El Metabolismo Y Su Regulacion

EL METABOLISMO Y SU REGULACIÓN

Concepto de metabolismo

El metabolismo celular es el conjunto de todas las reacciones químicas que suceden en la célula. Sus funciones son:

La obtención de energía química del entorno

La conversión de los nutrientes exógenos en precursores de las macromoléculas de las células.

La construcción de dichas macromoléculas propias a partir de los precursores.

La formación y degradación de las biomoléculas necesarias para las funciones celulares.

La mayoría de las reacciones químicas que constituyen el metabolismo están ligadas en secuencias llamadas rutas metabólicas, de forma que el producto de una de ellas constituye el sustrato de otra.

Estas reacciones están regidas por las leyes de la termodinámica que gobiernan a todas las reacciones químicas, tienen lugar en un determinado orden, que está controlado mediante:

La regulación de cada reacción por enzimas.

El acoplamiento de las reacciones, de forma que la energía necesaria en las reacciones endergónicas procede de la desprendida en las exergónicas.

La síntesis de transportadores energéticos que capturan la energía de las reacciones exergónicas y la transportan a las endergónicas (consumen energía)

Fases del catabolismo y del anabolismo

El catabolismo consiste en la degradación enzimática de moléculas orgánicas complejas a moléculas sencillas.

Esta transformación se produce mediante reacciones de oxidación, liberando energía, que se conserva en ATP.

El catabolismo se sucede en tres fases:

Fase I, donde las macromoléculas se transforma en monómeros correspondiente.

Fase II, los monómeros se transforma en acetilo del acetilCoA, y se desprenden energía en ATP y NADH

Fase III, donde tiene lugar la oxidación del grupo acetilo a H2O y CO2, produciéndose gran cantidad de NADH.

El anabolismo es la construcción enzimática de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas precursoras sencillas. Este proceso necesita un gran aporte energético de ATP.

Fase III, por los pequeños compuestos originados en la tercera fase del catabolismo

Fase II, donde se forman los monómeros

Fase I se forman las moléculas complejas.

Estos dos procesos suceden simultáneamente y son interdependiente, todas las fases, menos la fase III no suelen ser idénticas, a causa por:

Son irreversibles, porque en uno de los sentidos es imposible.

Están localizadas en distintos orgánulos celulares

La regulación de las rutas puede ser diferente.

Sin embargo, la fase III es una ruta anfibólica, donde desempeña una doble función, es decir son reversibles.

Reacciones de óxido-reducción en las células.

Las células obtienen energía mediante la oxidación de moléculas orgánicas. Las formas más estables del carbono y del hidrogeno son, CO2 y el H2O.

La célula oxida las moléculas a través de un gran número de reacciones que sólo raras veces implican la adición directa de oxígeno. La oxidación hace referencia a la adición de átomo de oxígeno y eliminación de electrones y la reducción implica la adición de electrones.

Estos términos se utilizan cuando hay un desplazamiento parcial de electrones ente átomos unidos por enlace covalente. Cuando un átomo de carbono forma un enlace covalente con un átomo electronegativo, cede más que su parte correspondiente de electrones y adquieren una carga positiva parcial: se oxida. Y si un átomo de C en un enlace con el hidrógeno gana más que su parte correspondiente de electrones: se reduce.

La deshidrogenación es equivalente a la oxidación; la hidrogenación es equivalente a la reducción.

El trasiego de energía en el metabolismo

Las células obtienen energía útil de la degradación de compuestos orgánicos porque la realizan de una forma compleja y controlada. Las reacciones de síntesis están acopladas a las reacciones de degradación que proporcionan la energía.

Las enzimas acoplan la combustión de los alimentos a reacciones que general ATP y evitan, así, que toda la energía liberada se desprenden como calor. El ATP actúa como dador de energía, impulsando muchas reacciones químicas diferentes necesarias para las células.

Las células utilizan constantemente la energía liberada en las reacciones exergónicas del catabolismo para la producir las reacciones endergónicas del anabolismo.

El transporte de esta energía se puede llevar de ATP o de coenzimas transportadoras de electrones.

ATP (adenosín trifosfato)

Es la molécula transportadora de energía química más abundante de las células vivas. Las enzimas acoplan las reacciones exergónicas a la producción de ATP.

En el ATP, los dos grupos fosfatos terminales están unidos al resto de la molécula por enlaces tipo anhidro denominados enlaces de alta energía, mientras que el enlace entre fosfato y la ribosa en el adenosín monofosfato es un enlace éster.

La hidrólisis del ATP, en la que se libera fosfato inorgánico, sucede van mucha facilidad y la gran cantidad de energía liberada se debe a la elevada estabilidad del fosfato en su forma libre y a la desaparición de la repulsión de cargas desfavorables entre dos fosfatos adyacentes de una molécula de ATP.

El ATP interviene en todas las reacciones de transferencia de fosfato en la célula y, por tanto, en la mayor parte de las transformaciones energéticas.

El sistema ATP-ADP es el transportador de los grupos fosfato desde los compuestos fosforilados de alto nivel energético, producidos durante el catabolismo, hasta los receptores de fosfato de bajo nivel energético, que así resultan energéticamente enriquecidos.

Otros nucleótidos-5´-fosfatos (GTP, UTP, CTP, dATP, etc. Participan también como transportadores de grupo fosfato tico en energía, a los que catalizan hacia rutas biosintéticas específicas por la acción de las enzima nucleósido-difosfoquinasa.

Los transportadores de electrones

En ciertas reacciones exergónicas, la energía es transportada mediante electrones. Los electrones energéticos pueden ser capturados por transportadores de electrones que, a su vez, pueden darlos junto con su energía a otras moléculas.

La energía química de las reacciones exergónicas se pueden utilizar para formar el enlace de alta energía que se establece entre el H y el anillo de nicotinamida del NAD+, originando NADH. Se dice que el ADNH y el NADPH son transportadores de poder reductor.

Los transportadores de electrones más frecuentes son los siguientes:

• El nicotinaminadenín dinucleótido (NAD+)

• El nicotinaminadenín dinucleótido fosfato (NADP+)

El flavinadenín dinucleótido (FDA)

El flavín mononucleótido (FMN)

La regulación del metabolismo

El metabolismo está controlado a nivel hormonal y también a nivel enzimático, en diferentes aspectos:

Por las propiedades intrísicas de las enzimas.

Por la acción reguladora de algunas de ellas.

Por la represión o activación génica de su síntesis

Las enzimas: catalizadores biológicos

Las reacciones químicas necesitan un aporte de energía, que se denominas energía de activación, para iniciarse.

Los catalizadores son sustancias que aceleran la velocidad de las reacciones químicas porque disminuyen su energía de activación. Se combinan con los reacccionantes para producir un estado de transición con menor energía libre que el estado de transición de la reacción no catalizada.

Las propiedades de los catalizadores son:

Aceleran las reacciones químicas

No hacen que sucedan reacciones energéticamente desfavorables.

No cambian el punto de equilibrio de una reacción

No se consumen en las reacciones

Las enzimas son catalizadores sintetizados por los seres vivos; la mayoría de ellas son proteínas globulares, aunque existen algunos ARN con propiedades catalizadoras: son las ribozimas.

Las enzimas también posen otras propiedades:

Son muy específicas en cuanto a los sustratos sobre los que actúan y a las reacciones químicas que catalizan

Su actividad está regulada por factores externo, por sus propiedades inherentes y por moléculas originadas en las reacciones que promueven.

Estructura de las enzimas

Las enzimas son proteínas globulares, tienen una determinada configuración tridimensional espacial donde hay un centro activo, donde se unen los sustratos y uno o, más centro donde se unen otras sustancias que modelan la acción de la enzima.

El centro activo de una enzima contiene los grupos funcionales que se pueden unir al sustrato y efectuar la acción catalítica. Los aa que forman el centro activo, son segmento de la cadena aa. La geometría y carga del centro activo están relacionadas con la conformación del sustrato y con el tipo de reacción, de manera que son responsables de la especidad de la

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