Vista a vuelo de pájaro de los conceptos básicos sobre el metabolismo celular

1. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Introducción al MetabolismoIntroducción al Metabolismo
M. en C. RAFAEL GOVEA VILLASEÑORM. en C. RAFAEL GOVEA VILLASEÑOR
CINVESTAV-IPNCINVESTAV-IPN
UAM-IUAM-I
M. en C. RAFAEL GOVEA VILLASEÑORM. en C. RAFAEL GOVEA VILLASEÑOR
CINVESTAV-IPNCINVESTAV-IPN
UAM-IUAM-I
Versión 2.1Versión 2.1

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¿Qué es el Metabolismo Celular?¿Qué es el Metabolismo Celular?
Es el conjunto de reaccionesEs el conjunto de reacciones
bioquímicas que transforman labioquímicas que transforman la
materia, la energía y la informaciónmateria, la energía y la información
que entran y salen de la célulaque entran y salen de la célula
masamasa
energíaenergía
informacióninformación
masamasa
energíaenergía
informacióninformación

3. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Conocimientos PreviosConocimientos Previos
¿Qué es una reacción bioquímica?¿Qué es una reacción bioquímica?
Es una reacción química catalizada por unaEs una reacción química catalizada por una
macromolécula (macromolécula (enzimaenzima) que acelera de manera) que acelera de manera
específica la velocidad de reacciónespecífica la velocidad de reacción

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Conocimientos PreviosConocimientos Previos
¿Qué es una enzima?¿Qué es una enzima?
Es una macromolécula que acelera de miles a miles deEs una macromolécula que acelera de miles a miles de
millones de veces la velocidad de una reacciónmillones de veces la velocidad de una reacción
específica sin consumirse en ellaespecífica sin consumirse en ella
ADP + PiADP + Pi ATPATP
ATP sintasaATP sintasa

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Conocimientos PreviosConocimientos Previos
¿Cómo funciona una enzima?¿Cómo funciona una enzima?
La enzima tiene un sitio activo que reconoce a susLa enzima tiene un sitio activo que reconoce a sus
sustratos por complementaridad de superficies, orientandosustratos por complementaridad de superficies, orientando
y exponiéndolos a un microambiente químico que reducey exponiéndolos a un microambiente químico que reduce
la Energía de activación requerida para la reacciónla Energía de activación requerida para la reacción
DímeroDímero
de la Fosfo-de la Fosfo-
fructocinasafructocinasa
Fructosa-6PFructosa-6P
ATPATP MgMg2+2+
SitioSitio
activoactivo

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Conocimientos PreviosConocimientos Previos
¿Qué requiere una enzima para funcionar?¿Qué requiere una enzima para funcionar?
Fructosa-6PFructosa-6P
ATPATP
MgMg2+2+
Fructosa-1,6 DPFructosa-1,6 DP
ADPADP
Fosfo-fructocinasaFosfo-fructocinasa
Las Enzimas suelen necesitar moléculas auxiliares que seLas Enzimas suelen necesitar moléculas auxiliares que se
gastan en la reacción: Coenzimas (PMO) o cofactores (PMI).gastan en la reacción: Coenzimas (PMO) o cofactores (PMI).
Además de una temperatura y pH óptimos.Además de una temperatura y pH óptimos.

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Conocimientos PreviosConocimientos Previos
¿Cuáles tipos de enzimas existen?¿Cuáles tipos de enzimas existen?
Enzimas ProteicasEnzimas Proteicas
hechas de aminoácidoshechas de aminoácidos
ARN 16S del RibosomaARN 16S del Ribosoma
RibozimasRibozimas
hechas de ribonucleótidoshechas de ribonucleótidos
Triosa-fosfato-isomerasaTriosa-fosfato-isomerasa

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¿Qué son las Vías Metabólicas?¿Qué son las Vías Metabólicas?
Son series de reacciones químicasSon series de reacciones químicas
catalizadas porcatalizadas por enzimasenzimas que transformanque transforman
una sustancia en otras tantas.una sustancia en otras tantas.
Son rutas de transformación pre-establecidas por laSon rutas de transformación pre-establecidas por la
presencia de laspresencia de las enzimasenzimas en la célulaen la célula
II
La información genética de laLa información genética de la
célula determina cualescélula determina cuales
reacciones o rutasreacciones o rutas
bioquímicas son posiblesbioquímicas son posibles
EE11
BB CC DD EE FFAA
HHJJ
GG
EE22 EE33 EE44 EE55
EE66
EE77
EE88EE99

9. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
¿Hay muchas Vías Metabólicas?¿Hay muchas Vías Metabólicas?
MuchísimasMuchísimas

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¿Cómo se clasifican las vías metabólicas?¿Cómo se clasifican las vías metabólicas?
Rutas MetabólicasRutas Metabólicas
Vías CatabólicasVías Catabólicas Vías AnabólicasVías Anabólicas
FermentaciónFermentación RespiraciónRespiración BiosintéticasBiosintéticas
básicasbásicas
BiosintéticasBiosintéticas
complement.complement.
F. LácticaF. Láctica
F. AlcohólicaF. Alcohólica
Otras FermentacionesOtras Fermentaciones
AerobiaAerobia
AnaerobiasAnaerobias
QuimiosíntesisQuimiosíntesis
FotosíntesisFotosíntesis
BiosíntesisBiosíntesis
de proteínasde proteínas
Biosíntesis deBiosíntesis de
Ac. NucleicosAc. Nucleicos
BiosíntesisBiosíntesis
de Lípidosde Lípidos
F. anoxigénicasF. anoxigénicas
F. oxigénicasF. oxigénicas
Otras FotosíntesisOtras Fotosíntesis

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¿Qué es una vía Catabólica?¿Qué es una vía Catabólica?
Es una ruta bioquímica que transformaEs una ruta bioquímica que transforma
moléculas de mayor masa molecular amoléculas de mayor masa molecular a
otras de menor peso. Su fin es elaborarotras de menor peso. Su fin es elaborar
ATP y moléculas intermediarias delATP y moléculas intermediarias del
metabolismo.metabolismo.

12. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Es una ruta bioquímica que transformaEs una ruta bioquímica que transforma
moléculas de baja masa molecular amoléculas de baja masa molecular a
otras de mayor MM. Consumenotras de mayor MM. Consumen ATPATP yy
moléculas intermediarias paramoléculas intermediarias para
elaborarlas.elaborarlas.
¿Qué es una vía Anabólica?¿Qué es una vía Anabólica?

13. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
La Fermentación es la vía catabólicaLa Fermentación es la vía catabólica
que fabricaque fabrica ATPATP mediante la oxido-mediante la oxido-
reducción interna de un compuestoreducción interna de un compuesto
orgánico, usualmente,orgánico, usualmente, GlucosaGlucosa
¿Qué es la Fermentación?¿Qué es la Fermentación?

14. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Fermentación AlcohólicaFermentación Alcohólica
CC66HH1212OO66
(glucosa)(glucosa)
22 CHCH33-CH-CH22-OH-OH + 2 CO+ 2 CO22 + 2+ 2 ATPATP
((etanoletanol))

15. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Fermentación LácticaFermentación Láctica
CC66HH1212OO66
(glucosa)(glucosa)
22 CHCH33-C=O-COOH-C=O-COOH + 2+ 2 ATPATP
((ácido lácticoácido láctico))

16. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Fermentación LácticaFermentación Láctica
LactatoLactato

17. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Es la vía catabólica que fabricaEs la vía catabólica que fabrica
ATPATP mediante la oxido-mediante la oxido-
reducción externa de unreducción externa de un
compuesto orgánico,compuesto orgánico,
usualmente,usualmente, GlucosaGlucosa
¿Qué es la Respiración Celular?¿Qué es la Respiración Celular?

18. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
1. Respiración Celular Anaerobia cuando se1. Respiración Celular Anaerobia cuando se
usa un oxidante externo distinto del Ousa un oxidante externo distinto del O22
(sulfato, nitrato, Fe(sulfato, nitrato, Fe3+3+
, etc.), etc.)
Hay 2 tipos de Respiración CelularHay 2 tipos de Respiración Celular
2. Respiración Celular Aerobia cuando2. Respiración Celular Aerobia cuando
se usa como oxidante externo el Ose usa como oxidante externo el O22

19. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Algunos oxidantes utilizados en la respiraciónAlgunos oxidantes utilizados en la respiración
OO22 HH22OO Muchas bacterias, arqueobacteriasMuchas bacterias, arqueobacterias
yy EukaryaEukarya
NONO--
33 NONO--
22 EnterobacteriasEnterobacterias
NONO--
33 NONO--
22 , N, N22O, NO, N2,2, PseudomonasPseudomonas yy BacillusBacillus
SOSO44
2-2-
HH22SS DesulfovibrioDesulfovibrio yy DesulfotomaculatumDesulfotomaculatum
COCO22 CHCH4,4, MetanógenosMetanógenos
SS00
HH22SS,, Desulforomonas y ThermoproteusDesulforomonas y Thermoproteus
FeFe3+3+
FeFe2-2-
PseudomonasPseudomonas yy BacillusBacillus
OxidanteOxidante Reducido aReducido a

20. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
RespiraciónRespiración Celular AerobiaCelular Aerobia
CC66HH1212OO66 + O+ O22
(glucosa)(glucosa)
66 COCO22 + 6 H+ 6 H22O + 38O + 38 ATPATP

21. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Respiración Celular AnaerobiaRespiración Celular Anaerobia
CC66HH1212OO66 + 6 SO+ 6 SO44
2-2-
(glucosa)(glucosa)
66 COCO22 + 6S+ 6S==
++ ≅≅2121 ATPATP

22. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
LaLa FermentaciónFermentación No es un tipo deNo es un tipo de
Respiración Celular AnaerobiaRespiración Celular Anaerobia,,
aunque también sea anaerobia yaunque también sea anaerobia y
catabólicacatabólica

23. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Respiración vs FermentaciónRespiración vs Fermentación
• Oxidación externaOxidación externa
• Generación de ATP porGeneración de ATP por
Fosforilación quimio-ósmóticaFosforilación quimio-ósmótica
• El aceptor de e- (oxidante) esEl aceptor de e- (oxidante) es
una sustancia distinta aluna sustancia distinta al
sustratosustrato
• Consta de {Glucólisis + Ciclo deConsta de {Glucólisis + Ciclo de
Krebs + Cadena TransportadoraKrebs + Cadena Transportadora
de e- + Fosforilación del ADP}de e- + Fosforilación del ADP}
• Oxidación internaOxidación interna
• Generación de ATP porGeneración de ATP por
fosforilación a nivel de sustratofosforilación a nivel de sustrato
• El aceptor de e- (oxidante) es unEl aceptor de e- (oxidante) es un
átomo proveniente del mismoátomo proveniente del mismo
sustratosustrato
• Consta de {Glucólisis +Consta de {Glucólisis +
Reacciones regeneradoras deReacciones regeneradoras de
NADNAD++
}}

24. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Respiración Celular AerobiaRespiración Celular Aerobia
GlucólisisGlucólisis
Ciclo de Krebs (del Ácido Cítrico)Ciclo de Krebs (del Ácido Cítrico)
Cadena Transportadora de electronesCadena Transportadora de electrones
Fosforilación del ADPFosforilación del ADP

25. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
En el citosol, primero...En el citosol, primero...

26. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Luego en la matriz mitocondrialLuego en la matriz mitocondrial
el Ciclo de Krebsel Ciclo de Krebs

27. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
En la MMI, la Cadena RespiratoriaEn la MMI, la Cadena Respiratoria
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++ pp++
pp++
pp++GPGP
pp++
2 NADH2 NADH
+ 2H+ 2H++
2NAD2NAD++
4 H4 H++
+ O+ O22
2 H2 H22OO
NADH desh.NADH desh. Citocromo b-c1Citocromo b-c1
(reductasa)(reductasa) Citocromo C Oxid.Citocromo C Oxid.
MMEMME
EIMEIM
MMIMMI
SucSuc
FumFum
CICI
CIIICIII
CIVCIV
Suc deshSuc desh..
DHAPDHAP
e-e- QQ e-e-
e-e-
CCe-e-
e-e-
CIICII
GPDHGPDH

28. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
En la MMI, la Fosforilación del ADPEn la MMI, la Fosforilación del ADP
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
pp++
ADP + PADP + Pii ATPATP
pp++
ATP sintasaATP sintasa
MMEMME
EIMEIM
MMIMMI
CVCV
pp++
pp++
pp++ pp++
pp++

29. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Vías Transportadoras de eVías Transportadoras de e--
e-e- e-e- e-e-
pp++
pp++pp++
pp++
pp++
pp++
pp++pp++
pp++
pp++
pp++
2 NADH2 NADH
+ 2H+ 2H++
2NAD2NAD++
4 H4 H++
+ O+ O22
2 H2 H22 OO
QQ e-e-
CCe-e-
ADP + PADP + Pii ATP
pp++
NADH deshidrogenasaNADH deshidrogenasa
Citocromo b-c1Citocromo b-c1
(reductasa)(reductasa)
Citocromo C OxidasaCitocromo C Oxidasa ATP sintasaATP sintasa
NONO33
--
NHNH33
++ SS==
SOSO44
22-- SS22OO33
--
FeFe3+3+
D-0994D-0994
pp++

30. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Es la vía anabólica que fijaEs la vía anabólica que fija COCO22 parapara
fabricarfabricar carbohidratoscarbohidratos usandousando
energía química procedente deenergía química procedente de
reacciones de oxido-reducción dereacciones de oxido-reducción de
Pequeñas Moléculas InorgánicasPequeñas Moléculas Inorgánicas
¿Qué es la Quimiosíntesis?¿Qué es la Quimiosíntesis?

31. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
QuimiosíntesisQuimiosíntesis
CC66HH1212OO66 + SO+ SO44
2-2-
(glucosa)(glucosa)
COCO22 + S+ S==
++ EEquímicaquímica

32. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Es la vía anabólica que fijaEs la vía anabólica que fija COCO22
para fabricarpara fabricar carbohidratoscarbohidratos
usandousando energía lumínicaenergía lumínica
procedente del Solprocedente del Sol
¿Qué es la Fotosíntesis?¿Qué es la Fotosíntesis?

33. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Fotosíntesis AnoxigénicasFotosíntesis Anoxigénicas
CC66HH1212OO66 + SO+ SO44
2-2-
(glucosa)(glucosa)
COCO22 + S+ S==
++ EELumínicaLumínica
CCnn(H(H22O)O)nn
carbohidratocarbohidrato
¿Sólo hay un tipo de Fotosíntesis?¿Sólo hay un tipo de Fotosíntesis?
No, de hecho hay varias como las distintas...No, de hecho hay varias como las distintas...

34. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Fotosíntesis OxigénicaFotosíntesis Oxigénica
CC66HH1212OO66 + O+ O22
(glucosa)(glucosa)
COCO22 + H+ H22O +O + EELumínicaLumínica
CCnn(H(H22O)O)nn
carbohidratocarbohidrato
Y los varios tipos de...Y los varios tipos de...
¿Sólo hay un tipo de Fotosíntesis?¿Sólo hay un tipo de Fotosíntesis?

35. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
El cloroplasto realiza laEl cloroplasto realiza la
Fotosíntesis OxigénicaFotosíntesis Oxigénica

36. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
La primera fase es depende de la luzLa primera fase es depende de la luz
ElaboraElabora PoderPoder
energético (ATP)energético (ATP)
yy PoderPoder
ReductorReductor
(NADPH)(NADPH)
usando luz parausando luz para
romper el agua yromper el agua y
extrerle sus Hextrerle sus H++
desechando el Odesechando el O22

37. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
La segunda fase NO depende de la luzLa segunda fase NO depende de la luz
Fija el COFija el CO22 en unen un
ciclo de reaccionesciclo de reacciones
donde el primerdonde el primer
compuestocompuesto
formado tiene 3 C,formado tiene 3 C,
el 3PG.el 3PG. Luego seLuego se
reduce a G3P yreduce a G3P y sese
exporta al citosolexporta al citosol oo
se convierte ense convierte en
glucosa, sacarosa oglucosa, sacarosa o
almidón.almidón.

38. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
La Fotosíntesis Oxigénica se llama C3, peroLa Fotosíntesis Oxigénica se llama C3, pero
hay otras variantes, como la C4hay otras variantes, como la C4
En la fotosíntesis C4, seEn la fotosíntesis C4, se
fija el COfija el CO22 en unen un
compuesto de 4 Ccompuesto de 4 C
formando el OOAformando el OOA parapara
evitar laevitar la
fotorrespiración.fotorrespiración. ElEl
OOA se envía comoOOA se envía como
MAL a la vainaMAL a la vaina
vascular.vascular. Allí se liberaAllí se libera
COCO22 y se fija en el cicloy se fija en el ciclo
de Calvin normalde Calvin normal..

39. M en C Rafael Govea VillaseñorM en C Rafael Govea Villaseñor
Por el momento es todo...Por el momento es todo...