Rutas metabólicas
- 2. Índice RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 Metabolismo y energía bioquímica 01 Catabolismo de triacilgliceroles: el destino del glicerol 03 Catabolismo de triacilgliceroles: β-oxidación 05 Biosíntesis de los ácidos grasos 06 Catabolismo carbohidratos: glucólisis 08 Conversión de piruvato en acetil CoA 9 El ciclo del ácido cítrico 10 Biosíntesis de carbohidratos: gluconeogénesis 12 Catabolismo de las proteínas: desaminación 13 Algunas conclusiones acerca de la química biológica 14
- 3. Introducción Es importante conocer el proceso de las rutas metabólicas, debido a las respuesta y soluciones que se obtiene a diversos problemas a nivel molecular del organismo, tenemos como objetivo comprender y tener un conocimiento detallado de los diversos procesos , también veremos las rutas metabólicas utilizadas por los organismos de los seres vivos, y por estas metabolizan las grasas y los carbohidratos, además con la información brindaba se dará una idea de los tipos de procesos que ocurren en cada ruta. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021
- 4. Metabolismo y energía bioquímica RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El metabolismo es un conjunto de reacciones en las células de los organismos vivos. El catabolismo y anabolismo, ambas son rutas, sin embargo se diferencian por que el catabolismo degrada moléculas grandes en pequeñas, mientras que el anabolismo sintetiza moléculas grandes a partir de las moléculas pequeñas. Generalmente las rutas de reacción catabólica liberan energía mientras que las rutas anabólicas absorben energía. La reacción del catabolismo se da en cuatro etapas: Etapa 1 Para dar moléculas la mayor parte de los alimentos se digieren en el estomago y el intestino delgado. Etapa 2 Para la producción de acetil coenzima A (CoA), se degradan en las células los ácidos grasos, los monosacáridos y los aminoácidos Etapa 3 Ocurre la oxidación de la acetil CoA en el ciclo del ácido cítrico para dar Co2. Etapa 4 Finalmente para la fosforilación oxidativa del ADP y la producción de ATP se usa la energía liberada en la etapa anterior por la cadena de transporte de electrones.
- 5. El ATP conduce a la reacción de fosforilación de la glucosa RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 Se le ha llamado " Moneda de la energía" a este proceso de catabolismo. También las reacciones catabólicas y anabólicas provocan la regeneración del ADP A continuación se puede observar las estructuras del difosfato de adenosina (ADP) y del trifosfato de adenosina (ATP) para una mejor comprensión. El ADP y el ATP son anhídridos de ácido fosfórico, reaccionan con alcoholes al romper un enlace y forman un éster fosfato, las reacciones de fosforilación con ATP requieren la presencia de un catión metálico divalente en la enzima y su reacción al formar el éster es una sustitución nucleofílica del grupo acilo en el fosfato.
- 6. Catabolismo de triacilgliceroles: el destino del glicerol RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 La reacción del catabolismo de triacilgliceroles es catalizada por una lipasa, el cual tiene el siguiente mecanismo: El sitio activo de la enzima contiene un ácido aspártico, una histidina y una serina. Primero, la histidina actúa como una base para desprotonar el grupo –OH de la serina, con el carboxilato cargado negativamente del ácido aspártico estabilizando el catión cercano de la histidina. Se adiciona la serina al grupo carbonilo del triacilglicerol, lo que produce un intermediario tetraédrico. 1. 2. El intermediario tetraédrico expulsa como grupo saliente un diacilglicerol en una reacción de sustitución nucleofílica en el grupo acilo, lo que da una acil enzima. El diacilglicerol es protonado por el catión histidina.
- 7. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 La degradación metabólica de triacilgliceroles comienzan con su hidrólisis para la producción de glicerol más ácidos grasos. Los ácidos grasos liberados en la hidrólisis son transportados a la mitocondria y de degradan a acetil CoA. El glicerol es llevado al hígado para un metabolismo 3. La histidina desprotona una molécula de agua, la cual se adiciona al grupo acilo. Se forma de nuevo un intermediario tetraédrico y el catión histidina es estabilizado otra vez por el carboxilato cercano. 4. El intermediario tetraédrico expulsa como grupo saliente la serina en una segunda reacción de sustitución nucleofílica en el grupo acilo, lo que produce un ácido graso libre. La serina acepta un protón de la histidina y ahora la enzima ha regresado a su estructura inicial.
- 8. La mayoría de los ácidos grasos tiene un número par de átomos de carbono y los que tiene un número impar de átomos de carbono producen propionil CoA de tres carbonos. Catabolismo de triacilgliceroles: β-oxidación RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El resultado de la hidrólisis de los ácidos grasos son transformados en tióesteres con una CoA y es catabolizada por una secuencia de reacciones repetitiva hasta que se degrada la molécula, la secuencia ya mencionada se muestra a continuación Se forma un enlace doble conjugado por la eliminación de los hidrógenos de C2 y C3 por la coenzima dinucleótido de flavina adenina (FAD). La adición nucleofílica conjugada de agua al enlace doble da una β- hidroxiacil CoA. El alcohol es oxidado por NAD+ para dar un β-ceto tioéster. Ocurre la adición nucleofílica de la coenzima A al grupo ceto, seguida por una reacción de condensación retro- Claisen. Los productos son acetil CoA y una acil CoA grasa de cadena más corta.
- 9. Biosíntesis de los ácidos grasos RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 Están relacionadas la ruta de c-oxidación para convertir ácidos grasos en acetil CoA Y la biosíntesis de ácidos grasos a partir de la acetil CoA, sin embargo no son opuestas exactas. Las diferencias de estas rutas están en la identidad del portador del grupo acilo, estereoquímica del intermediario β-hidroxiacil y la identidad de la coenzima redox. Se transfiere un grupo acetilo de la CoA a la ACP (proteína portadora de acilo). Se transfiere de nuevo el grupo acetilo, de la ACP a una enzima sintasa. La acetil CoA se carboxila para dar malonil CoA. Se transfiere el grupo malonilo de la CoA a la ACP Ocurre una condensación parecida a la de Claisen de la malonil ACP con la acetil sintasa, seguida por una descarboxilación para producir acetoacetil ACP, un β-ceto tioéster. La reducción de la cetona por NADPH produce el β-hidroxitioéster correspondiente. La deshidratación de β-hidroxibutiril ACP da crotonil ACP, un tioéster a,β- insaturado. La reducción del enlace doble produce la butiril ACP saturada de cadena más larga.
- 10. Tienen un número par de átomos de carbono * La síntesis de ácidos grasos es catalizada por una enzima diferente, en las bacterias. Las rutas anabólicas y catabólicas están energéticamente favorecidas. * RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El efecto de los ocho pasos es tomar dos grupos acetilo de dos carbonos y combinarlos en un grupo butirilo de cuatro carbonos, además, otras repeticiones de la ruta adicionan cada vez dos átomos de carbono más a la cadena hasta alcanzar la palmitoil (ACP) de los 16 carbonos.
- 11. Catabolismo carbohidratos: glucólisis RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 En está ruta la glucólisis se da en 10 pasos para catabolizar la glucosa a dos moléculas de piruvato CH3COCO2, también es conocida como "ruta de Embden-Meyerhoff. 1.La glucosa se fosforila por la reacción con ATP para producir 6- fosfato de glucosa. 2. El 6-fosfato de glucosa se isomeriza a 6-fosfato de fructosa por la apertura del anillo seguida por una tautomerización ceto-enol. 3. El 6-fosfato de fructosa se fosforila por la reacción con ATP para producir 1,6- bifosfato de fructosa. 4. El 1,6-bifosfato de fructosa experimenta la ruptura del anillo y se rompe por una reacción retroaldólica en 3-fosfato de gliceraldehído y fosfato de dihidroxiacetona (DHAP). 5. El DHAP se isomeriza a 3- fosfato de gliceraldehído. 6. El 3-fosfato de gliceraldehído se oxida a ácido carboxílico y después se fosforila para producir 1,3-bifosfoglicerato. 7. Un fosfato se transfiere del grupo carboxilo al ADP, lo que resulta en la síntesis de un ATP y en la producción de 3- fosfoglicerato. 8. La isomerización del 3 fosfoglicerato da 2-fosfoglicerato. 9. Ocurre una deshidratación para producir fosfoenolpiruvato (PEP). 10. Un fosfato se transfiere del PEP al ADP, lo que produce piruvato y ATP.
- 12. Conversión de piruvato en acetil CoA RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El piruvato dependiendo de las condiciones y el organismo puede experimentar varias transformaciones. A través de una secuencia de varios pasos de reacciones catalizadas por un complejo de enzimas y cofactores llamado "complejo piruvato deshidrogenasa" ocurre la conversión. También el piruvato se convierte por un proceso llamado desscarboxilación para dar acetil CoA mas CO2, esto sucede cuando se encuentra en condiciones aeróbicas típicas en los mamíferos. Cada uno de los proceso de la conversión de piruvato en acetil CoA es catalizado por una de las enzimas en el complejo y el producto final de está conversión actúa como combustible para el paso final del catabolismo. El mecanismo de la conversión de piruvato en acetil CoA a través de una secuencia de reacciones de varios pasos que requiere tres enzimas diferentes y cuatro coenzimas distintas.
- 13. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El ciclo del ácido cítrico También llamado ciclo de krebs, los pasos iniciales resultan de la conversión de grasas y carbohidratos, en grupos acetilo que se unen a la coenzima A a travós de un enlace tioéster. No hay que, de acuerdo a la disponibilidad de oxigeno y la operación de la cadena de transporte de electrones, depende el ciclo del ácido cítrico. Mientras estén disponibles las coenzimas oxidantes NAD y FAD, funciona la regeneración de las reacciones y su fluidez continua. La conversión de un grupo acetilo en dos moléculas de CO2 más coenzimas reducidas por las secuencia de reacciones de ocho pasos, es el resultado global o general del ciclo de krebs. La acetil CoA se adiciona al oxaloacetato en una reacción aldólica para dar citrato. El isocitrato experimenta oxidación y descarboxilación para dar α-cetoglutarato. El α-cetoglutarato se descarboxila, oxida y convierte en el tioéster succinil CoA. La succinil CoA se convierte en succinato en una reacción acoplada a la fosforilación de GDP para dar GTP. El succinato es deshidrogenado por FAD para dar fumarato. El fumarato experimenta la adición conjugada de agua a su enlace doble para dar (S)-malato. La oxidación del (S)-malato da oxaloacetato, lo que completa el ciclo. El citrato es isomerizado por deshidratación y rehidratación para dar isocitrato. 1 2 3 4 6 5 8 7
- 14. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El producto del paso final es un reacctivo en el primer paso, por lo tanto, es un repetición cerrada de reacciones.
- 15. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 El punto de partida de la gluconeogénesis es el piruvato BIOSÍNTESIS DE CARBOHIDRATOS: GLUCONEOGÉNESIS Es importante recalcar que la ruta de la gluconeogénesis por la cual se prepara glucosa no es la inversa de la ruta de la glucólisis por la cual se degrada. El principal combustible del organismo es la glucosa, que se obtiene a través de los alimentos y está puede agotarse, los tejidos comienzan a metabolizar las grasas como su fuente principal de acetil CoA, sin embargo, el cerebro es distinto ya que depende casi por completo de la glucosa, y cuando falla el suministro de glucosa puede ocasionar un grave daño irreversible. A continuación se mostrará una ecuación en la cual se resume el resultado global de la gluconeogénesis:
- 16. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 CATABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS: DESAMINACIÓN Tiene un proceso como todas las rutas, primero por el proceso desaminación se elimina el amino a como amoniaco, luego el amoniaco se convierte en urea, y finalmente, el esqueleto de carbono del aminoácido restante se convierte en un compuesto que entra al ciclo de ácido cítrico. Transaminación Generalmente el proceso de desaminación va acompañada de la reacción de transaminación, el proceso ocurre en dos partes, es catalizado por enzimas aminotransferasas e involucran la participación de la coenzima fosfato de piridoxal. A pesar de que se difieren en su especialidad para los aminoácidos de los diferentes aminotransferasas el mecanismo es el mismo. Regeneración de PLP a partir de PMP En el catabolismo de las proteínas, cada uno de los 20 aminoácidos a se degrada a través de su propia y única ruta, por ello se determina que es mucho más complejo. El fosfato de piridoximina (PLP) más el α-aminoácido convertidos en PMP (α-ceto ácido con fosfato de piridoximina) más un α-ceto ácido, el PMP debe transformarse de vuelta en PLP para completar el ciclo catalítico. la conversión ocurre por otra reacción de transaminación, entre el PMP y el α-ceto ácido, como producto se obtiene PLP más glutamato y el mecanismo del proceso es el inverso exacto de la transaminación.
- 17. La química biológica es la química orgánica. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021 ALGUNAS CONCLUSIONES ACERCA DE LA QUÍMICA BIOLÓGICA La similitud que ahí entre los mecanismos de las reacciones biológicas y los mecanismos de las reacciones en los laboratorios es grandemente notable. Las reacciones biológicas son clara y muy comprensibles para las reacciones realizadas en los organismos vivos.
- 18. La química de los organismos vivos es la química orgánica. Conclusión En la cadena transportadora de electrones, se usa la energía liberada de las rutas metabólicas para formar moléculas de ATP. La exploración de las rutas metabólicas es útil para la elaboración de fármacos para tratar alguna patología. El catabolismo de las proteínas es más complejo que el de las grasas o de los carbohidrátos. RUTAS METABÓLICAS BIOQUÍMICA 2021
- 19. Contacto ekcabanilla@pucesd.edu.ec Eliany Cabanilla Estudiante de la carrera de Enfermería de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador, graduada en Santo Domingo de los Tsáchilas- Ecuador en la especialidad de ciencias generales y tiene 18 años de edad. Autor: