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Metabolismo y oxidación biológica.
Este es un mapa mental sobre el metabolismo y la oxidación biológica, todo el proceso de intercambio de materia y energía entre los organismos y el entorno externo. Incluyendo todos los cambios químicos que sufren las sustancias en el cuerpo vivo, denominados metabolismo.
Editado a las 2023-11-29 11:45:16,- Recomendados
- Resumen
Metabolismo y oxidación biológica.
Metabolismo
concepto
Metabolismo:
Es todo el proceso de intercambio de materia y energía entre los organismos y el medio externo. Incluyendo todos los cambios químicos que sufren las sustancias en el cuerpo vivo, denominados metabolismo.
Catabolismo:
La descomposición de los nutrientes en energía y sustancias necesarias para realizar las actividades vitales se denomina catabolismo.
Anabolismo:
Utilizar los elementos estructurales de moléculas pequeñas o macromoléculas y convertirlos en macromoléculas necesarias para uno mismo se llama anabolismo, también conocido como biosíntesis.
Función
Obtener las sustancias necesarias del medio ambiente.
Proporcionar la energía necesaria para las actividades vitales de los organismos.
Transformar materiales obtenidos del mundo exterior en originales estructurales de su propia composición.
Ensamblaje de elementos estructurales en macromoléculas específicas de cada organismo.
Sintetizar o descomponer biomoléculas con diversas funciones especiales en los organismos.
principios y reglas básicas
Los procesos metabólicos son impulsados por una serie de reacciones enzimáticas en condiciones de reacción suaves.
El perfil general del metabolismo se caracteriza por: el catabolismo converge en unos pocos productos finales y el anabolismo se ramifica para producir muchos productos.
Las vías catabólicas y anabólicas de una misma sustancia no son simples procesos reversibles, sino que existen vínculos metabólicos compartidos.
Varias vías metabólicas se localizan en diferentes regiones de la célula.
El metabolismo es la unidad del metabolismo material y el metabolismo energético. La conversión y transmisión de energía se realizan mediante algunos portadores de activación universales.
El metabolismo está regulado.
Las rutas metabólicas básicas de varios organismos están altamente conservadas.
Métodos de búsqueda
contenido
Determinar la estructura y función de las enzimas y coenzimas implicadas en cada reacción metabólica.
Determinar las estructuras, nombres y tipos de reacciones de sustratos, metabolitos intermedios y productos finales en una ruta metabólica.
Determinar el mecanismo regulador de una reacción enzimática.
Materiales: Drosophila, rata, ratón, erizo de mar, Xenopus, paloma, conejo, chimpancé, chlorella, maíz, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevisiae, enzima roja del panadero, Tetrahymena, fago de Escherichia coli
nivel
Investigación in vivo
Utilizando organismos completos, órganos completos o grupos de células microbianas, etc.
investigación ex vivo
Utilización de secciones, homogeneizados o extractos de órganos o tejidos.
método:
método de rastreo de isótopos
inhibidores de enzimas
defectos metabólicos hereditarios
espectroscopia de RMN
Método de medición de gases
Cromatografía-espectrometría de masas
Ingeniería genética
Metabolómica y Metabolómica
genómica
genoma
Todo el ADN de los seres vivos.
transcriptoma
Todo el ARN en los organismos.
proteoma
Todas las proteínas de los seres vivos.
metaboloma
Todos los metabolitos de bajo peso molecular de un organismo durante un período fisiológico específico.
Métodos de búsqueda
Recolección de muestras, preprocesamiento de muestras, separación y detección de metabolitos, preprocesamiento de datos, análisis de datos.
oxidación biológica
concepto basico
concepto
El proceso de oxidación de sustancias en los organismos vivos se denomina oxidación biológica. Se refiere principalmente al proceso en el que se libera energía gradualmente cuando el azúcar, las grasas, las proteínas, etc. se descomponen en el cuerpo y, finalmente, se genera CO2 y H20.
escenario
Los azúcares, lípidos y proteínas se descomponen en sus componentes básicos (glucosa, ácidos grasos, glicerol y aminoácidos). En esta etapa se libera menos energía, menos del 1% de la energía total, y la mayor parte se pierde en forma de energía térmica.
La glucosa, los ácidos grasos, el glicerol y los aminoácidos sufren una serie de reacciones enzimáticas para generar acetil CoA. La energía liberada en esta etapa representa aproximadamente 1/3 de la energía total, parte de la cual se almacena en compuestos químicos de alta energía.
El acetil CoA entra en el ciclo del ácido tricarboxílico y se oxida completamente para generar CO2, y sufre cuatro deshidrogenaciones al mismo tiempo: el hidrógeno eliminado se transfiere al oxígeno a través de la cadena respiratoria para generar agua, y al mismo tiempo se libera una gran cantidad de energía. tiempo, parte del cual se almacena en ATP para que lo utilice el cuerpo.
Características
Seguir las reglas generales de las reacciones redox (oxigenación, deshidrogenación, pérdida de electrones)
reacción enzimática
Condiciones de reacción leves (temperatura corporal, pH casi neutro)
Reacción gradual, liberación gradual de energía.
Cuando se produce agua, se produce ATP (fosforilación oxidativa)
cadena respiratoria
concepto
Una serie de enzimas o coenzimas en la membrana mitocondrial interna están dispuestas en un orden determinado para transferir hidrógeno o electrones, lo que se denomina cadena de transporte de electrones. La cadena de transporte de electrones está relacionada con la respiración celular, por eso también se llama cadena respiratoria.
Ingredientes principales
Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD): coenzima de varias deshidrogenasas, acepta 2H (2H 2e) eliminado de los metabolitos y lo transfiere a flavoproteína (FP)
Flavoproteína (FP)
Grupo protésico: mononucleótido de flavina (FMN)
Dinucleótido de flavina adenina (FAD)
Función: catalizar la deshidrogenación de metabolitos y el hidrógeno eliminado es aceptado por FMN o FAD.
Proteína hierro-azufre (Fe-S)
Al contener átomos de hierro y átomos de azufre, transfiere un electrón a la vez y es un cuerpo de transferencia de un solo electrón.
Las proteínas hierro-azufre existen principalmente en complejos con FP o citocromo b.
Ubiquinona (UQ, Q)
Quinil soluble en lípidos, la cadena lateral contiene múltiples unidades de isopreno (Q10 de mamífero) El único portador de electrones no proteico en la cadena de transporte de electrones.
citocromo
Proteína con hemo como grupo protésico.
Tipos principales: a, a3, b, C, C1
bs, p450
Orden
Complejo I (NADH a Ubiquinona)
NADH: Q oxidorreductasa o NADH deshidrogenasa
Flavoproteína (FMN), proteína hierro-azufre
Función: El hidrógeno eliminado por el NADH se transfiere a Q a través de las proteínas FMN y Fe-S en el complejo I (con transferencia de protones)
Complejo II
succinato deshidrogenasa
Función: El hidrógeno eliminado por el ácido succínico se transfiere a Q a través de las proteínas FAD y Fe-S en el complejo II.
Complejo III
Ubiquinona: citocromo c oxidorreductasa
Citocromo bc, complejo
Incluyendo: Fe-S, Cytb, Cytc,
Función: Transferir electrones de Q reducido a Cytc (con transferencia de protones)
Complejo IV
citocromo oxidasa
Incluyendo: citocromo a, a3 y enzimas con iones de cobre como grupos protésicos.
Transfiere electrones del citocromo C al 1/2O2, activa el oxígeno para generar O2- y finalmente se combina con 2H+ en la matriz mitocondrial para generar H2O.
Síntesis de ATP en las mitocondrias.
atp
Compuestos de alta energía que contienen enlaces fosfato de alta energía.
Sustancias energéticas que pueden ser utilizadas directamente por los organismos vivos.
Cómo se produce el ATP
Fosforilación a nivel de sustrato: junto con la reacción de deshidrogenación, el proceso de transferir directamente energía en moléculas de metabolitos de alta energía al ADP para generar ATP o GTP.
Cuando los compuestos de alta energía liberan energía, van acompañados de la fosforilación de ADP para generar ATP. Independiente de la transferencia de electrones en la cadena respiratoria.
Fosforilación oxidativa: el proceso de acoplar la fosforilación de ADP para generar ATP durante el proceso de transferencia de electrones en la cadena respiratoria, también conocida como fosforilación acoplada.
Los metabolitos se deshidrogenan oxidativamente y se transfieren al oxígeno a través de la cadena respiratoria para generar agua. Al mismo tiempo, se libera energía, lo que hace que se fosforile el ADP para generar ATP.
hipótesis de quimiosmosis
El transporte de electrones de la membrana mitocondrial interna tiene una función de bomba de protones, que puede expulsar protones desde el lado de la matriz hacia el exterior de la membrana interna (complejos I, III, IV)
La membrana mitocondrial interna no permite que los protones regresen, creando un gradiente electroquímico (gradiente de protones transmembrana y gradiente de potencial) dentro y fuera de la membrana.
El gradiente electroquímico dentro y fuera de la membrana impulsa los protones desde canales especiales de regreso a la matriz interna de la membrana. El proceso transmembrana libera energía e impulsa la síntesis de ATP (ATP sintasa).
ajustar
La tasa de fosforilación oxidativa está regulada principalmente por los requisitos energéticos de la célula (control respiratorio)
Cuando aumenta el consumo de ATP, la concentración de ADP es alta y se acelera la fosforilación oxidativa.
La relación ATP/ADP es un factor importante en la regulación de la tasa de fosforilación oxidativa.
Regulación de las hormonas tiroideas.
La hormona tiroidea activa la Na-K-ATPasa en las membranas celulares de varios tejidos.
Los pacientes con hipertiroidismo (hipertiroidismo) tienen una tasa metabólica basal alta.
inhibidor
inhibidores de la cadena respiratoria
Bloquear la transferencia de electrones en una determinada parte de la cadena respiratoria para impedir la oxidación.
Inhibidor de la ATP sintasa
Inhibe la síntesis de ATP y afecta la transferencia de electrones en la cadena respiratoria.
agente desacoplador
Separa los dos procesos de acoplamiento de transporte de electrones y formación de ATP, inhibiendo solo la síntesis de ATP pero no el transporte de electrones.
vías oxidativas no mitocondriales
sistema de oxidación microsomal
Sistema monooxigenasa (oxidasa funcional mixta, hidroxilasa)
Un átomo de oxígeno del O2 catalizado se agrega a la molécula del sustrato (hidroxilación) y el otro átomo de oxígeno se reduce con H a H2O (H de NADPH H)
sistema de oxidación peroxisomal
Oxisosomas: se encuentran en el hígado animal, los riñones y las células de la mucosa del intestino delgado.
Contiene una variedad de enzimas que catalizan la producción de H2O2 y también contiene enzimas que descomponen el H2O2.
Enfermedades mitocondriales
Mutaciones en genes mitocondriales
Mitocondrias y especies reactivas de oxígeno.
Mitocondrias y apoptosis.
Mitocondrias y envejecimiento