Energia y metabolismo II

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ENERGÍA Y METABOLISMO II
DRA. DÉBORA LEMUS 
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La célula tiene 4 necesidades esenciales:
Piezas de construcción moleculares
Catalizadores químicos (enzimas)
Información 
Energía
“El cuerpo realiza una compleja serie de reacciones bioquímicas para convertir los nutrientes de los alimentos en la moneda universal de la energía biológica, ATP (trifosfato de adenosina)”
IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA 
Sistema abierto, es decir, intercambio de materia y energía con el entorno
Energía = capacidad de realizar un trabajo 
“Cualquier forma de vida depende totalmente de la continua necesidad de energía”
La célula necesita energía para realizar 6 tipos de cambios diferentes 
Trabajo de síntesis
Trabajo mecánico
Trabajo para concentrar moléculas
Trabajo eléctrico 
Trabajo para generar luz y calor 
Para mantener un nivel tan alto de actividad, una célula debe adquirir y gastar energía. 
El estudio de los diversos tipos de transformaciones energéticas que ocurren en los organismos vivos se denomina bioenergética.
Energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.
AL PROCESO DE DEGRADACIÓN DE LAS GRANDES MACROMOLÉCULAS EN OTRAS MUCHO MÁS PEQUEÑAS SE LE DENOMINA CATABOLISMO.
PROCESO DE SÍNTESIS DE MATERIAS ORGÁNICAS -CON GASTO DE ENERGÍA- QUE SE CONOCE COMO ANABOLISMO. 
RUTAS METABÓLICAS PUEDEN SER: 
EXERGÓNICAS (CON LIBERACIÓN DE ENERGÍA) – FAVORECIDOS TERMODINÁMICAMENTE - SE MANIFIESTAN DURANTE LOS PROCESOS CATABÓLICOS 
ENDERGÓNICAS (CON CONSUMO DE ENERGÍA) - SE MANIFIESTAN DURANTE LOS PROCESOS ANABÓLICOS
ANFIBÓLICAS, FUNCIONAN COMO ANABÓLICAS O CATABÓLICAS SEGÚN LAS NECESIDADES DE LA CÉLULA. EL EJEMPLO TÍPICO ES EL TCA.
LAS REACCIONES ENDERGÓNICAS SE LLEVAN A CABO CON LA ENERGÍA LIBERADA POR LAS REACCIONES EXERGÓNICAS. LAS REACCIONES EXERGÓNICAS PUEDEN ESTAR ACOPLADAS CON REACCIONES ENDERGÓNICAS. REACCIONES DE OXIDACION-REDUCCION (REDOX) SON EJEMPLOS DE REACCIONES EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICAS ACOPLADAS.
OXIDACIÓN: CEDER O PERDER ELECTRONES 
REDUCCIÓN: GANAR ELECTRONES 
TANTO EL ANABOLISMO COMO EL CATABOLISMO TIENEN LUGAR EN TRES FASES:
CATABOLISMO
FASE I: LAS GRANDES MACROMOLÉCULAS SE DEGRADAN EN SUS MONÓMEROS CON ENZIMAS ESPECÍFICOS OCURRE FUERA DE LA CÉLULA, COMO EN LA DIGESTIÓN.
FASE II: LOS MONÓMEROS SON DEGRADADOS POR PROCESOS ESPECÍFICOS HASTA ACETIL-COA. SE PRODUCE ALGO DE ATP. GLUCÓLISIS, B-OXIDACIÓN, TRANSAMINACIÓN.
FASE III: EL ACETIL-COA ES OXIDADO HASTA CO2 Y H2O, ORIGINANDO GRAN CANTIDAD DE NADH (PODER REDUCTOR) Y ATP. OCURRE EN LA MITOCONDRIA. TAMBIÉN SE GENERA ATP EN LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. 
SON RUTAS CONVERGENTES.
LAS PRINCIPALES RUTAS CATABÓLICAS SON:
	1. ANAERÓBICA (EN EL CITOPLASMA): GLUCÓLISIS, ROTURA DE TRIGLICÉRIDOS, DESAMINACIÓN Y 	TRANSAMINACIÓN.
	2. ANAERÓBICA (EN LA MITOCONDRIA): TRANSPORTE ELECTRÓNICA Y B-OXIDACIÓN.
	3. AERÓBICA (EN LA MITOCONDRIA): FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.
ANABOLISMO
COMIENZA EN LA FASE III POR LOS PEQUEÑOS COMPUESTOS ORIGINADOS EN LA FASE III DEL CATABOLISMO. EN LA FASE II SE FORMAN LOS MONÓMEROS Y EN LA FASE I SE FORMAN LOS POLÍMEROS.
 POR TANTO SON RUTAS DIVERGENTES.
LAS PRINCIPALES RUTAS ANABÓLICAS SON:
	1. DE GLÚCIDOS: GLUCONEOGENÉSIS Y GLUCOGENOGENESIS.
	2. DE LÍPIDOS SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS, GLICERINA Y TRIGLICÉRIDOS.
	3. DE PROTEÍNAS: TRADUCCIÓN.
	4. DE ÁCIDOS NUCLEICOS: REPLICACIÓN Y TRANSCRIPCIÓN.
ATP
NUCLEÓTIDO ADENOSINA TRIFOSFATO 
ES EL INTERMEDIARIO RICO EN ENERGÍA MÁS COMÚN Y UNIVERSAL.
ESTÁ FORMADO POR UN GRUPO ADENOSINA (ADENINA +  RIBOSA) Y UN GRUPO TRIFOSFATO.
LA CARACTERÍSTICA PRINCIPAL ES QUE LOS GRUPOS FOSFATO DEL ATP ES QUE LAS TRES UNIDADES DE FOSFATO SE REPELEN ELECTROSTÁTICAMENTE ENTRE SÍ  DEBIDO A QUE LOS ÁTOMOS DE FÓSFORO ESTÁN CARGADOS POSITIVAMENTE Y LOS DE OXÍGENO NEGATIVAMENTE.
FUNCIÓN: 
SERVIR DE APORTE ENERGÉTICO EN LAS REACCIONES BIOQUÍMICAS QUE SE PRODUCEN EN EL INTERIOR DE LA CÉLULA PARA MANTENER SUS FUNCIONES ACTIVAS 
DONDE SE ALMACENA LA ENERGIA: 
LA ENERGÍA SE ALMACENA EN EL ENLACE QUE MANTIENE UNIDAS LAS MOLÉCULAS DE FOSFATO, QUE SON ENLACES PIROFOSFATO (ENLACES ANHÍDRIDO O ENLACES DE ALTA ENERGÍA)
PARA MANTENER UNIDOS LOS FOSFATOS EN UN GRUPO TRIFOSFATO HACE FALTA MUCHA ENERGÍA, CONCRETAMENTE 7,7 KCAL DE ENERGÍA LIBRE POR MOL DE ATP, QUE ES LA MISMA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE SE LIBERA CUANDO EL ATP SE HIDROLIZA A ADP. 
COMO CEDE ENERGÍA: 
EL ATP CEDE SU GRUPO FOSFATO TERMINAL DE GRAN CONTENIDO ENERGÉTICO A UN GRAN NÚMERO DE MOLÉCULAS ACEPTORAS COMO LOS AZÚCARES, AMINOÁCIDOS Y NUCLEÓTIDOS. CUANDO EL ATP CEDE SU GRUPO TERMINAL SE CONVIERTE EN ADP (ADENOSÍN DIFOSFATO) Y LIBERA UN GRUPO FOSFATO QUE SE ENLAZA EN LA MOLÉCULA ACEPTORA. 
ESTE PROCESO SE LLAMA FOSFORILACIÓN. LA FOSFORILACIÓN AUMENTA EL NIVEL DE ENERGÍA LIBRE DE LA MOLÉCULA ACEPTORA Y ASÍ PUEDE REACCIONAR EXERGÓNICAMENTE EN REACCIONES BIOQUÍMICAS CATALIZADAS POR ENZIMAS.
COMO SE CREA
LA FORMACIÓN DE ATP SE REALIZA POR LA FOSFORILACIÓN DEL ADP GRACIAS A LA ACCIÓN DE LA ARGININA FOSFATO Y LA CREATINA FOSFATO QUE ACTÚAN COMO RESERVAS ESPECIALES DE ENERGÍA QUÍMICA PARA LA RÁPIDA FOSFORILACIÓN DEL ADP. 
ESTE PROCESO SE CONOCE COMO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.
TANTO A LA CREATINA FOSFATO COMO A LA ARGININA FOSFATO SE LES CONOCE COMO FOSFÁGENOS, Y EN LA REACCIÓN ESTÁ IMPLICADA LA ENZIMA TRANSFOSFORILASA. 
LA RESPIRACIÓN CELULAR MEDIANTE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO ES LA PRINCIPAL FUENTE DE CREACIÓN DE ATP. TAMBIÉN SE CREA ATP DURANTE LA GLUCÓLISIS Y DURANTE EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO.
NADH+
ES UNA COENZIMA. 
DINUCLEOTIDO DE ADENINA Y NICOTINAMIDA (COENZIMA1) 
EN LOS ORGANISMOS, EL NAD+ PUEDE SER SINTETIZADO A PARTIR DE BIOMOLÉCULAS SENCILLAS COMO LOS AMINOÁCIDOS DE TRIPTÓFANO O ÁCIDO ASPÁRTICO. COMO ALTERNATIVA, SE PUEDEN OBTENER COMPONENTES MÁS COMPLETOS DE LA COENZIMA A PARTIR DE LOS ALIMENTOS (NIACINA B5). 
EL COMPUESTO ES UN DINUCLEÓTIDO, YA QUE CONSTA DE DOS NUCLEÓTIDOS UNIDOS A TRAVÉS DE SUS GRUPOS FOSFATO CON UN NUCLEÓTIDO QUE CONTIENE UN ANILLO ADENOSINA Y EL OTRO QUE CONTIENE NICOTINAMIDA.
FUNCIÓN: 
EN EL METABOLISMO, EL NAD+ PARTICIPA EN LAS REACCIONES REDOX (OXIDORREDUCCIÓN), LLEVANDO LOS ELECTRONES DE UNA REACCIÓN A OTRA. 
LA COENZIMA, POR TANTO, SE ENCUENTRA EN DOS FORMAS EN LAS CÉLULAS: NAD+ Y NADH. 
EL NAD+, (BAJA ENERGÍA) QUE ES UN AGENTE OXIDANTE, ACEPTA ELECTRONES DE OTRAS MOLÉCULAS Y PASA A SER REDUCIDO, FORMÁNDOSE NADH , (ALTA ENERGÍA) QUE PUEDE SER UTILIZADO ENTONCES COMO AGENTE REDUCTOR PARA DONAR ELECTRONES. ESTAS REACCIONES DE TRANSFERENCIA DE ELECTRONES SON LA PRINCIPAL FUNCIÓN DEL NAD+.
NADH (DONADOR DE ELECTRONES) - AGENTE OXIDANTE
NAD+ (ACEPTOR DE ELECTRONES)- AGENTE REDUCTOR 
NADH se diferencia del NAD+ en la presencia de un par de electrones y un protón más. 
EN LA GLUCÓLISIS Y EN EL CICLO DE KREBS, LAS COENZIMAS NAD+ Y FAD ACEPTAN ÁTOMOS DE HIDRÓGENO PROVENIENTES DE LA GLUCOSA Y SE REDUCEN A NADH Y FADH2, RESPECTIVAMENTE. EN LA ETAPA FINAL DE LA RESPIRACIÓN, ESTAS COENZIMAS CEDEN SUS ELECTRONES A LA CADENA RESPIRATORIA.