Introduccion Al Metabolismo Objetivos Contest A Dos

1 Introducción al metabolismo y Ciclo de Krebs 1. Definir el concepto de metabolismo. La suma de todas las transformaciones químicas en una célula u organismo que ocurren a través de una serie de reacciones, catalizadas por enzimas, que constituyen vías metabólicas. 2. Explicar qué es una vía metabólica. En las células, los centenares de reacciones químicas catalizadas por enzimas están organizados funcionalmente en muchas secuencias diferentes de reacciones consecutivas denominadas vías, en las cuales el producto de una reacción se transforma en el reactante de la reacción siguiente. 3. Definir los conceptos de anabolismo, anfibolismo y catabolismo. A. Convergente, catabólica; son reacciones de degradación que liberan energía. Degradan nutrientes orgánicos, proteínas polisacáridos y lípidos en productos finales simples, como dióxido de carbono y agua, con el fin de extraer la energía química de manera que sea útil para la célula. B. Divergente, anabólica; son vías sintéticas que requieren energía. Empiezan con moléculas precursoras simples y las convierten, progresivamente, en moléculas más grandes y complejas, como proteínas y ácidos nucleicos. C. Cíclica, ciclo del ácido cítrico, anfibólica, es una vía que se comporta en un momento como anabólica y en otro momento como catabólica. 4. Explicar las tres fases del catabolismo. 1. Aminoácidos, ácidos grasos, glucosa→ acetil CoA Consiste en la oxidación de ácidos grasos, glucosa y aminoácidos, para producir acetil CoA y algunas moléculas simples.

algunos

2. Acetil CoA →2CO2 Consiste en la oxidación de la acetil CoA hasta dos moléculas de CO 2 en el ciclo del ácido cítrico. Esta vía incluye cuatro pasos en los cuales se libera un electrón. 3. NADH y FADH2→ ATP + H2O Los electrones de la fase anterior son transferidos a las coenzimas NAD+ y FAD para producir NADH y FADH2. En esta etapa, se produce una gran cantidad de ATP por fosforilación oxidativa, conforme los electrones provenientes del NADH y FADH2 pasan hasta el oxígeno, el cual se reduce a agua en la cadena respiratoria de la mitocondria.

2 5. Explicar las formas generales por medio de las cuales se regula metabolismo. 1. Interacciones alostéricas. Es la forma de regulación más rápida; se efectúa a través de la acción de las enzimas alostéricas, capaces de cambiar su actividad catalítica en respuesta a moduladores estimuladores o inhibitorios. 2. Modificación covalente. Es la regulación en donde se modifica el centro activo de la enzima. Esta alteración del centro activo incrementa la actividad de algunas enzimas pero disminuye la de otras, por ejemplo la fosforilación. 3. Nivel de las enzimas. La concentración de la enzima se regula y también su actividad. El nivel de síntesis y degradación de muchas enzimas reguladoras es alterado por hormonas. 4. Compartimentalización. Consiste en que la actividad de la ruta se puede regular separando físicamente la ruta del sustrato inicial y controlando el acceso del sustrato a las enzimas de la vía. 6. Explicar la función y localización a nivel celular del ciclo del ácido cítrico. La principal función del ciclo del ácido cítrico es oxidar la acetil CoA hasta CO2 y H2O en los organismos aeróbicos. El ciclo del ácido cítrico participa también, en un número importante de reacciones de biosíntesis como, por ejemplo, la formación de glucosa a partir de los esqueletos carbonados de aminoácidos, y la formación de ácidos grasos y esteroides a partir del citrato. Este ciclo ocurre en la matriz mitocondrial, por lo cual se localiza muy cerca de las reacciones de la cadena oxidativa de la mitocondria. 7. Explicar cada una de las reacciones del ciclo del ácido cítrico indicando son fisiológicamente irreversibles.

3 I) Síntesis de citrato a partir de la acetil CoA y el oxalacetato. Con el fin de empezar una vuelta del ciclo del ácido cítrico, la acetil CoA dona su grupo acetilo al compuesto de cuatro carbonos llamado oxalacetato, para formar el citrato, constituido por seis carbonos. La condensación de la acetil CoA con el oxalacetato es catalizada por la citrato sintasa. II) Isomerización del citrato. El citrato se transforma en isocitrato, su isómero compuesto de seis carbonos, por acción de la aconitasa. III) Oxidación y descarboxilación del isocitrato. La isocitrato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa del isocitrato, y produce la primera de las tres moléculas de NADH y el primer CO 2 de los dos que surgen en el ciclo del ácido cítrico. IV) Descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato. La conversión del α-cetoglutarato en succinil CoA es catalizada por el complejo enzimático α-cetoglutarato deshidrogenasa. Esta reacción libera el segundo CO2 y produce el segundo NADH del ciclo. V) Conversión de succinil CoA en succinato. La succinil CoA, así como la acetil CoA, tienen tienen una energía libre de hidrólisis de su enlace tioéster, fuertemente negativa. La energía liberada del rompimiento de este enlace se utiliza para la síntesis de un enlace fosfoanhidro en el ATP o en el GTP, y en el proceso se forma succinato. La enzima que cataliza esta reacción se denomina succinato sintetasa o succinato tioquinasa. VI) Oxidación del succinato a fumarato. El succinato se oxida a fumarato por acción de la enzima succinato deshidrogenasa, y produce la coenzima reducida FADH2. VII) Hidratación del fumarato a malato. El fumarato es hidratado a malato en una reacción libremente reversible de la enzima fumarasa. VIII) Oxidación del malato a oxalacetato. El malato es oxidado a oxalacetato por medio de deshidrogenasa. Esta reacción produce el tercer y último NADH.

la

malato

8. Indicar el número de moléculas de NADH, FADH2 y ATP que se producen por cada molécula de acetil CoA que entra al ciclo. Número de moléculas de ATP producidas por la oxidación de una molécula de acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico, utilizando fosforilación a nivel de sustrato y de cadena oxidativa.

4 Reacción productora de energía 3 NADH  3 NAD+ 1 FADH2  1 FAD 1 GDP + Pi  1 GTP Total=

Número de ATP producidos 7.5 1.5 1 10

9. Explicar la regulación del ciclo del ácido cítrico. Regulación alostérica: •Citrato sintasa:

NADH, succinil CoA, citrato y ATP  ADP •Isocitrato Deshidrogenasa: ATP  Ca2+, ADP •Complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa: succinil CoA, NADH  Ca2+

10. Explique el mecanismo por medio del cual el complejo piruvato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. Los pasos en la descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil CoA catalizados por el complejo piruvato deshidrogenasa, son los siguientes:

1)El piruvato reacciona con la TPP unida a la piruvato deshidrogenasa (E1) y sufre descarboxilación para formar el derivado hidroxietilo.

5 2)En este paso, también participa la piruvato deshidrogenasa, que transfiere dos electrones y el grupo acetilo de la TPP a la forma oxidada del grupo lipolisil de la enzima dihidrolipoil transacetilasa. 3)Ocurre una transesterificación cuando el grupo –SH de la coenzima A reemplaza al grupo –SH de la E2 para producir acetil CoA y la forma reducida (ditiol) del grupo lipoilo. 4)La dihidrolipoil deshidrogenasa (E3) produce la transferencia de dos átomos de hidrógeno de los grupos lipoilo reducidos de la E2 al FAD de la E3. 5)El FADH2 (reducido) de la E3 transfiere un ión hidruro al NAD+ y lo reduce a NADH. El complejo enzimático queda listo para otro ciclo catalítico.

11. Explique dónde ocurre y la función de la descarboxilación oxidativa piruvato. La descarboxilación oxidativa del piruvato hasta acetil CoA se produce en la matriz mitocondrial y es catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa. Esta vía es irreversible y actúa como un punto de unión entre la glicólisis y el ciclo del ácido cítrico. La glicólisis es la principal fuente de piruvato, pero este puede producirse también de los aminoácidos alanita, serina, glicina, cistina y treonina. 12. Explique cómo se regula la descarboxilación oxidativa del piruvato. I.

Inhibición por producto: El complejo piruvato deshidrogenasa es inhibido por la acetil CoA, la cual se acumula cuando se produce más rápidamente de los que es oxidada por el ciclo del ácido cítrico. La enzima también es inhibida por niveles elevados de NADH que se generan cuando la cadena oxidativa está sobrecargada con sustrato y el oxígeno es limitante.

6 II.

Regulación covalente: El complejo piruvato deshidrogenasa existe en dos formas: una fosforilada y otra no fosforilada. La forma fosforilada es inactiva y la no fosforilada es activa. El complejo piruvato deshidrogenasa (inactivo) se defosforila por acción de una enzima fosfatasa. La fosforilación de este complejo enzimático y, por lo tanto su activación, es catalizada por una enzima quinasa que remueve el fosfato de la molécula de ATP y produce ADP. Esta quinasa es activada alostéricamente por una relación aumentada de acetil CoA/CoA o NADH/NAD+, e inhibida por una relación aumentada de ATP/ADP.

Contestado por Rodolfo Ureña V. I ciclo 2007.