Metabolismo Energético y Bioquímica Celular

La energía metabólica procede fundamentalmente de las reacciones oxidativas. Cuanto más reducido esté un sustrato, mayor será su potencial de generación de energía biológica.

Glucólisis: Proceso Paso a Paso

1. Fosforilación: ATP + Glucosa → Glucosa 6-Fosfato; Enzima: Hexoquinasa (Modulador Alostérico Negativo). Se inhibe cuando hay exceso de producto.
2. Isomerización: Glucosa 6-P → Fructosa 6-P; Enzima: Fosfoglucosa isomerasa (cambia la posición del grupo carbonilo).
3. Fosforilación: Fructosa 6-P + ATP → Fructosa 1,6-bisP + ADP; Enzima: Fosfofructoquinasa; Moduladores (+): AMP y Fructosa 2,6-Bifosfato; Moduladores (-): ATP y Citrato.
4. Hidrólisis: Fructosa 1,6-bisP → Dihidroxiacetona P + Gliceraldehído 3-P; Enzima: Aldolasa.
5. Isomerización: Dihidroxiacetona P → Gliceraldehído 3-P; Enzima: Triosafosfato isomerasa.
6. Oxidorreducción: Gliceraldehído 3-P + NAD⁺ + P_i → 1,3-Bifosfoglicerato + NADH; Enzima: Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.
7. Fosforilación a nivel de sustrato: 1,3-Bifosfoglicerato + ADP → 3-Fosfoglicerato + ATP; Enzima: Fosfoglicerato quinasa (se recuperan los 2 ATP del principio).
8. Isomerización: 3-Fosfoglicerato → 2-Fosfoglicerato; Enzima: Fosfoglicerato mutasa.
9. Deshidratación: 2-Fosfoglicerato → Fosfoenolpiruvato + H₂O (muy inestable); Enzima: Enolasa.
10. Fosforilación: Fosfoenolpiruvato + ADP → Piruvato + ATP; Enzima: Piruvato quinasa; Moduladores (+): Fructosa 1,6-Bifosfato; Moduladores (-): ATP, Alanina, Ácidos Grasos.

Proteínas: Mioglobina, Hemoglobina y Proteínas Alostéricas

Mioglobina

Estructura: Monómero con estructura terciaria.

Función: Almacén de oxígeno en el músculo. Transporte intracelular. Une O₂ de forma reversible. Se encuentra mayoritariamente en el músculo. Une el O₂ liberado por la hemoglobina de los glóbulos rojos y lo transporta hasta la mitocondria, donde participa en la oxidación de sustratos energéticos.

Estructura Detallada: Formada por una única cadena polipeptídica y un grupo prostético (grupo hemo). Proteína globular, muy compacta (sin apenas espacio en su interior). Interior entorno muy APOLAR, excepto dos histidinas muy importantes: E7 (distal) y F8 (proximal).

Hemoglobina

Estructura: Tetrámero con estructura cuaternaria α₂β₂.

Función: Une O₂ de forma reversible. Se encuentra en el eritrocito. Transporta el O₂ del pulmón al tejido. También transporta CO₂ y H⁺.

Grupo Hemo

Idéntico para la mioglobina y hemoglobina. Zona a la que se une el O₂. Confiere a ambas proteínas su color característico. Constituido por una parte orgánica (protoporfirina) y un átomo de hierro.

Proteínas Alostéricas

Grupo de proteínas en las que los cambios conformacionales específicos son inducidos por la unión de determinadas moléculas llamadas ligandos, que provocan modificaciones de la estructura terciaria y/o cuaternaria (enzimas, proteínas de membrana, histonas…).

• Las proteínas son flexibles, lo que implica una unión rápida y reversible al ligando.
• Su función depende de cambios conformacionales específicos.
• Las interacciones proteína-ligando pueden regularse por la unión de otros ligandos a centros alostéricos.
• En proteínas oligoméricas, la unión de un ligando al sitio de unión de una subunidad puede influir sobre la unión de un segundo ligando a otra subunidad: cooperatividad.

Enzimas: Clasificación y Función

1. Oxidorreductasas: Ej. Deshidrogenasa. Generalmente necesitan FAD y NAD⁺.
2. Transferasas: Ej. Quinasa, transfiere el grupo fosfato del ATP al sustrato.
3. Hidrolasas: Utilizan agua para romper un enlace. Ej. Peptidasa.
4. Liasas: Generalmente rompen o unen enlaces entre carbonos de forma reversible (no requiere energía). Ej. Aldolasa.
5. Isomerasas: Ej. Mutasa, cambia la posición del grupo fosfato.
6. Ligasas: Ej. Sintetasa, necesita energía para la formación del enlace C-C.

Características de las Enzimas

• Son catalizadores muy eficaces: aumentan la velocidad o rapidez de una reacción química (no afectan a la posición del equilibrio).
• La estructura global de la enzima no se altera ni se consume (degrada) en la reacción global.
• No hay subproductos.
• El sustrato es específico (el sustrato de una enzima es la sustancia sobre la que actúa, sobre la que ejerce el poder catalítico).

Centro Activo

Región de la enzima que une al sustrato (con la ayuda del grupo prostético, si existe) y contiene los residuos que participan en la producción y ruptura de enlaces. El centro activo es una localización tridimensional y supone una porción pequeña con respecto al volumen total, un bolsillo o hendidura de la proteína rodeada por cadenas de residuos que unen al sustrato y otras cadenas que realizan la catálisis. El centro activo es una hendidura de la cual el agua está excluida a no ser que participe en la reacción.

• Residuos de unión: Los sustratos se unen por fuerzas débiles: puentes de hidrógeno; interacciones hidrofóbicas…
• Los residuos más comunes como partícipes de la catálisis son: His, Glu, Asp, Lys, Arg, Ser y Cys.
• Residuos NO ESENCIALES
• Residuos ESENCIALES
• Residuos estructurales
• Residuos catalíticos: Mecanismos por los que la enzima rebaja la energía de activación

Inhibidores Enzimáticos

Moléculas diferentes del sustrato que se unen a la enzima reduciendo total o parcialmente su actividad catalítica, disminuyendo la velocidad de la reacción.

• Reversibles: Unión no covalente de un inhibidor a la enzima.
  • Unión al centro activo: Inhibidor competitivo.
  • Unión a un sitio distinto del centro activo: Inhibidor no competitivo.
• Irreversibles: Unión covalente del inhibidor a la enzima.

Metabolismo: Catabolismo y Anabolismo

Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tiene lugar en un organismo. Una célula viva lleva a cabo miles de reacciones simultáneamente, y cada secuencia de reacción está controlada de tal manera que no se acumulan ni faltan intermediarios o productos.

1. Catabolismo: Degradación de sustancias complejas.
2. Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas.

Tres niveles de complejidad:

1. Polímeros a monómeros (lípidos complejos a ácido graso y glicerol).
2. Monómeros a compuestos más sencillos.
3. Degradación final: hasta compuestos inorgánicos.

Membrana Celular: Estructura y Funciones

La membrana es un mosaico de lípidos y proteínas. Está constituida por:

• Bicapa de fosfolípidos.
• Proteínas específicas (contenidas en ella o unidas a su superficie).
• Oligosacáridos: unidos a proteínas (proyectados hacia el medio acuoso) o pertenecientes a los glicolípidos.

Ambos se mueven lateralmente en la membrana. La bicapa lipídica es fluida y asimétrica, y tiene en su interior un gran número de proteínas.

• Proteínas periféricas de membrana: Están expuestas tan sólo en una u otra cara de la membrana y están sujetas a la misma mediante interacciones con las cabezas lipídicas o con las proteínas integrales de membrana.
• Proteínas integrales de membrana: Están muy enterradas dentro de la membrana, algunas expuestas en ambas caras de la misma (proteínas transmembrana). Intervienen con frecuencia en el paso de sustancias o transmisión de señales químicas a través de la membrana.

Las proteínas constituyen el 50% de la masa total de la membrana.

Clasificación de Proteínas de Membrana

1. Integrales: Atraviesan la bicapa lipídica. Interacciones estrechas con los lípidos de la membrana.
2. Periféricas: Asociadas a proteínas integrales mediante interacciones covalentes pero NO atraviesan la membrana.

Funciones de las Proteínas de Membrana

• Anclaje de macromoléculas a ambos lados de la membrana.
• Transportar diferentes solutos.
• Receptores de señales.
• Función catalítica.

Proporción muy elevada de aminoácidos hidrófobos, en especial en las zonas de la molécula que están embebidas en la membrana. Los segmentos de proteínas que atraviesan las membranas tienen con frecuencia α-hélices.