T11 metabolismo

TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo 1.- CÉLULA Y SER VIVO: SISTEMAS ABIERTOS 2.- CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE METABOLISMO 3.- ENERGÉTICA CELULAR ANTECEDENTES PAU: 2003 – Junio : concepto de anabolismo y catabolismo, ejemplos; 2003 – Septiembre : ATP, estructura, significado y vías de producción; 2004 – Septiembre : metabolismo autótrofo y heterótrofo; 2006 – Junio : procesos anabólicos y catabólicos, definición y ejemplos; 2006 – Septiembre : metabolismo autótrofo y heterótrofo, definición; ATP, estructura y función; 2008 – Junio : anabolismo y catabolismo, concepto y ejemplos; 2009 – Junio : concepto de anabolismo y catabolismo, ejemplos;

1.- CÉLULA Y SER VIVO: SISTEMAS ABIERTOS SISTEMA: conjunto de partes interrelacionadas entre sí y del que nos interesa el comportamiento global p.e.: cuerpo de un ser vivo, una fábrica, un instituto, una familia, un bosque... TIPOS DE SISTEMAS: Sistemas CERRADOS : no intercambian materia, pero sí energía con el entorno (p.e. una charca, pecera) Sistemas ABIERTOS : intercambian materia y energía con el entorno (p.e. una ciudad, un coche) Sistemas AISLADOS : no intercambian materia ni energía con el entorno (p.e. Sistema Solar)

TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo

UN SER VIVO es un sistema... ¿ ABIERTO , CERRADO o AISLADO ? TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo

SERES VIVOS y CÉLULAS  Sistemas ABIERTOS en EQUILIBRIO DINÁMICO ABIERTOS , porque intercambian materia y energía con el medio MATERIA y ENERGÍA química almacenada en los alimentos (PRINCIPIOS INMEDIATOS) REACCIONES QUÍMICAS: Degradación de sustancias Construcción sustancias más complejas Dar energía para las actividades del organismo Dar energía para la síntesis de moléculas y estructuras celulares Energía (ATP) CO 2 H 2 O EN EQUILIBRIO DINÁMICO , porque mantienen un medio interno estable (HOMEOSTÁTICOS) TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo

REACCIONES QUÍMICAS: Degradación de sustancias Construcción sustancias más complejas Dar energía para las actividades del org. Dar energía para la síntesis de moléculas y estructuras celulares TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo METABOLISMO: Conjunto de reacciones químicas y de transformaciones de energía que involucran la síntesis (ANABOLISMO, requiere energía) , y degradación de moléculas (CATABOLISMO, produce energía) SERES VIVOS y CÉLULAS  Utilizan el ATP (Adenosín trifosfato) como fuente de energía química útil ATP ADP Desfosforilación Fosforilación La energía que se necesita para las reacciones que absorben energía se obtiene de la hidrólisis del ATP. Cuando las reacciones liberan energía, la energía se emplea en la formación de ATP. Además del ATP y el ADP también existen los nucleótidos de GTP , CTP y UTP con función similar.

El ATP como transportador de energía El ATP almacena energía y actúa como “moneda de cambio energético”. Consumimos 45 kg de ATP/día , pero en cada instante tenemos menos de 1 g, por tanto se está produciendo y consumiendo constantemente. TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo ATP ↔ ADP + P i + energía ADP ↔ AMP + P i + energía

TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo 2.- CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE METABOLISMO METABOLISMO: Conjunto de reacciones químicas y de transformaciones de energía que ocurren en el ser vivo. Importante: cada una de estas transformaciones requiere de la participación de una ENZIMA (proteínas) Ruta o vía metabólica Proceso formado por una cadena de reacciones enzimáticas sucesivas Metabolito Cada una de las sustancias que intervienen en una ruta metabólica y que sufren transformaciones en el proceso CATABOLISMO (PROCESOS CATABÓLICOS) Metabolismo de degradación oxidativa de moléculas. Son procesos exergónicos (producen energía ATP) ANABOLISMO (PROCESOS ANABÓLICOS) Metabolismo de síntesis de moléculas. Son procesos endergónicos (requieren energía ATP) ANFIBOLISMO (PROCESOS ANFIBÓLICOS) Procesos combinados en los que se oxidan metabolitos y se almacena energía (ATP) para después utilizarla en el anabolismo

TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo RUTA o VÍA METABÓLICA METABOLITO ENZIMAS ESPECÍFICAS

Metabolitos ATP, GTP, NADH... Funciones vitales (gasto de energía) Catabolismo Anfibolismo Anabolismo Mitocondria Biomoléculas Calor Es el metabolismo de degradación de moléculas y produce energía Procesos en los que se almacena gran cantidad de energía Son procesos endergónicos en los que se realiza síntesis de moléculas Los procesos catabólicos y anfibólicos desprenden energía libre TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo Ingreso de moléculas en la célula

Moléculas que intervienen en el metabolismo TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo METABOLITOS : moléculas que participan en las rutas metabólicas · para su degradación (catabolismo): p.e. glucosa, ácidos grasos · para participar en la síntesis de otras más complejas (anabolismo): p.e. aas NUCLEÓTIDOS : moléculas que posibilitan la oxidación o reducción de los metabolitos · p.e. NAD + , NADP + , FAD y FMN (véase “nucleótidos no nucleicos” del T6) MOLÉCULAS CON ENLACES RICOS EN ENERGÍA : vinculados al grupo fosfato · si se forma el grupo P  se almacena E química · si se degrada el grupo P  se libera E química MOLÉCULAS EXTREMAS AMBIENTALES : están al comienzo o final del proceso metabólicos · proceden del ambiente celular · p.e. O 2 , H 2 O, CO 2 Balance energético Nº de moléculas ricas en energía (ATP) producidas por cada metabolito oxidado Ruta ANABÓLICA = Balance NEGATIVO - Ruta CATABÓLICA = Balance POSITIVO Rendimiento energético % de energía almacenada respecto a la cantidad total desprendida en el proceso catabólico (ya que buena parte se pierde en forma de Q)

NUCLEÓTIDOS NO NUCLEICOS: FAD, NAD, NADP Y CoA FLAVINA (base nitrogenada) RIBITOL (pentosa) + RIBOFLAVINA (nucleósido) FMN ( flavín-mononucleótido) FOSFATO + FAD ( flavín-adenín-dinucleótido) AMP + NUCLEÓTIDO DE NICOTINAMIDA + NUCLEÓTIDO DE ADENINA NAD ( nicotín-adenín -dinucleótido) + FOSFATO NADP ( nicotín-adenín -dinucleótido fosfato) COENZIMA -A ADP Catalizan reacciones de oxidación-reducción Intervienen en la respiración celular Interviene en reacciones enzimáticas del metabolismo celular TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo NUCLEÓTIDOS DE FLAVINA NUCLEÓTIDOS DE PIRIDINA  -mercaptoetilamina Ácido pantoténico

Metabolismo celular: la célula es un sistema abierto Las células intercambian materia y energía con el medio. El Sol produce energía que se disipa en el medio y es captada por los sistemas vivos que la transforman en energía química. Las células están en equilibrio dinámico con el medio, porque están permanentemente intercambiando energía y materia con el medio pero no se produce una variación neta de estos componentes. A esto se le llama equilibrio dinámico de flujos . La célula está permanentemente realizando un trabajo y almacenando energía . Llamamos metabolismo al conjunto de reacciones y procesos energéticos que tienen lugar en la célula y, por extensión, en un ser vivo. Para ello existen una serie de mecanismos que permiten transformar, almacenar energía y sintetizar las moléculas necesarias para la replicación celular . Todas las células utilizan como fuente de energía moléculas de ATP u otras similares (GTP, CTP o UTP) . Energía libre Es la magnitud termodinámica utilizada para estudiar los procesos biológicos. Es la energía útil capaz de realizar un trabajo en condiciones constantes de presión y temperatura.  G =  H - T  S  G es la variación de energía libre o útil que la célula intercambia con el medio T es la temperatura  H es la variación de entalpía (calor que se puede absorber o desprender en una reacción)  S es la variación de la entropía (desorden) TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo 3.- ENERGÉTICA CELULAR

TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo Acerca de la Entropía…

Energía libre Reactivos Productos Reactivos Productos  G < 0 Reacción Energéticamente favorable E productos < E reactivos Cuando se desprende energía libre , las reacciones se denominan exergónicas . El sistema puede realizar trabajo  G > 0 Reacción Energéticamente desfavorable E productos < E reactivos Cuando se absorbe energía libre , las reacciones se denominan endergónicas . No son espontáneas, para que ocurran deben acoplarse con otras reacciones exergónicas , donde  G sea lo suficientemente negativo Si  G = 0 el sistema estaría en equilibrio El acoplamiento energético es imprescindible para el metabolismo celular. TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo  G < 0  G > 0

Acoplamiento energético entre reacciones La energía desprendida en una reacción exergónica, puede aprovecharse para que se produzcan reacciones energéticamente desfavorables. ATP ADP  G= -7,3kcal/mol Hexoquinasa Glucosa Glucosa-6~P Glucosa + P i  Glucosa-6-P ATP + H 2 O  ADP + P i  G= +3 kcal/mol  G= -7,3 kcal/mol Glucosa +ATP + H 2 O  Glucosa-6-P + ADP  G= -4,3 kcal/mol FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA MEDIANTE ATP: · Fosforilación de la Glucosa  endergónica · Hidrólisis ATP  exergónica La hidrólisis del ATP (proceso exergónico) se acopla a la fosforilación de la glucosa (proceso endergónico). El proceso global es favorable energéticamente.  G= +3kcal/mol TEMA 11: metabolismo celular y del ser vivo En general, por cada reacción endergónica, existe otra exergónica que, acoplada a la primera, le sirve de fuente de energía

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