Bioquímica

• Metabolismo


  Conjunto de reacciones y procesos fisicoquímicos que ocurren en una célula, que permiten las distintas actividades de la célula, como crecer, reproducirse, mantener su estructura, responder a estímulos, producir energía
• Niveles de estudio del metabolismo

  • Organismo completo
  • Celular
  • Organelo
  • Local
• Metabolones

  Organizaciones del metabolismo a nivel local dentro de un organelo
• Tipos de reacciones metabólicas

  • Anabolismo (reacciones de síntesis, endergónicas, utilizan ATP, divergentes)
  • Catabolismo (reacciones de degradación, exergónicas, liberan energía, producen ATP, convergentes)
• Las vías metabólicas de los carbohidratos, lípidos, aminoácidos están muy interrelacionadas
• Convergencia

  En el catabolismo, las macromoléculas llegan a un mismo metabolito llamado Acetil Coenzima A
• Divergencia

  En el anabolismo, a partir de la molécula Acetil CoA, se pueden llegar a todas las macromoléculas que se obtienen en el metabolismo
• Hay restricciones evolutivas que no permiten a los humanos depender únicamente del concepto de convergencia y divergencia
• Las vías metabólicas prácticamente no son irreversibles
• Etapa marcapasos

  Etapa más lenta o en la que participan menos enzimas en las reacciones metabólicas
• Las vías metabólicas en general son bastante reguladas
• Las reacciones metabólicas están compartimentalizadas
• Estudio de las reacciones metabólicas

  1. Análisis de la secuencia de reacciones que transforman el sustrato en producto

  2. Análisis del mecanismo de la reacción
• Vía directa


  Síntesis de glicógeno a partir de glucosa
• Vía indirecta


  Síntesis de glicógeno a partir de la glicólisis y gluconeogénesis
• Formas de regular el metabolismo

  • Modificación de la cantidad de enzimas
  • Modificación de la actividad enzimática
• Modificación de la cantidad de enzimas

  1. Estimulación e inhibición de la transcripción génica

  2. Estimulación e inhibición de la degradación de enzimas

  3. Cambios en la localización subcelular (secuestro de enzimas)
• Modificación de la actividad enzimática

  Mediante modificadores alostéricos, modificaciones covalentes (fosforilación, ubiquitinación, acetilación), unión a otras proteínas
• Isoenzima 4 de la hexoquinasa


  Se guarda en el núcleo y cuando hay glucosa en exceso se libera
• La hexoquinasa tiene cuatro isoenzimas, esto fue descubierto por Tito Ureta
• Isoenzimas de la hexoquinasa

  • Las hexoquinasas 1, 2 y 3 tienen un Km menor por lo que funcionan con poco sustrato
  • Si hay un exceso de glucosa las tres estarán saturadas, por lo que se activará la isoenzima cuatro (Km mayor) que estaba anteriormente secuestrada en el núcleo
• Modificadores alostéricos


  Se unen en un sitio de la enzima y van a hacer un efecto en diferentes sitios
• Modificaciones de la actividad enzimática

  • Fosforilación por ATP
  • Ubiquitinación
  • Acetilación
  • Unión a otras proteínas
  • Unión a organelos
• Existe una compartimentalización que permite que haya diferentes reacciones o diferentes vías metabólicas ocurriendo en distintos órganos o partes de la célula
• Kemper y Miller se preguntaron si la célula era realmente una bolsa donde todo flotaba
• Kemper y Miller encontraron que las proteínas no se encuentran flotando, sino que están interaccionando con los componentes celulares
• La célula es una red en donde hay un citoesqueleto que tiene una serie de proteínas asociadas en donde todo está interaccionando
• Estudiar in vivo no entrega los mismos resultados que in vitro y hay que tener eso en consideración al momento de realizar experimentos
• Modelo estocástico

  No explica muy bien la cinética de la reacción, ya que plantea de forma muy inespecífica la ocurrencia de la catálisis enzimática de las rutas metabólicas
• Modelo estructurado

  Una enzima es multifuncional, es decir, que cumple más de una función, o que forma complejos multi enzimáticos tanto transitorios como estables
• Las enzimas que participan en el metabolismo de la glucosa se encuentran formando un complejo enzimático cerca de la membrana plasmática
• El complejo de enzimas de la glucólisis se encuentra acoplado a los canales transportadores de glucosa, lo cual acelera drásticamente el proceso, haciéndolo más eficiente
• Metabolón


  Un complejo estructural, funcional y temporal formado entre enzimas secuenciales de una ruta metabólica, unidas por interacciones no covalentes, y elementos estructurales de la célula tales como proteínas integrales de membrana y proteínas del citoesqueleto
• El ciclo de Krebs es un ejemplo de metabolón que se facilita por el channeling
• Formas de medir interacciones proteína-proteína

  • Microscopía electrónica
  • Anticuerpos en esferas magnéticas
  • Cromatografía de afinidad
  • Inhibidores trans dominantes
  • Espectrometría de masas
  • Resonancia magnética nuclear
  • Análisis de redes bioinformáticas
• Canalización o channeling


  Proceso de transferencia directa de un intermediario metabólico entre los sitios activos de dos enzimas que catalizan reacciones secuenciales en una vía metabólica
• Ventajas de la canalización de sustratos

  • Evita la liberación de intermediarios inestables
  • Puede hacer que una ruta metabólica sea más rápida y eficiente
  • Previene la pérdida de intermediarios por difusión
  • Evita el fenómeno de competencia
  • Mantiene un gradiente de concentración amplio
• Tito Ureta estudió la canalización agregando sustrato radiactivo mediante microinyección a un ovocito de anfibio y midiendo el producto radiactivo
• Canalización


  • Evita el fenómeno de competencia. Prevenir la entrada de intermediarios en rutas metabólicas competidoras, protegiéndolos de ser tomados como sustratos y ser consumidos por reacciones competidoras catalizadas por otras enzimas
  • En caso de que los metabolitos intermediarios fuesen tóxicos para la célula quedan secuestrados dentro del ambiente del complejo multienzimático hasta quedar convertidos en un sustrato final no tóxico
  • Mantención de un gradiente de concentración amplio, ya que a mayor concentración de sustrato hay mayor actividad enzimática, se genera la máxima velocidad enzimática
• Experimento de Tito Ureta para estudiar la canalización


  1. Agregar sustrato radiactivo a un ovocito de anfibio y medir el producto radiactivo

  2. Agregar intermediario no radiactivo y ver que la radiactividad final no disminuye, indicando canalización