Enzimas y Metabolismo Celular

Enzimas: Catalizadores Biológicos

Las células poseen compuestos químicos que controlan las reacciones que ocurren en su interior. La sustancia que controla la velocidad a la que ocurre una reacción química sin que la célula sufra daño alguno o se destruya, se conoce como un catalizador.

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores en las células y hacen posible las reacciones. Una enzima actúa sobre una sustancia específica llamada sustrato. Recibe el nombre del sustrato sobre el cual actúa. A una parte del nombre se le agrega el sufijo -asa. Ej.: Para los sustratos como la Maltosa, Sacarosa o Lactosa, las enzimas correspondientes serán: Maltasa, Sacarasa y Lactasa respectivamente.

Desnaturalización de las Proteínas

Esta ruptura de enlaces en las moléculas proteicas se produce por efecto de las altas temperaturas.

Tipos de Metabolismo

• Fotolitótrofos: Energía lumínica, origen del C de CO2 (plantas superiores, algas, cianobacterias, bacterias púrpura/verdes del azufre).
• Fotoorganótrofos: Energía lumínica, C orgánico (bacterias púrpura no sulfúricas).
• Quimiolitótrofos: Energía de reacciones químicas, C del CO2 (bacterias nitrificantes, bacterias incoloras del azufre).
• Quimioorganótrofos: Energía química, C orgánico (animales, hongos, protozoos, bacterias).

Clasificación de las Enzimas

• Oxirreductasas: Catalizan reacciones de oxidorreducción o redox. Ej.: Deshidrogenasas.
• Transferasas: Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas). Ej.: Transaminasas, Quinasas.
• Hidrolasas: Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. Ej.: Glucosidasas, Lipasas.
• Isomerasas: Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de función o de posición. Ej.: Epimerasas.
• Liasas: Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos (H2O, CO2 y NH3). El sustrato se une al sitio activo de la enzima, y se forma el complejo enzima-sustrato. El sustrato por acción de la enzima es transformado en producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro sustrato. Ej.: Descarboxilasas, Liasas.
• Ligasas: Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados «fuentes» mediante el acoplamiento a sustancias de alto valor energético (como el ATP). Ej.: Sintetasas, Carboxilasas.

Ciclo de Krebs

El Ciclo de Krebs es la vía común en todas las células aerobias para la oxidación completa de los glúcidos, grasas y proteínas. También puede ser el punto de partida de reacciones de biosíntesis. Esto ocurre porque se producen metabolitos intermediarios, que pueden salir al citosol y actuar como precursores anabólicos. En este sentido se dice que el ciclo de Krebs tiene naturaleza anfibólica.

El proceso consiste en la oxidación total de acetil-CoA que se elimina en forma de dióxido de carbono. Los e-/H+ obtenidos en las sucesivas oxidaciones se utilizan para formar moléculas de poder reductor y energía química en forma de GTP. A esta formación de energía se la conoce como fosforilación a nivel de sustrato.

En resumen, en el ciclo de Krebs acontece lo siguiente: el acetil-CoA se une con el ácido oxalacético para formar ácido cítrico quedando liberada la CoA. A continuación se producen una serie de reacciones que van a dar finalmente ácido oxalacético otra vez. En esta secuencia de reacciones lo más importante es que tienen lugar dos descarboxilaciones y que se producen cuatro deshidrogenaciones, 3 con NAD y otra con FAD y luego que se libera energía en forma de GTP.

Transporte Electrónico (Cadena Respiratoria)

Corresponde con la etapa final del proceso de la respiración, que es cuando los electrones arrancados a las moléculas que se respiran y que se almacenan en el NADH y FADH2 irán pasando por una serie de transportadores, situados en las crestas mitocondriales formando tres grandes complejos enzimáticos.

La disposición de los transportadores permite que los electrones salten de unos a otros, liberándose una cierta cantidad de energía que sirve para formar un enlace de alta energía entre el ADP y el P, que da lugar a una molécula de ATP. El último aceptor de electrones es el oxígeno molecular y otra consecuencia será la formación de agua.

En la cadena respiratoria podemos observar:

• Por cada NADH se generan 3 ATP y por cada FADH2 se producen 2 ATP.

Fermentación

Son reacciones energéticas anaerobias, imprescindibles para regenerar el NAD consumido en la glucólisis, a partir de NADH2. Las reacciones redox producen mucho menos ATP que la respiración aerobia. El aceptor final de electrones/protones no es el oxígeno sino una molécula orgánica sencilla.

Hay dos tipos de fermentación:

• Fermentación Láctica: Se produce en muchos microorganismos y células de organismos superiores en condiciones anaeróbicas obteniendo energía de la lactosa de la leche que previamente hidrolizan para obtener glucosa. Esta, tras la glucólisis, el piruvato se transforma en lactato (Lactobacillus bulgaricus…). Son la base de las industrias de queso, yogur…
• Fermentación Alcohólica: Se produce en levaduras y muchos otros microorganismos anaerobios. El piruvato se descarboxila y origina acetaldehído que, después, se reduce a etanol. El último aceptor de electrones es el acetaldehído.

Diferencia entre Gliconeogénesis y Glucólisis

La conversión de ácido pirúvico en ácido fosfoenolpirúvico: como la enzima que en la glucólisis pasa de ácido fosfoenolpirúvico en ácido pirúvico no trabaja en sentido inverso, ni hay ningún otro enzima que haga este paso se necesita dar la vuelta siguiente: el ácido pirúvico entra en la mitocondria, ya que es en este orgánulo donde se encuentra la enzima piruvato-carboxilasa capaz de transformarlo en ácido oxalacético. Como esta molécula no puede atravesar la membrana interna de la mitocondria debe transformarse en ácido málico que sí que puede salir al citosol donde se vuelve ácido oxalacético que finalmente se vuelve ácido fosfoenolpirúvico.

La conversión de la fructosa 1,6-difosfato en fructosa-6-fosfato: se lleva a cabo en el citosol.

Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa: se lleva a cabo en el retículo endoplasmático y luego la glucosa y el fosfato salen al citosol.

Glucogenogénesis

La glucogenogénesis es la síntesis del glucógeno a partir de glucosa-6-fosfato, puede preceder la gliconeogénesis o de glucosa libre. Primero se transforma en glucosa-1-fosfato, que reacciona con el uridinatrifosfato que actúa como activador y forma uridinadifosfato-glucosa que ya se puede unir a una cadena de glucógeno que actúa como iniciador por medio de un enlace α-glucosídico (1→4). Posteriormente interviene la enzima ramificadora que corta pequeños fragmentos de la cadena y los inserta en otro lugar por medio de enlaces α (1→6). De forma similar se sintetiza la fracción glucídica de las glicoproteínas. La glucogenogénesis se da en los músculos y el hígado.

Biosíntesis de los Ácidos Grasos

No es sólo el inverso de su catabolismo, se diferencia en: se hace en el citosol no en la mitocondria, el ácido graso en formación queda unido al grupo enzimático SAG y no al CoA, el transportador de hidrógenos es el NADPH y no el NADH o el FADH2.