Introducció al metabolisme: conceptes generals, treball i energia

Conceptes generals de metabolisme

Koolman. Röhm. Bioquímica Humana. Texto y Atlas. Panamericana
Feduchi, Blasco, Romero, Yáñez. Bioquímica. Ed. Panamericana.
M. Morales-Ruiz, G. Casals 2025

1Conceptes generals de
metabolisme
2Energía

HHH
R-C-C-C-R + O2
-
HHH
Compuesto
reducido
Energía
almacenada
útil
Calor de
combustión
CO2 + H20
Compuesto
oxidado
CO2 + H2O
Compuesto
oxidado

Des del punt de vista de la teoria classica, la combustió es refereix a les reaccions
d'oxidació, que es produeixen de forma ràpida, de materials anomenats combustibles,
formats fonamentalment per carboni (C) i hidrogen (H) i en alguns casos per sofre (S), en
presència d'oxigen, denominat el comburent i amb gran despreniment de calor.
Per exemple, en reaccionar metà (gas combustible) amb l'oxigen (gas comburent), hi ha
despreniment d'energia com a producte, perquè el contingut energètic del metà i l'oxigen
és major al que posseeix el dioxid de carboni i l'aigua, que són les substàncies que es
formen durant la reacció:

Les substàncies de gran contingut energètic s'utilitzen com a combustible, ja que en
reaccionar amb l'oxigen es genera una gran quantitat d'energia en forma de llum i calor.
Exemples d'aquest procés són la combustió del gas de l'estufa, de la llenya, i del carbó.
En tots aquests fenòmens es presenta una oxidació i, per tant, també té lloc una reducció,
ja que quan es produeix la combustió d'una d'aquestes substàncies, l'oxigen es redueix
guanyant electrons i l'element que s'oxida els perd.

En l'organisme dels éssers vius existeixen processos de "combustió orgànica", els quals
s'anomenen així per la similitud que guarden amb els productes obtinguts. No obstant
això, no són pròpiament combustions, ja que no són, oxidacions violentes.
Un exemple d'aquestes és la degradació de la glucosa que, durant la respiració cel·lular,
produeix CO2, H2O i energia.
En aquesta reacció s'observa que cada àtom d'oxigen "guanya" 2 electrons (es redueix) i
el carboni "perd" 4 electrons (s'oxida).

Metabolisme humà

3Human Metabolism
= Glycogen
Starch
Carbohydrates
Lipoproteins
2. Main Map
Glycosaminoglycans
Sucrose
1,2,3-Triglyceride
Phosphatidyl-inositol
Per Hellung Larsen & Jens Dilling Lundgren &
Lars Helleberg & Mogens Sandbjerg Hansen
Lipids
Diphosphatidyl-glycerol
Sphingomyelin
@ Munksgaard 1987
JDP-Glucuronate-
UDP-Glucose
UDP-Gal
-
+Glucose-6-P_ 1 -Fructose-6-p*
Fructose-1-P
Cerebrosides
2'de
5'ATP " 5'ADP" 5'AMP --- 5'IMP , De Ne
Fructose-1,6-di-P
Glyceraldehyde-
Glycerol
-ATP
2'deS'ADP
5'GTP ** 5'GOP 5 GMP-25'XMP
REP-d'ucon
-Keto-6-P-gluconate,
+Glycerol-3-Py-Lysophosphatidate
-Phosphatidate
- CDP-Diacylglycerol
B
DNA CTr
5-P-Ribotyl-1 -Smine
Ribulose-5-P
2'de5'GOP
5-P-Ribosyl-1-PP- 15
-Ribose-5-P
119-23-DPG
Ethanolamine 7+P-Ethanolamine
CDP-Ethanolamine
-ATP
afew 2'de5 CDP
-GTP
5'UTP 5'UDP 5'UMP- % 5'Orotidylate
2-P-Glucarate -P-CH-Pyruvate>
-P-Serine
CHẾ
Palmitoyl-CoA
17 -UTP
2'de5 TOP 2'deS'TMP
"Carbamov-p
-CO
Pyruvate
@ Cysteine ----- Methionine
Buturyl-ACP
Acyl-AMP
Phenylalanine 7
THE
Phenylpyruvate
Phenyllactate ce
Melanin
-Dopa
p-Hydroxyp
Phenylacetate
Phenyl antone bulet
Dopamine
4-Maleyl-
Malate
Citrate-
Acetoacetyl-ACP-
ADEDacety
Hydroxyacyl-CoA
Hypo-
Guanine
"racil
Thymine
Norepinephrine
4-Fumaryl
- Fumarate
Cis-Aconinate mariuss
Malonyl-ACP
etoacyl-CoA
*Xanthine
aldehyde
Epinephrine
Acetoacetate
socitrate
Melatonin
Smogiony !- CoA from
Acyl-CoA
E
Succinyl-CCA
Oxalosuccinate
Estradiol
Testosterone
Estrone
Aldosterone
-Ketoglutarata -co
5-Hydroxy-
tryptophan
Androstendione
Corticosteron
Proteins
Asparagine
Histamine
Tryptophan
1,25-Dihydroxy
cholecalciferol
17-Hydroxy- * 450
Acetoacetyl-CoA
Cortison
Cortisol-
Progesterone
Glutamate-
Histidine
Phenylalanine-Tyrosine
Aminoacyl-IRINA
NHI
Mitochondria
Ornithine
F
Glutamate semialdehyde
Leucine
25-Hydroxy-
ecalciferol
a-Ketoisccaproate
Cofacture: \ HOCA
Cholecal-
T-Dehydro-
cholesterol
-Amino acids
-@-Keto acids
Arginine
Myoglobin
Isovaleryl=CoA
Amines
P-Creatine
Here
p-Methylcrotonyl-CoA
Protoporphyrin
5
Hydroxyproline
Methionine S-Adenasyl- S-Adenosyt-
methionine ... w homocysteine
Sopentenvi= coprostanoate
Acylglycine
Cyclic AMP
*Creatinine
-
** Coproporphytinogen
L-Methylmalonyl-CoA.
Homocysteine
Serine
- Acetoacetate
Glycine
NADPH
Peroxidase
Cystathionine
Cystine
a-Hydroxy
butyrate
Cholyl-CoA
PAPS
Biliverdin None catolica
Isoleucine
Threonine
Homoserine-
Cysteine
Glutathione == 2 Glutathione
Mhochondra, mainly in the beer
H
Bilirubin
5-Aminolevulinate
Propianyl-Col_ NSCiA, FMO -Ketobutyrate
NAD
AMANHECIQ10 Cyt b(+ 2) ^Cyt ci(+ 3) / Cyt cf+ 2) Cyt af+ 3) ^ Cyt a (+ 2) A Cult 20 20"
Glycocholate
+Taurocholate
SOFT
Tp ..... Niacin
1
2
4
5
8
10
11
12
.
PON Purinnucleotide
6-P-Glucono-lactone
6-P-Gluconate
-3-P-Glycer- Dihydroxy-
aldehyde
acetone-P
Acetylcholine
Betaine , No
Choline
P-Choline
-CDP-Choline
Sphingosine
RNA
-CTP
Dihydro-
Orotate-uprotate "aspartate
Glycerate-OH-Pyruvate -- Serine
Phosphoenolpyruvate
wo Aminoacrylate
Aminoacetone
Acyl-CoA
(de)Nucleotide
-Tyrosine The
Lactate
Hydroxyethyl-TPP
Ethanol
Crotonyl-ACP
Acetaldehyde
0-3-Hydroxybutyryl-ACP
-
Enovi-CoA
D
xanthine
Dihydrothy
3.4-Dihydroxy-
phenylglycol=
acetoacetate
N-Carbamoyl
3-O-Methyl- 6-6
B-amino-
sobutyrate
epinephrine
Methyl-mal
semialdehyde
Methyl-malonyl
Malonyl-CoA
Glutamine
5-Amino -??
butyrate
Citrulline
14 Aspartate -- - Oxaloacetate
Lysine
le Ornithine -- Arginine
F
Aminoacyl-AMP
a-Ketoglutarate Glutamate
Urea
Mycine
A"-Pyrrolin-5-carboxylate
Lingarcay
cholesterol
Fumarate Hemoglobin
-
Proline
Souslene -
Cholesterol
G
G
p-Methyl-glutaconyl-CoA
F-Hydroxy-8-
methyl-glutarvi-
MOMMevalonate
Isopentenyl=
phosphate
Guanidincacetate
ATE
SAUP
Cytochromes
Catalase
-
Uroporphyrinogen
D-Methylmalonyl-CoA
Acetone
Cysteine
Porphobilinogen
ATP
ATE
ATP
Glycine-
Turite
H
NADH+H"\/FMN CaQicHr/ Cyt b(+ 3)",Cyt ci(+2] \/ Cyt cf+ 3) \ Cyt a(+2) \/ Cyt as+ 31\\/ Cuf+ 1) \/ 1/2 Oz
Bilirubin-diglucuronide
Thiamine Riboflavin Panthothenate
w Galactose-
3.Gal-1-p
-Glucose
-Fructose
1,2 -Diglyceride
Phosphatidyl-choline,
Gangliosides
Phosphatidyl-ethanolamine
Phosphatidyl-serine
Monoglyceride
-
#
-TTP
5'CTP 5'COP 5'CMP
3-P-Glycerate-
Xylulose-5-1
Carbamoyl
ävcine
Linolate
2'de5 UDP ** 2'de5'UMP
atty acı
Linolenate
+ Eicosanoids
C
Aspartate
Threonine COM
C
- Thyroxine
NAOPH
Cocaloacetate
Hombgentisate
necing
riding
acetoacetate
Transport it dittin
Acetyl-CoA
+ Acetyl-AC
Succinate
5-Hydroxy-
tryptamine
F
progesterone"
- Carbamnoy !- P.
Preghenolone
Argininosuccinate
200,22-
-- Inno acids
Creatine
Trihydroxy
- + Valine
Tetracyrrole
Mapa general del metabolisme humà, val la pena ressaltar la ubicació central del cicle de
Krebs que es converteix en el centre del metabolisme intermediari cel·lular.

Vies metabòliques

4
-GTP
0
N-Acylaphingosine
13-di-P-Glycerate-
CDP-Serine
- Alanine
Adenosine Guanosine Cytidine Thymidine
Bilirubin-diglucuronide
Lactose Maltose
Glucosa-1-PMetabolisme
alimento
proteínas
polisacáridos
ácidos
nucleicos
grasas
isoprenoides
bases
(P)
lípidos
aminoácidos
glucosa
(1)
pentosas
ácidos grasos
glicerol
ATP
NADPH
7
2
3
otras
(NADH
4
5
piruvato
NADH
QHZ
acetil-CoA
vias catabólicas
> vías anabólicas
6
> vias anfibólicas
producto almacenado
·
1
vía de la hexosa monofosfato
2
gluconeogénesis
NH
3
glucólisis
4
oxidación ₿
8
0
fosforilación
ATP
oxidativa
6
ciclo de Krebs
7
degradación de aminoácidos
8
ciclo de la urea
urea
H20
CO2
residuos

Conjunt de reaccions quimiques
intracellulars, catalitzades per enzims,
fortament regulades, interconnectades i
ordenades sequencialment formant rutes
metaboliques, els components de les quals
es denominen metabolits.
·
Té com a objectius produir, sintetitzar i
transformar els principals metabolits
cel·lulars, així com de conserva l'energia.
· El metabolisme compleix les lleis físico-
químiques i els principis de la
termodinamica.
El rendiment metabolic de cada cel·lula
depèn de la seva dotació enzimatica que ve
determinada pels gens.
· Destacar el paper central del cicle de Krebs
en el metabolisme intermediari.

Koolman. Röhm. Bioquímica Humana. Texto y Atlas. 4ª ed. Panamericana 2012

-Tots els organismes vius es classifiquen en autòtrofes i heteròtrofes, en funció de com
cobreixen les seves necessitats bàsiques d'energia (solar autòtrofes i química, els
heteròtrofes), de hidrògens (electrons) de les seves molècules reduïdes (aigua, els
autòtrofes i molècules organiques, els heteròtrofes) i de carboni (CO2, els autòtrofes i
compostos organics, els heteròtrofes).
Així, els animals som quimio-organo-heteròtrofes: la nostra font d'energia química,
d'hidrògens (electrons) i de carbonis són les biomolecules orgàniques dels aliments.

-val la pena ressaltar la ubicació central del cicle de Krebs que es converteix en el centre
del metabolisme intermediari cel·lular, doncs hi van a parar, s'oxiden i generen poder
reductor, els fragments de dos carbonis activats (acetil-CoA) provinents de la degradació
(catabolisme) de les hexoses, dels àcids grassos, de l'etanol i dels esquelets carbonats
d'alguns aminoàcids. Els esquelets carbonats d'altres aminoacids es transformen en
alguns dels components del cicle. El poder reductor produït pel C. Krebs és energia
química que la cadena respiratória mitocondrial utilitza per sintetitzar ATP (la denomina
fosforilació oxidativa).
Així mateix els metabòlits intermediaris del cicle són els precursors per a la síntesi de
molts monomers cellulars.

Etapes del metabolisme oxidatiu

5
5
biosíntesis de ácidos grasos
NADH
QH2
biosíntesisProteinas
Ácidos
nucleicos
Poli-
sacáridos
Lipido
Lipidos
Amino-
ácidos
Nucleó
tidos
Monosa
cáridos
Glicerol
Ácidos
grasos
Glucosa
Gliceraldehido-3-fosfato
Piruvato
Acet
COM
Mitocondria
Citoplasma
Ciclo de Krebs
co
NADH
FADH
NH,
Transporte de electrones
y fosforilación oxidativa
ADA
loroplasto
Anabolismo
ATP
HC
Catabolismo
NAD
FAD
Flujo de e"

Podemos considerar tres etapas del metabolismo oxidativo
de las biomoléculas (respiración celular):

1. Catabolismo de moléculas sillares que son degradadas
   a Acetil CoA. En esta fase se incluye la glucolisis (catabolismo
   de azucares), la desaminación oxidativa (catabolismo de
   aminoácidos) y la ß-oxidación (catabolismo de ácidos grasos.)
2. Ciclo de Krebs, oxidación de Acetil CoA liberando
   energía en forma de GTP y en forma de poder reductor
   (NADH y FADH2).
3. Cadena transportadora de electrones y fosforilación
   oxidativa. El poder reductor generado en el ciclo de Krebs se
   emplea para impulsar la síntesis de ATP.

6