Caratteristiche degli esseri viventi e bioenergetica cellulare

Características de los seres vivos

RECORDEMOS ... LOS SERES VIVOS puede definirse en base a .... SUS CARACTERÍSTICAS Características de los seres vivos Homeostasis Excitabilidad Organización y complejidad Reproducción Metabolismo Adaptación Crecimiento y desarrollo Movimiento

Bioenergética: El flujo de energía en la célula

BIONERGÉTICA: EL FLUJO DE ENERGÍA EN LA CÉLULA En términos generales, las células tienen cuatro necesidades esenciales:

• Piezas de construcción moleculares (BIOMOLÉCULAS).
• Catalizadores (enzimas).
• Información que guíe todas sus actividades (ADN y ARN).
• ENERGÍA para impulsar las diferentes reacciones y procesos esenciales para la función biológica y para la vida.

El metabolismo como característica de los seres vivos

El METABOLISMO es una CARACTERÍSTICA DE LOS SERES VIVOS

• Conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula con la finalidad de obtener: ENERGIA para sustentar las diferentes funciones vitales.
• MOLÉCULAS para crecer y renovarse.

Tipos de metabolismo

TIPOS DE METABOLISMO

• AUTOTROFO: lo realizan organismos que sintetizan sus compuestos orgánicos empleando como fuente de materiales a sustancias inorgánicas.

1. Fotosintéticos: emplean la luz como fuente de energía. Ej. Vegetales, algunos protistas y algunas bacterias.
2. Quimiosintéticos: obtienen la energía de reacciones químicas de oxidación de compuestos inorgánicos. Ej. Algunas bacterias.

• HETERÓTROFO: lo realizan organismos que sintetizan sus compuestos orgánicos empleando como fuente de materiales a otras sustancias orgánicas. Ej. Animales, hongos, algunos protistas y algunas bacterias.

Vías metabólicas

VÍAS METABÓLICAS VÍA ANABÓLICA: Conjunto de reacciones químicas que tiene como objetivo la obtención de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas simples con un consumo de energía (endergónicas). Ej. Fotosíntesis, síntesis de proteínas. VÍA CATABÓLICA: Conjunto de reacciones químicas que tienen como finalidad degradar compuestos complejos en compuestos simples con liberación de energía (exergónicas). Por Ej. Glucolisis, respiración celular, fermentaciones.

Reacciones endergónicas del anabolismo

REACCIONES ENDERGÓNICAS del anabolismo Reacciones Endergónicas CH,OH O Energía Adicional OH OH OH OH + 00 H H 0 + Alta Energía Productos COMO LA FOTOSÍNTESIS Energía Baja Reactantes

Reacciones exergónicas del catabolismo

REACCIONES EXERGÓNICAS del catabolismo Reacciones Exergónicas CH,OH OH Energía liberada OH OH OH + Alta Energía Reactantes H H 0 + Baja Energía Productos OCO COMO LA RESPIRACIÓN CELULAR

Esquema de vías metabólicas

VIAS METABÓLICAS Reactivo Inicial Intermediarios Productos finales A B C D E Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3 Enzima/4 vía 1 F vía 2 G Enzima 5 Enzima 6

Requerimientos de las vías metabólicas

REQUERIMIENTOS DE LAS VÍAS METABÓLICAS

• ENZIMAS (numerosas y específicas): para catalizar las etapas de las rutas.
• METABOLITOS: moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para síntesis de otras sustancias más complejas.
• NUCLEÓTIDOS (disitintos a los que son monómeros de las ácidos nucleicos):

1. moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos (NAD, FAD, NADP).
2. moléculas energéticas, ATP y GTP que, al almacenar o desprender fosfato de sus moléculas, almacenan o liberan energía.

• MOLÉCULAS AMBIENTALES: oxígeno, agua, dióxido de carbono.

Enzimas

Enzimas

• Son generalmente proteínas o asociaciones de proteínas con otras moléculas orgánicas o inorgánicas, que actúan catalizando los procesos químicos que se dan en los seres vivos.

¿Qué es catalizar?

• Acelerar las reacciones.
• Disminuir la energía necesaria para que una reacción química se produzca.

Sitio activo de las enzimas

LAS ENZIMAS POSEEN UN SITIO ACTIVO:

• SITIO ACTIVO: grupo característico de aminoácidos dentro de alguna parte de la estructura terciaria de una enzima, en donde ocurre el evento catalítico del cual la enzima es responsable.
• Normalmente, el sitio activo es una zona (donde hay aminoácidos) con propiedades químicas y estructurales que permiten la acomodación adecuada y específica del sustrato (molécula sobre la que actúa la enzima).

Enzimas y sitio activo

ENZIMAS, SITIO ACTIVO Sustrato unido al centro activo Sustrato unido al centro activo (a) Lisozima (b) Carboxipeptidasa A Estructuras moleculares de la lisozima y la carboxipeptidasa A. Modelo tridimensional compacto generado por ordenador de las enzimas (a) lisozima y (b) carboxipeptidasa A, con las respectivas moléculas de sustrato unidas a sus sitios activos, un segmento corto de un peptidoglicano bacteriano, en el caso de la lisozima y un péptido artificial, en el caso de la carboxipeptidasa A. El sitio activo de una enzima típica comprende un número determinado de aminoácidos, que normalmente NO son contiguos, a lo largo de la secuencia primaria de la proteína. En todo caso, se mantienen juntos, en una conformación correcta, gracias al plegamiento tridimensional característico de la cadena polipeptídica. Sólo cuando la molécula alcanza su conformación tridimensional estable se reúnen los aminoácidos específicos para constituir el sitio activo. ¡¡ RELACIONAR CON ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS Y DESNATURALIZACIÓN !!

Interacciones enzima-sustrato

INTERACCIONES ENZIMA-SUSTRATO Sustrato Sustrato 1 Los sustratos entran al sitio activo Sitio activo 2 Cambio de forma, promueve la reacción Enzima 3 Producto liberado; enzima lista para otro conjunto de sustratos Los sustratos ya unidos, salen de la enzima Las enzimas se recuperan intactas final de la reacción que catalizan. al Se necesitan pequeñas cantidades. Son específicas, casi siempre una enzima cataliza un solo tipo de reacción. Los sustratos y el sitio activo cambian de forma. Complejo enzima- sustrato Sustrato (sacarosa) 1 El sustrato colisiona con el sitio activo, donde es mantenido por enlaces débiles con los grupos R de los aminoácidos del sitio activo. La unión del sustrato provoca un cambio conformaciona en la enzima, responsable de que el sustrato sea unido más firmemente (ajuste inducido). Enzima (sucarosa) + H20 4 El sitio activo está disponible para otra molécula de sustrato. 2 Sustrato es convertido en productos. OH Glucosa 3 Los productos son liberados. Fructosa Ciclo catalítico de una enzima. En este ejemplo, la enzima sacarasa cataliza la hidrólisis de sacarosa en glucosa y fructosa.

Coenzimas (nucleótidos)

COENZIMAS (NUCLEÓTIDOS) ACEPTAN O DONAN ELECTRONES O GRUPOS FUNCIONALES, QUE TRANSPORTAN DE UNA ENZIMA A OTRA

• FAD(oxidado)/FADH (reducido)(flavín-adenín dinucleótido): su función es la transferencia de electrones y protones.
• NAD+/NADH (nicotin-adenín dinucleótido): su función es la transferencia de electrones y protones.
• NADP+/NADPH (nicotin-adenín dinucleótido fosfato): cede sus electrones y protones en las reacciones anabólicas para la síntesis de compuestos (por ej. fotosíntesis).
• Coenzima A, CoA: su función es la transferencia de grupos acetilo (por ejemplo, en la descarboxilación del ácido piruvico) y de grupos acilo en general.

Reacciones de óxido-reducción

Algunas coenzimas intervienen en procesos de transferencia de electrones entre una sustancia que se oxida a una que se reduce. Es decir en REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN

• OXIDACIÓN Pérdida de electrones.
• REDUCCIÓN Ganancia de electrones.

EN COMPUESTOS ORGÁNICOS además

• Pérdida de un ión hidrógeno.
• Ganancia de un ión hidrógeno.

Otros nucleótidos: El ATP

OTROS NUCLEÓTIDOS: EL ATP

• Es la "moneda energética" de los seres vivos.
• Puede "gastarse" de inmediato.
• La energía se encuentra en los enlaces covalentes del P, los que pueden romperse con facilidad y liberar una gran cantidad de energía.

ADENINA enlaces de alta energía 8000 kcal/mol P P P P RIBOSA GRUPO FOSFATO Esquema de la molecula de ATP

Síntesis de ATP

SÍNTESIS DE ATP ENERGÍA DISPONIBLE RÁPIDAMENTE A P P ADP) + energía A P P P ATP + + P I Inorgánico

Ruptura del ATP: Liberación de energía

RUPTURA DEL ATP: LIBERACIÓN DE ENERGÍA Energético P AP P P ATP ) A P P ADP)· L 7 O + Vías metabólicas ???

Mapa metabólico

Representación artística simplificada del metabolismo humano en forma de red metabólica Distintas vías metabólicas Mapa Metabólico Metabolismo de Nucleótidos y Proteínas Ascorbato (Vitamina C) Azúcares ácidos Azúcares y Glicanos Azúcares simples Inositol-P Variadas Vitaminas B Neurotransmisores y hormonas Tiroideas Proteolisis Glicosil- ación GNco- génesis Aminoácidos Traducción Proteinas Glicoproteínas y Proteoglicanos Amino azúcares y Ácido Sialico Hexosa-P Pentosa-P PRPP Transcripción y Replicación H2O - O2 Reacciones Azúcares de nucleótidos dependientes de luz Luz NADPH. ATP Fotosistemas Pentosa-P genesis Glicolisis Ruta de la Pentosa Fosfato Ruta del Acido Shikimico Cloroplasto Peroxisoma Foto- respiración 02 - H2O2 P-glicerato Ruta de la MEP - CO2 Captura de carbono Directa / C4 / CAM Gliceral MEP Ruta del MVA Terpenoides y Carotenoides (Vitamina A) Retinoidess (Vitamina A) P-gliceratos NADPH Esteroidogénesis C Fotosintesis Grupo del Aspartato Grupo de Acetil-CoA la Serina Síntesis de Ácidos Grasos Colesterol Ácidos Biliares C Respiración celular Oxako- acetato Piruvato Lactato Calciferoles (Vitamina D) Esteroides 02 02 - H2O Fermentación ATP y Çakır Fosforilación Oxidativa Ciclo del Acido Cítrico CO2- Acetil -Co4 Aminoácidos Ramificados Elongación de Acidos Grasos Endocannabinoides Mitocondria Aminoácidos Cetogénicos Glicerolipidos Estingolipidos o-Cetoglutarato AminoAcidos Glucogenicos Deaminación de Aminoácidos Acil-CoA NH2 . Urea Propionil -COA B-Oxidación Ceras Arginina Mitocondria Eicosanoides Urea 5-ALA Succinato Metabolismo de Aminoácidos Pigmentos Biliares Hemes Clorofias Ciclo del Glioxilato B-Oxidación Peroxisomica Metabolismo de Metabolismo de Lípidos Vitaminas y Cofactores Cloroplasto Peroxisoma Mensajeros Cobalaminas (Vitamina B12) Gäcerofosfolípidos Glicoestingolipidos Golgi de Cuerpo Ciclo de la Urea Succinil -COA Cetolis Fetogenesis NADH. FADH, Grupo del Glutamato y Prolina Cuerpos Cetónicos Creatinina y Pollaminas la Gluconeogenesis Alimentador hacia Lipolisis Ácidos Grasos Ácidos Grasos Polinsaturados Acetil -CoA Ribosoma Lisosoma/Proteosoma de C Metabolismo de carbohidratos Golgi Cuerpo Citosol Glioxilato Fijación de Carbono COZ Gluconeo- Nucleótidos Ácidos Nucléicos Nucleo Cofactores Vitaminas y Minerales Aminoácidos Aromáticos y Histidina Triosa-P Treosa-P Shikimato Antioxidantes Quinonas (vitamina K) y Tocoferoles (Vitamina E) Plasto Mevalonato Grupo de la Homoserina y Lisina Endoplasmico Reticulo Malato Policécidos NADH, FADH2 Decarb -odilación iraivato Cadena Respiratoria Citrato Lipogenesis Alanina Esqueleto de Terpenoides Dables/Múltiples Glico- genolisis