El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro. El conjunto de reacciones catabólicas más común en animales puede ser separado en tres etapas distintas. En la primera, moléculas orgánicas grandes como las proteínas, polisacáridos o lípidos son digeridos en componentes más pequeños fuera de las células. Luego, estas moléculas pequeñas son llevadas a las células y convertidas en moléculas aún más pequeñas, generalmente acetilos que se unen covalentemente a la coenzima A, para formar la acetil-coenzima A, que libera energía. Finalmente, el grupo acetil en la molécula de acetil CoA es oxidado a agua y dióxido de carbono, liberando energía que se retiene al reducir la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) en NADH. El catabolismo de carbohidratos es la degradación de los hidratos de carbono en unidades menores. Los carbohidratos son usualmente tomados por la célula una vez que fueron digeridos en monosacáridos.44 Una vez dentro de la célula, la ruta de degradación es la glucólisis, donde los azúcares como la glucosa y la fructosa son transformados en piruvato y algunas moléculas de ATP son generadas.45 El piruvato o ácido pirúvico es un intermediario en varias rutas metabólicas, pero la mayoría es convertido en acetil CoA y cedido al ciclo de Krebs. Aunque más ATP es generado en el ciclo, el producto más importante es el NADH, sintetizado a partir del NAD+ por la oxidación del acetil-CoA. La oxidación libera dióxido de carbono como producto de desecho. Una ruta alternativa para la degradación de la glucosa es la ruta pentosa-fosfato, que reduce la coenzima NADPH y produce azúcares de 5 carbonos como la ribosa, el azúcar que forma parte de los ácidos nucleicos. Las grasas son catalizadas por la hidrólisis a ácidos grasos y glicerol. El glicerol entra en la glucólisis y los ácidos grasos son degradados por beta oxidación para liberar acetil CoA, que es luego cedido al nombrado ciclo de Krebs. Debido a sus proporciones altas del grupo metileno, los ácidos grasos g rasos liberan más energía en su oxidación que los carbohidratos, ya que los carbohidratos como la glucosa tienen más oxígeno en sus estructuras.
Los aminoácidos son usados principalmente para sintentizar proteínas y otras biomoléculas; sólo los excedentes son oxidados a urea y dióxido de carbono como fuente de energía.46 Esta ruta oxidativa empieza con la eliminación del grupo amino por una aminotransferasa. El grupo amino es cedido al ciclo de la urea, dejando un esqueleto carbónico en forma de cetoácido. Los aminoácidos glucogénicos pueden ser transformados en g lucosa mediante gluconeogénesis.
En la fosforilación oxidativa, los electrones liberados de moléculas de alimento en rutas como el ciclo de Krebs son transferidas con oxígeno, y la energía es liberada para sintetizar adenosín trifosfato. Esto se da en las células eucariotas por una serie de proteínas en las membranas de la mitocondria llamadas cadena de transporte de electrones. En las células procariotas, estas proteínas se encuentran en la membrana interna.49 Estas proteínas utilizan la energía liberada de la oxidación del electrón que lleva la coenzima NADH para bombear protones a lo largo de la membrana.50
Los protones bombeados fuera de la mitocondria m itocondria crean una diferencia de concentración a lo largo de la membrana, lo que genera un gradiente electroquímico.51 Esta fuerza hace que vuelvan a la mitocondria a través de una subunidad de la ATP-sintasa. El flujo de protones hace que la subunidad menor gire, lo que produce que el sitio activo fosforile al adenosín difosfato (ADP) y lo convierta en ATP.25 El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos constructivos en donde la energía liberada por el catabolismo es utilizada para sintetizar moléculas complejas. En general, las moléculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores simples. El anabolismo involucra tres facetas. Primero, la producción de precursores como aminoácidos, monosacáridos, isoprenoides y nucleótidos; segundo, su activación en reactivos usando energía del ATP; y tercero, el conjunto de estos precursores en moléculas más complejas como proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. Glucidos:
En el anabolismo de carbohidratos, se pueden sintetizar ácidos orgánicos simples desde monosacáridos como la glucosa y luego sintetizar polisacáridos como el almidón. La generación de glucosa desde compuestos como el piruvato, el ácido láctico, el glicerol y los aminoácidos es denominada gluconeogénesis. gluconeogénesis. La gluconeogénesis transforma piruvato en glucosa-6-fosfato a través de una serie de intermediarios, muchos de los cuales son compartidos con la glucólisis.45 Sin embargo, esta ruta no es simplemente la inversa a la glucólisis, ya que varias etapas son catalizadas por enzimas no glucolíticas. Esto es importante a la hora de evitar que ambas rutas estén activas a la vez dando lugar a un ciclo fútil.68 69
A pesar de que la grasa es una forma común de almacenamiento de energía, en los vertebrados como los humanos, los ácidos grasos no pueden ser transformados en glucosa por gluconeogénesis, ya que estos organismos no pueden convertir acetil-CoA en piruvato.70 Como resultado, tras un tiempo de inanición, los vertebrados necesitan producir cuerpos cetónicos desde los ácidos grasos para reemplazar la glucosa en tejidos como el cerebro, que no puede metabolizar ácidos grasos.71 En otros organismos or ganismos como las plantas y las bacterias, este problema metabólico es solucionado utilizando el ciclo del glioxilato, que sobrepasa la descarboxilación en el
En la fosforilación oxidativa, los electrones liberados de moléculas de alimento en rutas como el ciclo de Krebs son transferidas con oxígeno, y la energía es liberada para sintetizar adenosín trifosfato. Esto se da en las células eucariotas por una serie de proteínas en las membranas de la mitocondria llamadas cadena de transporte de electrones. En las células procariotas, estas proteínas se encuentran en la membrana interna.49 Estas proteínas utilizan la energía liberada de la oxidación del electrón que lleva la coenzima NADH para bombear protones a lo largo de la membrana.50
Los protones bombeados fuera de la mitocondria m itocondria crean una diferencia de concentración a lo largo de la membrana, lo que genera un gradiente electroquímico.51 Esta fuerza hace que vuelvan a la mitocondria a través de una subunidad de la ATP-sintasa. El flujo de protones hace que la subunidad menor gire, lo que produce que el sitio activo fosforile al adenosín difosfato (ADP) y lo convierta en ATP.25 El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos constructivos en donde la energía liberada por el catabolismo es utilizada para sintetizar moléculas complejas. En general, las moléculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores simples. El anabolismo involucra tres facetas. Primero, la producción de precursores como aminoácidos, monosacáridos, isoprenoides y nucleótidos; segundo, su activación en reactivos usando energía del ATP; y tercero, el conjunto de estos precursores en moléculas más complejas como proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos. Glucidos:
En el anabolismo de carbohidratos, se pueden sintetizar ácidos orgánicos simples desde monosacáridos como la glucosa y luego sintetizar polisacáridos como el almidón. La generación de glucosa desde compuestos como el piruvato, el ácido láctico, el glicerol y los aminoácidos es denominada gluconeogénesis. gluconeogénesis. La gluconeogénesis transforma piruvato en glucosa-6-fosfato a través de una serie de intermediarios, muchos de los cuales son compartidos con la glucólisis.45 Sin embargo, esta ruta no es simplemente la inversa a la glucólisis, ya que varias etapas son catalizadas por enzimas no glucolíticas. Esto es importante a la hora de evitar que ambas rutas estén activas a la vez dando lugar a un ciclo fútil.68 69
A pesar de que la grasa es una forma común de almacenamiento de energía, en los vertebrados como los humanos, los ácidos grasos no pueden ser transformados en glucosa por gluconeogénesis, ya que estos organismos no pueden convertir acetil-CoA en piruvato.70 Como resultado, tras un tiempo de inanición, los vertebrados necesitan producir cuerpos cetónicos desde los ácidos grasos para reemplazar la glucosa en tejidos como el cerebro, que no puede metabolizar ácidos grasos.71 En otros organismos or ganismos como las plantas y las bacterias, este problema metabólico es solucionado utilizando el ciclo del glioxilato, que sobrepasa la descarboxilación en el
ciclo de Krebs y permite la transformación de acetil-CoA en ácido oxalacético, el cual puede ser utilizado en la síntesis de glucosa.72 70
Los polisacáridos y los glicanos son sintetizados por medio de una adición secuencial de monosacáridos llevada a cabo por glicosil-transferasas de un donador reactivo azúcar-fosfato a un aceptor como el grupo hidroxilo en el polisacárido que se sintetiza. Como cualquiera de los grupos hidroxilos del anillo de la sustancia puede ser aceptor, los polisacáridos producidos producidos pueden tener estructuras ramificadas o lineales.73 Estos polisacáridos producidos pueden tener funciones metabólicas o estructurales por sí mismos o también pueden ser transferidos a lípidos y proteínas por medio de enzimas Lipidos:
Los ácidos grasos se sintentizan al polimerizar y reducir unidades de acetil-CoA. Las cadenas en los ácidos grasos son extendidas por un ciclo de reacciones que agregan el grupo acetil, lo reducen a alcohol, deshidratan a un grupo alqueno y luego lo reducen nuevamente a un grupo alcano. a lcano. Las enzimas de la síntesis de ácidos grasos se dividen en dos grupos: en los animales y hongos, las reacciones de la síntesis son llevadas a cabo por una sola proteína multifuncional tipo I,76 mientras que en plástidos de plantas y en bacterias son las enzimas tipo II por separado las que llevan a cabo cada etapa en la ruta.77 78
Los terpenos e isoprenoides son clases de lípidos que incluyen carotenoides y forman la familia más amplia de productos naturales de la planta.79 Estos compuestos son sintentizados por la unión y modificación de unidades de isopreno donadas por los precursores reactivos pirofosfosfato isopentenil y pirofosfato dimetilalil.80 Estos precursores pueden sintentizarse de diversos modos. En animales y archaeas, estos compuestos se sintentizan a partir de acetil-CoA,81 mientras que en plantas y bacterias se hace a partir de piruvato y gliceraldehído 3-fosfato como sustratos.82 80 Una reacción que usa estos donadores isoprénicos activados es la biosíntesis de esteroides. En este caso, las unidades de isoprenoides son unidas covalentemente para formar escualeno, que se pliega formando una serie de anillos dando lugar a una molécula denominada lanosterol.83 El lanosterol puede luego ser transformado en esteroides como el colesterol.
Proteinas:
La habilidad de los organismos para sintetizar los 20 aminoácidos conocidos varía. Las bacterias y las plantas pueden sintetizar los 20, pero los mamíferos pueden sintetizar solo los diez aminoácido no esenciales.17 Por ende, los aminoácidos esenciales deben ser obtenidos del alimento. Todos los aminoácidos son sintetizados por intermediarios en la glucólisis y el ciclo de Krebs. El nitrógeno es obtenido por el ácido glutámico y la glutamina. La síntesis de aminoácidos depende en la
formación apropiada del ácido alfa-keto, que luego es transaminado para formar un aminoácido.84
Los aminoácidos son sintetizados en proteínas al ser unidos en una cadena por enlaces peptídicos. Cada proteína diferente tiene una secuencia única e irrepetible de aminoácidos: esto es la estructura primaria. Los aminoácidos pueden formar una gran variedad de proteínas dependiendo de la secuencia de estos en la proteína. Las proteínas son constituidas por aminoácidos que han sido activados por la adición de un ARNt a través de un enlace éster.85 El aminoacil-ARNt es entonces un sustrato para el ribosoma, que va añadiendo los residuos de aminoácidos a la cadena proteica, sobre la base de la secuencia de información que va "leyendo" el ribosoma en una molécula de ARN mensajero.86 La glucólisis o glicólisis (del griego glycos, azúcar y lysis, ruptura), es la vía metabólica encargada
de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo. Durante la glucólisis se obtiene un rendimiento neto de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH;4 el ATP puede ser usado como fuente de energía para realizar trabajo metabólico, mientras que el NADH puede tener diferentes destinos. Puede usarse como fuente de poder reductor en reacciones anabólicas; si hay oxígeno, puede oxidarse en la cadena respiratoria, obteniéndose 5 ATPs (2.5 por cada NADH); si no hay oxígeno, se usa para reducir el piruvato a lactato (fermentación láctica), o a CO2 y etanol (fermentación alcohólica), sin obtención adicional de energía.
La glucólisis es la forma más rápida de conseguir energía para una célula y, en el metabolismo de carbohidratos, generalmente es la primera vía a la cual se recurre. Se encuentra estructurada en 10 reacciones enzimáticas que permiten la transformación de una molécula de glucosa a dos moléculas de piruvato mediante un proceso catabólico.
La glucólisis es una de las vías más estudiadas, y generalmente se encuentra dividida en dos fases: la primera, de gasto de energía y la segunda fase, de obtención de energía.
La primera fase consiste en transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de gliceraldehído (una molécula de baja energía) mediante el uso de 2 ATP. Esto permite duplicar los resultados de la segunda fase de obtención energética.
En la segunda fase, el gliceraldehído se transforma en un compuesto de alta energía, cuya hidrólisis genera una molécula de ATP, y como se generaron 2 moléculas de gliceraldehído, se obtienen en realidad dos moléculas de ATP. Esta obtención de energía se logra mediante el acoplamiento de una reacción fuertemente exergónica después de una levemente endergónica. Este acoplamiento ocurre una vez más en esta fase, generando dos moléculas de piruvato. De esta manera, en la segunda fase se obtienen 4 moléculas de ATP. Luego de que una molécula de glucosa se transforme en 2 moléculas de piruvato, las condiciones del medio en que se encuentre determinarán la vía metabólica a seguir.
En organismos aeróbicos, el piruvato seguirá oxidándose por la enzima piruvato deshidrogenasa y el ciclo de Krebs, creando intermediarios como NADH y FADH2. Estos intermediarios no pueden cruzar la membrana mitocondrial, y por lo tanto, utilizan sistemas de intercambio con otros compuestos llamados lanzaderas (en inglés, shuttles). Los más conocidos son la lanzadera malatoaspartato y la lanzadera glicerol-3-fosfato. Los intermediarios logran entregar sus equivalentes5 al interior de la membrana mitocondrial, y que luego pasarán por la cadena de transporte de electrones, que los usará para sintetizar ATP.
De esta manera, se puede obtener hasta 30 moles de ATP a partir de 1 mol de glucosa como ganancia neta.
Sin embargo, cuando las células no posean mitocondrias (ej: eritrocito) o cuando requieran de grandes cantidades de ATP (ej.: el músculo al ejercitarse), el piruvato sufre fermentación que permite obtener 2 moles de ATP por cada mol de glucosa, por lo que esta vía es poco eficiente respecto a la fase aeróbica de la glucólisis.
El tipo de fermentación varía respecto al tipo de organismos: en levaduras, se produce fermentación alcohólica, produciendo etanol y CO2 como productos finales, mientras que en músculo, eritrocitos y algunos microorganismos se produce fermentación láctica, que da como resultado ácido láctico o lactato.
Gluconeogénesis Es una ruta metabólica anabólica que permite la biosíntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Incluye la utilización de varios aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y cualquiera de
los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (o ciclo de Krebs) como fuentes de carbono para la vía metabólica. Todos los aminoácidos, excepto la leucina y la lisina, pueden suministrar carbono para la síntesis de glucosa. Los Ácidos grasos de cadena par no proporcionan carbonos para la síntesis de glucosa, pues el resultado de su β -oxidación (Acetil-CoA) no es un sustrato gluconeogénico; mientras que los ácidos grasos de cadena impar proporcionarán un esqueleto de carbonos que derivarán en Acetil-CoA y Succinil-CoA (que sí es un sustrato gluconeogénico por ser un intermediario del ciclo de Krebs).
Algunos tejidos, como el cerebro, los eritrocitos, el riñón, la córnea del ojo y el músculo, cuando el individuo realiza actividad extenuante, requieren de un aporte continuo de glucosa, obteniéndola a partir del glucógeno proveniente del hígado, el cual solo puede satisfacer estas necesidades durante 10 a 18 horas como máximo, lo que tarda en agotarse el glucógeno almacenado en el hígado. Posteriormente comienza la formación de glucosa a partir de sustratos diferentes al glucógeno.
La gluconeogénesis tiene lugar casi exclusivamente en el hígado (10% en los riñones). Es un proceso clave pues permite a los organismos superiores obtener glucosa en estados metabólicos como el ayuno. Reacciones de la gluconeogénesis
Las enzimas que participan en la vía glucolítica participan también en la gluconeogénesis; ambas rutas se diferencian por tres reacciones irreversibles que utilizan enzimas específicas de este proceso y los dos rodeos metabólicos de esta vía.
Estas reacciones son:
De glucosa a glucosa-6-fosfato. De fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bifosfato. De fosfoenolpiruvato a piruvato.
Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato
El oxaloacetato es intermediario en la producción del fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis. La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis se lleva a cabo en dos pasos. El primero de ellos es la reacción de piruvato y dióxido de carbono para dar oxaloacetato. Este paso requiere energía, la cual queda disponible por hidrólisis de ATP. La enzima que cataliza esta reacción es la piruvato carboxilasa, una enzima alostérica que se encuentra en la mitocondria. El acetil-CoA es un efector alostérico que activa la piruvato carboxilasa. Cuando hay más acetil-CoA del necesario para mantener el ciclo del ácido cítrico, el piruvato se dirige a la gluconeogénesis. El ion magnesio y la biotina son necesarios para una catálisis eficaz. La biotina, enlazada covalentemente con la enzima, reacciona con el CO2, que se une de manera covalente. Después el CO2 se incorpora al piruvato, formando así oxaloacetato. La conversión de oxaloacetato a fosfoenolpiruvato la cataliza la enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, que se encuentra en la mitocondria y en el citosol. Esta reacción también incluye la hidrólisis de un nucleósido-trifosfato, en este caso el GTP en vez del ATP. Conversión de la fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato
La reacción de la fosfofructoquinasa 1 de la glucólisis es esencialmente irreversible pero sólo debido a que está impulsada por la transferencia de fosfato del ATP. La reacción que tiene lugar en la gluconeogénesis para evitar este paso consiste en una simple r eacción hidrolítica, catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfatasa.
La enzima con múltiples subunidades requiere la presencia de Mg2+ para su actividad y constituye uno de los principales lugares de control que regulan la ruta global de la gluconeogénesis. La fructosa-6-fosfato formada en esta reacción experimenta posteriormente la isomerización a glucosa-6-fosfato por la acción de la fosfoglucoisomerasa. Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa
La glucosa-6-fosfato no puede convertirse en glucosa por la acción inversa de la hexoquinasa o la glucoquinasa; la trasferencia de fosfato desde el ATP hace a la reacción virtualmente irreversible. Otra enzima específica de la gluconeogénesis, la glucosa-6-fosfatasa, que también requiere Mg2+, es la que entra en acción en su lugar. Esta reacción de derivación se produce también mediante una simple hidrólisis.
La glucosa-6-fosfatasa se encuentra fundamentalmente en el retículo endoplásmico del hígado con su lugar activo sobre el lado citosólico. La importancia de su localización en el hígado es que
una función característica del hígado es sintetizar glucosa para exportarla a los tejidos a través de la circulación sanguínea. Regulación
La regulación de la gluconeogénesis es crucial para muchas funciones fisiológicas, pero sobre todo para el funcionamiento adecuado del tejido nervioso. El flujo a través de la ruta debe aumentar o disminuir, en función del lactato producido por los músculos, de la glucosa procedente de la alimentación, o de otros precursores gluconeogénicos.
La gluconeogénesis está controlada en gran parte por la alimentación. Los animales que ingieren abundantes hidratos de carbono presentan tasas bajas de gluconeogénesis, mientras que los animales en ayunas o los que ingieren pocos hidratos de carbono presentan un flujo elevado a través de esta ruta.
Dado que la gluconeogénesis sintetiza glucosa y la glucólisis la cataboliza, es evidente que la gluconeogénesis y la glucólisis deben controlarse de manera recíproca. En otras palabras, las condiciones intracelulares que activan una ruta tienden a inhibir la otra. Regulación por los niveles de energía
La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por concentraciones altas de AMP, asociadas con un estado energéticamente pobre. Es decir, la elevada concentración de AMP y reducida de ATP inhiben la gluconeogénesis Regulación por fructosa 2,6-bifosfato
La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por la fructosa 2,6-bisfosfato, un modulador alostérico cuya concentración viene determinada por la concentración circulante en sangre de glucagón; la fructuosa 1,6-bisfosfatasa está presente tanto en el hígado como en los riñones. Regulación de la fosforilación
Este proceso es dependiente de la concentración de ATP; al disminuir la concentración de ATP, la fosforilación también se observa disminuida y viceversa. En el hígado, este proceso aumenta al
aumentar la síntesis de glucocinasa, proceso que es promovido por la insulina. La membrana de los hepatocitos es muy permeable a la glucosa, en el músculo y el tejido adiposo la insulina actúa sobre la membrana para hacerla permeable a ella. Regulación alostérica
La inanición aumenta el acetil-CoA y éste estimula la piruvato carboxilasa y por lo tanto la gluconeogénesis, al mismo tiempo que inhibe la Piruvato Deshidrogenasa; la elevación de alanina y glutamina estimulan la gluconeogénesis. El cortisol aumenta la disponibilidad de sustrato y la fructosa 2,6-bisfosfato inhibe a la fructosa 1,6-bisfosfatasa. Balance energético
Hemos resaltado que las rutas catabólicas generan energía, mientras que las anabólicas comportan un coste energético. En el caso de la gluconeogénesis podemos calcular este coste; la síntesis de glucosa es costosa para la célula en un sentido energético. Si partimos desde piruvato se consumen seis grupos fosfato de energía elevada 4 ATP (debido a las reacciones de la piruvato carboxilasa y a la de fosfoglicerato quinasa) y 2 GTP (consecuencia de la descarboxilación del oxalacetato), así como 2 de NADH, que es el equivalente energético de otros 5 ATP (ya que la oxidación mitocondrial de 1 NADH genera 2,5 ATP).
En cambio, si la glucólisis pudiera actuar en sentido inverso, el gasto de energía sería mucho menor: 2 NADH y 2 ATP Metabolismo de glúcidos: La mayor y más eficiente ruta metabólica de producción de energía a partir de la glucosa es su conversión en acetil Co-A a través de su intermediario: el ácido pirúvico, seguida por el ingreso del acetil Co-A dentro del ciclo del ácido cítrico. El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico (6 carbonos) o citrato se fusiona en cada ciclo por condensación de un acetil-CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el balance neto del ciclo es: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA -SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP + 2 CO2 Ciclo de krbs:
Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: GTP y poder reductor (electrones de alto potencial): NADH
y FADH2. NADH y FADH2 son coenzimas (moléculas que se unen a enzimas) capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.
El FADH2 de la succinato deshidrogenasa, al no poder desprenderse de la enzima, debe oxidarse nuevamente in situ. El FADH2 cede sus dos hidrógenos a la ubiquinona (coenzima Q), que se reduce a ubiquinol (QH2) y abandona la enzima. Visión simplificada y rendimiento del proceso del Ciclo de Kreps:
El paso final es la oxidación del ciclo de Krebs, produciendo un oxaloacetato y dos CO2. El acetil-CoA reacciona con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), mediante una reacción de condensación. A través de una serie de reacciones, el citrato se convierte de nuevo en oxaloacetato. Durante estas reacciones, se substraen 2 átomos de carbono del citrato (6C) para dar oxalacetato (4C); dichos átomos de carbono se liberan en fo rma de CO2 El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2. El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 ATP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2, 2CO2. Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 2,5 moléculas de ATP (3 x 2,5 = 7,5), mientras que el FADH2 dará lugar a 1,5 ATP. Por tanto, 7,5 + 1,5 + 1 GTP = 10 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs. Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-COA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH + 6H +, 2 FADH2; total 32 ATP.
Secreciones del sistema disgestivo:
Las secreciones del tracto intestinal se producen en diferentes sitios a lo largo de su trayecto: * las glándulas salivares * las glándulas fúndicas células parietales células principales * el páncreas * el hígado. * las células epiteliales de la mucosa gastrointestinal: Enterocitos, Células caliciformes .Células mucosecretoras Principales componentes
Enzimas :hidrólizan los alimentos Electrolitos:proveer un medio favorable para la actividad enzimática Moco :lubricación mecánica y protección Hormonas:regular el momento y el nivel de las secreciones Agua:disolvente SALIVA Secreción mixta: Glándulas parótidas : Glándulas submaxilares, Glándulas linguales, Glándulas bucales Además es mixta por es tipo de secreción: secreciones serosas secreciones mucosas Estímulos que incrementan el flujo:
psíquico (percibir los alimentos con la vista, el olfato, o solo pensar en ellos) mecánico (masticación) químico (acción de ácidos, sales, etc., sobre las papilas gustativas). No parece haber un control hormonal de la secreción salival. Propiedades físicas
aspecto: incoloro y viscoso densidad: 1,002 a 1,008 g/ml. secreción diaria :1500 ml p.H (variable):en reposo 6,40 a 6,90, sec. Activa: 7,00 a 7,30. Funciones •
Digestiva, por las enzimas presentes
•
Humedece y lubrica los alimentos
•
Mantiene en solución las sustancias que producen sabor y las pone en contacto con las papilas gustativas
•
Diluye sales, ácidos, etc. protegiendo con ello la mucosa y los dientes
•
Acción limpiadora de dientes, encías y mucosa bucal.
Esofago: El esofago posee glándulas mucosecretoras cuya principal función es la lubricación Estomago: Jugo Gastrico: Composición (vol. Diario: 900 ml.)
Agua (99,4 %) Ácido clorhídrico (células parietales) Muscinas Pepsina (liberada como pepsinógeno, cél. principales) Renina (recién nacidos) Anhidrasa carbónica Lipasa. Hormonas: gastrina, histamina, somatostatina entre otras. El ácido clorhídrico (HCl) es segregado por las células parietales y el pepsinógeno por las células principales .
Ácido clorhídrico (HCl) El HCl tiene una concentración aproximada de 0.17 N y un p.H de 0.87 Funciones del ácido clorhírico:
1. Inicia la conversión del zimógeno pepsinógeno en pepsina. 2. Provee un p.H favorable para la actividad de la pepsina. 3. Posee cierta acción física sobre las proteínas (las hincha). 4. Posee una ligera acción hidrolítica. 5. Convierte el hidróxido férrico coloidal (presente en los alimentos) en iones ferrosos (Fe2+) facilitando de esta manera su reducción y absorción. 6. Posee también una potente acción antiséptica. La pepsina es una poderosa proteinasa. Es secretada por las células principales como zimógeno: pepsimógeno. El 99 % es segregado hacia la cavidad estomacal. Pepsinógeno El 1 % restante es segregado al líquido tisular, y excretado en la orina (se llama uropepsinógeno). Esta pequeña cantidad puede ser detectada en la orina y es un método útil en los estudios de secreción gástrica. Jugo pancrático y bilis:
A continuación del estomago el quimo, formado a partir del bolo alimenticio, pasa al duodeno donde se transformará en quilo. En el duodeno el quimo se mezcla con el producto de secreción del páncreas y del hígado los que llegan juntos por un mismo conducto Composición •
Los sólidos presentes alcanzan de 1.3 a 1.4 %
•
Densidad es de aproximadamente 1.007
•
Líquido es alcalino, con un p.H = 8. (HCO3-).
•
Contiene varias enzimas digestivas poderosas: tripsinógeno, quimotripsinógeno, elastasa (como zimógeno), ribonucleasa, desoxiribonucleasa, lactasa, sacarasa, maltasa, varias esterasas y una fosfatasa alcalina.
El volumen diaria de secreción pancreática es de 500 ml Control de la secreción:
Dos mecanismos : hormonal ynervioso. La secretina estimula el flujo de jugo pancreático. Tras inyectar secretina, se obtiene jugo pancreático mediante una sonda duodenal. Se determina : Volumen del flujo. de HCO3-Valores enzimáticos.
Bilis: La bilis es segregada en forma continua por el hígado y pasa a la vesícula biliar por el conducto cístico y allí es concentrada hasta cuatro veces o más :
La bilis humana es segregada por el hígado como un líquido claro, de color dorado o amarillo pardusco y a veces oliva. Su sabor es amargo y es ligeramente viscosa. La bilis hepática es alcalina : p.H de 7.8 a 8.6 densidad: 1.010 mg/ml. La bilis vesicular puede ser ácida:p.H de 6.5 densidad: 1.040 mg/ml. El volumen diario se ha estimado como variable de 500 a 1100 ml. La bilis contiene tres sustancias características: pigmentos biliares sales biliares colesterol. Pigmentos biliares: Los pigmentos biliares, bilirrubina y biliverdina, confieren a la bilis su color y son productos de excreción (provienen de la transformación del grupo hemo). Su incorrecta eliminación trae
apareado una serie de alteraciones clínicas como la ictericia La acumulación de bilirrubina en el plasma sanguíneo es conocido como ictericia, se pueden diferenciar tres tipos principales: Hemolítica : excesiva destrucción de eritrocitos excede la capacidad de conjugación del hígado Obstructiva: por bloqueo parcial o completo de los conductos biliares, dentro o fuera del hígado. Hepatocelular : un daño hepático (toxinas, venenos, falla cardíaca, enfermedad aguda o crónica
del hígado)
Además de la hiperbilirrubinemia en prematuros Sales biliares: Son los compomentes más útiles de la bilis. Las principales sales biliares son de los ácidos glicocólico y taurocólico. * son hidrosolubles. * poseen una fuerte acción detergente. * Tienen un sabor sumamente amargo Sales biliares - funciones - Aceleran la acción de la lipasa pancreática.
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Ayudan a emulsionar las grasas (acción detergente)
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Estabilizar las emulsiones.
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Ayudan a absorber las vitaminas liposolubles.
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Mantienen el colesterol en solución.
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Estimulan el hígado para segregar bilis.
Estimulan la movilidad intestinal Secreciones intestinales:
El quilo es absorbido por las microvellosidades del intestino delgado. El quilo en su trayectoria a través del intestino delgado es absorvido, pero sigue recibiendo el aporte de secreciones
La secreción de la mucosa intestinal, es controlada por el sistema nervioso y por hormonas. Control nervioso: estímulos mecánicos producen por vía refleja un flujo de este líquido. Control hormonal: la secretina, y la enterogastrina, segregadas por la mucosa intestinal, estimulan las glándulas intestinales. El jugo intestinal varia en los diferentes niveles del tracto intestinal y su composición no es constante en los diferentes períodos.
Sólidos totales : 1.5 % (casi la mitad es NaCl y HCO3Na). Tiene un p.H de aproximadamente 8.3 aunque: en el duodeno el p.H es <, de 4.5 a 5.1. en el ileón, el p.H es de 5.9 a 6.5. Material orgánico: mucoproteínas y varias enzimas: En general es turbio (presencia de leucocitos, células epiteliales y moco). Enzimas: carbohidrasa (disocia uniones alfa 1-4 formando maltosa) Sacaridasas. Maltasa. sacarasa (o invertasa). lactasa. Lipasa Amilasa Nucleasas Fosfatasas
hidrolizan ácidos nucleícos
nucleosidasas Finalmente en el intestino grueso la principal secreción son mucoproteinas, para ayudar al transito por lubricación.
Equilibrio acido Base: En la sangre de un individuo sano su p.H debe estar comprendido entre 7.35 y 7.45. Nuestro organismo logra mantener este p.H. gracias a la utilización de bufferes Un buffer es un par ácido débil – base conjugada o base débil – ácido conjugado Tal que si adicionamos cantidades considerables de ácido o base el p.H de la solución no sufre grandes cambios. Se los conoce también como soluciones reguladoras. Existen dos tipos generales de buffer:
1- par ácido - base conjugada (débil) a) un ác. débil y su base conjugada. b) una base débil y su ác. conjugado. 2- bufferes proteicos (el ácido débil y su base se encuentran en la misma molécula). Existen tres sistemas buffer principales que regulan el p.H en nuestro cuerpo: a) el buffer ácido carbónico / bicarbonato - (H2CO3 / HCO3-). b) el buffer ácido fosfórico monobásico /ácido fosfórico dibásico - (H2PO4- / HPO42-). c) los bufferes proteicos. ¿Qué mecanismos protegen la sangre de nuestro cuerpo de cambios drásticos de p.H? +
1. Los bufferes sanguíneos, que, en realidad, sirven para neutralizar la adición de iones H y OH- que provienen de las reacciones metabólicas del cuerpo. 2. Los pulmones, los cuales se encuentran involucrados en la i nhalación y eliminación de dióxido de carbono (CO 2), y así regular la concentración de ác. carbónico (H 2CO3) en la sangre. 3. Los riñones, los que eliminan iones hidrógeno (H+) e iones bicarbonato (HCO3 -) desde la sangre hacia la orina.
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Veamos los bufferes, en particular el buffer ácido carbónico / bicarbonato (H 2CO3 / HCO3 ) y su relación con los otros sistemas . El ácido carbónico acuoso (H 2CO3 (aq) ) es un ácido débil e inestable que en soluciones acuosas se encuentra en equilibrio con el dióxido de carbono acuoso (CO2 (aq)), El dióxido de carbono acuoso está, además, en equilibrio con el dióxido de carbono gaseoso (CO2(g)) en los pulmones, El ácido carbónico acuoso también está en equilibrio con la otra mitad de la mezcla buffer.
La relación entre el bicarbonato y el ácido carbónico es de aproximadamente 20 : 1
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El factor clave en el mantenimiento de esta relación es el acople de la concentración de ácido carbónico con la presión parcial de CO 2 en los pulmones.
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El dióxido de carbono en nuestros pulmones provee una fuente rápida e ilimitada de ácido carbónico tal que una escasez es improbable.
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Si el ácido carbónico está en exceso es exhalado.
Por otro lado: •
La concentración de bicarbonato es regulada por los riñones.
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Si la concentración de bicarbonato baja, los riñones remueven H + desde la sangre hacia la orina.
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Esta remoción de H + desplaza el equilibrio c a la derecha proveyendo bicarbonato (el ácido carbónico perdido por esta acción puede recuperarse desde CO 2).
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Los riñones promueven la excreción de bicarbonato cuando este está en exceso.
Alcalosis y acidosis: Problemas respiratorios primarios afectan al p.H a través de anormalidades en la concentración CO2 (g) y del H2CO3 (aq). Desbalances metabólicos afectan principalmente el p.H a través de anormalidades en la concentración de HCO3- (aq).
La función de los bufferes mantener el p.H y evitar acidosis o alcalosis •
La habilidad de la hemoglobina para transportar oxígeno depende del p.H
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Las células mueren rápidamente sin oxígeno.
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La velocidad de las reacciones metabólicas es muy sensible al p.H
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Fluctuaciones en el p.H o, cambios cortos ( pero pronunciados) o desviaciones prolongadas pueden conducir a la muerte.
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Cualquier cambio del p.H causa desórdenes ya que altera la actividad metabólica.
Sangre:
Composición general En líneas generales podemos decir que la sangre es un tejido altamente diferenciado, integrado por: •
Elementos formes: glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas.
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Un medio líquido dado por el plasma que contiene cerca del 90 % de agua, proteinas y electrolitos.
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Elementos gaseosos transportados en su mayor parte por los glóbulos rojos.
