producto

Metabolism of Complex Carbohydrates Metabolism of Cofactors and Vitamins Nucleotide Metabolism Metabolism of Complex Lipids Carbohydrate Metabolism Metabolism of Other Amino Acids Lipid Metabolism Amino Acid Metabolism - Energy Metabolism Metabolism of Other Substances Figure 15-2 Biochemistry, Sixth Edition @ 2007 W. H. Freeman and Company

Human Metabolism

2. Main Map # Glycogen Starch Carbohydrates Lipoproteins 1,2,3-Triglyceride * /100 Lipids Phosphatidyl-inositol Diphosphatidyl-glycerol Sphingomyelin 1,2-Diglyceride Phosphatidyl-choline, Gangliosides A UDP-Glucuronate- UDP-Glucose- UDP-Gal Glucose-1 -P - - Glucose-6-P_ 1 _ Fructose-6-P* Fructose-1-P Cerebrosides Monoglyceride NADH Glyceraldehyde - - Glycerol + Parape Fructose-1,6-di-P 6-P-Gluconate 2'de5'ADP - 3-P-Givcer- Dihydroxy- -GTP 5'GTP""> 5'GDP"5'GMP5'XMP aldehyde* acetone-P Acetylcholine B DNA-CTP 5-P-Ribosyl-1-amine Ribulose-5-P Ca -TTP 5-P-Ribosyl-1 - asyl-1-PP-13 -Ribose-5-P Sphingosine 3-P-Glycerate=/"HK) Ethanolamine +F line 7+P-Ethanolamine - CDP-Ethanolamine CTP Pyridossi-P 2-P-Glycerate -P-CH-Pyruvate - -P-Serine - CDP-Serine RNA-CTP Dihydro- _ Carbamoyl- orotate 7 aspartate EN -UTP Aspartate 2'de5 TDP 2'de5'TMP - (de)Nucleotide Carbamoyl-P- -CO - Pyruvate Aminoacetone Is Acyl-CoA -Cysteine ===== Methionine Buturyl-ACP - Acyl-AMP Phenylalanine- -Tyrosine -Thyroxine Lactate Hydroxyethyl-TPP . The names of . (de) (de) Adenosine Guanosine Cytidine Thymidine MD_Phenylpyruvate Phenyllactate Nco -- Dopa p-Hydroxyphenylpyruvate 5 D Inosine Uridine ______ P= 100 Dopamine 4-Maley !- Citrate Only during Acetoacetyl-ACP - It-DOHACP Hydroxyacyl-CoA Hypo- Hypo xanthine "Ülracil Thymine Norepinephrine 4-Fumaryl- - Fumarate Dihydrothymine 3,4-Dihydroxy- phenylglycol- aldehyde HIJO acetoacetate Citnie anid cyofr What during (Adrenaline Acetoacetate Succinate - Malonyl-CoA Propiony-CoA. from C-uneven AFA Acyl-CoA B-amino- 3-O-Methyl- epinephrine isobutyrate pnoux-# Succinyl-COA CONNICH a-Ketoglutarate Cor 5-Hydroxy- tryptophan Androstendione Corticosterone 8-Aming -?? Histamine Tryptophan 1,25-Dihydroxy- cholecalciferol Glutamate- Histidine P 450 CH Adrenal cortes Aminoacyl-IRNA NHI Ornithine F Glutamate semialdehyde- Ornithine -- Arginine F Aminoacyl-AMP Urea- - Fumarate CONNACH x-Amino acids- -u-Keto acids Arginine 1 = Amines -P-Creatine Conurt dying tanttens of colager after protine is incorporziet intio p-Methylcrotonyl-CoA Hydroxyproline Methionine methionine . .. a homo B-Hydroxy-B- NIOP NIOPHY Isopentenyi- coprostanoate - P-Methyl-glutaconyl-CoA - methyl-glutaryl- pyrophosphate - Guanidinoacetate Coproporphyrinogen COA Serine Can Glycine NADPH Catalase- 150 Peroxidase Uroporphyrinogen D-Methylmalonyl-CoA Cystathionine Cystine B-Hydroxy- butyrate Acetone Cysteine PAPS Isoleucine Threonine Homoserine - Glutathione= 2 Glutathione Mortentrin, mainly in the liver H ATE ATP HSCOM 6-Aminolevulinate NADH+H* FMN CoQicHa Cyt b(+3)-Cyt ci(+2) \/Cyt c[+3] > Cyt a(+2) Cyt a:(+3)\\/ Cu(+1) \/ 1/2 Oz Glycocholate Taurocholate SOFT Top ..... Niacin Thiamine Riboflavin Panthothenate Propionyl-CoA Joana, Hacia, FAD (-Ketobutyrate NAD FMNH2 CeQue Cyt b(+2) Cyt ci(+3) . Cyt c(+2) Cyt a(+3) ^ Cyt an (+2) Cu(+2) A 0" 44 - HEO 1 - 2 4 5 6 7 10 11 12 F 450 -Testosterone Estrone Aldosterone E Malonyl-CoA Proteins Asparagine ms butyrate - Lysine Acetoacetyl-CoA Cortison - Cortisol- Progesterone - Carbamoyl-P ATP-NADPH Phenylalanine-Tyrosine-+ Leucine 25-Hydroxy- cholecalciferol Argininosuccinate tr-Ketoglutarate Glutamate 4'-Pyrrolin-5-carboxylate a-Ketoisocaproate -2P+ATF Cholecal- ciferol + 7-Dehydro- cholesterol Isovaleryl-CoA 21 Proline Squalene --- Cholesterol AD FACHY corsisprite the pipide chie ATT PAPPATP S-Adenosy- S-A Trihydroxy- Cyclic AMP *Creatinine Protoporphyrin 1000 Acylglycine Mevalonate L-Methylmalonyl-CoA Cholate ATP 5'AMP HSCOA Cytochromes *** Valine - Acetoacetate NADP FAD Tetrapyrrole Cholyl-CoA Glycine- Taurine H NAD TPF FMN CTPNACH Bilirubin Mitochondria ATP - Cysteine . Biliverdin nine caracolon Porphobilinogen - 20g,22- Dihydroxy- cholesterol Glycine Hemoglobin Myoglobin Malate acetoacetate Suesport as obie Acetyl-CoA + Acetyl-ACP Cis-Aconinale Freies at the C FFA-MDess Malonyl-ACP Ketoacyl-CoA *Xanthine N-Carbamoyl- TOstartors: 5-Hydroxy- tryptamine Oxalosuccinate E Methyl-malonat- semialdehyde Methyl-malonyl- COA Sucrose Glycosaminoglycans Lactose Maltose Per Hellung Larsen & Jens Dilling Lundgren & Lars Helleberg & Mogens Sandbjerg Hansen Munksgaard 1987 ar Galactose -Gal-1 -P Glucose - -Fructose Purinnucleotide 6-P-Glucono-lactone 2'de -ATP 5'ATP " 5'ADP" 5'AMP --- 5'IMP % De 00) Sanne - Glycerol-3-P-Lysophosphatidate _Phosphatidate - CDP-Diacylglycerol N-Acylsphingosine B 2'de5'GDP 1,3-di-P-Glycerates -Choline -P-Choline CDP-Choline 5'CTP 5'CDP 5'CMP 0-23-DPG -ATF -GTF - 2'de5 CDP Xylulose-5-P 5'UTP 5'UDP 5'UMP- = 5'Orotidylate 0 Ca: Orotate0 Din Linolate 2'de5 UDP *** 2'de5'UMP Fatty acids OFFAL + Eicosanoids Phosphoenolpyruvate Linolenate C C Threonine - Alanine THEJO Ethanol the mertibetter refer in the conversion Crotonyl-ACP -- Acyl CoA Carmine Awięchondria Acetyl-lipoamide Acetaldehyde Phenylacetate Oxaloacetate D-3-Hydroxybutyryl-ACP Enoyl-CoA Hombgentisate D Guanine Melatonin Isocitrate Estradiol - _Glutamine Pyntue-F Citrulline "4 Aspartate -Oxaloacetate 17-Hydroxy- # 450 progesterone * Preghenolone Gofactor: Biotin NACH -1 = Melanin - Glycerate-OH-Pyruvate - Serine- ErTHFA Glycine Palmitoyl-CoA (3-Keto-6-P-gluconate) Betaine KACHy-GIA Phosphatidyl-ethanolamine Phosphatidyl-serine 001 Mapa del metabolismo humano G Homocysteine 2. 5-Adenosyl= dr-Imino acids -Nul Creatine Epinephrine Phenyl ketone bediet £1 Bilirubin-diglucuronide Bilirubin-diglucuronide No Aminoacrylate