METABOLISMO I1.- Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo. 2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente? 3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células? 4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica. 5.- ¿Qué son las rutas metabólicas? 6.- ¿A qué se llama sistema termodinámico? Señala los principales sistemas termodinámicos que conozcas. 7.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como transportadores de electrones en el metabolismo? 8.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos metabólicos que ocurren en ellos. 9.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de carbono que utilizan? 10.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el metabolismo y qué papel desempeñan? 11.- ¿Qué condiciones debe cumplir la regulación metabólica? 12.- ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende? 13.- Enuncia los dos principios fundamentales de la termodinámica. 14.- ¿Qué características tienen en común los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo? 15.- ¿Qué ventajas representa la compartimentación celular en el metabolismo? 16.- Según cual sea la fuente de energía que utilicen, ¿cuántos tipos de células se pueden diferenciar? Pon algún ejemplo. 17.- La glucosa-1-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato en dos reacciones sucesivas: glucosa1-fosfato glucosa-6-fosfato. glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato. Sabiendo que la variación de la energía libre es la siguiente: glucosa-1-fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -1,7 Kcal/mol. fructosa-6fosfato glucosa-6-fosfato Go' = -0,4 Kcal/mol. Determina el valor del Go' para la reacción global e indica si esta reacción es endergónica o exergónica. 18.- ¿Cuál es la composición del ATP? ¿A qué debe su papel de intermediario energético? 19.- ¿Qué es el recambio metabólico? 20.- ¿Qué diferencia existe entre un organismo aerobio y uno anaerobio? ¿Cuál obtiene mayor cantidad de energía? el producto final de la ruta actúa como inhibidor del enzima alostérico. En este proceso se aprovecha la energía que se libera al hidrolizarse el grupo fosfato de la molécula fosforilada. Un ejemplo de estas rutas lo constituye la glucólisis Cíclicas: el sustrato inicial coincide con el producto de la última reacción. Fosforilación debida al transporte de electrones: En este caso. El anabolismo es. la reacción es exergónica y transcurre espontáneamente. este proceso se denomina fosforilación. A los compuestos intermedios que intervienen en una ruta metabólica se los denomina metabolitos. mientras que en los procesos anabólicos se requiere un aporte energético. por consiguiente. los procesos catabólicos son procesos oxidativos.. que requiere un aporte energético para producirse. La velocidad de síntesis enzimática dependerá de la velocidad de transcripción del gen que la codifica. En este tipo de control. La regulación del metabolismo celular se produce principalmente a tres niveles que son los siguientes: Controlando la cantidad de los enzimas. 2. Un ejemplo: el ácido cítrico en el ciclo de Krebs o el fosfoenolpirúvico en la glucólisis. ADP + Pi + Energía ATP + H2O Existen dos mecanismos para sintetizar el ATP: la fosforilación a nivel de sustrato y la fosforilación debida al transporte de electrones. Los enzimas. El anabolismo y el catabolismo constituyen los dos tipos de procesos que se dan en el metabolismo. para transferir dicho grupo fosfato al ADP y formar ATP.Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo. Cada una de las reacciones de una ruta está catalizada por un enzima específico.¿Cómo se forma el ATP en las células? El ATP se forma al unirse al ADP una molécula de fosfato. las rutas pueden ser: anabólicas. Uno de los más importantes es la regulación por retroinhibición. Otro mecanismo que permite regular el metabolismo es controlar la cantidad de sustrato que llega al interior de un orgánulo a través de la membrana. sufren recambio metabólico y.1. ocurrirá en sentido contrario. Atendiendo al tipo de proceso metabólico. la fosforilación del ADP para formar ATP se realiza gracias a la energía que se libera al transportar electrones a través de una serie de proteínas situadas en la membrana mitocondrial o en la de los cloroplastos. las principales diferencias que presentan son las siguientes: El catabolismo es la fase destructiva del metabolismo. como puede ser la primera reacción de una ruta metabólica o el punto de ramificación de una ruta. Comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales moléculas orgánicas más o menos complejas se degradan. el sistema está en equilibrio y no hay cambios. la reacción es endergónica y no transcurre espontáneamente. Si G > 0. sino que suelen conectar unas con otras. como las fermentaciones.¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente? Lo que permite predecir que una reacción transcurra espontáneamente o no es la variación de la energía libre ( G). Si G = 0. al igual que otras moléculas celulares. Si G < 0. formando redes complejas. en alguna de las etapas del ciclo de Krebs. 5. 4. y la fotofosforilación tiene lugar en los cloroplastos. Las rutas metabólicas pueden ser de muchos tipos: Lineales: el sustrato inicial no coincide con el producto de la última reacción. por consiguiente. comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de moléculas sencillas se obtienen otras moléculas más complejas. que se almacena en forma de ATP. transformándose en otras moléculas más sencillas. Las rutas metabólicas no suelen estar aisladas. Los organismos disponen de varios mecanismos para modificar la actividad enzimática. Existen dos procesos de este tipo: la fosforilación oxidativa ocurre en las mitocondrias... Esta energía es aprovechada por el complejo enzimático ATP-sintetasa para fosforilar el ADP y formar ATP. Por el contrario.. Este tipo de fosforilación se da en la glucólisis y. se degradan y se sintetizan continuamente. los cuales catalizan reacciones que están localizadas en puntos clave de una ruta metabólica. Hay rutas que pueden ser catabólicas y anabólicas. por el contrario. y catabólicas.Principales mecanismos de la regulación metabólica. Esto permite regular la cantidad de un enzima que hay en un momento dado. la fase constructiva del metabolismo. no espontáneo. Ocurre en el interior de las células acoplado a procesos muy exergónicos. Otros mecanismos de regulación son: la regulación por isoenzimas y la regulación por modificación covalente reversible del enzima. que se obtiene de la hidrólisis del ATP. En este mecanismo intervienen los enzimas alostéricos. Este es un proceso endergónico. Mediante los procesos catabólicos compuestos reducidos se transforman en otras moléculas más oxidadas. Fosforilación a nivel de sustrato: Este proceso consiste en transferir un grupo fosfato de alta energía desde una molécula fosforilada hasta el ADP. como el ciclo de Calvin. a estas se las . también.¿Qué son las rutas metabólicas? Se denomina ruta metabólica a una secuencia de reacciones encadenadas en las que el producto de una de ellas es el sustrato de la siguiente. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. Controlando la actividad enzimática. los procesos anabólicos son procesos reductores a través de los cuales moléculas oxidadas se transforman en otras más reducidas. Controlando la cantidad de sustrato.. En los procesos catabólicos se libera energía. formándose ATP. 3. y también las quimiosintéticas. en las que se requieren electrones. En los procesos biológicos de óxido-reducción. las bacterias incoloras del azufre. Según cual sea esta fuente de carbono que utilicen. Retículo endoplasmático. Los tres son dinucleótidos de adenina. muchas etapas de la gluconeogénesis. Los coenzimas que se encargan de recoger y transportar los electrones que se liberan en las oxidaciones metabólicas son: NAD+. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. 7.denomina anfibólicas. Los electrones. Está formado por dos ribonucleótidos: el de la riboflavina (vitamina B2) y el de la adenina. formada por el conjunto de materia en estudio. Núcleo. en las que se liberan electrones. a veces. Autótrofas: son células que utilizan el CO2 atmosférico como fuente de carbono para construir sus moléculas orgánicas. En este transporte se forma ATP. 8.Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos metabólicos que ocurren en ellos. muchas de las reacciones catabólicas son reacciones de oxidación. -oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen.. Los procesos metabólicos que ocurren son: ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Sistema adiabático. por ejemplo... Los procesos que ocurren son: síntesis de lípidos. El proceso metabólico que ocurre es la fotosíntesis (fase luminosa y oscura). cede los electrones a una cadena transportadora de estos que los lleva hasta el O2. Este coenzima suele intervenir en reacciones de deshidrogenación de alcoholes. salvo que en el carbono 3 de la ribosa del nucleótido de la adenina lleva un grupo fosfato. Un sistema es abierto cuando puede intercambiar materia y energía con el entorno. síntesis de ácidos grasos. entre las que se encuentran bacterias como. Un sistema es aislado cuando no intercambia ni materia ni energía con el entorno. Un sistema termodinámico es cualquier región macroscópica del universo. transporte electrónico y fosforilación oxidativa. pero no materia. la pérdida y ganancia de electrones suele ir acompañada de pérdida y ganancia de H+. Estos coenzimas se reducen al captar los electrones y.¿A qué se llama sistema termodinámico? Señala los principales sistemas termodinámicos que conozcas. Los principales procesos metabólicos son: la replicación del ADN y la transcripción del ADN para formar ARN. 9. que se separa del resto mediante una superficie cerrada denominada superficie termodinámica. etc. descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. el sustrato pierde dos electrones y dos protones. etc. la forma reducida de este coenzima se debe escribir NADH+H+ aunque también está permitido NADH. que será su aceptor final. mientras que muchas de las reacciones anabólicas son reductoras. mientras que el otro H+ queda en el medio. síntesis de esteroides. Es similar al NAD+. Un sistema es cerrado cuando puede intercambiar energía con el entorno. los dos e-. . Su forma reducida (FADH2). A este grupo pertenecen las células fotótrofas. que realizan el proceso de quimiosíntesis.que los hará llegar hasta el oxígeno. cuando los ceden. Hialoplasma.¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de carbono que utilizan? Además de energía. Está formado por dos ribonucleótidos: el de la adenina y el que tiene por base la nicotinamida (vitamina PP). Sistema abierto. 6.. podemos dividir las células en dos grandes grupos: autótrofas y heterótrofas. síntesis de nucleótidos.¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como transportadores de electrones en el metabolismo? En el metabolismo los procesos de óxido-reducción tienen una enorme importancia. En otras ocasiones son encaminados hasta una cadena transportadora (cadena respiratoria) que los conducirá hasta el O2. hasta procesos anabólicos reductores donde se requieren. Heterótrofas son células que utilizan como fuente de carbono las moléculas orgánicas. el ejemplo más característico lo constituye el ciclo de Krebs. En el metabolismo hay rutas centrales donde confluyen otras rutas metabólicas. La forma reducida (NADH) suele ceder los electrones a una cadena de transporte de e. Un sistema es adiabático cuando no intercambia materia ni energía en forma de calor con el entorno. en este transporte se forma ATP. las de los hongos. La forma reducida (NADPH) actúa aportando electrones en los procesos de biosíntesis (anabólicos). NADP+ y FAD. son recogidos por un coenzima y transportados. En las oxidaciones en las que interviene este coenzima. se regeneran y se oxidan de nuevo. junto con un H+ se unen al NAD+ y se forma NADH. Algunos de los procesos que ocurren son: la glucólisis. NADP+ (nicotinamín adenín dinucleótido fosfato). A este grupo pertenecen las células animales. etc. Principalmente. posteriormente. síntesis de algunos aminoácidos. Interviene en reacciones de deshidrogenación con formación de enlaces dobles. al igual que el NADH. entre las que se encuentran muchas de las células vegetales que realizan la fotosíntesis. Mitocondrias. se diferencian tres tipos de sistemas: Sistema cerrado. Cloroplasto. FAD (flavín adenín dinucleótido). por lo que estos procesos son deshidrogenaciones e hidrogenaciones. Sistema aislado. por ello. NAD+ (nicotinamín adenín dinucleótido). pero sí intercambia energía en forma de trabajo. las células necesitan una fuente de carbono para poder construir las moléculas que la forman. desprendidos en las oxidaciones catabólicas. ¿Qué condiciones debe cumplir la regulación metabólica? En las células se producen simultáneamente una enorme cantidad de reacciones metabólicas (anabólicas y catabólicas). más concretamente. El metabolismo tiene dos finalidades: Que la célula obtenga energía química utilizable. Es decir. Son comunes a todos los organismos vivos. posiblemente deriven de las primeras moléculas con capacidad . Si el proceso es espontáneo Suniv 0. El catabolismo comprende la fase destructiva del metabolismo. Son muy versátiles e intervienen en numerosas reacciones químicas metabólicas.. que se encargan de asegurar las necesidades que en cada instante posee la célula. Este principio establece que la entropía del universo se incrementa en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio.Estas células utilizan los compuestos orgánicos no solo como fuente de carbono. La regulación debe cumplir dos condiciones: Debe ajustarse a las necesidades de la célula en cada instante. que están catalizadas por diferentes enzimas. Dinucleótidos de adenina: entre los cuales destacan principalmente: el NAD+.¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el metabolismo y qué papel desempeñan? En el metabolismo intervienen una serie de intermediarios cuyo papel es el de transportar electrones. que serán utilizados para fabricar sus estructuras celulares o para almacenarlos como reserva.. lo que determina la velocidad del catabolismo es la necesidad de ATP. se oxidan. Que la célula fabrique a partir de esos nutrientes sus propios compuestos. transfiriendo energía desde unos procesos en los que se desprende (procesos catabólicos) hasta otros procesos en los que se requiere (procesos anabólicos). En otras palabras: la energía total del universo es constante. El radical acilo se une mediante un enlace tioéster con el azufre del grupo sulfhidrilo del CoA. 11. = Ssist. entre las cuales destacan las siguientes: Ocupan un papel central en el metabolismo. Cada una de estas rutas posee uno o varios puntos de control. hay otros nucleótidos que también se emplean. La célula produce la energía. con independencia de la abundancia en el medio.. cuando los ceden. Por consiguiente. 10. Aunque el ATP es el compuesto que más se utiliza en la transferencia de energía. Consiste en la oxidación de moléculas orgánicas reducidas. que se almacena en forma de ATP. para cualquier proceso el cambio de entropía del universo es la suma de los cambios de entropía del sistema y de su entorno. Como universo = sistema + entorno. Estas reacciones están organizadas en rutas metabólicas..¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende? El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células y mediante las cuales se transforman los nutrientes que llegan a ellas desde el exterior. Estos coenzimas actúan transfiriendo electrones e hidrogeniones desde los procesos en los que se desprenden hasta los procesos en los que se requieren. las macromoléculas y los eslabones estructurales que necesita en cada momento. dentro del metabolismo se diferencian dos tipos de procesos: el anabolismo y el catabolismo. Esta síntesis se realiza a partir de moléculas simples y oxidadas. radicales de ácidos orgánicos (acilos). para un proceso en equilibrio Suniv = 0 14. Al captar los electrones y los protones que se desprenden en los procesos catabólicos de oxidación. El segundo principio de la termodinámica es el aumento de la entropía. energía y otros grupos químicos activados desde unos procesos donde se desprenden hasta otros en los que se requieren. pero no se puede crear o destruir. que se reducen utilizando la energía del ATP y el poder reductor (NADH. El anabolismo es la fase constructiva del metabolismo. NADPH). Coenzima A: actúa transportando cadenas hidrocarbonadas y. NADPH) que se obtuvieron en el catabolismo. se reducen y. sino también como fuente de energía. 13. este enlace es de alta energía. Este principio establece que la energía puede ser convertida de una forma a otra.Enuncia los dos principios fundamentales de la termodinámica. Estas transformaciones desprenden energía. por ello se las denomina quimioheterótrofas. Matemáticamente este principio se puede expresar de la siguiente forma: Suniv. el NADP+ y el FAD. Debe ser flexible con las variaciones de nutrientes que presenta el medio en diferentes momentos. o en forma de poder reductor en moléculas transportadoras de electrones (NADH. + Sent. Los dos principios de la termodinámica son: El primer principio de la termodinámica es el principio de la conservación de la energía. no es el único. recogida en moléculas intermediarias de energía como el ATP. como el GTP o el UTP. y su hidrólisis es muy exergónica. que se convierten en otras más simples y oxidadas.¿Qué características tienen en común los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo? Todos los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo presentan una serie de características comunes. Es probable que su origen se encuentre en los comienzos de la vida. posteriormente. Los principales intermediarios son: ATP (adenosín trifosfato): actúa como intermediario energético. 12. Son todos ribonucleótidos de adenina.. mediante él se sintetizan moléculas orgánicas. La adenina se une con la ribosa mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el carbono 1 de la ribosa y el nitrógeno 9 de la adenina. y los enzimas que las catalizan no se interfieran entre sí. En las células eucariotas la existencia de sistemas de endomembranas permite compartimentar en múltiples cavidades el volumen celular. gracias al método de los trazadores isotópicos. que realizan tareas específicas. 15.¿Qué diferencia existe entre un organismo aerobio y uno anaerobio? ¿Cuál obtiene mayor cantidad de energía? El organismo aerobio utiliza el oxígeno molecular como último aceptor de electrones. se rompe este enlace y se libera energía. Los enlaces ácido-anhídrido. se pueden realizar porque ocurren en diferentes lugares de la célula: la oxidación en las mitocondrias y la reducción en el hialoplasma. las moléculas que forman estos componentes se degradan y son sustituidas por otras nuevas que se sintetizan. La oxidación de la molécula se puede considerar completa.¿Qué es el recambio metabólico? Es la renovación continua de todos los componentes celulares.Según cual sea la fuente de energía que utilicen.. una célula puede realizar al mismo tiempo la oxidación de ácidos grasos de cadena larga hasta acetil. esto es lo que hacen las bacterias quimiosintéticas (bacterias del nitrógeno). las podemos dividir en dos grupos: fototrofas y quimiotrofas. con ello se logra que las numerosas reacciones metabólicas. se han mantenido como coenzimas de los enzimas actuales (proteínas). la mucosa intestinal. núcleo. tales como el hígado. y permite controlar el nivel de cada sustancia en cada momento. Los productos resultantes son CO2. Por consiguiente. El recambio metabólico es necesario para que no se paralice la actividad vital. La compartimentación es ventajosa. y cuando se hidrolizan igualmente liberan mucha energía. que se producen continuamente. en las que no hay orgánulos membranosos diferenciados. Posteriormente. 16. Mediante la hidrólisis. La oxidación es parcial e incompleta. obtienen la energía mediante la oxidación de compuestos orgánicos. Fotótrofas son aquellas células que utilizan como fuente de energía la luz solar y la transforman en energía química. El recambio metabólico es notable en células o tejidos que se adaptan rápidamente a cambios de composición química en sus elementos nutritivos. El ATP almacena energía en los enlaces que unen entre sí a los grupos fosfato. que es un proceso espontáneo. algunas de ellas incompatibles. etc) pueden ser considerados como compartimentos especializados.. en la respiración aerobia es donde más energía se desprende. y el proceso inverso de reducción del acetil para formar ácidos grasos de cadena larga. donde se encuentran confinados enzimas relacionados funcionalmente. 18. no así en las procariotas. las otras dos moléculas de fosfato se unen entre sí y con la molécula de fosfato anterior mediante unos enlaces especiales denominados enlaces ácidoanhídrido. lo que favorece su control. son enlaces de alta energía. aquellas que realizan la fotosíntesis. etc. Esto significa que para formarse se requiere mucha energía. permitiendo que pueda actuar acoplada a procesos endergónicos que no serían posibles sin un aporte energético.¿Cuál es la composición del ATP? ¿A qué debe su papel de intermediario energético? El ATP o adenosín trifosfato es un ribonucleótido de adenina que tiene tres moléculas de fosfato.catalítica y de duplicación: las ribozimas (ARN). Atendiendo a la fuente de energía que utilicen las células. 19. Así por ejemplo. A este grupo pertenecen muchas de las células vegetales. El recambio metabólico fue observado por primera vez en 1930 por Schenheimer. permanecían intactos y estables durante todo el ciclo celular. una molécula de ribosa ( -D-Ribofuranosa) y tres moléculas de fosfato. En esto se fundamenta el papel de intermediario energético que realiza el ATP. La velocidad de síntesis y de degradación es equilibrada para compuestos que se presentan en concentración constante. En las células eucariotas los distintos orgánulos celulares (mitocondrias. como las células animales. Algunas la obtienen de la oxidación de compuestos inorgánicos.. lisosomas. ya que permite separar rutas metabólicas. en la creación y destrucción de estos enlaces. 20. Estos procesos. que unen entre sí las moléculas de fosfato. especialmente el que une el 2 y el 3er fosfato. Por ello. Hasta entonces se creía que. El organismo anaerobio emplea otras moléculas aceptoras. que son químicamente incompatibles. una vez que los componentes celulares se habían formado. está formado por: una molécula de adenina. ¿cuántos tipos de células se pueden diferenciar? Pon algún ejemplo. Otras.. el ATP se regenera mediante la fosforilación del ADP. Debido a su eficacia y versatilidad. H2O y sustancias minerales que carecen de energía.¿Qué ventajas representa la compartimentación celular en el metabolismo? La compartimentación celular se presenta en las células eucariotas. Quimiótrofas son las que utilizan como fuente de energía la energía química que se desprende de la oxidación de compuestos químicos. . La primera molécula de fosfato se une mediante un enlace éster con el carbono 5 de la ribosa. teniendo cada una un lugar específico de acción.. en el que se requiere un aporte energético.