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T11 – METABOLISMO CELULAR Y DEL SER VIVO.
1. Célula y ser vivo: sistemas abiertos.
2. Las enzimas.
3. La reacción enzimática.
4. Vitaminas y metabolismo.
5. Energética celular.
6. Consideraciones generales sobre metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
ANTECEDENTES PAU:
2003 – Septiembre: definición de anabolismo y catabolismo;
2004 – Septiembre: definición y papel de las coenzimas;
• Un organismo capta materia y energía, las transforma y, almacenando
energía, realiza actividades biológicas.
• La célula intercambia sustancias a través de su membrana plasmática o
mediante procesos asociados a ella.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
1 – Célula y ser vivo: sistemas abiertos.
Estudio de la célula
y el ser vivo
Se consideran ambos
SISTEMAS ABIERTOS
Están en EQUILIBRIO DINÁMICO
Realizando TRABAJO
• La molécula de ATP (adenosín trifosfato) es la fuente de energía química
útil, ya que posee dos enlaces fosfato ricos en energía.
• Otros nucleótidos de citosina (CTP), de guanina (GTP) o de uracilo (UTP)
intervienen en procesos metabólicos realizando la misma función
energética.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
1 – Célula y ser vivo: sistemas abiertos.
• Las enzimas son proteínas con una función catalítica,
es decir, proteínas que regulan las reacciones
químicas en los seres vivos.
• Acelerando las reacciones y disminuyendo la
energía de activación.
• Intervienen en pequeñas concentraciones, ya que ni se
consumen ni se alteran durante la reacción y pueden,
por lo tanto, actuar sucesivas veces.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
2 – Las enzimas.
Concepto de enzima
• Disminuyen la energía de
activación.
• No cambian el signo ni la
cuantía de la variación de
energía libre.
• No modifican el equilibrio de
la reacción.
• Aceleran la llegada del
equilibrio.
• Al finalizar la reacción quedan
libres y pueden reutilizarse.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
2 – Las enzimas.
Comportamiento de un enzima
Las enzimas actúan
como un catalizador:
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
2 – Las enzimas.
1. Especificidad. Cada enzima cataliza un solo tipo de
reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato
o sobre un grupo muy reducido de ellos.
2. No forman nunca parte del producto o productos.
3. No se consumen.
4. Son necesarios, por tanto, sólo en una pequeña
cantidad.
Carácterísticas de las enzimas.
• Cada enzima actúa a un pH
óptimo.
• Los cambios de pH alteran la
estructura terciaria y por tanto, la
actividad de la enzima.
• Cada enzima tiene una
temperatura óptima para actuar.
• Las variaciones de temperatura
provocan cambios en la estructura
terciaria o cuaternaria, alterando
la actividad de la enzima.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
2 – Las enzimas.
Influencia del pH y la temperatura en la actividad enzimática.
• Algunas reacciones son catalizadas por holoenzimas, moléculas
formadas por una apoenzima (parte proteica) y un cofactor (no
proteico).
holoenzima = cofactor + apoenzima
• Los cofactores tienen diversa naturaleza, y pueden ser:
• Cationes metálicos, como Zn2+, Ca2+, Fe2+ o Mg2+, que se unen
al apoenzima o regulan su activación.
• Moléculas orgánicas.
– Cuando se unen fuertemente a la apoenzima se denomina grupo
prostético.
– Se denominan coenzimas cuando se unen débilmente a la apoenzima
(NAD+, FAD, NADP+,…). Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas
funcionan como coenzimas.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
2 – Las enzimas.
Cofactores enzimáticos.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
2 – Las enzimas.
Clasificación de las enzimas.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
3 – La reacción enzimática.
Esquema de una reacción enzimática.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
3 – La reacción enzimática.
Especificidad enzimática.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
3 – La reacción enzimática.
Inhibición de la actividad enzimática.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
3 – La reacción enzimática.
• Es un mecanismo de regulación enzimática.
• Las enzimas que son reguladas por el sustrato y el producto de la
reacción se denominan enzimas alostéricas.
Los sustratos suelen comportarse como activadores.
Los productos suelen comportarse como inhibidores, impidiendo la
reacción.
Inhibición de la actividad enzimática.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
3 – La reacción enzimática.
• Existe un límite en cuanto a la cantidad de sustrato que
la enzima es capaz de transformar en el tiempo.
• La velocidad de la reacción aumenta de forma lineal
hasta alcanzar un máximo en el que se produce la
saturación de la enzima. En ese momento la velocidad
solo dependerá de la rapidez con la que esta sea capaz
de procesar el sustrato.
Cinética de la reacción enzimática.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
4 – Vitaminas y metabolismo.
Las vitaminas perteneces a varias clases de principios
inmediatos.
Las vitaminas son indispensables en la dieta, dado que no
pueden ser sintetizadas por los organismos animales.
• Avitaminosis o ausencia total de una o varias
vitaminas.
• Hipovitaminosis o insuficiencia de una determinada
vitamina en la dieta.
• Hipervitaminosis o exceso de vitaminas.
• Hidrosolubles. Son solubles en agua y generalmente actúan como
coenzimas o precursores de coenzimas. A este grupo pertenecen
las vitaminas del complejo B y la vitamina C.
• Liposolubles. Son insolubles en agua y solubles en disolventes no
polares. Son lípidos insaponificables y generalmente no son
cofactores o precursores. En este grupo se encuentran las
vitaminas A, D, E y K.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
4 – Vitaminas y metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
4 – Vitaminas y metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
5 – Energética celular.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
5 – Energética celular.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
5 – Energética celular.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
5 – Energética celular.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
5 – Energética celular.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
• Conjunto de reacciones químicas que se producen en el
interior de la célula.
• Estas reacciones en su mayoría tienen lugar en el
hialoplasma celular o parte del citoplasma que no
contiene orgánulos, aunque suelen empezar o terminar
en algún orgánulo especializado.
• Ejemplos de metabolismo.
– Duplicación del ADN.
– Biosíntesis de proteínas.
– La hidrólisis de grasas dan ácidos grasos y glicerina.
– Los polisacáridos dan monosacáridos.
• La reacción se produce gracias a la presencia de una
enzima que cataliza esa reacción determinada.
Metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
1. Obtener energía química del entorno, que es
almacenada en los enlaces fosfato del ATP.
2. Transformación de sustancias químicas
externas en moléculas utilizables por la célula.
3. Construcción de los componentes celulares
(materia orgánica propia: proteínas, ácidos
nucleicos, lípidos, polisacáridos,…).
4. Destrucción de estas moléculas para obtener
la energía que contienen.
Funciones del metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
• Anabolismo. Obtención de sustancias orgánicas complejas a partir
de sustancias más simples con un consumo de energía
(endergónicas o endotérmicas). Ejemplo: la fotosíntesis, la síntesis
de proteínas o la replicación del ADN.
• Catabolismo. Reacciones de
degradación de moléculas
complejas que pasan a convertirse
en moléculas sencillas. Son procesos
destructivos generadores de energía
(exergónicas o exotérmicas) que
posteriormente se usa en el anabolismo.
Ejemplo: la glucolisis, la beta-oxidación
de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs,
la fermentación láctica, la fermentación
acética.
Tipos de metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
• El problema de la obtención de la energía
por parte de los seres vivos.
Metabolismo
Catabolismo Anabolismo
exergónico endergónico
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
Esquema global del metabolismo celular.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
• Secuencia de reacciones químicas que se relacionan.
• Las rutas metabólicas no son independientes.
• Ocurren en el hialoplasma y en los orgánulos.
• El metabolismo tiene lugar en gran medida en el hialoplasma aunque muchas rutas
se inician o acaban en algún orgánulo.
• Las reacciones metabólicas que ocurren en el hialoplasma con anaerobias y no
degradan por completo los compuestos orgánicos.
• Las moléculas resultantes deben incorporarse después a las mitocondrias, donde se
degradan completamente, transformándose en materia inorgánica, y liberando gran
cantidad de energía.
Se necesitan numerosas enzimas específicas y moléculas para su desarrollo:
• Metabolitos. Son degradados o participan en la síntesis de otras sustancias.
• Nucleótidos. Permiten la oxidación y reducción de los metabolitos.
• Moléculas energéticas. Como ATP y GTP o la Coenzima A.
• Moléculas ambientales. Se encuentran al comienzo o final de algunos procesos
(oxígeno, agua, dióxico de carbono, agua,…)
Ruta metabólica.
Moléculas que intervienen en el metabolismo.
T11. Metabolismo celular y del ser vivo.
6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo.
• En conjunto, el proceso catabólico global debe ser exergónico para
que la energía obtenida le permita a la célula vivir y realizar los
procesos anabólicos.
• La cantidad de energía desprendida en un proceso exergónico
depende del desnivel entre el estado inicial y el estado final del
sistema.
• El balance energético permite medir la cantidad de energía
intercambiada en un proceso metabólico y se define como el
número de moléculas con enlaces ricos en energía (ATP) que se
han producido por cada metabolito oxidado.
• Si la ruta es estrictamente anabólica el balance será negativo.
• Si es catabólica el balance será positivo.
• El rendimiento energético indica el porcentaje de energía
almacenada respecto a la cantidad total desprendida en un proceso
catabólico. El resto se transfiere al entorno en forma de calor.
Rendimiento y balance energético del metabolismo.

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  • 1. T11 – METABOLISMO CELULAR Y DEL SER VIVO. 1. Célula y ser vivo: sistemas abiertos. 2. Las enzimas. 3. La reacción enzimática. 4. Vitaminas y metabolismo. 5. Energética celular. 6. Consideraciones generales sobre metabolismo.
  • 2. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. ANTECEDENTES PAU: 2003 – Septiembre: definición de anabolismo y catabolismo; 2004 – Septiembre: definición y papel de las coenzimas;
  • 3. • Un organismo capta materia y energía, las transforma y, almacenando energía, realiza actividades biológicas. • La célula intercambia sustancias a través de su membrana plasmática o mediante procesos asociados a ella. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 1 – Célula y ser vivo: sistemas abiertos. Estudio de la célula y el ser vivo Se consideran ambos SISTEMAS ABIERTOS Están en EQUILIBRIO DINÁMICO Realizando TRABAJO
  • 4. • La molécula de ATP (adenosín trifosfato) es la fuente de energía química útil, ya que posee dos enlaces fosfato ricos en energía. • Otros nucleótidos de citosina (CTP), de guanina (GTP) o de uracilo (UTP) intervienen en procesos metabólicos realizando la misma función energética. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 1 – Célula y ser vivo: sistemas abiertos.
  • 5. • Las enzimas son proteínas con una función catalítica, es decir, proteínas que regulan las reacciones químicas en los seres vivos. • Acelerando las reacciones y disminuyendo la energía de activación. • Intervienen en pequeñas concentraciones, ya que ni se consumen ni se alteran durante la reacción y pueden, por lo tanto, actuar sucesivas veces. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 2 – Las enzimas. Concepto de enzima
  • 6. • Disminuyen la energía de activación. • No cambian el signo ni la cuantía de la variación de energía libre. • No modifican el equilibrio de la reacción. • Aceleran la llegada del equilibrio. • Al finalizar la reacción quedan libres y pueden reutilizarse. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 2 – Las enzimas. Comportamiento de un enzima Las enzimas actúan como un catalizador:
  • 7. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 2 – Las enzimas. 1. Especificidad. Cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos. 2. No forman nunca parte del producto o productos. 3. No se consumen. 4. Son necesarios, por tanto, sólo en una pequeña cantidad. Carácterísticas de las enzimas.
  • 8. • Cada enzima actúa a un pH óptimo. • Los cambios de pH alteran la estructura terciaria y por tanto, la actividad de la enzima. • Cada enzima tiene una temperatura óptima para actuar. • Las variaciones de temperatura provocan cambios en la estructura terciaria o cuaternaria, alterando la actividad de la enzima. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 2 – Las enzimas. Influencia del pH y la temperatura en la actividad enzimática.
  • 9. • Algunas reacciones son catalizadas por holoenzimas, moléculas formadas por una apoenzima (parte proteica) y un cofactor (no proteico). holoenzima = cofactor + apoenzima • Los cofactores tienen diversa naturaleza, y pueden ser: • Cationes metálicos, como Zn2+, Ca2+, Fe2+ o Mg2+, que se unen al apoenzima o regulan su activación. • Moléculas orgánicas. – Cuando se unen fuertemente a la apoenzima se denomina grupo prostético. – Se denominan coenzimas cuando se unen débilmente a la apoenzima (NAD+, FAD, NADP+,…). Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas funcionan como coenzimas. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 2 – Las enzimas. Cofactores enzimáticos.
  • 10. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 2 – Las enzimas. Clasificación de las enzimas.
  • 11. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 3 – La reacción enzimática. Esquema de una reacción enzimática.
  • 12. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 3 – La reacción enzimática. Especificidad enzimática.
  • 13. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 3 – La reacción enzimática. Inhibición de la actividad enzimática.
  • 14. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 3 – La reacción enzimática. • Es un mecanismo de regulación enzimática. • Las enzimas que son reguladas por el sustrato y el producto de la reacción se denominan enzimas alostéricas. Los sustratos suelen comportarse como activadores. Los productos suelen comportarse como inhibidores, impidiendo la reacción. Inhibición de la actividad enzimática.
  • 15. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 3 – La reacción enzimática. • Existe un límite en cuanto a la cantidad de sustrato que la enzima es capaz de transformar en el tiempo. • La velocidad de la reacción aumenta de forma lineal hasta alcanzar un máximo en el que se produce la saturación de la enzima. En ese momento la velocidad solo dependerá de la rapidez con la que esta sea capaz de procesar el sustrato. Cinética de la reacción enzimática.
  • 16. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 4 – Vitaminas y metabolismo. Las vitaminas perteneces a varias clases de principios inmediatos. Las vitaminas son indispensables en la dieta, dado que no pueden ser sintetizadas por los organismos animales. • Avitaminosis o ausencia total de una o varias vitaminas. • Hipovitaminosis o insuficiencia de una determinada vitamina en la dieta. • Hipervitaminosis o exceso de vitaminas. • Hidrosolubles. Son solubles en agua y generalmente actúan como coenzimas o precursores de coenzimas. A este grupo pertenecen las vitaminas del complejo B y la vitamina C. • Liposolubles. Son insolubles en agua y solubles en disolventes no polares. Son lípidos insaponificables y generalmente no son cofactores o precursores. En este grupo se encuentran las vitaminas A, D, E y K.
  • 17. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 4 – Vitaminas y metabolismo.
  • 18. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 4 – Vitaminas y metabolismo.
  • 19. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 5 – Energética celular.
  • 20. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 5 – Energética celular.
  • 21. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 5 – Energética celular.
  • 22. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 5 – Energética celular.
  • 23. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 5 – Energética celular.
  • 24. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. • Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula. • Estas reacciones en su mayoría tienen lugar en el hialoplasma celular o parte del citoplasma que no contiene orgánulos, aunque suelen empezar o terminar en algún orgánulo especializado. • Ejemplos de metabolismo. – Duplicación del ADN. – Biosíntesis de proteínas. – La hidrólisis de grasas dan ácidos grasos y glicerina. – Los polisacáridos dan monosacáridos. • La reacción se produce gracias a la presencia de una enzima que cataliza esa reacción determinada. Metabolismo.
  • 25. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. 1. Obtener energía química del entorno, que es almacenada en los enlaces fosfato del ATP. 2. Transformación de sustancias químicas externas en moléculas utilizables por la célula. 3. Construcción de los componentes celulares (materia orgánica propia: proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos,…). 4. Destrucción de estas moléculas para obtener la energía que contienen. Funciones del metabolismo.
  • 26. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. • Anabolismo. Obtención de sustancias orgánicas complejas a partir de sustancias más simples con un consumo de energía (endergónicas o endotérmicas). Ejemplo: la fotosíntesis, la síntesis de proteínas o la replicación del ADN. • Catabolismo. Reacciones de degradación de moléculas complejas que pasan a convertirse en moléculas sencillas. Son procesos destructivos generadores de energía (exergónicas o exotérmicas) que posteriormente se usa en el anabolismo. Ejemplo: la glucolisis, la beta-oxidación de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs, la fermentación láctica, la fermentación acética. Tipos de metabolismo.
  • 27. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. • El problema de la obtención de la energía por parte de los seres vivos. Metabolismo Catabolismo Anabolismo exergónico endergónico
  • 28. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. Esquema global del metabolismo celular.
  • 29. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. • Secuencia de reacciones químicas que se relacionan. • Las rutas metabólicas no son independientes. • Ocurren en el hialoplasma y en los orgánulos. • El metabolismo tiene lugar en gran medida en el hialoplasma aunque muchas rutas se inician o acaban en algún orgánulo. • Las reacciones metabólicas que ocurren en el hialoplasma con anaerobias y no degradan por completo los compuestos orgánicos. • Las moléculas resultantes deben incorporarse después a las mitocondrias, donde se degradan completamente, transformándose en materia inorgánica, y liberando gran cantidad de energía. Se necesitan numerosas enzimas específicas y moléculas para su desarrollo: • Metabolitos. Son degradados o participan en la síntesis de otras sustancias. • Nucleótidos. Permiten la oxidación y reducción de los metabolitos. • Moléculas energéticas. Como ATP y GTP o la Coenzima A. • Moléculas ambientales. Se encuentran al comienzo o final de algunos procesos (oxígeno, agua, dióxico de carbono, agua,…) Ruta metabólica. Moléculas que intervienen en el metabolismo.
  • 30. T11. Metabolismo celular y del ser vivo. 6 – Consideraciones generales sobre el metabolismo. • En conjunto, el proceso catabólico global debe ser exergónico para que la energía obtenida le permita a la célula vivir y realizar los procesos anabólicos. • La cantidad de energía desprendida en un proceso exergónico depende del desnivel entre el estado inicial y el estado final del sistema. • El balance energético permite medir la cantidad de energía intercambiada en un proceso metabólico y se define como el número de moléculas con enlaces ricos en energía (ATP) que se han producido por cada metabolito oxidado. • Si la ruta es estrictamente anabólica el balance será negativo. • Si es catabólica el balance será positivo. • El rendimiento energético indica el porcentaje de energía almacenada respecto a la cantidad total desprendida en un proceso catabólico. El resto se transfiere al entorno en forma de calor. Rendimiento y balance energético del metabolismo.