BIOMOLÉCULAS (Principios de Bioquímica): GLUCOGENO

Universidad Nacional Experimental del Táchira UNET

Departamento de Química

Bioquímica

Profa. Fanny López

Nombres y apellidos: Contreras Erika C.I: 21.002.974

Corona Edward C.I: 26.371.931

Debe desarrollar la siguiente actividad, relacionada con el metabolismo de Carbohidratos.

Se usa un carbohidrato como fuente de Carbono para la obtención de la energía en condición aeróbica con disponibilidad de oxígeno. Realice las rutas metabólicas que corresponden utilizando el siguiente esquema

Carbohidrato: Glucógeno

Etapa hidrolitica:

Hidrólisis del glucógeno: El glucógeno es hidrolizado por la enzima glucógeno fosforilasa en glucosa-1-fosfato.

Glucógeno + H2O → Glucosa-1-fosfato

¿Dónde ocurre?: En el citosol de la célula muscular o hepática.

Cuál es el Sustrato: glucógeno.

Cuál es el Producto: Glucosa-1-fosfato

Cuál es el aceptor electrónico final: NAD+

Conversión de glucosa-1-fosfato a piruvato: La glucosa-1-fosfato se convierte en piruvato en una serie de reacciones enzimáticas conocidas como la vía glucolítica.

Glucosa-1-fosfato → Fructosa-1,6-bifosfato → Gliceraldehído-3-fosfato + DiHidroxiAcetonaFosfato → 1,3-BisFosfoglicerato → 3-FosfoGlicerato → 2-FosfoGlicerato → FosfoEnolPiruvato → Piruvato

¿Dónde ocurre?: En el citosol de la célula.

Cuál es el Sustrato: Gluosa-1-fosfato

Cuál es el Producto: Piruvato.

Cuál es el aceptor electrónico final: NAD

Conversión de piruvato a acetil-CoA: El piruvato se convierte en acetil-CoA en una reacción catalizada por la enzima piruvato deshidrogenasa.

Piruvato + CoA + NAD+ → Acetil-CoA + CO2 + NADH + H+

¿Dónde ocurre?: Matriz mitocondrial de la célula

Cuál es el Sustrato: piruvato

Cuál es el Producto: AcetilCoA

Cuál es el aceptor electrónico final: NADH

Ciclo de Krebs: El acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs, también conocido como el ciclo del ácido cítrico.

Acetil-CoA + Oxalacetato + H2O → Citrato + CoA + H+ Citrato → Isocitrato → α-Cetoglutarato → Succinil-CoA + CO2 → Succinato → Fumarato → Malato → Oxalacetato

Cuál es el Sustrato: AcetilCoA

Cuál es el Producto: CO2, ATP, NADH, FADH2

Cuál es el aceptor electrónico final: O2

Cadena de transporte de electrones: Los electrones transportados por NADH y FADH2 entran en la cadena de transporte de electrones, que se encuentra en la membrana mitocondrial interna.

NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O + Energía

FADH2 + ½ O2 → FAD + H2O + Energía

Cuál es el Sustrato: NADH, FADH2

Cuál es el Producto: ATP

Cuál es el aceptor electrónico final: O2

Balance energético final:

Por cada glucógeno hidrolizado, se producen 3 moléculas de ATP durante la glucólisis y 2 moléculas de ATP durante el ciclo de Krebs, para un total de 5 moléculas de ATP. Además, se producen 8 moléculas de NADH y 2 moléculas de FADH2, que producen un total de 28 moléculas de ATP durante la cadena de transporte de electrones.

En total, se producen 33 moléculas de ATP por cada glucógeno hidrolizado en condiciones aeróbicas.

Etapa Anaeróbica:

El glucógeno es un polisacárido de almacenamiento de glucosa en los animales. Durante la etapa anaeróbica, se produce una degradación parcial del glucógeno, dando como resultado la producción de energía en forma de ATP sin la presencia de oxígeno.

Ubicación subcelular: citosol.

Cuáles son las reacciones de:

Fosforilación: Se produce fosforilación a nivel de sustrato, en la que se transfiere un grupo fosfato desde una molécula de fosfato de alta energía (como el fosfato de creatina o el ATP) a una molécula de ADP para producir ATP. La enzima implicada en esta reacción es la fosfocreatina quinasa y la creatina fosfato es el donador de fosfato en el músculo.
Formación de enlace macroenergético: En el proceso de degradación del glucógeno, se produce la formación de enlaces fosfato de alta energía, como en la conversión de glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato por la enzima fosfohexosa isomerasa.
Fosforilación a nivel de sustrato: Se produce fosforilación a nivel de sustrato en la conversión de 1,3-bisfosfoglicerato a 3-fosfoglicerato por la enzima fosfoglicerato quinasa.
Que producen potenciales REDOX: Durante la etapa anaeróbica no se producen potenciales REDOX.
Que consumen ATP: La síntesis de glucógeno a partir de glucosa requiere la hidrólisis de ATP para proporcionar la energía necesaria para el proceso.
Que producen ATP: La glucólisis anaeróbica a partir de glucógeno produce ATP.

Cuánto es el N° de ATP consumido: Se consume 1 ATP en la primera etapa de la glucólisis, en la que se fosforila la glucosa para formar glucosa-6-fosfato.

Cuánto es el N° de ATP producido: Se producen 2 ATP por cada molécula de glucosa que se degrada en la glucólisis anaeróbica a partir de glucógeno. Este proceso produce 2 moléculas de piruvato, que pueden ser posteriormente convertidas en lactato en el músculo.

Cuánto es el N° de Potenciales de Reducción: Durante la etapa anaeróbica, no se producen potenciales REDOX.

Etapa Aeróbica:

¿Donde ocurre?: en la mitocondria de la célula.

Cuántos ácido pirúvico se generan por cada CHO inicial: En la etapa aeróbica, a partir de una molécula de glucógeno se pueden generar varias moléculas de glucosa, y luego cada molécula de glucosa puede ser convertida en 2 moléculas de ácido pirúvico. Por lo tanto, el número de ácido pirúvico generado a partir de una molécula de glucógeno depende de la cantidad de glucosa que se libere.

Cuántos Acetil-CoA se generan por cada CHO inicial: Cada molécula de ácido pirúvico se convierte en una molécula de Acetil-CoA, que entra en el ciclo de Krebs para producir energía.

Que tipo de Reacción es la Etapa Preparatoria: La Etapa Preparatoria en la metabolización del glucógeno es similar a la del metabolismo de la glucosa, donde el ácido pirúvico es oxidado a Acetil-CoA y se reduce el NAD+ a NADH. Esta reacción se llama la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.

Que se genera de importancia en esta etapa Preparatoria: En la etapa preparatoria, es importante la generación de NADH, que se produce por la reducción del NAD+ durante la oxidación del ácido pirúvico. El NADH es un aceptor de electrones que se utiliza en la cadena de transporte de electrones para producir ATP mediante fosforilación oxidativa.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs, conocido también como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es una ruta metabólica que se encarga de oxidar completamente los acetil-CoA producidos en la etapa preparatoria de la respiración celular, generando energía en forma de ATP y NADH+ + H+.

Cuáles son las reacciones de:

Descarboxilación Oxidativa: El ácido pirúvico generado en la etapa preparatoria es convertido en acetil-CoA, perdiendo una molécula de CO2 y produciendo una molécula de NADH+ + H+. El acetil-CoA es entonces incorporado al ciclo de Krebs a través de la reacción con oxalacetato para formar citrato.
Fosforilación a nivel de sustrato: Durante el ciclo, se llevan a cabo dos reacciones de fosforilación a nivel de sustrato que generan ATP directamente. Estas reacciones se producen en la conversión de succinil-CoA a succinato y en la conversión de fosfoenolpiruvato a piruvato.
Deshidrogenación simple: Durante el ciclo, se llevan a cabo una serie de reacciones de deshidrogenación simple que producen NADH+ + H+ a partir de la oxidación de moléculas de ácido málico, succinato e isocitrato.
Formación de enlaces macroenergéticos: En el ciclo de Krebs se llevan a cabo varias reacciones que generan GTP (guanosín trifosfato), que puede ser convertido en ATP. Por ejemplo, en la reacción que convierte succinil-CoA en succinato, se libera una molécula de GTP.
Consumo y producción de ATP: Aunque se producen dos moléculas de ATP directamente durante el ciclo de Krebs, también hay un consumo neto de ATP en la etapa preparatoria, por lo que el saldo final es de 2 ATP producidos por cada glucógeno inicial.
Producción de potenciales REDOX: Durante el ciclo de Krebs se generan un total de 6 moléculas de NADH+ + H+ y 2 moléculas de FADH2, que pueden ser utilizadas en la cadena de transporte de electrones para generar más ATP.

Cuánto es el N° de ATP producido x CHO inicial: 2 moléculas de ATP.

Cuánto es el Nº de NADH+ + H+ producido (x Glucosa): 6 moléculas de NADH+ + H+ por cada glucógeno inicial.

Cadena de Transporte de Electrones

Cantidad de ATP que se produce por NADH+ + H+: 2.5 ATP

Cantidad de ATP que se produce por FADH2: 1.5 ATP.

Cantidad de ATP que se produce por el CHO degradado: En la glucólisis se producen 2 ATP, en la conversión del piruvato a Acetil-CoA se produce 2 NADH+H+ que generan un total de 5 ATP, en el ciclo de Krebs se generan 6 NADH+H+ (15 ATP) y 2 FADH2 (3 ATP), para un total de 30 ATP.

¿Que ocurre en presencia de un inhibidor en de la cadena respiratoria?

En el complejo I

Cuantos ATP se Producen: se producen aproximadamente 1,5 ATP por cada NADH+H+.

En el complejo II

Cuantos ATP se Producen: se producen 1,5 ATP por cada FADH2.

En el complejo IVI

Cuantos ATP se Producen: la cantidad de ATP producida dependerá del grado de inhibición del complejo y de la cantidad de electrones que se acumulan en la cadena respiratoria.

A partir de lo Anterior:

Resuma el Rendimiento Energético Neto Producto de la degradación del Carbohidrato sin inhibidores e Indicando de donde provienen los ATP

Etapa anaeróbica: Consumo de 2 ATP, producción de 4 ATP y 2 NADH+H+.

Etapa preparatoria: Producción de 2 Acetil-CoA, 2 CO2 y 2 NADH+H+.

Ciclo de Krebs: Producción de 2 ATP, 6 NADH+H+ y 2 FADH2.

Cadena de transporte de electrones: Producción de 10 NADH+H+ y 2 FADH2, lo que se traduce en la producción de 28-34 ATP.

El rendimiento energético neto sería de aproximadamente 32-38 ATP por cada molécula de glucógeno degradada en presencia de oxígeno. Los ATP se producen principalmente en la cadena de transporte de electrones a partir de los electrones transportados por el NADH+H+ y el FADH2 generados en las etapas previas.

Que pasa cuando hay presencia de inhibidores de la respiración como: Monóxido de Carbono (CO) o cianuro (CN-). Como es el resultado del rendimiento Energético.

La presencia de inhibidores de la respiración como Monóxido de Carbono (CO) o cianuro (CN-) pueden afectar significativamente el rendimiento energético de la degradación del carbohidrato glucógeno. Estos inhibidores actúan bloqueando la cadena de transporte de electrones, lo que impide la producción de ATP a través de la fosforilación oxidativa.

Analizar el efecto de inhibidores/ desacopladores de respiración celular indicando como afecta la producción de ATP y el proceso de respiración celular.

Los inhibidores de la respiración celular, como el monóxido de carbono y el cianuro, pueden interrumpir la cadena de transporte de electrones y reducir la producción de ATP. Estos compuestos se unen a proteínas específicas en la cadena de transporte de electrones y evitan que los electrones fluyan a través de la cadena, lo que interrumpe el gradiente de protones y, por lo tanto, reduce la producción de ATP.

Por otro lado, los desacopladores, como el dinitrofenol (DNP), aumentan la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna y permiten que los protones fluyan de vuelta a la matriz mitocondrial sin pasar por la ATP sintasa. Esto significa que el gradiente de protones se reduce y se reduce la producción de ATP.

Tanto los inhibidores cómo los desacopladores pueden afectar negativamente el proceso de respiración celular y, por lo tanto, la capacidad de la célula para generar energía.