Guía Repaso Autónomo Solemne 2 BQ doc

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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA VIDA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
GUÍA REPASO SOLEMNE II
GLUCONEO - GLICO: GLUCOSA
GLICOGE: GLICÓGENO
GÉNESIS: SÍNTESIS -> ANABOLISMO
LISIS: DEGRADACIÓN -> CATABOLISMO
GLICOGENOLISIS -> DEGRADACIÓN DEL GLICÓGENO
GLICOGENOGÉNESIS -> SÍNTESIS DEL GLICÓGENO
1. Defina una reacción exergónica y una reacción endergónica. Relacione sus definiciones con la diferencia
de energía libre de Gibbs (ΔG).
Reacción exergónica: Reacciones que ocurren espontáneamente. Liberan energía. ΔG < 1
Reacción endergónica: Reacciones que no ocurren espontáneamente. Requieren energía para ocurrir. ΔG > 1
ΔG = G productos – G sustratos
2. ¿Cómo se relaciona el ΔG con la Keq de una reacción?
Keq: Constante de equilibrio. Razón de productos con los sustratos de una reacción.
Keq ΔG Tipo de reacción
>1 <0 Exergónica
1 0 Equilibrio
<1 >0 Endergónica
3. Defina el concepto de “reacción acoplada”
Una reacción acoplada es aquella donde una reacción no puede hacer que ocurra por sí misma, por lo que
necesita de otra reacción con una energía mayor, para que la ayude a ocurrir. Es decir, una reacción exergónica
tiene la suficiente fuerza como para atraer a las reacciones endergónicas, y ayudar a que estas sucedan.
4. Defina Catabolismo y Anabolismo.
Catabolismo: Destrucción (degradación) de compuestos. Por ejemplo, destrucción de un polisacárido para
extraer los monosacáridos.
Anabolismo: Construcción (síntesis) de compuestos. Por ejemplo, unión de monosacáridos para la construcción
de disacáridos o polisacáridos.
5. Complete la siguiente tabla comparativas de las vías catabólicas y anabólicas:
Característica Vías catabólicas Vías anabólicas
Síntesis o degradación Degradación Síntesis
Oxidativa o reductiva Oxidativa Reductiva
Endergónica o exergónica Exergónica Endergónica
Produce o gasta ATP Produce ATP Gasta ATP
Produce o gasta NADPH Produce NADPH Gasta NADPH
GLICÓLISIS
1. Respecto a la Glicólisis, explique lo siguiente:
a) ¿Es una vía catabólica o anabólica? Fundamente su respuesta.
Es una vía catabólica, dado que la glucosa es degradada con el fin de obtener piruvato. Además, al realizar el
proceso se genera ATP y NADPH.
b) ¿Por qué la glicólisis debe regularse? ¿Cuáles son las reacciones que son reguladas? ¿Cómo se
regulan?
La glicólisis debe regularse, dado que en caso de no ser así se degradaría toda la glucosa de nuestro organismo,
agotando la fuente de energía principal del ser humano. La glicólisis debe ser realizada cuando sea necesario,
como todo proceso.
Las reacciones reguladas son las 1, 3 y 10 dado que son las que tienen enzimas irreversibles. La regulación se
hace mediante una retroalimentación negativa, con el pensamiento de ¿es realmente necesario realizar
glicólisis?. Por ejemplo, la hexoquinasa es inhibida por glucosa 6-fosfato, dado que si hay grandes cantidad de
glucosa 6-fosfato, ¿para qué voy a producir más?
Reacción Enzima Activación Inhibición
1 Hexoquinasa Glucosa 6-fosfato
3 Fosfofructoquinasa AMP
Fructuosa 2,6 - bifosfato
ATP
Citrato
10 Piruvato quinasa ATP
Acetil Co-A
c) Enumere los productos que se obtienen en la glicólisis, NETO por molécula de glucosa.
Cantidad
ATP 2
NADH 2
Recordar: En las reacciones 1 y 3 se consume 1 ATP en c/u (en total 2 ATP), mientras que en las reacciones 7 y
10 se producen 2 ATP en c/u (en total 4 ATP). Cuando preguntan por NETO se refieren a lo producido menos lo
consumido, por lo tanto, 4 ATP – 2 ATP = 2 ATP NETOS.
En la reacción 6 se producen 2 NADH.
d) ¿Qué efecto tendrá en la glicólisis un aumento de los niveles celulares de ATP? ¿Por qué?
Un aumento de los niveles celulares de ATP va a inhibir el proceso de glicólisis, específicamente a las enzimas
de la reacción 3 y 10 (Fosfofructoquinasa y piruvato quinasa, respectivamente), dado que al haber una gran
cantidad de energía, no es necesario realizar el proceso de glicólisis. (recordar la pregunta, ¿es realmente
necesario?)
e) Indique en presencia de qué hormona (insulina o glucagón) se activa la glicólisis y en presencia de
qué hormona se inhibe.
Activación Inhibición
Insulina Glucagón
Hormona
hipoglicemiante
Hormona
hiperglucemiante
FERMENTACIÓN
2. Defina:
a) Fermentación láctica y alcohólica
Fermentación láctica: Producción de lactato desde el piruvato producido en la glicólisis. Es un proceso
anaeróbico. Ocurre en seres humanos.
Fermentación alcohólica: Producción de etanol desde el piruvato producido en la glicólisis. Es un proceso
anaeróbico. Ocurre en levaduras.
b) ¿Cuál de las anteriores ocurre en el ser humano? ¿En qué condiciones fisiológicas ocurre? ¿Cuál
es su importancia?
La fermentación láctica ocurre en seres humanos cuando el suministro de oxígeno está disminuido (paciente
hipóxico). Su importancia radica en ser una vía extra para la obtención de energía.
3. Explique cuáles son los posibles destinos del piruvato formado en la glicólisis si la célula está en
condiciones aeróbicas o anaeróbicas
Aeróbico Anaeróbico
Producción de Acetil CoA
Ciclo de Krebs
Fermentación láctica
Fermentación alcohólica
RESPIRACIÓN CELULAR
4. Defina “Respiración Celular”. ¿Qué procesos metabólicos involucra?
Proceso de degradación de moléculas para la obtención de energía. Puede ser con o sin suministro de oxígeno.
Involucra:
- Glicólisis
- Complejo piruvato deshidrogenasa
- Ciclo de Krebs
- Fosforilación oxidativa (Cadena transportadora de electrones)
5. Basándose en la figura explique cómo se obtiene a partir de los nutrientes una gran cantidad de
energía (ATP) en el proceso de respiración celular. ¿Dónde ocurre este proceso en células
eucariontes?
A partir de los nutrientes se prouce una gran cantidad de energía (ATP) en el proceso de respiración celular
dado que se produce Acetil CoA y el consiguiente ciclo del Krebs, en el cual se generan reacciones que liberan
ATP, pero principalmente reacciones que liberan NADH y FADH2, compuestos que realizan fosforilación
oxidativa en la cadena transportadora de electrones, desde donde se obtiene la mayor cantidad de ATP. Este
proceso ocurre en la mitocondria de las células eucariontes.
COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA
6. ¿Qué rol cumple el Complejo enzimático Piruvato Deshidrogenasa? ¿Cómo funciona y se regula?
El complejo piruvato deshidrogenasa cumple el rol de transformar el piruvato en Acetil Coa utilizando 3
enzimas, la cual cada una tiene sus coenzimas que ayudan al proceso.
E1(piruvato deshidrogenasa): Esta enzima descarboxila el piruvato, es decir, libera su CO2. Para ello utiliza la
coenzima TPP (pirofosfato de tiamina) que ayuda a sostener al piruvato mientras se realiza la reacción.
E2 (dihidrolipiol transacetilasa): La enzima cataliza la unión de la coenzima A con el grupo acetilo, formando el
enlace tioéster. Para ello utiliza la coenzima lipoato, a la cual se le rompe su puente disulfuro de tal manera de
que pueda sostener el grupo acetilo del piruvato descarboxilado con uno de sus azufres, mientras que el otro
azufre es hidrogenado quedando como SH. Una vez formado el enlace tioéster el hidrógeno liberado es recibido
por el otro azufre del lipoato, quedando ambos azufres hidrogenados (lipoato reducido).
E3 (dihidrolipoil deshidrogenasa): Aunque ya se haya producido Acetil CoA con las dos enzimas anteriores, se
debe volver al estado inicial de tal manera de volver a producir aquel compuesto. La E3 deshidrogena el lipoato,
y para ello utiliza la coenzima FAD que acepta aquellos hidrógenos quedando como FADH2. Sin embargo, este
compuesto debe estar deshidrogenado para volver a realizar el proceso, para ello se utiliza la coenzima NAD+,
la cual recibe los hidrógenos quedando como NADH+ + H+, estos electrones serán utilizados en la cadena
transportadora de electrones. Una vez que el NAD+ se encuentra hidrogenado, es posible realizar el proceso
nuevamente.
Inhibición Activación
ATP
Acetil CoA
NADH
Fosforilación de E1
Ácidos grasos
Desfosforilación de E1
AMP
NAD+
CICLO DE KREBS
7. Nombre los productos que se obtienen por vuelta del ciclo de Krebs.
Cantidad en 1
VUELTA
ReaccionesATP 1 5
NADH 3 3, 4, 8
FADH2 1 6
8. ¿El Ciclo de Krebs es una vía catabólica o anabólica? Fundamente su respuesta
Es una vía catabólica dado que se genera la producción de ATP, y anabólica dado que se genera la producción
de oxalacetato. Se degrada y se produce.
9. Mencione 2 metabolitos que regulen (activen e inhiban, respectivamente) el Ciclo de Krebs. Explique
por qué, cómo y dónde regulan.
Por qué Cómo Dónde
ATP Para realizar un
control de la
producción de ATP.
Retroalimentación
negativa. Si existe
mucho, no es
necesario realizar
el proceso.
Reacción 1, 3
NADH Reacción 4
10. Mencione cuál es el destino del NADH y FADH2 producidos en el Ciclo de Krebs.
El destino del NADH y FADH2 producidos en el ciclo de Krebs es la cadena transportadora de electrones.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
11. Explique ¿cómo ocurre el transporte de electrones en la cadena transportadora de electrones. ¿Qué
compuesto actúa como aceptor final de los electrones? Y ¿Cómo permite la síntesis de ATP mediante
la fosforilación oxidativa?
Complejo I: NADH deshidrogenasa. NADH es oxidado a NAD+, se transfieren electrones a FMN, quedando como
FMNH2. Se transfiere un electrón a Fe-S y lo transfiere a coenzima Q (ubiquinona pasa a semiubiquinona).
Coenzima Q recibe el otro electrón (semiubiquinona a ubiquinol). Durante este proceso 4 protones se
translocan a través de la membrana mitocondrial.
Complejo II: FADH2 formado en el ciclo de Krebs (succinato a fumarato – reacción 6). Electrones son
transferidos por una serie de Fe-S a la coenzima Q. Glicerol 3-fosfato y acetil CoA también transfieren electrones
a coenzima Q mediante otras vías. Transferencia de 2 electrones.
Complejo III: Obtiene electrones desde la coenzima Q y los transfiere al citocromo C (transportador de
electrones hidrosoluble ubicado en el espacio intermembrana). Durante este proceso 4 protones se translocan
a través de la membrana mitocondrial.
Complejo IV: Capta cuatro electrones de las cuatro moléculas de citocromo C y se transfieren al O2 para
producir 2 moléculas de agua. Durante este proceso 2 protones se translocan a través de la membrana
mitocondrial.
El último aceptor final de electrones es el Oxígeno (respiración celular aeróbica).
La producción de ATP se produce debido a que el transporte de electrones junto con la translocación de
protones genera un gradiente electroquímico donde un lado de la membrana es positivo (protones) y el otro
lado es negativo (electrones). La enzima que realiza el trabajo es la ATP sintasa.
La ATP sintasa está compuesta por dos subunidades:
• Subunidad Fo: Es un canal que permite la entrada de protones (cuatro), lo que le da la fuerza a
la enzima para comenzar a girar. Esta subunidad se encuentra anclada a la membrana interna.
• Subunidad F1: Aquel movimiento que se produce al girar, permite la adhesión del grupo fosfato
al ADP produciendo ATP. Esta subunidad se encuentra en la matriz.
Por cada cuatro protones se genera un ATP: Siguiendo esa lógica, si llega un NADH este se va al complejo I
donde se liberan cuatro protones, a los que se les suma los del complejo III y IV haciendo un total de 10
protones, entonces se producirían 2,5 ATP’s, lo que se aproxima a 3. De esta misma forma, si llega un FADH2
éste se va al complejo II el cual no libera ningún protón, por lo que sólo están los de complejo III y IV haciendo
un total de 6 protones, entonces se producirán 1,5 ATP’s, lo que se aproxima a 2.
1 NADH = 3 ATP
1 FADH2 = 2 ATP
12. ¿Por qué el monóxido de carbono y el cianuro son moléculas muy tóxicas para el ser humano?
(fundamente desde el punto de vista metabólico).
Tanto el monóxido de carbono (CO) y el cianuro inhiben el complejo IV de la cadena transportadora de
electrones, por lo tanto se inhibe el proceso de fosforilación oxidativa. Finalmente, lo que sucede es que no se
puede generar la producción de ATP, entonces aquellos procesos biológicos que requieren de energía no
pueden ser realizados (contracción muscular, transporte activo, transmisión de señales, síntesis de DNA y RNA,
etc).
METABOLISMO DEL GLICÓGENO
13. Respecto a la síntesis (anabolismo) de glicógeno en el ser humano, responda lo siguiente:
- ¿Dónde ocurre mayoritariamente? (tejido/órgano)
Ocurre mayoritariamente en el hígado.
- ¿Para qué sirve el glicógeno sintetizado?
El glicógeno es una fuente de almacenamiento de la glucosa, con el fin de guardarla para ser utilizada en caso
de ser necesario (por ejemplo, en casos de ayuno).
- ¿Qué hormona activa este proceso?
La hormona que activa este proceso es la insulina, dado que es una hormona hipoglicemiante que buscar
reducir el número de glucosa circulante por la sangre, es por ello por lo que activa su almacenamiento.
La insulina activa la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa que une la Glucosa 1-Fosfato con el UTP generando
UDP-glucosa, precursor de la glicogenogénesis.
- ¿Qué enzimas participan?
Las enzimas que participan son:
● UDP glucosa: Precursor de la glicogenogénesis.
● Glicogenina: Inicia la síntesis de glicógeno uniéndose a la glucosa del UDP.
● Glicógeno sintasa: Cataliza la transferencia de unidades de glucosa (como UDP-glucosa) al grupo
hidroxilo del carbono 4 del residuo terminal de una cadena de glicógeno para formar un enlace
glicosídico α(1->4).
● Enzima ramificante: Coloca las glucosas formando un enlace glucosídico α(1->6) (vertical).
- Mencione una situación fisiológica en la cual se sintetizará glicógeno
Cuando una persona se alimenta con una torta alta en azúcares, y es necesario almacenar la glucosa de ésta
con el fin de que no se acumule en la sangre.
14. Respecto a la degradación (catabolismo) de glicógeno en el ser humano, responda lo siguiente:
- Indique con qué objetivo y en presencia de qué hormona se degrada el glicógeno en el hígado y en
el músculo. Mencione una situación fisiológica en la cual se degradará glicógeno
Se degrada el glicógeno con el objetivo de aumentar la cantidad de glucosa. Esto ocurre en presencia de
glucagón, dado que esta hormona es hiperglucemiante, secretada cuando los niveles de glucosa sanguíneos son
leves. El glicógeno es degradado, por ejemplo, en estados de ayuna prolongada.
- ¿Qué enzimas participan?
Las enzimas que participan son:
● Glicógeno fosforilasa: Degrada los enlaces α(1->4) liberando Glucosa 1-Fosfato.
● Enzima desramificante:
1. Transferasa: Transfiere tres glucosas a la cadena principal del polisacárido
2. Glicosidasa: Rompe enlaces α(1->6) liberando Glucosa.
● Fosfoglucomatasa: Enzima que convierte la Glucosa 1-Fosfato en Glucosa 6-Fosfato y viceversa.
Dependiendo de dónde se esté realizando la acción, si en el hígado o en el músculo, es lo que se realiza con
cada producto.
MÚSCULO (EJERCICIO INTENSO) HÍGADO
Glucosa 1-Fosfato
(Glicógeno fosforilasa)
Glucosa
(Enzima desramificante)
Glucosa 1-Fosfato Glucosa
Se transforma a Glucosa
6-P para realizar glicólisis
y fermentación.
3 ATP NETOS
2 NADH
Se realiza glicólisis y
fermentación.
2 ATP NETOS
2 NADH
Se transforma a glucosa
6-P y posteriormente a
Glucosa para ser
transportada a los tejidos.
Es transportada a los
tejidos.
- ¿Cómo se regula este proceso desde el punto de vista enzimático? (activación/inhibición).
Activación: El glucagón activa a una enzima quinasa la cual fosforila a la fosforilasa activándola y permitiendo la
degradación de glicógeno para poder aumentar la concentración de glucosa en sangre.
Inhibición: Se inactiva de manera alostérica cuando ya se han liberado muchas glucosas que se unen a la
enzima y además se saca el grupo fosfato por una fosfatasa, la cual fue activada por la insulina cuando ya hay
altas concentraciones de glucosa en sangre.
VÍA DE LAS PENTOSAS
15. Respecto a la Vía de las Pentosas en el ser humano, responda lo siguiente:
- ¿Para qué sirve? Enfoque su respuesta en la utilidad de los productos que esta vía genera
Sirve para la producción de dos compuestos:
1. Ribosa 5 fosfato: Utilizada para la producción de ácidos nucleicos, ATP, CoA, NAD+, FAD.
2. NADPH: Utilizada parala biosíntesis de ácidos grasos, esteroides.
- ¿De qué manera se relaciona la Vía de las Pentosas con el estrés oxidativo a nivel celular?
La fase oxidativa de la vía de las pentosas transforma la glucosa 6 – fosfato en ribosa 5 – fosfato la cual es
utilizada para la producción de NAD+ y FAD coenzimas de naturaleza oxidativa.
- ¿Qué relación tiene las Vía de las Pentosas con la producción de hormonas esteroides?
La fase no oxidativa de la vía de las pentosas genera un ciclo donde lo único que se produce es NADPH, dado
que transporta la ribosa 5 – fosfato obtenida de la fase oxidativa en fructuosa 6 – fosfato, la cual se convierte en
glucosa 6 – fosfato para ser convertida nuevamente en ribosa 5 – fosfato y seguir el ciclo. Durante la
transformación de glucosa a ribosa se libera NADPH. El NAPH participa en la biosíntesis de hormonas
esteroides.
GLUCONEOGÉNESIS
15. Respecto a la Gluconeogénesis en el ser humano, responda lo siguiente:
- ¿Para qué sirve?
Sirve para la producción de glucosa desde precursores no glucosídicos (es decir, no glicógeno).
- ¿Dónde ocurre? (tejido/órgano)
Ocurre principalmente en el hígado.
- ¿Qué moléculas pueden ser utilizadas como precursores (sustratos) de esta vía metabólica?
Pueden ser utilizados el lactato, piruvato algunos aminoácidos, intermediarios del ciclo de Krebs y glicerol. Los
lípidos y ácidos grasos nunca producirán glucosa.
- Mencione dos diferencias con respecto a la Glicólisis
1. Se realiza la producción de glucosa, no de piruvato. El piruvato actúa como precursor.
2. Se utilizan 3 enzimas diferentes a las de la glicólisis en aquellas reacciones reversibles, actuando como
“reemplazantes” y realizando la acción contraria.
a. Hexoquinasa -> Glucosa 6-fosfatasa
b. Fosfofructoquinasa -> Fructosa 1,6 Bifosfatasa
c. Piruvato quinasa -> Piruvato carboxilasa y PEP carboxi K
- Mencione dos situaciones fisiológicas (o fisiopatológicas), en las cuales la Gluconeogénesis estará
activa. Fundamente.
1. Ayuno prolongado: Se activa cuando se agota todo el glicógeno almacenado con el fin de obtener
glucosa.
2. Diabetes Mellitus Tipo 1: Existe un déficit de insulina, por lo tanto la glucosa no ingresa a la célula para
ser utilizada lo cual es censado por el organismo como una falta de glucosa, por lo tanto aumenta su
producción.
3. Diabetes Mellitus Tipo 2: Existe insulina, sin embargo, no realiza su función como debería por lo tanto
no ingresa a la célula ser utilizada lo cual es censado por el organismo como una falta de glucosa, por lo
tanto aumenta su producción.
- Describa como se activa este proceso.
Al disminuir los niveles de glucosa se aumenta la producción de glucógeno (hormona hiperglucemiante) que
aumenta los niveles de cAMP activando las proteínas quinasas dependientes de cAMP, las cuales activan la
fructuosa 2,6 Bifosfatasa que convierte la fructuosa 2,6 bifosfato en fructuosa 6 fosfato, disminuyendo los
niveles de fructuosa 2,6 bifosfato, por lo que se activa la gluconeogénesis y se inhibe la glicólisis.
- Describa como se inactiva este proceso.
Al aumentar los niveles de glucosa se aumenta la producción de insulina (hormona hipoglicemiante) que activa
la Fosfofructoquinasa 2 (PFK2) que le agrega un grupo fosfato a la fructosa 6 – fosfato convirtiéndola en
fructosa 2,6 – bifosfato.
Recordar: La fructosa 2,6 – bifosfato es el mayor regulador alostérico de la glicólisis y la gluconeogénesis. La
fructuosa 2,6 – bifosfato activa la glicólisis al activar la Fosfofructoquinasa 1 (PFK1 – Reacción 3 de la glicólisis)
e inhibiendo la gluconeogénesis al inhibir la Fructuosa 1,6 Bifosfatasa (reemplazante de la Fosfofructoquinasa).