MANUAL_FINAL_BIOQUIMICA_METABOLICA_

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I 
 
 
Metabolismo 
El metabolism() c. un conjuntci intc-grntlo de 
rcatdom.:s <1uimk a:; que tie11en lugar l'.n el 
organistn(l y qu<' oos t.ipadtan pJra extn1er cne.rgfo 
de! mcdio y utili1;:irla p!lra sln tctin-JT hloq11cs d<· 
t"tl,m rucd 6.n <ttH' :se emple.m pam fabrkar los 
protcfrias, tos cat bohidrarn, y las grnsas es1cndales. 
AJgunos pumos fondnnwnt;:1!c,i; J rccordar sobrc d 
metaboli.smo ron: 
• C41tfa reatd6n no ticne lu&ar de mnn,:rn aislada, 
sino que propordom1 lU\ smt ruto (b sustanda 
sohre fa c w1l at1ua una enzima) J).'ta b siguicntc. 
• De t-ste modo St erx·:m via·· ('n las <1tte el 
producto fln!ll <.fo .c.1<fa una ti<' d hts form;i \In 
sus t:rato para otrns, prodl!cien<lo un ptoceso 
contimm. 
• Mu h.a i ente eompara al metaholismo con un 
m:ip.3 en d que las vfos son c<m10 cn rrt-ter.is con 
t c-st :alas (i,nermedlas) a lo br,r;o de! trny<.-cto, 
• Las C:\"lttc\cm:, occesitan m.lforos y linYitt1dorc:s 
de vclod d.:id (mccanismos de regubcion) p:m1 
controlar el volumen y lo veloddad del trafk o. 
• Algunas fas cirrctcrm; sun de·un solo sentid o, to 
qut;: signitk:i qm: hay •lm: dar grandc r0tfoos p;tra 
format algunP,$ productos intermed lns. 
• Recoerd:1 que t't1,m<lo cstjs de viajc es import nte 
sa r d6nde vas, pcm no cs necesario eonocer fo.s 
nombn:scle tocfos fos sitios jk')f los qm: p3S.'lS. 
Las vfas metabo lic..,; se pm·dt·nd:i.sifkar ;;;omo 
cati b6lit as o anabolic:is. 
 
Catabolismo 
El .::n.1lhllbmo cs b rntur:i (degrnd,1ci6n) de 
molec11hs complcjJS rims .e nergfa, como las 
r n '.ldt nas, lo s cnrhohidr:ittJ.,'>y bs gras:is, damfo fog.:ir :i 
1 
 
 
Regulad6n de vfas 
Cada·vfa mct.abolien t o ntiene, l rnbit u.1lme nlt , Una 
rencci6n .que es e re ncfalm cnt;e i r rc,'1:!rsib le y quc 
limitu la vdocidad de funcioMmicnto de dichn V - 
Las enzimt1s <tue talk.an estas r 1cd oncs estin 
sometidas a una cst rk ta. rcgufac:itfo para rts1.-gurnr que: 
• La vcloddnd de fa vfa cste ud.n pta& {1 fas 
ncc< idndt:S dela <:cluJa. 
• Las vfas desintesis y degrndad6n de cukllqui cr 
mol&:uln no c. \ lm actlvns at mism<, ti<'mpt.'l, ya que 
dlodaria fogar a un ,ddo inotil», 
 
ui 111ayorfa de las vi nH:tabolicas tlenen Jug.it en 
distint{IS c<nnpartlmcntos de fas celulas, e n di.!\tintl,\s 
celufos. y tejtdos <lel organismo al rnismo tiempo. Las 
vfasdeben estar reguladas ruidados;imentc para 
asegurar quc no s6lo la producd6n de CJ)crgta y 
productos intermedios es .sufk ie ntc p.uni s:itisfaet'r 
las nec<:s idades de cada cclu la en partlcultir, sin o 
que tambien se •nju stam, a losrequertmient-0:s dd 
otrns massimp le s, por t>jemplo C0 1, Hi O y NHy La 
e:ne rgfa Jilx!rn<l:t esiieaptumdrv <:tmm trifrufoto de 
adeoosina '(ATP) y almacena da para ser \1tiliT.:id.1 en 
rc;icci,mcs si ntctk :is. :malxilic:1. . 
Anabolismo 
l l ;111 oolism,J es la sintesis de llh)lcc ul li Nmplejas a 
pan ir d(• ,) tr \lS mas s irnpl('S, p<ir <:jtmp!o, prntdn,.s 
a partlr <le mnlnoa· id t s y1;Iuc6%eno dela glut osa.Las 
reacdonts 5i ntcticas rcqui<'.c<.m encrgia qo<' ptovienc 
de la hidrolisili ck ff! En Iii figura l . I su mm-stmn 
nlgunosejempl(}., de vi:t.H'l rt:ib :iht as y :mabolic:is, y en 
la figuro l .2 .JIC' pr nta un resu1nc:n dd metiibolism-0 
e n 1>1,1 t m,junto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
resto de la-s c:elulas del organismo, El <<,ntrol de las 
vfas met.ib61lcasdebe ser t.tmbien lo 
sufidcntcmente flexible como para fadlilnr la 
a_dapudon :i lo dinintos ambicnte.s, por cjcmplo, 
la liit u:»d 6n pospnmdial en opusid6n a la de ay1.mo <> 
period1» de ejerd cio, 1m:. l tm, s mec.a.nismos <fo 
c ontrol deben coordinar las vfal'i <le todas las. ec !ulas 
dc:l o r,g.ilnismo. 
Meanismos de control 
Hay tres tll«anh"n\OS pr!ndpilles de control de las vfos 
.mct;ah6lkas: provision de sus:trntos, control nlostcrko 
y wntrol borm mnt Aprendcl .ihori porquc forman 
la hase de! control de todas las vfas metabolicas. 
PfOVl$lOl'I de $US\ra1o$ 
Si fa conceniriKion de sUstrntos e., factor limit.intc, la 
vcloddad de Lt vfa dismrnuy c. 
Control at.osterlco 
Ltrs eft."Ctores ulosterkos 1:-e uncn ;1 l-0s sitil)S 
re gufadorcs de una ero:im.1. Ji.i,tintos de los sltlos 
Qtalitkos (1.lctivos), y puedcn rcducir o 11ument:1:.r la 
ani'<itfad enximitlcn, Con frt"Cuem:fo te comm! lo 
*rcecl1mxlutto Ona.I di UM vf;1, qm: 1>uttde actunr 
de forma positiva (via estimuladaJ o negatlva (',fa 
lnhiblcla). 
L 
 
U ,,, 
,-s 
Control hofmonal 
Ha)' do:s JX)Slbies mecnnlsmo.s p or los que IHmnon:is 
como la l$ulln:t o clglutag6n puedcn afoctar a l:i 
:1cfo•i& d enz.imati<:n Jj de estt' modo, a fa c.ipacidad 
<le fundon:imlento de las vias met\lbolinis. 
i • En prilne'.r lul}ar, mctlfante: la fosforiladon 
rcvruiblc de fas t'OZimas, que puedc incrtrn ·nt:it 
o rcdudr su acti vidad, Pvr ejcmplo, cl gluc gon 
produce fosforilncion de fa glucogcno iota$. y 
de la gluc6gcno fosforifos . La pdmerl\ s,• lnhibc 
por la fosforibd6n, mie:ntr.is quc la giu, 6gcno 
foiforilau se11cth•n. Em)11segurn q11e la intt tis 
yd todaci6n de shit:vi;cno no SC activan ;ii 
mismo ticmpo (en cl c.,p. 2 se di!itute estc:- term, 
.i fondo), 
• £11 undo lugar, las hormlln:t$ puedl•n :ifottJr a la 
•,dodd.id de un:1 vfa mct3boliq1 me<!iantc 13 
induc.:i6n, es (lt-dr,:iumcnrnntfo la c,,ntitfad de 
cnzima sintetlzada a trnv.'. <lei t t frnulo <l•• la 
vdodd.id de tn:in!YCripd on <le su ARN. De m31wm 
milar. bajo deru c1mdid ()11<-$, fas hom,on:15 
pueden inhibit la t ranSt".rlpcton r, por tanto, la 
${ntcsis de a1gun'3S cn zim:u: ;i <.:sl'o se le llama 
reprcsi6n. 
 
exot.ermkas lihcrun c;1lor y ticncn un cambio d '. 
en talpia nl-gath'◊ {-6 H}. De mancta semcj3me, las 
reacdones cnd<1tcnnict1$absorhen tak1r durantc las 
milm:is y tit:mm ,m c,amhio de l'ntalpfa positivo 
(+AH). Sin .-:mbatgo, n<> es posib!e pmk-dr fas 
poslbilldades a f:wor o la din:cd6n de una rcs:1c c i6n .ll 
partii de fos v.1lotes de entalpfa. R<-"<'.uerda que solo 
pucdcn produdrM: c pontancamcme las rcafciones 
con un 6(; neg:n in t. 
Se ncc-esitli energia libre de forma continu.1 para: 
• Trabajo med .nko, como fa controtdon muscular y 
d moYimit'tlto cd ular. 
• 1bnsportc acth'o de las mnl&:ufos c iones. 
• Sime.sis ,fo mncmmolcculas y otra:s mol&:ulns a 
partir de prct urrorcs scn,jllos. 
En los hornhrcs esta t-nergfa se ohtiene 1m .-dfante la 
oxidad6n Jc los alitnent(,s. Algunos se tr,:msforrnlln 
en una form:i muy .ictc.siblc antes de er utili1 1dos 
con10 fa molecula trifo,fato deadcnosinct ( v. n ip. 2). 
 
 
Princ:ipios basicos de bioenergetica 
l,.; bhX'J'ICf&<:tk -a es d < t udi() de lo, Ci'!mbios 
enel'}';(ttk os que :ict,mpanan u fas reacdonts 
hioquimk as. Nos 1x:n11ite <le<lucir porquc til·nen 
lugar ulgun;.s n:;icd oncs {porc1uc son t·ncrgt tk amt:ntc 
f.mm:1bles) y ot ras no. L:i dir t-. cd on y el gr;i<lo <le una 
reaccion quimka vienen ck·tcrmina dos f'l'lt uria 
cotnbin3ci6nde dos factores: 
• Cambio de cntalpfa, AH, que C$ el _.,llor quc ic 
lihcra o absorbc dur.intc una rc<lt'.d on. 
• Cumbio (I;•, cntropfa, AS, q11,t' , s una rncdi<b dd 
e;imbioen d dcsonfon ode la alea toriedlld t--n un;i 
rra, d 6n. 
 
Ni los c11 mhios (fo fa entolpia J1i lo, de h ent ropfa 
pueden pre<lecir p<lf d sofos si .se Vll a pro<lueir una 
rN !'.ci6n . Junto:s :sc cniplt"Jn p.:ira r Jlcufar aG. d 
eo;imblo en la cncrgia liblX! de Gibb de una rl'3 cd on. 
ts d <iG el (Jue prcdice la.\ posibilidildesa favor y la 
dirt-cdo,1 de unn rean :io n d.,do r1uc: 
 
 
dondc T = tcmperaturn nbsoluu cn grndo-s Kdvin 
(K) ("C + 273) y AG i•s fa enersia disponihle 1x1m 
r aliMr d trabaio, 
• Si t.G tH.'gl'ltivo, existe un:1petditfo netti de 
CMtgfa dur.mte la rt.:icd on, lo que fa !wee una 
rcacd 6n cspontfoea, f.worabk·, (:xe rg6nicn. 
• Si c cs posltivo, 1\(.' produn: \Ill;\ g.anancfa 
neta de energfa dur.int.-. b rcacci6n y j;Ul n◊ 
tiene lugar di: maner-a espontanc.:i, tmt:indose 
de una ft'ai;-d(m cndc rgtinica, ya ,1uc debt 
nifad.irse energfa :.ii siste m;,i para que e 
 
•Si G es 0, la fe'..tcd 6n e ta en e,:rtulibrio. En 
l>il\1 ci (m de cquilibrio h n:l.xi d,1d de la n·,Kcion 
C$ 1gual <:n losd<Js sent idos y no hay un;1 din,•(d on 
nt· t:i. 
 
A , gurntc d no c onfundir t·xrr:,;6nic,1y t·I,otcnnico y 
cm!crg6nkt1 y endot e.rmi,a ,. L1$ rr an :,:i, iw,- 
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l dladJ <XffS. 
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met4hclismo .da iM 
hldratos c.art>ono 
fosfcrililcfoo <1 idiltl •a 
mtlrtlbrnnil ll'lte tM 
de la. tflil.66:ltidr.a 
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pltldoxll\a ---------- Plrldo al-Fi 
nbotlitvil'al ,-·- ,...,...,.FAD'f FMN 
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'1½2 - - - - - - - - - <:< Ina 
 
 
 
 
 
 
L 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
El ATP es la mo.neda de cambio 
universal de energia en la cel la 
f,1orgmiismo requicrt: tm aportc continuo de energfo 
p:1ra sus fundones dd tipo de:. 
• C<rntmcdoi, mus-rn!ar. 
• Biosfritesis de pn)td n:1$, hidrato d<· c.1rbono y 
grosas. 
• 'fi' insporte nctlvo de molt?culas e fonc$ ,1 trnn:s de 
m- embranused ulmes. 
 
L La oxidaci6n de loscombustibles 1ru?t 1l x1'lk oJ.i 
{ptotein;Js, ..:arlxJhidrnt os y gra.sas) produce cncrgfa 
en fonna d,-: ATe El u ifosfot.o ,le adenosina 
(flg. 2.24) t:S I.Ht nude6tido que n mtit?n<:: 
• L3 baS1.! porina, .1ck·nina. 
" Un a:ztk M de dnco C,ithonos, ribo$.1. 
• Tres. tmid.id(;'S d.,,. fvsfato, form:mdo tm trifosfato. 
 
El ATP es una molernb rica en t:.''nergiJ que contiem: 
do:5 cnl:iccs fosfoanhidrido. Cmmdo el ATP sc 
hidroliz.1 a ADP uno de estos enlaci:s se ro1npe, 
Hber:.indo \ma gran t:antidad de crwrgfa libre: 
 
 
'1G ""' 30,66 kj/ mol {es d dr, un a n;:,icd6n 
fov{ir.1blc, c:spo,nt inca) 
 
i . l-J c11crgfa lilx·rada sc utiliza p:irn 1mµuls:ir re:icd ones 
metabulk11s y o t ros tiroces:os. Pur ejempfo, en hi 
g!ucolisis, fa hidr6lbfa dc ATP se m:opfa n b 
fonn;iti6n de productos intenm:dJos fosforHadO$ de 
cle\'ad.i energfa con11:i el l,3-difosfogliccrato od 
fosfoenol piruv;ito (v; fig, 2.2}. El ATP tarnbicn puede 
scr hldroliwdo :1 AMI: libcnrndc, pirofo, fat<> (PPi), 
que sufre una hidr6lisis esponLl.nea postn io r J dos 
rnolecul as {le fosfoto inorg5nic.o (2 x .Pi), rompicndo, 
r,or t.1nt<l, k}S enlaceb fosfo:1nhfdrido. 
 
Sinte sis de ATP 
El ATP se sintcti, 1 a partir dt'. ADP lh("tliante Jos 
proccws, fa fosfori!.Jcion a nivd de s11 t r,ito y b 
fosforila i6n oxidati\'a. 
q
 \ 
\
 
 
 
 
Fig. 2.24 falructurn dd tri!o$fato de. a.dtn i-rm (ATP}. El 
ATP"' fobrica ,on la purina acknina, cl at.ota< de ci11Co 
carbonos tibos,, y tres unld dt>s lo,fato hg,"l11s pe r e nlace 
fosfo,1nhid rido de ,1Jta energia. 
 
Fosforllad6n anivel de sustrato 
Lu fosforilaci6n n niw l de sustm to &I? define como 
b form;icion de ATP medi1m, t< la fosforifodon d iret:ta 
dd ADP. Esto ocut!'e porque algun;is re;ic ciones 
tienen suficicnte eneri;fa libre rnmo r,-nro produd r 
ATP dirnctarncntc a pnrtir d<· la vfa n·wt.ib&!icu. 
Ll 1'eucd 611 no requiere oxigeno, por lo que es 
i.m p<)JWntc par gent:rar·ATP en tejidos con poco 
aporte de o:<igcno, Como, por ejemplo, el m1)sculo 
t·squdetico en ;;ctivit·fo<l. Sc encucnnan tJtrns 
eicmpl en la g!ucohsi.s yen e.l dd,1dd ATC 
(fig. 2.25}. 
 
Fosforilacion oxidativa 
La mayor parte <lei ATP s.<: gen\'t.l me<liante 
fosforifacion oxi;-fa\i rn. qut, requierc {>xigeno. 
Oeflnic:16n 
Prnceso en el (jUe st' forma ATP al trnnsforirse 
dectrone$ dd NADH y FADHi al oxii;i:nn molr:-t ulat, 
a trnn •s de una scrie de traMportadoresde eleC'trorws 
\lUC t mforrn.m la e..i,km1 trunspnrtador11 d<: 
ckx:tront:.G. 
 
 
 
t ocallu d6 tt 
La superftde lnterna de la mcrnbr11na mltocondrial 
intema de tod.l.s fas celufos quecomlenen 
mitocondrias. 
El piruvato por fa glucolisls, Joo iicidos grasos pot la 
vfo de14 -oxidad6n y algunos um.lnoaddos a trnves 
de reacdones de tran$llminaci6n Jltoporcionan acetil 
C<,A, .que es oxidlldo por d cidt) dd ATC a CO 2 y 
H40 . Duf1lnt¢ t>stos pt«cs<» se d(H,an d cctr-ones de 
alt.l energfa descle productoii intettne·dlos 1111:ub6lieog 
a las cocn'dmas NAD' y Fr\t) para pnxitKir fas 
fonnas reduddas, rkas en encrgfa, NADH y FADH1• 
Por m .ito, la encrgfa sc cMset,:-:.1 en forma de estos 
equlvalcntes rt>ductore;s. 
 
adenlna 
L 
' 
 
 
 
J_ 
_L_ 
_L 
.L 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
l_ 
J_ 
 
 
 
 
 
Origin de los produdos iritermedios reducldos NAOH 
yfADHl 
El NADH se forma en el dtosol por ht vfa de la 
glucolisis yen bs mltocondrias por el cido del ATC y 
la fl•-0xidad6n. El 'FADH, w odgfoa en hs 
mitocondrfas, tnnto por d cido cltl ATC como por 
oxidnd on. EI NADH y el FADH2 domm sus 
dt..-ctrones, uno c dzi vez, :.t fa c:i{kn:t tl':lnsportadom 
de electroncs . Al t rnns mltirse por la cndcna cadn 
electron de alta cnergfa plcrde fa mayorfa de m 
e.ncrgfa libre. Parte de estn em:rgfa cs capturntla y 
utilizada parn -prooucir ATP a partir de ADP y fosfarn 
ino rg'i\nic,o 
 
 
 
 
 
 
 
 
,Como sucede esto? 
• .El tr;insportc de dc<:troncs por la CJ.dena 
transportador.3 <le lo:s mismos esd acoplado 
:ii uarisporte de ptotoncs :i tr.ives de la 
membr.3na mitocondri:il intcma, de <lc la motriz 
mitocondrial h:ist3 d C!>p;ido mltocondrfal intcmo 
(fig. 2.26). 
• fato ocurre en trc:s lugan::s t.'.!lpcdikos de •hmnbeo 
de protoncs• y, de cste modo, se 1:rea un g-r:idic11te 
clectroquimlco a tnm:s de fo mcmbrnnn. 
• u.>s protones solo pue<lt•n retornur a la m,ittiz 
mitoc:ondrial a u11v .s de till!! cmim!I, In ATP 
sintasa, prL"Sente en fa membr.3na mit(lcon drial 
intt>m;a. 
• £1 movimiento de protoncs acth •:i In ATP sintasa 
P3ta cataUzar fa siilttsls de AT[ 
• CU.3lquicr encrgfa no atr:ip:1da como ATI' se lihern 
Cil forma de cnlor. 
 
Por taoto, la (lxi d on de NADH y Ei\ DHi por b 
cadenn t ram po.rt, « forn <lc dcctronc5 C$t acQpl;ida;; 
la genen1cion <le ATP (fos forilacion) mediante la 
creadon de un graJicntc de prot<>ni:s a tniv,•s d-, L, 
J_ mcmbrana mitocondri:11 intcrna. (L;;.;adcna 
tran.spom1dota de clcctmncs a vecc.s sc llama la 
01clcn respiratorfa porquc rolo trabnj:1 e n presencia 
<le 9Xigeno,) 
 
 
J_ 
 
 
 
5 
mi,;,room 
tml: lrii! - 
£11.'ttnili 
 
!T-ti!•1\l}fi 
l)ll)Qf<}I 
 , .. ,. 
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J \ 
·_1 
 
 
Fig. 2.27 Componentes de la cadcna 
lransportaifora de elcctrones. l05 
tomplejos 1H. IV y et citoaomo c ron 
·lp ......- ···-•···- -•--,:W-•-- ··s ' l!'j-o :(9 Ii"' Q ·· _t, -· K . ,..:- - - - - - - - --- - - - -.., 
todos t1tncrornos '/ contitnen vn 
grupo pr05tetic:o lwn<>. £1;Uomode ! 
!VliiM de, 
H;t; ---="'- - =id(·-.·- - .-.- . 
j 
... I 
hicrm de!grupo heni-0 c 01:ida y 
reduce de liiancril rt•versib!e, L'S dec1t. 
,tltema cri<re Fe· y Fe· como pane de 
>\I t vm;ion normal det,,msporta-001 
de clectront \. 
J_ 
C mplvjo •: 
! -.tt\C ff 
: v t<Qi;in;i;i, J 
n_--.,.-iJ ctA.-u- 
 
 
; ttirnpltlti 11: 
l Or;., op,;ry · f' Ot{1't11H .-d;r.: I t,u, .;:1mH at il:ra 1A JJ t:.0",' l 
. - Ra:m , r,rmoov.iet1\:tkl{ Ff-/Jl i, \ <le tl ADt·l p1y{:oQ 
rt1rutmo pt¥ 111\D.H .,. fMNH! Artl·4e tm.•◊ 4C pr<itefllf$ 
• rr otdn n :fu;;n, M itiff wti 1·S {f f $,, 
'fl.'00 o.ri:t1 pr,t tU H) M.- Ft A• ) 
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La. cadena transportadora de eledrones 
Componentes de la 1dena transportadora 
de efedrones 
Ltt 1.;adena consta de cmn.ro CtJmJ, lc jt>s pr<.1te ic()S 
(v. :fig. 2...26). Sc trnt..a de prntdn:ts de mcmlmmu 
present(';; tn fa memhrnna mittx;<)ndria!intcrrut a 
trnves de 13 qu paSiln los electrones (Hg, 2.17), Los 
grupo:s tronsp <>rt-Otl<)rt .s de clectrones dt'ntro de estos 
complejos son ffavin.as, pmtefo:is hlerr <H11;ufre,. 
grnpos hemo (.\ iones tle- t'Obre. Los complejos se 
disponen en orden de potencial redox estnm;for 
(medido i:n volti os)-cn d ent (: y afinldad clectt 6nh;;.1. 
cree:lent.e. 
El potendul rcdox: estond.ar {f ) e.s uno mt dldtt de 
la H.•n <lend a de m, par redox portitufor (p, ej., NAD+ 
y NAOH o f'AD y fAOHi) para pt rdt.:r ch,ct rones. 
Cuanto mas neg-at.lvo es el volor 13 , m yor e..s fa 
t-cndenda a perder dectroni!S (i:s t:foci r, aflnidad 
de'Ctronka baja)i mientrns quc rnrmto mas positivo 
s,-a, cs nta probable que el p::!r te'.tfoi a<:c pte 
d t't'trones (tnayor aOnidad t.>h:ctronk:1). Por umtt>, 
l<;r$ d ectn:mes fl11ye n dc.sd(• lo,; t r:1nspo rt 1d or('s dt• de-
ctro:ne.s eon v.ilores E., mas ne-gativos a los que ticm.m 
v lor«,s mas positivos, ha 1::li que, hnn pasado a 
oxigcno rnolt.:cular, quc -tkm:: cl valor £,, mas ck-vndo. 
Los C(rmplejos t:hi 1ig;1dos p-0r dtis protefnas de 
membtan:i 5')hthlts: ubiquinon:1 (coenzi1m1 Q) y 
dtoeromQ c; que diFund¢ facilmcntc .il tmveS; de 1lt 
mernbrnna, 
Las reacdones dentro de la cadena 
l, Laoxidadon de NADH o FADH, ink:fo el 
trMsporte de dc.:tronc.s a lo forg9 de fa cadeno. 
2. Los eJcctror1es del NADH pas.an al c:mnpiejo l, y 
los de!11ADH1 van directrimente al complejo IL 
f:.st-o s-e debe a que el FADH1 est . producido por 
la sm:dnato .deshidrogenas-a, 'tliU\ enzima de!ddo 
del ATC que, de hecho; for.ma pa.rte dd 
compfe joJI .(v. fig, 2.27). 
3. Cuda componc nt.e de la -cadena <.>s, 
alteroativu:mente, ox.idado y reducido al p,asa.r los 
<?lectn;:m s n lo far&ro de la cademi, 
4. Finnlment'¢, h,s d trones sc donan. til Oi 
molccu1s'.lr, ·n:d uclcnd ofo a agua. 
lPOt que utiUur un-a c.adena de trali$pbrtadotff 
de ttl onet tn ni de urti rtac ton? 
Li trxklad6n dd NADH (:Ortifoc:c :al lxunbt'<> de 
protones en tres .areas :i t:mvcs de ta memh..rm1a. 
Cunndo lbS -protones vudven n ent:n.rr -tm b matriz p<lr 
la via de la ATP sintmm S<: gia11em ATP. La oxidation del 
NA.DH :genera 215 mo1 ctilas d ATP. Si st utilit..ara tnn 
solo tma rcaccion se dc-.sperdldarfu mudut energf:a 
porqu habrfa J'nt!nos 2-01Uts de botnbeo de J'.>t'Ot ones y, 
por ct;1ns.1guientt 1 menQs gt:ne11td6n de ene.tgfu. 
 
 
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La oxido ·on dd 1:.AO H , or igi n d bomh<---o d<:• 
p-totoncs u ni m{"flt (' (.':fl t;l s a rt.'.l't._'<; de Ill l'ntemht:H).'I, 
<:$qt1iv.1t1{to fa prlrnt>rn 1..o ri.1. Esto da lui;.,r ;f q1H! 
solamen te st• pmdiucrm l ,5 tnoi ulail de ATf! 
Convi('ne dc$UK:2 r qm: ha:st :1 ! Mee poco tie-rnp,o :se 
J>en:sal q1.w la ux:id.1ci6n rk•i NADH rmr b cadcn::t 
trnns'fi<}rt.l® ra de d ttof:i;' gcnc:rnim 3 ATP y fa 
o.-xkfacron dd FAOH1 proottd a 2 Krn Sin t:irioa, <}, 
t>.St\lctio,.s n icn s·o a: b pr<w:lucdlm tfo AT{) en fa 
fo:tfotifad 6 n crxiib tiva hut} d m trndo qui! los val H$ 
st)n de 2,5 ATP para el NAI)H 'l l ,S p rr:'I d f ADH -l. 
L."ts. nimfl(.'5 p eit.:t <lifctend a tm compk jas, 1,er() 
b:ii icnme rm:los vu!Qrcs inienores ( Olnpe nsan Ins 
prot◊i,t>s ;,.<lic ional s iitiltt;itk,s J)Jf d transr<,)r1t <le, 
fosfoto tlentro d<·lit rnatri.z mllocon-dtiii! y el 
:lntt «:runbiode t\TP mit.o-eorw!rial por ADP dtoso!ko 
mediante la. Ail> ADi' tr.-1. nsfocasa. 
l.<:1 ":i.lun..;.; d 2,5 .A:TP pam d NADH y t ,5 ATP 
parad FADHi;w n las utili,;.itfos en estt libro. 
ln hlbldoresde ht eadena resplratorta 
Los!nhlbidot'es..se Ugan :t w1comJX>n eme<le b 
adimn 1 lilQ{;[ue..tn fa tnm ·ferend a <.it'. d t"l'.t n:mes e-n: 
lugim:se;;peclfk:os (f'I.S, 2.:!8;, Tt,ctos ! os 
t:mnsportJckm:s de d t>clroru:s de b,c. cfom1ant1,vrinres 
{ll hloq,1e< se redw:::t o, rnlen,tn s <tut· fos p()'.,ter-ho/res t1! 
mismo pi:m Wl ect:n oxfdntfos, Cotno la den ;i 
tn rt ndo rn d cl i.-. r.trn n,:5 y fa i\ x fo rifad 6 n 
oxidativ.t e&tio !ntirnamt-t,H ru.11pfad:;s.l:l inhlhk i-011 
conduce a una dismlnud on de la sfote'sis de A'.rP. 
La tetrametlt-pwfe'nildi.inlln:t (TMPI)) t.'\S un 
lftfonante de el troMs nrtifk it!l,: trnnsfiere 
clcctro-ncs dl mente a1 dtocromo t:. Sc rcqufon: 
vitamiru C (nsrorooto) p11ro reducir hi TMPD y n 
mcnudo $Cc t n1pk'.tln a.mbo en cornbina< i6n p;m1 
est\i<ifar fa t: <te·na. 
 
Generad6n de ATP por medio 
de un gradiente de protones 
£1 me<:' n'ismo put-de exp.lknrse por fa hip6tesis 
quimfo 1mStka ode NHtchdL El fht jo de electron 
trn.v{-s de la C'lldenn tr.mspomdon1 de los miSJTto 
produc:c din.'Cta m<:rtte ntc is ,, .le ATP. En lu.gar d1 
cUo. el tmnsporte de (?l« trones est:i 1tatoJ>l41,J o" 3 
bonil>eo de protones ti troves de fo 1nembra:1'1.1 
mit0<:o:ndrial intcma dtntfl> iie-1 es pacio 
irm.-m1embtanoso cm ios compfojos t, III y rv. La 
translococi6n de pr<>ton <:$ Cf(!'a -un gradient<:' 
<:le<;troqufrnko a trav& de 1a rnembnma (tantt> p( 
compom:ntc d&trico c,Jmo por fl pH). La cncrgl 
_ alnu cen en <.-ste gradient de pr◊ton<.'$ S<' utilr. 
para fobricar ATP niedion tts.: b Ai'P slnt . 
Estructura de la ATP sfotasa 
l..;a A'fP sintasa constade do.._ 'Ub unid.adt-s,(v 
fig. 2.26): Fn, un C,j nalde protones, y F1, ta cmzim 
ATP stnt.as:A. Los protones vuelven n enwu en fa 
matriz mit<x:ondrial solo tra,'l.Ss del canal de 
protones f 0. El movimiento <le <. tus protones acl 
la :sint <. i:sde A pi)l"1 S\lbunM%1d f l ' Sc f<"(lUtCf• 
:ipro.-dn1ad:amente, on flu jo de 3 protones a trn ve 
fa ATP $lnt s.1 para Qrigirmr t'3cb ATP. Por tanto, t 
transportc de clet.-tronl'$ y la fosforllac.Mn c-,st,in 
• .--copllldos• p<>r d gr3dicntc d protont-s. 
Desacoplamiento de la cadena 
de transporte de electrones 
a partir de la fosforiladon 
Cualquier stIS>tam:ta que aurmmte fa permeabilidad de 
la rne'mbrnno n1irocondrial intema a 10$ protones, de 
mod<> que puedan -.·olv< T a emrar en la matrlz 
mitocondrfal en <.ltros lugt1.re$ distJnt<.):S 1.1 ATP 
dntusa, ctiusa de,stteopfami ento. En eonse<:uem:ia; ta 
fi -e·nt ra& de protones disipa el g:rndicntt: de protones 
sin producd{Sn de ATR 
Desacopladores 
El 2;"t.dinitrofono1 (ONP) cs un trnnsport:rufor de 
·protom:slipoft!iro (sotubie en lfpidc,s) que pue<le 
difundir Hbrcmentc a tr vcs de fa memhrana 
mitOt'Ottdrial intemn (v. fig, 2.2m. Transporta . 
protones a tt3vcs de lam embrana, di:d pand od 
gradie.nte de protones. El resulUirlo de esto esu:rm 
disminud6n del flujo <le protones a trnves deb ATP 
sinta.sa Yt asf, un.i disml:nudoo de la prodoc-ci6n de 
A'r P(.,cortocircu!ta.• la KrP sinWil). Pt>r tant.o, d . 
trnnsporte de electruocs se produce <::tm nommli<lad, 
pcm sin la consiguiente p rod m;d o n de ATf? U\ c-nerg(a 
producida por el tr:mspart.e ded cctmncs se Uber.rt e-n 
 
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ffg. 2,19 Lll ilt:dOn dei (!{'S:.:lCO OOr 
2,•l rtlltfofenm(2.4.-0NP), es 
'tr:ansportir pmton s a traves d la 
r namitlX:tintlri.JiI$in 
producclon cfo ATP. dw,pandoef 
gr tr nvt de proto.nt$ t.ti tableddo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
forma de cafor; Otn,) en te des1i'cowp 
8 
 
 
 
 
 
 
 
 
tk1r C$ T:i:t FCCP 
(tdfh t1>tt>-c.nl-mntld .aru& m e\ol{ife.nil bi drnw oo). 
El d.es.1Qt:p11niento.-sei prodttc:efis.fol cammt 
t:11 l tcjkfo ittlipns{) i,ardo, Los bcb(tS r«IEn niitldus y 
J [0,,1i mattufertlis q ti:e· hibti1,fniu :ceitttit nt'fi• g,ra:$11 rpiu·dl°$, 
h.aMtmif ttJffltt e'l. est cueUo ;1 pn.rte sup rior d la 
1>aid11. l..1.iS mltoiendrl:1s.d la:gmsn 1m iila t mtfati ft 
en :ru.1l1.!1'mbt1;1mt tll:1t«()1'ldritd in:i.t rn J a;rot:cfna 
_L •Y•,,..s..;..,,.,,.c.op ,.,, @.• A.;10: f·· o" .' ",.ril.'\G,·ge·n· ·'m. l,• l. 1n1,,-t;.•·a'",;,·C,\<.. i.... c_.,o. r :no. tJrl k-' i.r..ml·J: 
de pr)I)tan-t:s r pe:rroitc la d l1ipa, ion d:el,grMlrcnte d:c 
l pf()t-One£; y, en con c:1001('.i , Ia HIX1rt\t.,"i.dn cl ea_n gfa 
en ftrnn de <:.1de;r, mm:iteni.enrltik -oal.lentc$, I 
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Con.trc»'I de a. pn,etad6n de ATP.': 
control msphtorio 
m ptind11io cl.el control rc j1l.ratorio se} i jj ,itin;; tidil )'JI 
en ia:s p hm 2:2: 23 y pu-ede, lift'dtil l I':il.&itl t) n c.,:Mae t, i:t t 
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dilrJmmi:, t'¢1itt.ltadt)tmi.l tntrflor produediSn de AT-R 
D.ado {\UC t,"¾ ttam:pon(t de ltd rnmrs · 1a ,sfutii1$f$ d(). 
ATP C$tM 1:reeh.1:rncJtt.u ;u;op:tad.05, dkll(J> tnu1; pQru:t 
y; p1>.t <:<t11Ssiguit.:rit:fe Li a:<:id.1-ci-6:11d.e NAl)H y f'.J\OH,F. 
tn:rnbi n reiitarun lnhlbid(JS;. 
 
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Objetivos 
INTRODUCCIO N AL METABOLISMO 
 
Deberfas ser capaz de: 
 
 
 
lL 
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u_ 
 
LL 
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• Definir. una vfa de reacciones 
• Conocer las definiciones de las vfas catab61icas y anab61icas 
• Apreciar la funci6n vital de las enzimas en el metabolismo 
• Comprender las mecanismos basicos de la regulaci6n enzimatica 
• Describir los distintos tipos de transporte de membrana e identificar la diferencia entre transporte 
activo y pasivo 
• Describir la bioenergetica basica de las reacciones y conocer las reacciones de oxidorreducci6n 
• Familiarizarte con las moleculas esenciales ATP, acetil CoA, NAD+, NADP+ y FAD 
 
CONCEPTOS INTRODUCTORIOS 
 
Metabolismo 
La palabra «metabolismo» describe el conjunto de reac. ciones bioqufmicas que tienen lugar en un 
organismo vivo. En las personas, estas reacciones permiten la extracci6n de energfa de los alimentos 
y la sfntesis de las moleculas necesarias para el mantenimiento de la vida. Los puntos clave que hay 
que tener en cuenta son las siguientes: 
• Las reacciones suponen la conversion molecular de sustratos en productos 
• En los organismos vivas, las reacciones nunca se producen aisladamente. El producto de 
una reacci6n se convierte en el sustrato de la siguiente 
• Un conjunto de reacciones consecutivas se denomina «vfa». Los componentes de la via se 
conocen como «intermediarios» (fig. 1.1). 
 
 
En el metabolismo, las vfas tienden a recibir el nombre 
de su funci6n global. Una via con el sufijo «(6)1isis» es 
una secuencia de reacciones dedicadas a degradar la 
molecula indicada en el prefijo. Por ejemplo, la vfa de 
la «glucogen61isis» es la vfa de degradaci6n del 
gluc6geno. Como la mayorfa de las moleculas participa 
en mas de una via, las distintas vias tienen tendencia 
a formar «inter secci ones» alli donde presentan 
elementos comunes. 
Por tanto, el metabolismo es analogo a un mapa de 
 
 
· sustratos 
de la via 
 
 
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cci 6n 2 
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reacd on 1 
carreteras, donde las «carret era s» representan vfas de J 
reacciones entrecruzandose unas con otras. En vez de 
 
semaforos y badenes, el «t rafico » de las vfas de 
reacciones esta regulado por distintos mecanismos 
biol6gicos. 
La velocidad a la que las moleculas av anzan por una 
vfa esta determinada par varios mecanismos 
reguladore s. La clave para comprender el 
enzirnt,., + 
 
t . 
producto de la via 
 
 
rea<:cl6 rt 3 
metabolismo radica en percibir que las detalles son 
menos t rasc endent es que la perspect iva global. 
Fig. l . l Ejemplo de via met ab61k a corta. l , 2 y 3 
representan las ent imas que catalizan cada reacd 6n. 
 
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Es mas importante ent ender la funci6n metab6lica, localizaci 6n y regulaci6n de una via que 
memorizar cada reac ci6n. 
 
Enzimas 
Las enzimas son proteinas especia liza das muy especfficas. Cada enzima media una reacc1on 
bioquimica concreta, actuando coma catalizador biol6gico. Sin enzimas, las reacciones bio16gicas 
serfan demasiado lentas para la su pervivencia celular. 
Las enzimas funcionan uniendose tempora lment e a su molecula de sustrato e imponiendole 
modificaciones moleculare s y, par ultimo, liberando la molecula alterada (el producto de la 
reac ci6n). 
La eficiencia de una enzima para cat al i za r una reacci6n determina la velocidad a la que se produce 
la reacci6n . De este modo, la funci6n enzimatica es comparable a un «dial de ajuste» que controla 
la velocidad de la reacci6n . La modulaci6n de la funci6n enzimatica («actividad») es, par tanto, una 
importante estrategia biol6gica de regulaci6n . En referenda a las enzimas, se emplean varios 
terminos bioquimico s, cuyo significado debes conocer .Se presentan en la figura 1.2. 
 
 
le 
J_ 
J_ 
J. 
_l 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nom enclat ura de las enzim as 
Las enzimas se denominan segun la reacci6n que catalizan, de modo que, a menudo, es posible 
deducir su reacci6n par el nombr e. La figura 1.3 ofrece algunos ejemplos frecuentes. 
 
Anabolismo y ca tabolism o 
Las vias metabolicas son anab61icas o catab61icas. Las vias anabolicas generan moleculas complejas 
a partir de sustratos mas pequeno s, mientras que las vias catab61icas descomponen moleculas 
complejas en product os de menor tamano (fig. 1.4). El propio metabolismo supone la integraci6n 
l_ de las procesos anab61icos y cat abolicos. El equilibria entre ambos refleja el est ado energetico de 
una celula ode un organismo. 
Las vias ana b61i cas consumen energia . Son procesos sinteticos demandantes de energia. El sufijo de 
una via sintetica es «gen ia»; par ejem plo, glucogenogenia (sintesis de gluc6geno). El anabolismo es 
l_ 
l 
E'xpHtad6n 
Sitio ac::tlvo Reg,6n de la ,e$t ructu, a enz.irnatita que se une flsrcamente ;ll sustt.itO 
Co11fonnaci6n 
 
 
 
 
Actlvidad 
 
 
 
 
Afrnldad 
Este terrnlno describe la estructura tridimensional de una protefna (enzima). Los cambios enla con(ormacion 
enzim:h lt a suponen aun cambfo·en fa fund6n de la enzima. Cualquier molecula que se una a la e:nzima afoctara 
probablemente a st, estructura trl,:llmenslonal globa l, es dei;ir, al ran\ su· conf1;>r m,1ci,>, n Los .;ambios ('.Onformacion 
pueden ser sulHes o eno, mes ., y afectan inevitablemente a la actMdad de la enzima (positlva o ne.gativamente} 
Es ana!oga a la «efkientla• en lo que re.spec.ta al re.ndlmle nto de la en:zima. La ta -a de converslones sustrato -> 
,el produ<::to que realiza ,.ma enzlma e.s la a,tMdad de.dicha enzima, La activlda,f depende de ta con f:ormaci6n 
enZimatlca, la t.,;m peratura, el pH y las c:oncentraclone.s relatlvas de enzJma y sustrato. !..a preseilcla de inh l bidores o 
actlvarlores tamb ien arecta a la activldad enzimatica . 
Esta 11alabra describe fa a11i(let de fa ascociaci6n entre una enzima y su sustrato. Una enzlm.a con bajl!..afinidadpor s 
susrraro se une debilineme a ,el, y11lcevem1 
lnhibidor 
un,rse a I fmi a n ' v_h_l ga i: JJst)ni 
Los inhibido re s pueden compettr .con .el (i('lhibldores competll'l11os) o bien 
s}. Sin embargo, ambos tipos 
reducen la actMdad de la enzima y, por tanto., dlstninuyen la velocldad de una reacci6n . ,.._ ,. .,,,_, .,., ,, 
Ac tivador Los activadores enzlma ticos au men tan !a actMdad de una e.n zlma y, por tanto, !ncmnentarHa velocldad de ona 
reaction 
Coe.nzlm as Algunas en:z,mas requleren la presenc 'ia de una coenzima para reallz.ir su funtiori catafftica 
F"iti(I, tnrlci;111 ,,. ,:-Mn(tn (hrnt, i.n,:n,-im.l\f. , r,nrq\1t tntl,, ., o:m1ilri(ln In ml{,n.11 rtrt,tl,:in, r, ,<'.\ no IM I n,t,m 
enzima 
tn oca s:k, ·rt s,. dlsth'lt6s 1e-jido del o rg, an it rn:a . tl@nen . ce:n.2.ltti. t H9er4m en t:e . d ife n. t e.i :r°-?-r-et. C.at Jizarla fttisn,a r'eac:d6 
'.l. 
J_ 
u_ 
J_ 
J_ 
J_ 
J_ 
J 
J_ 
J_ 
L 
 
ato 
I 
En:zima 
Cinasa · 
Reacd6n catali2ada 
 
Adid6n de un grupo fosfato (•fosforiladol'I>) 
Fosfatasa •·E.llmlnal'.l611 de un grupo fosfa10 (•:des fosforUat i6n } 
_sintesls de la molernla que precede a -sintasa, 
lncorporati6n de una mol&ula de di6xido de carbono a la moletu la de susuato 
· Elimlnad6n de una mo l ecula de dioxido de carb oiio de la rnoletula de .sust rafo 
OH hidrog _e ttasa . Q,cidacl6n del sustrato rnedianle la tr;,r1sferen la de (uno o mas) k,nes de hldruro (H-) a un aeeptot_de electtot1es, 
a menudo NAO• o FAD 
Reorganiz:ad6n de los atomos -p,esent-es en la molecur·a de,sustr ato. El produtt-o tiene la m)sma f ormula qi.iimlca 
- - - - - - - - - - - - ·- - - - - - - - - - - - .,.....,.--,- . ' ----------------- i 
que el sustr · · · · 
Transferenda de un grupo fund onal dentro de.la mol cula de s,11strato a una nue11a localizac)6ri <!:n la rnisma molecu·a ·_ Mu\asa 
r--- - ·-- - - 
lsomerasa 
Carbox llasa 
 
Oescarb oxi lasa 
. Slntasa 
J_ 
J_ 
_L 
L 
l_ 
 
analogo a la «const rucci 6n»: esta requiere· materia prima y energ fa. Las vfas catab6licas liberan la n 
energfa qufmica intrfnseca de las moleculas biol6gicas. Consisten en una degradaci6n secuencial de 
moleculas . El sufijo de las vfas catab61icas es «lisis »; por ejemplo, gluc6lisis (degradaci6n de la 
glucosa). 
 
 
L 
J_ 
J_ 
J_ 
 
 
 
 
 
 
 
 
J 
. _, 
 
T 
l_ 
l 
LL 
J_ 
u_ 
REGULACION DE LAS VIAS 
Las distintas vfas tienen velocidades max1mas de actividad 
diferentes. Como el metabolismo celular queda definido por la 
integraci6n de las vfas intracelulares, una vfa no puede 
producirse a una velocidad independiente de la actividad de 
vfas «i exist ent es. En caso de que todas las vfas sinteticas 
operasen a su capacidad ma xima, se generarfa un exceso de 
productos de las vfas de alta velocidad a expensas de las 
productos sintetizados en las vfas de velocidad baja. La coordinaci6n y la regulaci6n de las vfas, par 
lo tanto, son aspectos esenciales del metabolismo. 
Las celulas ponen en marcha tres mecanismos de control principales para regular las vfas 
metab61icas de un modo integrado y sensible: la disponibilidad del sustrato, la modificaci6n 
enzimatica y la regulaci6n hormonal. 
 
Disponibilidad del sus t rato 
La velocidad de una vfa esta limitada par 
la disponibilidad del sustrato inicial de 
dicha vfa. Un mecanismo importante 
usado por las celulas para regular la 
cantidad de sustrato es el control 
integrado del trafico de membrana de las Ffg. 1.4 Esquema de una via catabolica (derecha) y anabolica 
moleculas de sustrato. Las celula s no son (izquierda). No se muestranlas en2imas para simplifkar. 
libremente permeables a la mayorfa de las moleculas de sustrato, de modo que variar el aporte de 
sustratos mediante la regulaci6n de la entrada/salida celular anade un nivel de control adicional. 
 
Regulaci6n alost e rica 
La regulaci6n celular de la actividad enzimatica es una estrategia esencial de regulaci6n de las vfas. 
Las vfas metab61icas contienen siempre una reacci6n irreversible como mfnimo, conocida coma 
«reacci6n limitante de la veloci dad». La actividad de la enzima limitante de la velocidad determina 
1_ 
J_ 
. ,. aun tliai de aj(rs,te ciuecontrnla'tas veloc,idad s 
_: ·' -.·.. IH,cuerdaque l:a:actrvWad ehzi ii-iittlta e; ar>aloga 
de e acclon. la rizlma ll_niltante de lavelocidad· ···- · 
V 
L 
u_ 
l_ 
L 
 
,. N"P'.,._..,.,ac:tiV o 
sitlo 
1_ 
J 
1_ la tasa de progresi6n de toda la via, puesto que un aumento en el recambio de esta enzima permite 
que toda la via se desarrolle a la nueva velocidad, au mentada. 
Cuando valores el concepto de «limitant e de la 
LL velocidad», piensa en una clase de alumnos con 
distintas capacida des. La clase no puede abordar una 
_L materia nueva hasta que todos los alumnos 
J_ 
conozcan la previa. Asf pues, el alumna menos 
brillante determina el ritmo del aprendizaje de toda 
l la clase. Este alumna es el equivalente a la enzima 
limitante de la velocidad en una via metab61ica. El 
J_ mayor impacto sabre la velocidad del aprendizaje de 
toda la clase puede lograrse mejorando la velocidad 
del alumna limitante, lo que permite que toda la 
l clase avance mas rapidamente. 
J_ «Regulaci6n aloster ica» es la modificaci6n de la 
actividad de una enzima mediante un cambio en la 
estructura enzimatica. Una modificaci6n estructural 
l puede ser posit iva (aumenta la actividad de la 
enzima) o negativa (reduce su actividad). Los 
l moduladores alostericos son moleculas que se unen 
[_ a las enzimas, imponiendoles una variac1on 
© 
 
Fig. 1.5 Retroalimentat16n negativa. Cuando el producto X 
de la via es abundante (recuadro), inhibe la actividad de la 
e.nzima 1 1 encargada de una reacd6.n anteriorde 
la via. SI la enz ima I es la llmltante de la veloddad, esto 
reducira la velocldad de toda la, v a . Este me,:a, n sm o es 
6ptim o, porque una abun dancia de X signlfl(a 
que la actlvidad mantenlda de la via resulta ·supe rll ua 
para ras neces.ldades de la c,Hula. 
estructural. Los inhibidores y activadores enzimaticos son moduladores alostericos . Un ejemplo muy 
frecuente de modulaci6n alosterica presente en las vfas metab61icas es la «retroalimentaci6n 
negativa» (fig. 1.5). En ella, un intermediario posterior o el producto final de una via inhiben 
l alostericamente una enzima participante en reacciones anteriores. 
J_ 
Fosforilaci6n 
Una modificaci6n alosterica de gran importancia que debes conocer es la «fosforilaci6n». La 
fosforilaci6n es la adici6n covalente de un grupo fosfato (P03 2~) a una molecula. Este resto es 
(relativamente) grande y su carga es fuerte. Par tanto, afecta sobremanera a la estructura (y a la 
LL actividad) de la molecula (p. ej., una enzima), a la que se une de forma covalente. En el ejemplo de 
la glucosa, la presencia del grupo fosfato determina 
 
l_ 
'j_ 
:.l 
J 
J_ 
i. 
si una molecula de glucosa puede atravesar o no la 
membrana celula r. Cuando esta fosforilada, la 
glucosa se vuelve irreconocible para el aparato de 
transporte especffico de glucosa en la membrana, 
que sf perm it e atravesar la membrana a la glucosa no 
fosforilada. 
 
En las enzimas, el grupo fosfato se asocia 
tfpicamente a las aminoacidos serina y treonina. 
Segun d6nde se situen exact am ent e estos 
«residuos» de amin oacidos en la estructura 
enwna:, 
lnad:lva 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
enzima acth-.:.r lf 
{fosforflada) 
=en zlrru:i 
activ.a 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
enzJrm, ln.acthm 
(fosforilada) 
tridimensional de la enzi ma, la fosforilaci6n puede 
modular la actividad enzimatica en sentido positivo 
[l o negativo (fig. 1.6). 
Fig. 1 .6 Et1 ta s.:i tuad 6rt de la izquierdaf la fosforlla cl6n 
activa la enzima., produciendo un amble de conformacion 
qLie 1!xpone ef sltio activo (rna.s oscuro). A la derecha, 
se muestra fa ituat l6 n opoesta: la fosforilacl6n inhibe 
a la enzima, produciendo un cambio de conformaci6n 
qu.e itnpide el acceso del sustrato al sitio active. 
 
J_ 
l 
l 
J_ 
LL 
l 
 
L 
L 
L 
L Es esencial comprender el escurridizo concepto de la fosforilaci6n coma regulador alosterico 13 
positive y negative, porque la fosforilaci6n es la modificaci6n alosterica mas ubicua de modulaci6n 
de la actividad enzimatica. 
L 
Regulaci6n hormonal 
Las hormonas son «mensajeros» moleculares, 
L liberados por las glandulas endocrinas al torrente 
sangu fn eo. Se unen a receptores de la superficie 
L externa (fig. 1.7) o a receptores intracelulares, tras 
difundir pasivamente a traves de la membrana celular 
(fig. 1.8). En ultimo termino, las hormonas ejercen su 
l_ funci6n alterando la actividad de varias enzimas 
intracelulares, lo que permite modular la actividad de 
_I una vfa. La modificaci6n de la actividad de las enzimas 
que realizan la fosforilaci6n (cinasas) o la 
desfosforilaci6n (fosfatasas) es una estrategia 
J_ fr e cue nt e . 
J_ Algunas hormonas (p. ej., las hormonas esteroideas) 
se unen al ADN dentro del nucleo a una secuencia de 
ADN diana («elementos de respuest a a hormonas», 
l_ ERH), influyendo directamente en la tasa de sfntesis 
de las enzimas. Una mayor cantidad de enzima 
L («inducci6n enzimat ica ») afecta positivamente a la 
_L via en la que par t ici pa la enzima, y viceversa. 
L En el metabolismo humano, el control hormonal es 
8 adrenallna. e:X'tracelular 
 
 
l 
L 
 
'.L 
l 
un mecanismo que permite el control apropiado de 
las acciones intracelulares, segun las necesidades 
energeticas del organismo en ese momenta. La 
insulina y el glucag6n son dos ejemplos importantes. 
 
El pancreas produce insulina en respuesta a una 
elevaci6n de la glucosa sangufnea, como la que 
sucede tras la absorci6n de una comida, en situaci6n 
«posprandial». Viajando por el torrente sangufneo, la 
Fig. 1."/ Rt.gulaclon hormonal: unl 6n a receptores 
de la suf}ffficle <e!ular extema. l'a adrenallna exttacelu!ar 
.se Um! al receptor, activando la subun ldad m6vll CJ( Esta actlva 
la enzlma adenliato dclasa (AC) incnm:ada en la membrana, 
que sintetl za AMP ddi<o V\MPc) a partlr de.I ATP. El AMPc 
ac1iva la proteilla clnasa A. qu e actlva. a su vez. (rnedianh! 
rostor1lad6n) fa 9luc6genofosforllasa d nasa. Esta activa 
la 9luc6geno fosfornasa. que Hbern glucosa-1 -fo:sfato 
de los polimeros ramlf!c;idos del 9luc6 geno . A ltavi\s de esta 
cascada lnt racelu!ar, la adrenalin:! extrace!ular Hbera. por tanto, 
9lucos;i- l -·fosfato di! los polimeros dd ghx6g,mo almacenado 
en l hmirior de la c lula. 
l insulina se une a los receptores de membrana celulares. Al actuar a traves de su receptor, promueve 
la actividad de las vfas anab61icas intracelulares (como la sfntesis de lfpidos) cuando el organismo se 
lL encuentra en situaci6n posprandial. El glucag6n, en cambio, se libera al torrente sangufneo en 
L respuesta a un descenso de la glucemia, como el que puede ocurrir en ayunas. Pi-omueve varias vfas 
intracelulares, por ejemplo, una que responde para corregir la baja glucosa sanguinea, la 
gluconeogenia (sfntesis de glucosa de nova). 
 
CL 
Trafico a traves de la membrana 
l Las membranas celulares estan formadas por una bicapa de fosfolfpidos, en la que se insertan 
u_ protefnas de membrana y colesterol. Son impermeables a la mayorfa de las m oleculas, y precisan 
estructuras especializadas de transporte que funcionan como puntos de acceso focales. Estas 
1 _ proteinas transportadoras, junto con los canales i6nicos y los receptores de membrana, representan 
la mayor parte de las protefnas de la membrana. El metabolismo intracelular depende de que los 
l 
L 
L 
L 
 
L 
L 
J sustratos lleguen al interior de la celula. Esto incluye 
moleculas complejas, que pueden ser catabolizadas 
para generar ATP, y las moleculas simples necesarias 
l_ para la sfntesis de moleculas complejas mediante vfas 
anab61icas. 
l_ 
 
 
<3 D, 
<J 
\7 .· b. A 
L «Cotransportes» 
bidireccionales 
unidireccionales y 
J 
l_ 
l_ 
l_ 
l_ 
_L 
l_ 
l_ 
_J_ 
J_ 
I 
l 
J 
A menudo, las protefnas de transporte permiten el 
paso de dos iones o moleculas diferentes. Si ambos 
atraviesan la membrana en la misma direccion, la 
estructura es un cotransporte unidireccional. Sin 
embargo, cuando la direcci6n es opuesta para cada 
elemento, se trata de un cotransporte bidireccional 
(fig. 1.9). 
 
Transporte activo y pasivo 
Cuando la direcci6n del desplazamiento es desde una 
concentraci6n alta a otra baja, las moleculas 
«fluiran» pasivamente en la direcci6n del gradiente. 
Si la membrana es totalmente permeable a una 
molecula concreta (p. ej., hormonas esteroideas), la 
difusi6n es pasiva. Si, en cambio, la membrana es 
impermeable a la molecula, esta la atravesara 
pasivamente a traves de una protefna 
transportadora. Este proceso se conoce como 
«difusi6n facilitada» (fig. 1.10). Si el movimiento se 
produce en contra del gradiente de concentraci6n, el 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig, t.8 Regulacion hormonal: union a receptores 
intracelulares. Este ejemplo muestra una hormona 
. esteroidea difundiendo at interior de la celul a, 
llegando al nucleo y uniendose a su receptor. 
El receptor activado se une al elemento de 
respuesta a hormonas (ERH) correspondiente, 
dando lugar a una alteraci6n en la tasa de sintesis 
de las enzimas diana. 
transporte se denomina «activo». La hidr61isis del ATP proporciona la energfa necesaria para el 
J_ transporte activo. Puede estar acoplada directamente a la protefna transportadora («transporte 
activo primario») o producirse de forma indirecta («transporte activo secundario») 
 
LLTransporte active primario 
El transporte activo primario es aquel en que el 
movimiento de una molecula o i6n en contra de 
J_ su gradiente de concentraci6n esta acoplado 
directamente a la hidr61isis de ATP. Con 
J_ frecuencia, se usa «ATPasa» para indicar la 
naturaleza activa primaria del transporte (fig. 
1.11). El ejemplo mas omnipresente de este tipo 
J_ es la ATPasa sodio/ pot asi o. Este contratransporte 
introduce dos iones de I<* en la celula y expulsa 
_l tres iones de Na* fuera de la celula en cada ciclo 
l 
(ambos, en contra de su gradiente de 
concentraci6n). Por cada «ciclo» de transporte, se 
l_ hidroliza una molecula de ATP. 
Ag. 1.9 Esquema de un cotransporte unldireccional (U) 
y un cotransporte bidireccional (8). 
J_ 
U_ 
el rec ptor hormonal 
,,, mms!OCll a l ERH 
i u, -l 1a. 1 
de ; fn tc<is 
<.1¢ I.ls 
jJOollm ;,s 
d ill na 
nuclear 
l 
_L 
 
_L 
Transporte activo secundario 
f_ En vez de acoplarse directamente con la hidr61isis de 
ATP, algunos sistemas de transporte aprovechan la 
L energfa potencial qufmica intrfnseca de un gradiente 
_L 
i6nico previamente creado para lograr el 
desplazamiento, necesitado de energfa, de un i6n o 
l_ molecula en contra de su gradiente de concentraci6n. 
La acci6n «activa» consumidora de energfa (la 
_L consecuci6n del gradiente motriz) se ha producido 
previam ent e. Por ejemplo, el elevado gradiente 
transmembrana de [Na*] ([Na * ] extracelular alta, 
l_ intracelular baja) se mantiene gracias al transporte 
activo primario por parte de la ATPasa Na*/K*, 
J_ acoplada a la hidr61isis de ATP (fig. 1.12). Al gradiente 
de [Na*] se le permite «fluir» por el cotransporte 
unidireccional sodioglucosa: los iones de Na* entran en 
 
 
 
 
 
Fig. 1.1 O La molecula «P» es hidr6foba, lo que permite 
su difusi6n libre a traves de la membrana (difusi6n pasiva). 
La molecula «f,, requiere un canal especializado para 
atravesar la membrana (difusi6n facilitada). Ambas solo 
pueden desplazarse a favor de sus gradientes electroquimicos. 
J_ la celula a favor de su gradiente de concentraci6n, par el «itransportador unidireccional sodio- 
glucosa. 
l 
l Bioenergetica 
Las reacciones se califican de exergonicas (liberan . 
J energfa) o enderg6nicas (precisan energfa). Las 
_L reacciones solo se produciran si son favorables 
energeticamente. Esta prop.iedad se cuantifica mediante 
_L la «energfa libre de Gibbs» (AG) de una reacci6n. Las 
reacciones exerg6nicas tienen valores negatives de AG, 
J_ mientras que las enderg6nicas presentan valores 
_L positives. Un valor de AG positive tiene la consecuencia 
de que la reacci6n no se producira espontaneamente a 
J menos que este acoplada a otra reacci6n generadora de 
energfa, coma la hidr61isis de ATP. La figura 1.13 muestra 
:L un ejemplo ilustrativo. 
l 
REACCIONES DE OXIDORREDUCCION 
'l Reducci6n y oxidaci6n En bioqufmica, la 
oxidaci6n de una molecula (fig. 1.14) significa 
que ha perdido uno o mas electrones. Suele 
J asociarse con: 
 
• Perdida de un atomo de hidr6geno, o 
• Ganancia de un atomo de ox fg eno . 
l_ La molecula que sufre la oxidaci6n se denomina 
«reductor». 
l La reducci6n de una molecula (v . fig. 1.14) 
u_ significa que ha ganado uno o mas electrones. 
Fig. 1.11 Transporte activo primario. La hidr6lisis de ATP 
aporta la energia para provocar los camblos conformacion ales 
necesarios en la ATPasa, con el fin de transportar a X 
en contra de su gradiente de concentraci6n. 
Suele estar asociada con: 
L • Ganancia de un atomo de hidr6geno, o 
• Perdida de un atomo de oxfgeno. 
 
l_ 
Fig. 1.1 2 Transporte activo 
secundario: cotransporte unidireccional 
sodio-glucosa. La ATPasa Na/K 
mantiene baja la [Na+] intracelular. 
baja H . 
J_ 
J_ 
l 
_L 
J_ 
 
l 
l_ 
l_ 
1.. 
J 
J_ 
_L 
L 
J_ 
LL 
 
 
 
La molecula que sufre la reduccion se 
denomina «oxidante». La palabra 
«oxirreduc ci6n» (o «redo x») es una 
combinacion de estos dos proceso s. 
Subraya el hecho de que ninguno de ellos 
puede producirse sin el otro. Siempre que 
tiene lugar una reduccion, tambien se 
puede producir una oxidacion. Xe Y, en la 
figura 1 .14, son una par eja de 
oxidorreduccion. Siempre sucede asf; una 
reacci6n de oxidaci6n debe ir 
acompaf\ada de una reaccion de 
 
 
 
 
 
 
 
AC t:1 +30,S 
 
fig . 1.1 3 Hldr6H·sls del ATP. Esta (C!3C t:i6n permit<! <1ue SC! 
produzcan sirnultan<tameot<t otras r1:acciones energfiticamentQ 
desfavorables {enderg6nicas), dando lu9ar 
a una reatd 6n glob almente exer96nk a (fovorabl ), 
que puede ocorrir e..spontaneamente, De es.ta forma. 
el ATP" .illrnen ta» las reacdones enderg6nicas. 
reducci6n, y viceversa. Observa en la figura 1.14 que la division en «semirreacciones» tiene un fin 
didactico: en realidad, los electrones nunca «estan flotando» libremente solos. 
J 
Radicales libres 
.L Los radicales libres son moleculas o 
 
atomos que contienen un electron no 
emparejado. Debido a este electron no 
1 X oxidaci6i;1 -x@+ e0 
J_ emparejado, 
reactivos y 
son extremadamente 
se incorporan 
2
 
indiscriminadamente a reacciones de 
J_ 
oxidorreduccion indeseables con otras 
moleculas biologicas, como AON o 
3
 
J_ prot efn as. Esto se conoce cono «daf\o 
" J _ 
reacci6n de · 
y, o .x. id...o....r.re·d···u···c·c···i···
6··n·/\ 'yI \/, - .· y 
oxidativo», porque los radicales libres se Fig. 1.14 Ejemplo de reacci6n de ox idorreducc i6 n. 
l reducen durante el proceso (sir viendo 7, X pierde un electron, es decir, se oxid a; X e s e l «reducto r»; 
de oxidantes). Se cree que el daf\o de los , 2 Y g ana un ele ctro n, es decir, se reduc e; Ye s e l «oxida nt e»; 
3, estas dos reacciones son ambas «semi r reaccione, si, porque 
radicales libres contribuye al dano juntas suman un a reacci6n de oxidor reducd on comple ta. 
_[ celular del envejecimiento, la inflamacion y las complicaciones de la diabetes. 
Numerosos factores ex6genos, como radiaci 6n, fumar y distintas sustancias qufmicas, promueven 
£ la formaci6n de radicales libres. Curiosamente, el metab'olismo celular normal tambien da lugar a 
radicales libre s. Sin embargo, compuestos «antioxidantes», coma el glutation y las vitaminas Cy E, 
previenen que el daf\o sea excesivo. Estos antioxidantes «fagocitan» (absorben) las radicales libres, 
J_ limitando un posible daf\ o. Tambien hay enzimas que inactivan los radicales libres, coma la cat alasa . 
l 
PARTICIPANTES ESENCIALES 
I 
J_ 
J 
l 
l 
'.l_ 
 
 
_L 
Trifosfato de adenosina (ATP): 
«moneda energetica » celular 
El ATP es una molecula compuesta por 
un anillo de adenina unido al Cl de un 
azucar , la ribosa. Al CS de la ribo sa esta 
unida una «cola» de tres grupos fosfato 
(fig. 1.15). Los dos enlaces 
fosfoanhfdrido mostrados en la figura 
1.15 son las responsables de la elevada 
 
 
!'ibo sa· 
 
 
Fig. 1.15 Estructura molecular del ATP. 
J_ 
e 
l 
 
y ----- 
e] 
_L 
L 
_L energia quimica contenida en la molecula. Estos enlaces requieren mucha energfa para formarse y, 
I_ 
cuando se rompen, liberan igualmente mucha 
energfa. La energia se libera con la hidrolisis de los 
.L enlaces fosfoanhfdrido. 
El ATP nunca se almacena; continuamente se utiliza 
L y resintetiza. Asf pues, se produce un ciclo entre el 
ATP y el producto hidrolizado, ADP. La figura 1.13 
muestra la reaccion de hidr6 1i sis. 
L 
J_ 
Funciones del ATP 
El ATP es esencial para que casi todas las formas de 
l vida conocidas funcionen a nivel molecular. Aporta 
la energfa (de forma directa o indirecta) para la 
.L inmensa mayoria de las actividades celulares. El ATP c, 
J_ 
participa en numerosas reacciones coma donante de 
fosfato y fuente de energfa esenciales. Tambien 
l_ tiene funciones importantes en las sef\ales 
intracelulares. Es necesario parala sfntesis de 
nucleotidos de adenina imprescindibles en la 
formaci6n del ARN y ADN. El ATP es el responsable 
de una gran cantidad del trafico de la membrana; 
l todos los sistemas de transporte ATPasas requieren 
un aporte continua con el fin de mantener el 
l transporte activo de los diferentes iones y moleculas 
1_ necesarias para la vida de la celula. Todos las 
sistemas de transporte activo secundarios dependen 
.L indirectamente de las gradientes de concentraci6n 
I 1, 
mantenidos por el transporte primario, como se 
describi6 anteriormente. 
J 
l 
l_ 
l. 
dinuc::ie6tido 
de flavina y adenina 
NADEl:-\ X- H, ·-··- - - -. 
_L L.,-J 
oxldante reductor 
l_ 
L 
,-.. X + NADH + Hr;;' ' fr,eacciones 
e oxido- 
NAD reducldo» rreducclon 
 
 
semi• 
· rre acciones 
I- 
 
FAD+X-H2 
L.,-1 L.,-J 
oxidante reductor - - - - -
• FADH 2 +X 
«FAD reduddo» ] 
 
reacd ones 
,de ox!do- 
rreducci6n 
ml Ol-1 
 
dinucle6tido 
de nicotinamida y ade1tina 
I Fig. 1.17 Reacdones de oxidorreducd6n de NAO• 
y FAD. Observa que X se oxlda en ambas reacciones, 
mie ntras que NAO· o FAD se reducen, como muestran 
las semirreacciones. Los dos atomos de H se elimin an del X- H 2 
en forma de un ion de hidruro (hh) y un prot6n (ion de H'·). 
 
 
Fig . 1. 16 Estructuras del NAD+ y el FAD. 
.L 
_L 
1. 
_L 
1 
l 
 
I 
 
 
Fuentes del ATP 
El ATP se genera por dos mecanismos basicos: 
fosforilaci6n a nivel de sustrato y fosforilaci6n oxidativa. 
«Fosforilaci6n» significa fosforilaci6n del ADP. 
«Oxidativa» hace referencia a la sfntesis de ATP acoplada 
a la oxidaci6n de los intermediarios reducidos FADH2 y 
NADH + H* en la cadena de transporte de el2ctrones 
(capftulo 3). «A nivel de sustrato» significa toda aquella 
fosforilaci6n del ATP que tiene lugar fuera de la cadena de 
transporte de electrones, por ejemplo, en la gluc61isis y el 
ciclo de los acidos t ricarbox fl i cos (ATC). 
 
NAD+y FAD 
El NAO* (dinucle6tido de nicotinamida y adenina) y el FAD 
(dinucle6tido de flavina y adenina) son dos elementos 
cruciales del metabolismo celular . La figura 1.16 
L presenta sus estructuras. Suelen actuar como parejas 
de oxidorreducci6n en reacciones de oxidaci6n de 
sustratos, y sirven de cofactores para las enzimas que 
median estas reacciones. 
El NAO* y el FAD funcionan como «transportadores de 
electrones», porque aceptan y donan facilmente 
electrones (asociados a ,homos de H) en su 
interacci6n con otras moleculas. Participan en 
18 
 
f in . l .1 R f<trnrt11r .rf pl NAOP•. 
 
 
reacciones de oxidaci6n catab61icas (coma oxidantes, 
en las que se reducen). Una vez reducidos (en forma 
de «intermediarios reducidos»), cada uno de ellos 
transfiere un par de electrones (asociados a atomos 
Fig. 1..20 Reacd 6rt de oxidorretluttion del NADP•. 
Observa que, en esta re.action, X se oxida y NADP • se 
redLJce. Los dos atomos de H se eliminan del X- H2 en 
fotma de un ib n de hldruro {H·) y un pmt6n (ion de H•: 
de H) a las complejos de la cadena de transporte de electrones dentro de las mitocondrias. Esto 
alimenta la fosforilaci6n oxidativa, en la que actuan 
coma reductores y se oxidan de nuevo, reformando 
NAO* y FAD. La figura 1.17 muestra sus acciones de 
oxidorreducci6n; «X» representa una molecula de 
sustrato sometida a oxidaci6n en cualquier vfa 
catab61ica (coma la gluc61isis). 
ron un e le tr6n noemparejado, utilllam os I t e rmlno 
"' spe ies 'r 111::tlvai de! oxigen o• (ERO). £stos son · 
I atiion supet6xido 02:. , ei per6xiclo (H 20 2 ) 
_ / el hi roxilo O!::-T- Todo·s so; t 1uyre ctl,,_"oi 
' " , ··. • ,.,.,. ' -··· ·.". .. . 
 
Algunos cientfficos prefieren escribir «NADH2» en vez de «NADH + H*» por brevedad. Esto puede 
resultar confuse, porque implica que el segundo atomo 
de hidr6geno esta unido al NADH mediante un enlace 
covalent e. El segundo «at om o» es realmente un i6n de 
hidr6geno y, coma «desa parece» en la soluci6n del 
medic celular, algunos cientfficos prefieren omitir 
completamente el i6n de H* de las ecuaciones. Esto 
0 
tambien es una fuente de confu sion , porque entonces la 
ecuaci6n parece desequilibr ada . 
ii 
C_H, - C- S- CoA I 
 
Tienes que entender que, siempre que veas «NADH» 
escrito unicamente, el autor ha asumido que sabes que 
tambien se produjo union de H* libre. Ademas, cuando 
 
sfritt is · 
rle ,;.-.:1.on t 
 
 
? 
srn tcsis d e addm 
grasos 
\ 
cic ATC 
 
slnt u is 
de i!SlffQ.ides 
Fig. 1.22 Funci6n central del aceti1 CoA en el metab o!ismo . 
l sem i- · rread ones 
J 
 
veas «NADH2», planteate mentalmente que se esta utilizando coma «NADH + H*». 
Funci6n del NAD+ y el FAD en la 
producci6n de ATP 
El NAD* y el FAD integran el catabolismo de todos 
las sustratos energeticos basicos (hidratos de 
carbono, Ifpidos y protefnas). La energfa liberada en 
la oxidaci6n de estas moleculas se utiliza para 
reducir el NAD* y el FAD {mediante la adici6n de un 
ion de hidrogeno [H*] y un i6n de hidruro [H']). Asf 
se forman los intermediaros reducidos NADH + H* y 
FADH,. A cont inu aci on, estos se oxidan de nuevo 
cuando transfieren despues sus dos atomos de 
Gli.Jc:6lls!s 
Sfnteslsde serina y gllcina· 
Des.am1nad6n oxitlatlva del glutamato 
Gataboilsmo def e;tariol 
Fase mitocondrlal de la lanzadera de cltrato 
 
 
NAD+ 
NAD+ 
NAO+ 
hidr6geno (y las electrones asociados) a las .. - ·- - - - - - - - - - --1r----- •- -- •- I 
complejos de la cadena de transporte de electrones. 
 
NADP+ 
El NADP* {dinucleotido fosfato de nicotinamida y 
adenina) comparte estructura con el NAD* , pero . 
tiene un grupo fosfato adicional en el C2 de la ribosa. 
Su estructura se presenta en la figura 1.18. La forma 
reducida del NADP* es NADPH + H*, y esta se 
produce a partir del NADP * en la vfa de las pentosas 
fosfato (capftulo 4). NADPH + H* sirve de pareja de 
oxidorreducci6n en distintas reacciones reductoras 
de biosfntesis, incluidas la sfntesis de nucle6tidos, 
acidos grasos y colesterol (fig. 1.19). La figura 1.20 
muestra las acciones de oxidorreducci6n del NADP*. 
 
Acetil CoA 
El acetil CoA consiste en un grupo acetilo (CH3Coo~) 
unido covalentemente a la coenzima A (CoA). El 
grupo funcional de la CoA es un grupo tiol (SH) y, 
para destacar este hecho, en ocasiones la CoA se 
escribe CoASH. La figura 1.21 muestra la estructura. 
 
Esta molecula es esencial en el metabolismo (fig. 
1.22). La mayorfa de las vfas catab61icas celulares 
(incluidos hidrat os de carbono, lfpido s y protefnas) 
da lugar, en ultimo termino, al acetil CoA. La 
oxidaci6n del residua acetilo del acetil CoA en el 
ciclo ATC (capftulo 2) genera ATP directamente 
(fosforilaci6n a nivel de sustrato) e indirectamente 
(mediante la fosforilaci6n oxidativa del FADH2 y 
NADH + IL generados en el ciclo ATC). Tambien es un 
sustrato de numerosas vfas de sfntesis, como las de 
Ifpidos, esteroides y cetonas. 
Fase mltocondrial d·e la lanzadera de 
malato-aspartato 
Qxidacion de las cetonas 
CidoATC 
p-oxldaci6n de los tiddos gra.sos 
Componentemitocondrlal de 'la lanzaderade 
carnltlna 
 
· Componente mitorondrial de la lan:mdera de 
gilcerol- 3-cfosfato 
Componente citoplasmico de la laiizadera de 
cltrato 
F.ase citoplasmlca de'.la h1nzadera de 
gllcerol-: '"'fo:s(a:to 
Sintesis de glkerol 
Conversion de ac:etoacetato en 
3- Mdroxlbutlraot(sfntesis de cetonas) 
Fosforllad6n oxldathia 
 
Desamln ad6n oxidatlva del glutamate 
 
Fase dtop!asm1<.a de la la.nz adera de d trato 
Fase rn!tocondrial tie la lanzadera de cittato 
Reducdon cl.el glutatl6il 
Sfntesls de ac11do.s grasos 
Sfotesis de colesterol 
Anirnacion reductora 
Redocd6n de! .folato 
NAD+ 
 
 
NAD+ 
 
 
 
 
NAD\ FAD 
 
 
FAD 
 
 
NADH + H+ 
 
NADH + H• 
 
NADH + H+ 
 
 
 
 
NADH + H\ 
fADH2 
 
NADP + 
NAl1P+NADP· 
NADPH+!-F 
NADPH + H.,. 
 
NADPH+W 
NADPH + H.,. 
NADPH+ W 
NADPH + H• 
 
 
 
 
 
grupo 
acetilo 
p-merc:aptoetjlamjna .acido pantotenlto 3'- fosfoadenosina-S'- difosfoto 
 
 
coenzlma A 
 
Fig. 1.21 Estructura del acetil CoA. Observa los tres componentes de la coenzima A. 
 
11 
Metabolismo energetico I: cicfo ATC 
Objetivos Deberfas ser capaz de: 
 
• ldentificar las reacciones del ciclo ATC 
• Describir la funci6n de producci6n de energfa dei' ciclo 
• Conocer la relevancia biosintetica del ciclo 
• Determinar c6mo entran al ciclo los intermediarios de distintas vfas 
• Comprender la regulaci6n del ciclo ATC 
• Describir el concepto de reacci6n/vfa anapler6tica 
 
 
CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS {ATC) 
El ciclo ATC (tambien conocido coma «cido de Krebs» o «ciclo del acido dtrico») es una secuencia 
cfclica de reacciones (fig . 2.1). Las reacciones de oxidaci6n consecutivas generan energfa metab61ica. 
Los puntos clave son: 
''-- • 
• 
• 
• 
• 
 
El ciclo tiene lugar en la matriz mitocondrial de todas las celulas poseedoras de mitocondrias 
Requiere la presencia de oxfgeno, es decir, es aerobio 
Hay ocho reacciones en el ciclo 
El ciclo «despega» aceptando una molecula de acetil CoA; esta se une al oxaloacetato 
(generado en una «vuelta» anterior del ciclo) para formar citrato 
El cido ATC produce una molecula de GTP directamente por fosforilaci6n a nivel de sustrato 
en la reaccion 5. Esta, a su vez, genera despues ATP 
El ciclo ATC da lugar indirectamente a ATP mediante la producd6n de los intermediarios de 
alta energfa FADH2 y NADH + 
H* en las reacciones 3, 4, 6 y 8. 
 
Las reacciones 1, 3 y 4 son irreversibles 
y limitantes de la velocidad. 
Constituyen los puntos de regulaci6n 
principales del ciclo. 
 
Funci6n en el metabolismo 
 
Como el acetil CoA se produce en el 
catabolismo de los hidratos de 
carbono, acidos grasos y aminoacidos 
(las tres fuentes principales de energfa 
de la dieta), el ciclo ATC es esencial en 
el metabolismo. Funciona coma una vfa 
comun para la producci6n de energfa. 
Los intermediarios del ciclo tambien 
sirven de «mat eria prima» en multiples 
 
 
 
 
idtrato 
 
 
 
isocll rato 
N AD( -t"• 
NADH + Hlii:{"" ,'¥ · 
[:]EIC[JB1N ctog l utarato 
N 
NADH + H(l 
 
 
 
 
 
 
 
F,ig 2.1 Cicio ATC. /, cit rate sintasa; 2, aconit asa: J, is ocit raw deshid rogen asa; 4, a-cetoglutarato 
dcshidrogena a; S. succinil CoA s i nta sa; G, su ccinam desh idrogenasa ; 7. f umarasa; 8, ma lata 
desll idrogenasa. Cada cuadrado representa un atoma di carbano. 
 
 
 
 
L . 
 
 
 
 
 
 
 
 
8= cltrato shttasa 
-'(_) tsodtrato 
. 
%l 
vfas anab6Iicas (sint et icas). Como el 
ciclo ATC posee elementos 
catab6Iicos (degradaci6n de 
moleculas muy energeticas para 
liberar energfa) y anab6Iicos 
(sinteticos), se considera una vfa 
«anfib6Iica». 
 
Producci6n de energ1a en el 
ciclo ATC 
El GTP se genera directamente 
mediante fosforilaci6n a nivel de 
sustrato (reacci6n 5). El ATP, sin 
embargo, se produce indirectamente 
gracias a la producci6n de los 
equivalentes reductores FADH , y 
NADH + H+ . Una «vuelt a» del ciclo 
ATC genera una molecula de FADI I y 
tres NADH + IL. FADH2 y NADH + H+ 
equivalen aproximadamente a 1,5 y 
 
 
 
 
 
··. .· deshi<lrogenm,a 
ill => , -ootogli1t11rato 
de shid rogenasa 
 
Fig. 2.2 Reg ulaci6n del cido ATC. Obser ve que en la fi gura 
sol o a p ar ecen l as prin cip ale s enzimas reguladoras. 
2,5 moleculas de ATP, respectivamente (capftulo 3). El (mica GTP, producido en la reacci6n 5, 
equivale a 1 ATP. Asf pues, en cada «vuelta» completa ' del ciclo se generan 10 ATP {por cada 
molecula de acetil CoA): 
Acetil Coa + 2h20 + 3nad++fad + Gdp + pi -> 2 CO2+ 3 {NADH + H+) + FADH2 + GTP + CoA 
 
 
 
Regulaci6n del ciclo ATC 
Regulaci6n alost erica 
Las tres reacciones irrever si bles (1, 3 y 4) estan catalizadas por las enzimas citrate sintasa, isocitrato 
deshidrogenasa, y acetoglutarato deshidrogenasa. Como sus reacciones son las limitantes de la 
velocidad, la modulaci6n de la actividad de estas enzimas controla la actividad del ciclo (capftulo 1). 
Estas enzimas se activan alostericamente por iones de 
calcio. La [Ca2*] intracelular se eleva cuando los procesos 
demandantes de energfa estan actives. Las tres enzimas 
limit ante s de la velocidad del ciclo operan mas velozmente 
cuando la [Ca2f] es elevada . Se favorece la actividad del 
 
 
·una·(Ca• +l 'in t,racelular elevadf se -correl ationa 
y . . •• , 
ctm adlvldad s cet!,l fari?s demandanlesde ATP, 
' los,· ,a2• S<,h «sef\afes» 
e;f,f Ji gran riumero 
·<.: ._ .,· . ,· . .... : : :-,-' ,: ,·_ _. .. . _ ,_.,_ . · ·- ·_ , ·-.·:, --.. . 
ciclo, generando mas energfa metab6Iica (fig. 2.2). 
 
Y, al contrario, las productos del ciclo NADH + H* y ATP (un 
producto indirecto) inhiben alostericamente estas tres 
enzimas. La abundancia de est as moleculas refleja un 
elevado nivel de energfa en la celula, situaci6n en la que no 
se requiere la potenciaci6n del ciclo ATC. 
Provision de sustrat os/ «control respiratorio» 
'. de proi; sos bi oqufmicos esenciafe '. Lol,ejemplos 
. , . . - . 
son la contrac clon muscu la r, !a dMsUm celular 
y la llberat;ion de 'neurotransmisores (ex ocitosls). 
Est o explica por q(1f el.Ca.1 + tlene t:anta infiuencia 
sabre la homMstasls de 14 e:ner9fa c lu lar. 
 
, t I 
! : 
,1 
 
 
 
El ciclo ATC, al igual que todas las vfas metab6licas, esta limitado por la disponibilidad de los 
sustratos. Se requiere un su minist ro de NAD* y FAD para mantener el ciclo. Asf pues, la renovaci6n 
de NAD* y FAD (a partir de NADH + H" y FADHJ controla la actividad de la vfa. Estas moleculas se 
regeneran en la fosforilaci6n oxidativa (capftulo 3), lo que significa que: • Un aumento de la tasa de 
fosforilaci6n oxidativa (respiraci6n) permite una mayor actividad del ciclo. La disponibilidad de acetil 
CoA, el sustrato principal necesario para que opere el cido, tambien afecta a la velocidad a la que 
puede funcionar el ciclo. 
 
Int ermediaries del ciclo ATC como precursores 
 
Muchas vfas sinteticas important es utilizan las moleculas del ciclo ATC como precursores o «materia 
prima». Este es el aspecto sint et ico (anab61ico) del ciclo, ilustrado en la figura 2.3. Algunos ejemplos 
clave son: 
 
• Gluconeogenia (producci6n de glucosa): oxaloacetato (capftulo 4) 
• Acidos grasos y colesterol: se sintetizan con acetil CoA, que puede provenir del citrato 
(capftulo 5) 
• Sfntesis de aminoacidos: utiliza oxaloacetato y acetoglutarato (capftulo 6) 
• Porfirinas: su sfntesis requiere succinil CoA (capftulo 7). 
 
 
Reacciones anapler 6ticas 
 
 
pro 
Cuando las moleculas del ciclo 
ATC se derivan a vfas sinteticas, 
deben ser repuestas para que el 
ciclo pueda seguir operando (fig . 
[otros aminoaddos j 
f, 1spa r ta t oJ,, _ --. 
2.4). Las vfas y reacciones que 
reponen moleculas para otras 
t i oxaloacetato 
, 1 
vfas se conocen como 
«anapler6ticas». Por ejemplo, la 
carboxilaci6n del piruvato, que 
da lugar al oxaloacetato, repone 
el oxaloacetato retirado del ciclo 
para participar en la sfntesis de 
nucle6tidos o la gluconeogenia. 
 
t- } + malet o 
 
 
 1umarato 
 j 
 
V , 
Fig. 2.3 Uso biosi n t et ico de los inte rm ed iar lo s d el ci cl o ATC. 
 
 
 
 
 
Los equivalentes reduct ores generados en el ciclo entran en el sistema de 
transporte de electrones 
J 
 
fo:;/ocnol 
piruv.1to 
{ aspartato l 
 dtrnto 
 t 
lumarato 
 
 
La funci6n principal del ciclo ATC es proporcionar equivalentes reductores (FADH2 y NADH + H*) 
que se sometan a la fosforilaci6n oxidativa. La fosforilaci6n oxidativa (y no la fosforilaci6n a nivel de 
sustrato) es la responsable de la inmensa mayorfa del ATP producido. Tiene lugar en la membranamitocondrial interna, que esta tachonada de un conjunto de protefnas conocido como «sistema de 
transporte de electrones» o «cadena respiratoria» (capftulo 3). 
 
 
L_ ' 
l 
 
 
 
 
 
 
 
- ,· 
I 
-- - - - \ ITI3lil!O l isocitrato 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. ' I 
 
 
 
 
 
 
 
r•. 
Fig. 2.4 Reaccio nes anaple.r6ticas del ciclo ATC 
 
 
 
 
 
Objetivos 
 
Metabolismo energetico generaci6n de ATP 
2.s 
 
Deberfas ser capaz de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
· ·1 
I 
LL.... 
 
,1 ,• · 
I 
• Describir los procesos de la fosforilaci6n oxidativa 
• ldentificar los componentes de la cadena de transporte de electrones 
• Conocer la funci6n del NADH + H+ y del FADH2 
• Comprender c6mo la transferencia de electrones aporta la energfa necesaria para generar 
el gradiente de protones 
• ldentificar de que modo la descarga del gradiente de protones aporta la energfa para la 
sfntesis de ATP 
• Describir las lanzaderas de glicerato-3-fosfato y malato-aspartato 
• Definir la relevancia del desacoplamiento 
• Conocer la fosforilaci6n a nivel de sustrato 
 
GENERACION DE ATP 
 
Todas las moleculas de ATP se crean mediante la fosforilaci6n del ADP. Ello se produce por 
fosforilaci6n «a nivel de sustrato» o por fosforilaci6n «oxidativa». 
 
 
 
I. 
J 
 
 
 
 
 
 
· 1.· 
L 
FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO 
 
En esta reacci6n se sintetiza ATP (o GTP) a partir de ADP (o GDP) mediante la transferencia de un 
grupo fosforilo (P03 2). El grupo fosforilo proviene de un sustrato y se transfiere al ADP o GDP (fig. 
3.1). La fosforilaci6n a nivel de sustrato es una reacci6n enderg6nica y, por tanto, siempre va 
acompanada de una reacci6n exerg6nica, que aporta la energfa necesaria para que avance la 
reacci6n. 
La fosforilaci6n a nivel de sustrato no requiere oxfgeno, y por este motivo es esencial para la 
producci6n de energfa en ambientes anaerobios, como el musculo esqueletico en contracci6n 
rapida. Esta forma de producci6n de ATP se observa en la gluc6Iisis (reacciones 7 y 10), el ciclo ATC 
(reacci6n 5) y la hidr6Iisis de la 
fosfocreatina, mediada por la 
creatina cinasa, en las celulas 
musculares. 
FOSFORILACION 
OXIDATIVA 
Este tipo de producci6n de ATP 
sf requiere oxfgeno y solo tiene 
lugar en la membrana 
mitocondrial interna (M M I ). La 
energfa necesaria para realizar 
la reacci6n de fosforilaci6n 
i 
 
I" 
difosfo.to de ade.no1.ina: (ADP)· 
 
 
 
 
 
1,ifo.sl,uo de ilde.nosin.1 (ATP) 
 
 
119, 3.1 ru sfl-1ril,1·1.':ifrn ,1 nivd dt!- sustrJtO. En 1,1-Sb n -..it"cibn nt, it1lcn:k,,.ll' d <1.11:if,"t..'flO. Lo do.. cnl;1t:cs fosfi.:. mhfdriJo ,fo 11.1 
cru:-rgt.l dd ATP tin fillbd<J. wn fkxha . 
\ 
 
deriva de las pares de electrones asociados 
con NADH + H* y FADH,, que, a su vez, se 
 
 
membrana 
espado dtopla 
:J ntermemb rnna 
mCimbrnna 
producen en el catabolismo de moleculas 
energeticas coma hidratos de carbono, 
acidos grasos y am inoacidos . Los pares de 
electrones se transfieren del NADH + H* y 
FADH2, junto con pares de iones de H*, a los 
«complejos» aceptores de la cadena de 
transporte de electrones (CTE). 
Seguidamente, los elect ron es se desplazan 
entre los complejos de la CTE. 
Cada transferencia de un par de electrones 
entre los cq m f)tejoscfeiaITCpro v a que: 
• .' El complejo proteico que dona los 
( electrones se o xide 
• El complejo proteico que recibe los , 
· . electrones se reduzca . . 
El movimienlli ere electrones en una 
direcci6n elect ro negat iv a libera energ fa. 
Esta se usa para generar un gradient e 
qufmico de io nes de hidr6g eno (protones) a 
traves de la MMI, con una [H* j mas elevada 
en el espacio intermembrana que en la 
matriz mitocondrial. Esta oxidaci6n 
secuencial de las complejos de la CTE es el 
componente «o xidat ivo » de la 
«fosforilaci6n oxidat iva». 
mito<:'ondrial mito condria! 
interna extema 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
.., 
11 
La descarga exerg6nica (libera d ora de 
energ fa) de las protones retornando a la 
matriz mitocondrial a traves del poro de la 
ATPsintasa (situada tambien en la MMI} 
proporciona la energfa necesaria para la 
formaci6n del enlace fosfoanhfdrido entre P, 
y ADP, dando lugar al ATP. Est a es la parte de 
«fosforilaci6n» de la «fo sfo ril aci6n 
oxidativa ». 
Cadena de transporte de 
electrones {CTE) 
La CTE esta com pue st a par cuatro 
estructuras proteicas incrustadas en la MMI. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 3..2 E.s.q u ema de la fosforHad6n oxidativa.. Observa 
la direcci6n det gradie nte de: rnncentrad6n de protones . 
C, d toc romo c; Q, coen 2.ima Q. 
, 
; 
 
Hay que mencionar que las pares de electrones originados en el FADH, llegan al complejo II sin pasar 
par el compleja I. La oxidaci6n del FADH2 conduce al bambea de protanes a las complejas Illy IV, 
mientras que la axidaci6n del NADH + H* da lugar al bambea de protones a las camplejas I, Illy IV. 
Esto explica par que 1 FADH2 conduce a la producci6n de menos ATP por molecula que 1 NADH + 
H+ (~l,sy~2,s ATP, respectivamente). 
 
Sfntesis de ATP 
 
La formaci6n del segundo enlace fosfoanhfdrido del ATP (a partir de ADP y P.) es muy enderg6nica. 
Una vez formado el gradiente de protones gracias a la acci6n de las complejos I, Ill y IV, la energfa 
qufmica intrfnseca cantenida dentro del gradiente (la «fuerza prot6nmotriz») puede ser utilizada 
por la ATPsintasa. 
 
 
. Ti 
I 
 
ATP-sintasa (complejo V) 
La ATPsintasa, situada tambien en la MMI, une ADP y P., y 
cataliza la formaci6n del enlace entre los dos compuestos, 
generando ATP. La enzima contiene un poro intrfnseca, 
que conecta la matriz mitocondrial con el espacio 
.. Apur;m;:s v s u GERENCI%,S· 
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intermembrana. Los protones se desplazan a favor de su gradiente de concentraci6n, pero, al 
hacerlo, causan una alteraci6n estructural transitoria en la protefna enzimatica. Esto resulta en que 
los sustratos, ADP y P., seven forzados a acercarse mucho entre sf par la ATPsintasa, de moda que 
la formaci6n del enlace fosfoanhfdrido resulta energeticamente favorable . 
Acoplamiento 
 
La sfntesis de ATP, que tiene lugar asf, esta fntimamente asociada a la descarga del gradiente de 
protones, cuya generaci6n esta alimentada por la transferencia de electrones entre las complejos 
de la CTE. Esta asociaci6n se denomina «acoplamienta»; la sfntesis de ATP esta acoplada a la 
descarga del gradiente de protones. Con frecuencia, esto recibe el nambre de «acoplamienta 
quimiosm6t ica». 
 
Fuentes de NADH + H+ y FADH2 
 
El catabolisma de hidratos de carbono, acidos grasos y esqueletos carbonados de las aminoacidos 
produce NADH + H* y FADH2 a partir de sus parejas de axidorreducci6n NAD* y FAD. 
 
 
Complejos de la CTE: lpor que aceptan tan· f acilm ente y despues ceden los 
pares de elect rone s entrantes? 
Para que una protefna funcione como aceptor y donante de electrones, debe poseer ciertas 
caracterfsticas estructurales que le permitan hacerlo. La figura 3.4 muestra las caracterfsticas 
especificas de las protefnas de la CTE. 
. 
 
 
 
 
Todas ellas poseen ciertas caracteristicas 
estructurales que perm:ten a los complejos 
aceptar y liberar facilmer'te electrones. Cada 
estructura o «complejo» se numera en orden 
ascendente, segun su afinidad par las 
electrones y su potencial de 
oxidorreducci6n. 
 
 
 
 
 
 
 
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