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Metabolismo y Suministro de Energía - Coggle Diagram
Metabolismo y Suministro de Energía
Introducción
Otras macromoléculas grandes se descomponen para producir energía utilizable, mediante procesos catabólicos
Representan más del 45% de la tasa metabólica de un mamífero
Los principales procesos de consumo de energía en animales son la rotación de proteínas, las bombas de sodio y calcio, las ATPasas de miosina involucradas en la contracción muscular y la gluconeogénesis
Las reacciones metabólicas dentro de las células son la fuente de todas las macromoléculas dentro de un cuerpo vivo, sintetizando estos productos finales por procesos anabólicos
Presupuestos energéticos
Parte de la comida ingerida por los animales se pierde como producto de desecho, generalmente como componente de las heces
La energía ingerida que no se pierde como productos fecales o excretores ni se utiliza para el metabolismo está disponible para el crecimiento y la producción
Los alimentos ingeridos, ya sea como compuestos puros o como mezclas proporcionadas por los alimentos naturales, proporcionan diferentes niveles de contenido energético
Caminos metabólicos anaeróbicos
Caminos glucolíticos básicos
Consiste en 10 pasos catalizados por enzimas
La glucosa normalmente entra a las células mediante transportes de proteínas específicos
Se lleva a cabo en el citoplasma y si el oxígeno es limitado puede ser un proceso completamente anaeróbico
Finales alternativos de la glucólisis
El aspartato y ciertos aminoácidos de cadena ramificada también pueden fermentarse directamente en algunos invertebrados
En algunos parásitos metazoarios en condiciones profundamente hipóxicas se producen otros productos glucosídicos, especialmente oxalacetato derivado del piruvato
En muchos taxones de invertebrados el lactato deshidrogenasa se reemplaza por una amino deshidrogenasa funcionalmente análoga que detiene el rendimiento de ATP idéntico por una unidad de glucosilo
El glucógeno se convierte en piruvato por glucólisis anaeróbica en el citoplasma y luego el piruvato se descarboxila a acetaldehído en las mitocondrias. Este se reduce a etanol en el citoplasma
La mayoría de los animales utilizan vías anaeróbicas como parte de su repertorio para mantener sus presupuestos de energía
Control de la glucólisis
A través de las propiedades reguladoras de las propias enzimas glucolíticas
Los productos actúan como retroalimentaciones negativas en etapas anteriores al proceso
Existen isoenzimas específicas de tejido de casi todas las enzimas glucolíticas y la mayoría de los pasos de la glucólisis son fácilmente reversibles en condiciones fisiológicas
Señales de activación exógenas
Las excepciones son las catalizadas por isoenzimas de hexoquinasa, fosfoquinasa y piruvato cinasa
Fuentes de energía de la glucólisis
El glucógeno puede entrar en la glucólisis mediante conversión a glucosa o indirectamente mediante conversión a glucosa 6-fosfato
Otros azúcares, como la fructosa y la galactosa también pueden entrar en la vía glucolítica
La glucosa es el principal combustible de la glucólisis, pero se almacena como glucógeno polisacárido en muchos tejidos, especialmente en los músculos
Los carbohidratos y aminoácidos de las proteínas pueden usarse como combustible dando una variedad de productos finales.
El único combustible que no se puede utilizar es el lípido que normalmente se encuentra en un estado demasiado reducido para ser fermentado
Tasas metabólicas
Su valor puede determinarse solo indirectamente a partir de cualquiera de los cuatro tipos de análisis
La cantidad de oxígeno consumido o dióxido de carbono producido
La cantidad de calor producido
Valor energético de los alimentos ingeridos menos el de los desechos excretados
La cantidad de agua metabólica producida
Tasa metabólica y actividad, niveles de metabolismo
Tasa de rutina metabólica
tasa metabólica de campo
Tasa metabólica estándar
Tasa metabólica activa
La tasa metabólica es una de las variables fisiológicas que se miden con más frecuencia y es una medida de la energía total metabolizada por un animal en unidad de tiempo
La temperatura afecta la tasa metabólica
El tamaño afecta la tasa metabólica
La disponibilidad de oxígeno afecta la tasa metabólica
Metabolismo anaerobio
Sistema de transferencia de electrones
LAs moléculas reducidas NADH y FADH2 contienen cada una un par de electrones con alto potencial de transferencia que pueden donarse al oxígeno molecular a través de una serie de intermedios
En el proceso se libera energía libre que se puede utilizar para generar ATP mediante un proceso llamado fosforilación oxidativa
Los dos átomos de carbono en acetil-CoA han aparecido como CO2 con la formación de NADH y FADH2
Estos representan el combustible para el principal proceso de almacenamiento de energía de la respiración aeróbica ya que se reoxidan a través del sistema de transferencia de electrones ubicado en las membranas mitocondriales internas
La citocromo oxidasa al final de la cadena ETS cataliza la transferencia de electrones al oxígeno molecular, el aceptor final de electrones
La transferencia de electrones de NADH o FADH2 a O2 a través de estos portadores no produce directamente ningún ATP pero el bombeo de protones al espacio entre las membranas genera una fuerza motriz
Combustible para metabolismo anaeróbico
Lípidos
Los lípidos en forma de ácidos grasos son uno de los aportes más comunes al metabolismo en la mayoría de los animales.
En general, los ácidos grasos presentes en las células animales contienen un número par de átomos de carbono, a menudo entre 14 y 24
Aminoácidos
Derivan en última instancia de la degradación de proteínas, también se metabolizan por vías que se alimentan del ciclo de Krebs en varios puntos diferentes
La glucosa y los azúcares relacionados derivados de los carbohidratos no son las únicas fuentes de combustible para la degradación aeróbica del carbono
Ácido láctico
El ácido láctico formado en la glucólisis es importante para el metabolismo aeróbico en algunos animales
En muchos vertebrados, el lactato producido en las fibras musculares especializadas de la glucólisis es transportado a tejidos más aeróbicos por la circulación donde se oxida
Ciclo de Krebs
Ocurre en la matriz mitocondrial
Es la vía principal para la producción de ATP como una fuente de intermediarios para la síntesis de una amplia gama de otras moléculas, incluidas las proteínas
Convertir el piruvato glucolítico de producto final no lactato en acetil-CoA para lograr una mayor degradación del compuesto de carbono y un mejor rendimiento energético
El Co2 formado en el ciclo de Krebs es un producto de desecho y se genera mediante la producción de fragmentos de carbono cada vez más cortos a partir de los grupos carboxilo de los intermedios del ciclo
El oxígeno molecular se agota y aparecerá como agua después de combinarse con moléculas de hidrógeno durante la fosforilación oxidativa
Control del metabolismo anaeróbico
La actividad del complejo de piruvato deshidrogenasa también está regulada por una combinación de fosforilación reversible, regulación por retroalimentación por nucleótidos e inhibición del producto
La fosforilación enzimática es un mecanismo importante para hacer frente a la hipoxia y anoxia
La mayoría de las enzimas en el ciclo de Krebs, la espiral de beta oxidación y el ETS no parecen ocurrir como isoenzimas claramente diferentes, y el control se ejerce principalmente por interacciones y retroalimentación enzima-sustrato
Intermediarios metabólicos
Fosfágenos
Estos pueden estar hasta 10 veces más concentrados que el ATP en tejidos como el músculo y el cerebro, y son la fuente inmediata de ATP a corto plazo en la mayoría de los animales
Pueden utilizarse para proporcionar el ATP necesario tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas; por lo tanto, actúan como un sistema amortiguador para el ATP
Asegurando que su concentración sea baja y la relación ATP:ADP siempre se mantenga favorable para la síntesis de ATP
En un momento dado, un animal no contiene una gran cantidad de ATP, normalmente no se usa para almacenar mucha energía
Para este almacenamiento se utilizaron otros fosfágenos derivados de compuestos de guanidino
Son los precursores más simples y rápidos para generar ATP ya que solo esta involucrado un paso enzimático, catalizado por una enzima quinasa
Adenosina trifosfato (ATP)
Consiste en una base de purina (adenina) unida a un azúcar de cinco carbonos (ribosa) para formar adenosina, y luego tres grupos fosfato unidos por enlaces estéricos de alta energía
Alrededor del 60% de la energía que se utiliza para recargar el ADP aparece en forma de calor, debido a ineficiencias en las reacciones involucradas
Es una molécula de alta energía y las interconversiones entre ella y los otros adenilatos son la clave para muchos procesos metabólicos
Con la excepción de los músculos, la tasa de renovación de ATP es relativamente baja en la mayoría de los tejidos