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6: Metabolismo I - Procesos Oxidativos/Reductivos

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    El costo de vida es energía y los productores y consumidores de energía en la célula son las reacciones químicas conocidas colectivamente como metabolismo. Los procesos metabólicos se rigen por las mismas leyes de energía que el resto del universo, por lo que deben ser vistos a la luz de la energía libre de Gibbs. En su mayor parte, los impulsores de cambios en la energía libre de Gibbs son cambios en la concentración de reactivos y productos pero para algunas reacciones, los cambios de concentración requeridos para ejecutar una reacción en la dirección deseada no son prácticos. En tales casos, las células pueden utilizar estrategias alternativas, como las reacciones de acoplamiento energético (combinando una reacción energéticamente desfavorable con una favorable, como la hidrólisis de ATP) para ayudar a “impulsar” la reacción desfavorable. En otros casos, las células utilizan vías alternas alrededor de reacciones energéticamente desfavorables.

    Dependiendo de tu perspectiva matemática, la vida es la suma del producto de las reacciones bioquímicas que ocurren en las células. La colección de estas reacciones se conoce como metabolismo. Se divide el sujeto en dos áreas amplias: 1) metabolismo oxidativo/reductor y 2) vías que implican poca oxidación/reducción. Este capítulo trata sobre el primero.

    • 6.1: Definiciones
      Los procesos anabólicos se refieren a colecciones de reacciones bioquímicas que producen moléculas más grandes a partir de las más pequeñas. Los ejemplos incluyen la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil-CoA, de proteínas a partir de aminoácidos, de carbohidratos complejos a partir de azúcares simples y de ácidos nucleicos a partir de nucleótidos. Así como cualquier proyecto de construcción requiere energía, también, los procesos anabólicos requieren entrada de energía. Los procesos anabólicos tienden a ser de naturaleza reductora, en contraste con los procesos catabólicos, que son oxidativos
    • 6.2: Perspectivas
      Podemos ver el metabolismo en varios niveles. En el nivel más alto, tenemos nutrientes, como azúcares, ácidos grasos y aminoácidos que ingresan a las células y salen dióxido de carbono y otros productos de desecho (como la urea). Las células utilizan los materiales entrantes para obtener energía y sustancia para sintetizar azúcares, nucleótidos y otros aminoácidos como bloques de construcción para los carbohidratos, ácidos nucleicos, compuestos grasos y proteínas necesarios para la vida.
    • 6.3: Glicólisis
      La glucólisis, que literalmente significa “descomposición del azúcar”, es un proceso catabólico en el que los azúcares de seis carbonos (hexosas) se oxidan y se descomponen en moléculas de piruvato. La vía anabólica correspondiente por la que se sintetiza la glucosa se denomina gluconeogénesis. Tanto la glucólisis como la gluconeogénesis no son procesos oxidativos/reductores importantes por sí mismos, con un paso en cada uno que implica pérdida/ganancia de electrones, pero el producto de la glucólisis, el piruvato, puede oxidarse completamente a CO₂.
    • 6.4: Gluconeogénesis
      La contraparte anabólica de la glucólisis es la gluconeogénesis, la cual ocurre principalmente en las células del hígado y riñón. En siete de las once reacciones de gluconeogénesis (a partir del piruvato), se utilizan las mismas enzimas que en la glucólisis, pero las direcciones de reacción se invierten. Notablemente, los valores ΔG de estas reacciones en la célula suelen estar cerca de cero, lo que significa que su dirección puede controlarse fácilmente cambiando las concentraciones de sustrato y producto.
    • 6.5: Ciclo del ácido cítrico
      La vía catabólica primaria en el cuerpo es el ciclo del ácido cítrico porque es aquí donde se produce la oxidación a dióxido de carbono para los productos de descomposición de los principales bloques de construcción de la célula: azúcares, ácidos grasos, aminoácidos. El camino es cíclico y, por lo tanto, no tiene realmente un punto de partida o final. Todas las reacciones ocurren en la mitocondria, aunque una enzima está incrustada en la membrana del orgánulo.
    • 6.6: Vía del glioxilato
      La vía del glioxilato está relacionada con el Ciclo del Ácido Cítrico (CAC), que solapa todas las reacciones de no descarboxilación del CAC no opera en animales, debido a que carecen de dos enzimas necesarias para la vía: la isocitrato liasa y la malato sintasa. La isocitrato liasa cataliza la conversión de isocitrato en succinato y glioxilato. Debido a esto, los seis carbonos del CAC sobreviven y no terminan como dióxido de carbono.
    • 6.7: Metabolismo de acetil-CoA
      El acetil-CoA es uno de los metabolitos más “conectados” en la bioquímica, apareciendo en la oxidación/reducción de ácidos grasos, la oxidación del piruvato, el ciclo del ácido cítrico, el anabolismo/catabolismo de aminoácidos, el metabolismo del cuerpo cetónico, la síntesis de esteroides/ácidos biliares y (por extensión del metabolismo de los ácidos grasos) la síntesis de prostaglandinas . La mayoría de estas vías se tratarán por separado. Aquí cubriremos los tres últimos.
    • 6.8: Metabolismo del colesterol
      La vía de biosíntesis del colesterol es larga y requiere cantidades significativas de energía reductora y ATP, razón por la cual se incluye aquí. El colesterol tiene papeles importantes en el cuerpo en las membranas. También como precursor de las hormonas esteroideas y ácidos biliares y su precursor metabólico inmediato, el 7-deshidrocolesterol, es un precursor de la vitamina D. La vía que conduce al colesterol se conoce como la vía isoprenoide y las ramas de la misma conducen a otras moléculas incluyendo otras vitaminas liposolubles
    • 6.9: Síntesis del Cuerpo de Cetonas
      En la síntesis de cuerpos cetónicos, un acetil-CoA se separa de HMG-CoA, produciendo acetoacetato, un cuerpo cetónico de cuatro carbonos que es algo inestable, químicamente. Se descarboxilará espontáneamente hasta cierto punto para producir acetona. Los cuerpos cetónicos se producen cuando los niveles de glucosa en sangre caen muy bajos. Los cuerpos cetónicos se pueden convertir en acetil-CoA, que se puede utilizar para la síntesis de ATP a través del ciclo del ácido cítrico.
    • 6.10: Síntesis de prostaglandinas
      La vía para hacer prostaglandinas es una extensión de la vía de síntesis de ácidos grasos. Las prostaglandinas, moléculas asociadas al dolor localizado, se sintetizan en células a partir del ácido araquidónico (ver página anterior) el cual ha sido disociado de los lípidos de membrana. La enzima que cataliza su síntesis se conoce como prostaglandina sintasa, pero es más comúnmente conocida como una enzima ciclooxigenasa (o COX).
    • 6.11: Oxidación de ácidos grasos
      La descomposición de las grasas produce ácidos grasos y glicerol. El glicerol se puede convertir fácilmente en DHAP para la oxidación en la glucólisis o la síntesis en glucosa en la gluconeogénesis. Los ácidos grasos se descomponen en dos unidades de carbono de acetil-CoA. Para oxidarse, deben transportarse a través del citoplasma unido a la coenzima A y trasladarse a las mitocondrias. Este último paso requiere la eliminación del CoA y la unión del ácido graso a una molécula de carnitina.
    • 6.12: Síntesis de ácidos grasos
      La síntesis de ácidos grasos ocurre en el citoplasma y retículo endoplásmico de la célula y es químicamente similar al proceso de beta-oxidación, pero con un par de diferencias clave. El primero de estos ocurre en la preparación de sustratos para las reacciones que cultivan el ácido graso. El transporte de acetil-CoA desde las mitocondrias ocurre cuando comienza a acumularse. Dos moléculas pueden desempeñar un papel en trasladarlo al citoplasma: citrato y acetilcarnitina
    • 6.13: Metabolismo de la Grasa
      La descomposición de la grasa en los adipocitos requiere la acción catalítica de tres enzimas, triacilglicerol lipasa sensible a hormonas (llamada LIPE) para eliminar el primer ácido graso de la grasa, lipasa diglicérido para eliminar la segunda y monoglicérido lipasa para eliminar la tercera. Solo el LIPE está regulado y parece ser la reacción limitante de velocidad. La síntesis de grasa a partir de glicerol-3-fosfato requiere la acción de las enzimas acil transferasa para catalizar la adición de ácidos grasos a la cadena principal de glicerol.
    • 6.14: Conexiones a otras vías
      Existen varias conexiones entre el metabolismo de las grasas y los ácidos grasos con otras vías metabólicas. Como se señaló, el ácido fosfatídico es un intermedio en la síntesis de triacilgliceroles, así como de otros lípidos, incluyendo fosfoglicéridos. El diacilglicerol (DAG), que es un intermedio en la síntesis de grasas, también actúa como mensajero en algunos sistemas de señalización.

    Miniatura: Mapa Metabólico del Metro. Imagen utilizada con permiso (CC BY-SA 4.0; Chakazul).

    Colaboradores


    This page titled 6: Metabolismo I - Procesos Oxidativos/Reductivos is shared under a CC BY-NC-SA license and was authored, remixed, and/or curated by Kevin Ahern & Indira Rajagopal.