El documento describe los conceptos fundamentales del metabolismo. Explica que el metabolismo consiste en reacciones enzimáticas que permiten a las células obtener energía, fabricar moléculas y sintetizar compuestos necesarios. También describe los diferentes tipos de rutas metabólicas y los tres niveles en que se regula el metabolismo: alostérico, hormonal y de concentración enzimática. Finalmente, explica conceptos como oxidación, reducción y la importancia de moléculas como ATP, NAD, FAD y NADPH en las reacciones

1. Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades plantel Oriente Generalidades del Metabolismo Leticia Martínez Aguilar

3. transmisión nerviosa,

4. transporte activo, Por tanto en los seres vivos actúan como un almacén de energía.

5. Las rutas metabólicas puedes ser de diferentes tipos: 1) lineales 2) ramificadas 3) no lineales: las cuales a su vez pueden ser: a) convergentes ( catabólicas). b) divergentes ( anabólicas). c) cíclicas: en la que uno de los materiales de partida se regenera volviendo a entrar en la ruta. La mayoría de los organismos contienen la dotación enzimática para llevar a cabo tanto la degradación como la síntesis de ciertos compuestos.

7. REGULACIÓN DE LAS VÍAS METABÓLICAS Las vías metabólicas están reguladas a tres niveles. El primer nivel por la acción de enzimas alostéricasque son capaces de cambiar la actividad catalítica en respuesta a moduladores estimuladores o inhibidores. Un segundo nivel corresponde al control metabólico en los organismos superiores mediante la regulación hormonal. Las hormonas sirven para coordinar las actividades metabólicas de diferentes tejidos y sus acciones y efectos son en una escala de tiempo más prolongada que la de los efectos alostéricos. El tercer nivel de regulación metabólica consiste en el control de la velocidad de un paso metabólico por regulación de la concentración de su enzima en la célula. La concentración de una enzima en un momento determinado es el resultado de un equilibrio entre su velocidad de síntesis y su velocidad de degradación

8. Termodinámica y Metabolismo La primera Ley de la Termodinámica establece que la energía total de un sistema, más la de su entorno, permanece constante. Esto implica que durante cualquier cambio dentro del sistema completo, la energía no se pierde ni se gana. Sin embargo, puede transferirse de una parte a otra o puede ser transformada a otra forma de energía. La segunda ley establece que si un proceso ocurre espontáneamente, la entropía total de un sistema debe aumentar. La entropía representa la extensión del desorden y se torna máxima en un sistema cuando este se aproxima al equilibrio verdadero. Representa la energía degradada, no utilizable para realizar trabajo.

9. Procesos irreversibles ΔG° es la diferencia entre el contenido de energía libre de los productos y el contenido de energía libre de los reactivos en condiciones estándar. Si ΔG° es de signo negativo, los productos tienen menos energía libre que los reactivos, por lo tanto, la reacción procede en forma espontánea con pérdida de energía libre, es decir, es exergónica. Si, además ΔG es de gran magnitud, la reacción se dirige a su consumación y es esencialmente irreversible. Si ΔG es positivo, significa que los productos de la reacción contienen más energía libre que los reactivos, por lo tanto la reacción solo procede si puede ganarse energía, es decir es endergónica.

10. La siguiente tabla, muestra las variaciones de energía libre estándar de varias reacciones químicas representativas:

11. La variación de energía libre estándar ΔG° nos dice en qué dirección y hasta qué punto transcurrirá la reacción para alcanzar el equilibrio cuando la concentración inicial de cada componente es 1,0 M; el pH es 7,0 y la temperatura 25°C. La variación de energía libre real, ΔG, de una reacción química determinada es una función de las concentraciones y de la temperatura que se dan realmente durante la reacción.

12. OXIDACIONES BIOLÓGICAS En esencia, las reacciones químicas son transformaciones energéticas en las cuales la energía almacenada en los enlaces químicos se transfiere a otros enlaces recién formados. En tales transferencias los electrones pasan de un nivel energético a otro. En muchas reacciones los electrones se transfieren de un átomo o molécula a otro. Estas reacciones, muy importantes en los sistemas vivientes, se conocen como reacciones de oxidación-reducción (redox). La pérdida de uno o más electrones se conoce como oxidación y se dice que la molécula o el átomo que los ha perdido se ha oxidado. La reducción, por el contrario, es la ganancia de uno o más electrones. La oxidación y la reducción siempre ocurren simultáneamente, porque el electrón que pierde el átomo oxidado es aceptado por otro átomo, que se reduce en el proceso

13. A T P N A D Y F A D No forman parte de los ácidos nucleicos, se encuentran libres en las células e intervienen en el metabolismo y en su regulación de enzimas, aportando energía química en las reacciones celulares, como coenzimas o como intermediarios activos en la síntesis de biomoléculas. Entre estos tenemos: ▪ Adenosín trifosfato (ATP) actúa como coenzima en diversas reacciones metabólicas implicadas en la transferencia de fosfato y energía siendo el intermediario energético celular por excelencia. Al hidrolizarse a ADP+P, libera la energía que es utilizada por la célula para realizar diversas funciones

14. Esquema de la formación del ATP

15. Frecuentemente los electrones que se transfieren en las reacciones rédox de los seres vivos van acompañados de un protón (es decir, forman un átomo de hidrógeno), por lo que podemos considerar como una oxidación la pérdida de átomos de hidrógeno y como una reducción la ganancia de éstos. Los compuestos orgánicos tienen un mayor contenido energético cuanto más reducidos estén, de lo que se puede deducir que las reacciones biológicas de oxidación liberarán energía.

16. El NAD (nicotín-adenín-dinucleótido) y el FAD (flavín-adenín-dinucleótido), son dinucleótidos formados por la unión de un nucleótido de adenina a un nucleótido de nicotinamida y flavina, respectivamente, y el NADP (nicotín-adenín-dinucleótido fosfato) posee además un fosfato; actúan como coenzimas en procesos metabólicos de transferencia de electrones (reacción de óxido-reducción). Estas coenzimas actúan aceptando o cediendo electrones (reduciéndose u oxidándose) al tiempo que el sustrato se oxida o reduce, ejemplo. E (deshidrogenasa) (sustrato reducido) A-H2 ▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬► A (sustrato oxidado) ü ú NAD NADH + H+ ù ù (coenzima oxidada) (coenzima reducida)

17. Las reacciones catabólicas provocan la oxidación de los sustratos, por deshidrogenación, y los enzimas que catalizan estas reacciones son deshidrogenasas ligadas a los coenzimas NAD, NADP y FAD, principalmente. Los electrones desprendidos en estas reacciones de oxidación son captados por otras moléculas transportadoras de electrones que se encuentran organizadas de tal manera que la oxidación de un transportador libera más energía de la necesaria para reducir al siguiente. Si el excedente de energía es suficiente se utiliza para fosforilar el ADP y formar ATP.

18. El NADPH actúa como transportador de electrones ricos en energía, desde las reacciones catabólicas hasta las anabólicas que los necesitan, de la misma manera que el ATP es un transportador de grupos fosfato ricos en energía desde las reacciones del catabolismo a las reacciones del anabolismo.