![Transportadores de energía
Se utilizan nucleótidos trifosfato de Adenina (ATP),
Guanina (GTP), Citosina (CTP) y Uracilo (UTP),
aunque el más utilizado con mucha diferencia es el
ATP.
Los enlaces que unen entre sí los grupos fosfato
son muy energéticos y cuando se rompen [al pasar
de trifosfato (ATP) a difosfato (ADP) y de difosfato
a monofosfato (AMP)], liberan la energía
almacenada.
La energía se utiliza para todas las necesidades.](https://image.slidesharecdn.com/tema8-elcatabolismo-181122114047/85/Tema-8-el-catabolismo-19-320.jpg)
![Cada ciclo de krebs = 12 ATP
Cada vuelta = 5 ATP (3 de un NADH y 2 de un FADH)
Ácido graso de n Carbonos
n/2 x 12 ATP + [(n/2) – 1] x 5 ATP – 2 ATP
Ácido graso de 20 Carbonos
(10 x 12) + (9 x 5) – 2 = 163 ATP
Balance general: n carbonos
Ciclos de krebs = n/2
2
1Nº de vueltas n
Ciclo de Krebbs Vueltas Gastados](https://image.slidesharecdn.com/tema8-elcatabolismo-181122114047/85/Tema-8-el-catabolismo-115-320.jpg)
Tema 8 el catabolismo
- 3. El metabolismo celular Es el conjunto de procesos que tienen lugar en la célula. Mediante ellos, unas moléculas se transforman en otras. El objetivo es obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones de nutrición, relación y reproducción.
- 4. Materia y energía La materia se utiliza para: crecer (incluido el desarrollo embrionario). renovar las estructuras (renovar células muertas, tejidos dañados, etc.). La energía se almacena en los enlaces de la materia orgánica compleja y se usa: moverse. mantener la temperatura. realizar reacciones endotérmicas (que requieren energía).
- 5. Reacciones metabólicas Las reacciones del metabolismo se denominan rutas metabólicas. Las moléculas que intervienen se llaman metabolitos. La sustancia inicial se llama sustrato. La sustancia final de una ruta se llama producto.
- 6. Las reacciones metabólicas pueden ser de dos tipos: Exergónicas o exotérmicas. Se realizan de forma espontánea. Son reacciones de degradación u oxidación. Desprenden energía que se almacena en los enlaces del ATP. Los productos tienen menos energía que los reactivos. Estas reacciones se engloban en la parte del metabolismo llamada Catabolismo. Reacciones metabólicas
- 7. Endergónicas o endotérmicas. No se realizan de forma espontánea, sino con gasto de energía. Son reacciones de síntesis o reducción. Requieren un aporte de energía, que se obtiene rompiendo los enlaces del ATP. Los productos tienen más energía que los reactivos. Estas reacciones se engloban en la parte del metabolismo llamada Anabolismo. Reacciones metabólicas
- 8. CATABOLISMO ANABOLISMO Son reacciones de degradación. Son reacciones de oxidación. Desprenden energía. A partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos, principalmente dióxido de carbono, agua, ácido láctico y etanol. Es un conjunto de vías metabólicas convergentes. Son reacciones de síntesis. Son reacciones de reducción. Precisan energía. A partir de unos pocos sustratos se pueden formar muchos productos, diferentes. Es un conjunto de vías metabólicas divergentes. Etapas del metabolismo
- 9. Nutrición celular Según la materia y energía utilizada, se distinguen distintos tipos de metabolismo Materia Energía Inorgánica (autótrofos) Orgánica (heterótrofos) Solar (fotótrofos) Fotoautótrofos (plantas) Fotoheterótrofos (raros bacterias) Química (quimiótrofos) quimioautótrofos (bacterias) Quimioheterótrofos (animales)
- 10. Diferencias entre células autótrofas y heterótrofas Las células autótrofas presentan dos secuencias de reacciones anabólicas: en primer lugar, anabolismo autótrofo: paso de materia inorgánica a materia orgánica simple (fotosíntesis o quimiosíntesis) en segundo lugar, anabolismo heterótrofo: síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas sencillas. Las células heterótrofas sólo tienen anabolismo heterótrofo. El catabolismo es idéntico en ambos tipos de células.
- 11. Anabolismo ENERGÍA DISPONIBLE PARA LAS FUNCIONES CELULARES ENERGÍA DEL SOL FOTOSÍNTESIS PRODUCCIÓN DE OXIGENO Y MOS NECESIDAD DE AGUA Y CO2 LIBERACIÓN DE AGUA Y CO2 RESPIRACIÓN CELULAR NECESIDAD DE OXÍGENO Y MOS CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA Y MATERIA EN LOS SERES VIVOS ENTRADA DE ENERGÍA SALIDA DE ENERGÍA PÉRDIDA EN FORMA DE CALOR ANABOLISMO AUTÓTROFO CATABOLISMO ENERGÍA PARA EL ANABOLISMO HTERÓTROFO EXCRECIÓN SALIDA DE MATERIA INDIVIDUO SALIDA DE MATERIA ECOSISTEMA ANAB HETEROT
- 13. Características 1- Son reacciones de oxidación-reducción (redox) lo que supone: Están acopladas energéticamente a través del ATP. Requieren transportadores de electrones (NAD, NADP, FAD, etc). 2- Están encadenadas 3- Están compartimentadas 4- Están catalizadas por enzimas
- 15. Son reacciones de oxidorreducción Una molécula se oxida si pierde electrones, al tiempo que otra molécula gana esos electrones y se reduce. La oxidación y reducción se pueden llevar a cabo por: OXIDACIÓN REDUCCIÓN Pérdida de e-, conlleva aumento del número de oxidación: Cu+ Cu2+ Ganancia de e-, conlleva disminución del número de oxidación: Cu2+ Cu+ Pérdida de hidrógeno: R-H R Los e- van acompañados de H+ Incorporación de hidrógeno: R R-H Los e- van acompañados de H+ Incorporación de oxígeno: R R-O El Oxígeno atrae hacia sí los e- Pérdida de oxígeno: R-O R El Oxígeno atrae hacia sí los e-
- 16. Oxidación Las moléculas que pierden electrones quedan oxidadas. Se las llama dadoras de electrones, porque se los cedes a otra molécula. También se las llama agentes reductores porque la molécula a la que se ceden los electrones se reduce. Cuando una molécula se oxida, reduce a otra. OJO!!! La molécula oxidada es el agente reductor.
- 17. Las moléculas que ganan electrones quedan reducidas. Se las llama aceptores de electrones, porque los aceptan de otra molécula. También se las llama agentes oxidantes porque la molécula de la que los aceptan se oxida. Cuando una molécula se reduce, oxida a otra. OJO!!! La molécula reducida es el agente oxidante. Reducción
- 18. Transportadores intermedios En las reacciones de oxidación se libera energía y electrones (a veces acompañados de H+, formando Hidrógeno) Se precisan moléculas que almacenen y/o lleven los electrones (o el Hidrógeno) y la energía desde las reacciones catabólicas hasta las anabólicas donde se necesitan Esto es así porque ambos tipos de reacciones se dan en distintos lugares de la célula y en diferentes momentos.
- 19. Transportadores de energía Se utilizan nucleótidos trifosfato de Adenina (ATP), Guanina (GTP), Citosina (CTP) y Uracilo (UTP), aunque el más utilizado con mucha diferencia es el ATP. Los enlaces que unen entre sí los grupos fosfato son muy energéticos y cuando se rompen [al pasar de trifosfato (ATP) a difosfato (ADP) y de difosfato a monofosfato (AMP)], liberan la energía almacenada. La energía se utiliza para todas las necesidades.
- 20. El ATP se puede sintetizar de dos formas: fosforilación a nivel de sustrato: Para transferir un grupo fosfato al ADP y obtener ATP, se utiliza la energía liberada en la hidrólisis de compuestos fosforilados muy ricos en energía. Se les quita el grupo fosfato al compuesto y se usa dicho fosfato y la energía liberada al desprenderlo. X-P + ADP X + ATP Glucosa-6-P + ADP Glucosa + ATP Requieren la intervención del ATP
- 21. Fosforilación a nivel de sustrato
- 22. Por ejemplo con Glucosa-6-fosfato Glucosa 6-P Glucosa ADP + P ATP Transportadores de energía
- 23. Fosforilación acoplada al transporte de e- por enzimas de las membranas. Se realiza por sucesivos pasos de e- de unas sustancias a otras de manera que en cada paso los electrones pierden energía. Esta energía se utiliza por una enzima llamada ATP-sintetasa para sintetizar ATP a partir de ADP + Pi (se llama así, pero es fosfato) Todas las sustancias por las que pasan los electrones, y la ATP-sintetasa se encuentran formando parte de membranas Transportadores de energía
- 24. Dependiendo de qué membranas se trate se habla de: fosforilación oxidativa: membrana interna de mitocondrias – Se realiza como parte del catabolismo. fotofosforilación: en las membranas de los tilacoides de cloroplastos. – Se realiza como parte del anabolismo. Transportadores de energía
- 25. O HO — P — O — P — O — P — O H CH2 OH OH H Adenina H H OHOH OH OO O ATP ATP + H2O → ADP + Pi + energía (7,3 kcal/mol) ADP + H2O → AMP + Pi + energía (7,3 kcal/mol) ADP AMP O HO — P — O — P — O H CH2 OH OH H Adenina H H OH OH O O O HO — P — O H CH2 OH OH H Adenina H H OH O La célula y la energía Transportadores de energía
- 26. Transportadores de electrones Los electrones y/o hidrógenos que se desprenden en la oxidación, deben ser llevados hasta los lugares de la reducción. Para ello se usan intermediarios que: se reducen al captar electrones (o hidrógenos) de la sustancia que se ha oxidado. los transportan. los ceden (se oxidan) reduciendo a otra sustancia.
- 27. Transportadores de electrones Las sustancias que transportan hidrógeno o electrones más H+ son, principalmente: Nucleótidos de Nicotinamina oxidados: NAD, NADP reducidos: NADH, NADPH Nucleótidos de Flavina oxidados: FAD, FMN reducidos: FADH2, FMNH2
- 28. NAD, NADP El NAD (Nicotinamin Adenin Dinucleótido) es, como su nombre indica, la unión de dos nucleótidos, uno cuya base nitrogenada es Adenina y el otro con base nitrogenada nicotinamida. El NADP (Nicotinamin Adenin Dinucleótido Fosfato) es igual, pero tiene un fosfato en el carbono 2 de la ribosa del nucleótido de Adenina.
- 29. NAD, NADP Adenina Nicotinamida NAD NADP Lugar de la reducción
- 30. NADH NADPH NADH, NADPH Cuando captan H, en los lugares indicados, se transforman en NADH y NADPH H H
- 31. FAD, FMN El FAD (Flavin Adenin Dinucleótido) es también la unión de dos nucleótidos, uno con Adenina y otro con Flavina como base nitrogenada. El FMN (Flavin MonoNucleótido) es un único nucleótido con Flavina como base nitrogenada. Adenin Las flechas indican los lugares de la reducción
- 32. Se pueden reducir: una vez (H en 5 para dar FADH, FMNH) dos veces (H en 1 además del naranja, para dar FADH2 y FMNH2) En cualquier caso, los hidrógenos se unen siempre a la Flavina en los lugares indicados en rojo. FAD, FMN
- 33. Son coenzimas de deshidrogenasas (catalizan reacciones redox) FMNH2 FADH2 FADH, FADH2, FMNH, FMNH2 H H
- 35. Otras características 2- Están encadenadas: El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Los productos intermedios se denominan metabolitos. Las vías pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas. 3- Están compartimentadas Distintas reacciones se llevan a cabo en orgánulos diferentes. 4- Están catalizadas por enzimas Las enzimas que actúan son específicas y las condiciones pueden ser diferentes en los distintos compartimentos.
- 36. CATABOLISMO
- 38. Características Conjunto de reacciones de transformación de moléculas orgánicas en otras moléculas orgánicas más simples o en moléculas inorgánicas. Los productos finales constituyen los productos de excreción. Son reacciones de oxidación y exotérmicas.
- 39. La energía liberada se almacena en los enlaces del ATP y se utiliza para las actividades celulares o para fabricar moléculas más complejas en reacciones de reducción que requieren energía (anabolismo). Los electrones (o H) liberados se almacenan en sustancias transportadoras (NAD, FAD, etc.) para fabricar moléculas más complejas en reacciones de reducción que requieren electrones (anabolismo). Características
- 40. Catabolismo y Oxígeno. En función de su relación con el Oxígeno, las células pueden clasificarse en Aerobias: son la mayoría y utilizan el O2 como aceptor final de e-, obteniendo mucha energía. Anaerobias facultativas: Levaduras o muchas células de organismos superiores (musculares de animales). Normalmente son aerobias, pero si falta el O2 siguen una vía anaerobia. Anaerobias estrictas: Tienen que vivir en ausencia de O2 ya que les es nocivo. Son algunos microorganismos (bacterias de suelos profundos o fondos oceánicos).
- 41. Tipos Respiración: da lugar a sustancias inorgánicas. Respiración aerobia: El aceptor final de todos los e- (en forma de H2) que se desprenden en las oxidaciones es el O2 que se reduce a H2O. La realizan las células eucariotas y muchas procariotas. Respiración anaerobia: presenta como último aceptor de e- alguna sustancia inorgánica diferente del O2 Exclusivo de algunas células procariotas.
- 42. Tipos Fermentación: El último aceptor de e- es una molécula orgánica. Se considera un catabolismo parcial ya que las sustancias finales podrían oxidarse más. Los productos finales son sustancias aún orgánicas (aunque más oxidadas que las iniciales). Son reacciones anaerobias y liberan poca energía. La realizan células procariotas y algunas eucariotas como levaduras y células musculares de animales.
- 43. Tipos de anaerobiosis Hay dos tipos de catabolismo anaerobio, como se ha visto: fermentación: el aceptor final es una sustancia orgánica y los productos finales son orgánicos. No hay cadena de transporte (se verá más adelante) respiración anaerobia: aunque es anaerobia, no se debe confundir con la fermentación. En ésta el aceptor final es una molécula inorgánica.
- 44. La respiración anaerobia Es un proceso redox con cadena de transporte electrónico en la que el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (más raramente, una molécula orgánica muy sencilla como metano). No se usa oxígeno, sino otra sustancia oxidante, como el sulfato o el nitrato. En la siguiente tabla se muestran distintos aceptores de electrones, sus productos y algunos ejemplos de microorganismos que realizan tales procesos:
- 45. La respiración anaerobia Por comparar con lo que sería la respiración aerobia, en ella el aceptor final de los e- (en forma de H) es el Oxígeno y el producto final que se produce al reducirse el Oxígeno es H2O
- 46. Rutas catabólicas de los distintos nutrientes
- 47. Rutas catabólicas de los distintos nutrientes Las rutas catabólicas más importantes de los distintos nutrientes son: Glúcidos: glucolisis. Lípidos: b-Oxidación de ácidos grasos. Prótidos: transaminación y desaminación. En general, todas estas rutas convergen en una ruta central de todo el catabolismo llamada Ciclo de Krebs ya que terminan en un complejo llamado Acetil CoA (que inicia el ciclo) o en algún otro compuesto que forma parte del ciclo en distintos lugares.
- 49. Respiración aerobia Es el catabolismo total de cualquier forma de molécula orgánica que se oxida hasta CO2 y libera energía e hidrógenos que son captados por el O2 para formar H2O. La glucosa es la molécula más utilizada y la reacción global sería: C6H12O6 (glucosa) + 6O2 6CO2 + 6H2O + energía (36-38 ATP) Esta reacción no se lleva a cabo directamente, pues se perdería la mayor parte de la energía en forma de calor.
- 50. Los organismos heterótrofos incorporan la glucosa tras convertir los alimentos en nutrientes (polisacáridos en monosacárido glucosa) Los autótrofos la sintetizan en la fotosíntesis a partir de materia inorgánica. Puede también obtenerse: por transformación de moléculas orgánicas precursoras más simples (gluconeogénesis en anabolismo) por la hidrólisis de polisacáridos de reserva (glucogenolisis) Incorporación de glucosa
- 51. Vía fermentativa en ausencia de oxígeno Oxidación vía mitocondrial en presencia de oxígeno Destino de la glucosa glucosa Piruvato Glucógeno, almidón, Almacenamiento (anabolismo) Oxidación vía glucólisis no es dependiente de oxígeno (catabolismo) GLUCOLISIS Anabolismo heterótrofo Catabolismo
- 52. Catabolismo de la Glucosa La glucosa es el monosacárido más abundante y sirve de ejemplo del catabolismo de los glúcidos. Su oxidación no se realiza de golpe (la energía se liberaría de forma súbita y se perdería en gran parte) Se va realizando poco a poco, en una serie de reacciones que desprenden la energía en pequeñas dosis fácilmente almacenables en moléculas de ATP.
- 53. El proceso consta de dos fases: 1ª fase: la glucosa se oxida en una serie de reacciones en una ruta metabólica llamada glucolisis de la que se desprende ATP y dos moléculas de ácido pirúvico. 2ª fase. El ácido pirúvico se oxida y puede ser: De forma aerobia, mediante la respiración celular que lo degrada hasta CO2 y H2O, actuando el O2 como aceptor final de e-. De forma anaerobia, mediante fermentación, convirtiéndose en alguna molécula orgánica más sencilla. El aceptor de e- es otra molécula orgánica. Catabolismo de la Glucosa
- 54. Glucolisis
- 55. Glucolisis Consta de dos fases: Glucolisis I o de consumo de energía. Por cada Glucosa se consumen dos ATP y tras una serie de reacciones, se obtienen dos moléculas de Gliceraldehido-3-fosfato. Glucolisis II o de producción de energía. Por cada gliceraldehido-3-fosfato se forman dos ATP (4 en total) y se genera un ácido pirúvico. En resumen: por cada glucosa obtenemos dos ATP (hay que restar los dos gastados) y dos de ácido pirúvico.
- 56. Glucolisis I La glucosa se rompe en dos moléculas de 3 Carbonos: gliceraldehido-3-P y dihidroxiacetona fosfato. Para ello ha debido haber dos fosforilaciones y se han gastado 2 moléculas de ATP. La dihidroxiacetona, pasa a gliceraldehido. Al final, tenemos dos de gliceraldehido- P
- 57. C1 C6 C2C3 C4 C5 O GLUCOSA P C1 C6 C2C3 C4 C5 O P P P ATP P P ADP GLUCOSA 6 FOSFATO MEMBRANA CELULAR 1 Mg2 Fase de inversión de energía, gasta 1 ATP
- 58. P C1 C6 C2C3 C4 C5 O C1C6 C2 C3C4 C5 O P 2 GLUCOSA 6 FOSFATO - FRUCTOSA 6 FOSTATO GLUCOSA 6 FOSFATO FRUCTOSA 6 FOSTATO
- 59. C1C6 C2 C3C4 C5 O P P C1C6 C2 C3C4 C5 O P FRUCTOSA 6 FOSFATO P P P ATP P P ADP FRUCTOSA 1-6 DIFOSFATO 3 Mg2 Fase de inversión de energía, gasta 1 ATP
- 60. C1C6 C2 C3C4 C5 O P P C1 C2 C3 P O Gliceraldehído 3 Fosfato Dihidroxiacetona - Fosfato 4 C1 C2 C3 P OH FRUCTOSA 1- 6 DIFOSFATO 5
- 62. A partir de aquí, todo hay que multiplicarlo por dos. El gliceraldehido-3-P sufre una fosforilación y una oxidación simultáneas. Fosforilación en el carbono 1 (pasa a estar difosforado en C1 y en C3). No se gasta ATP porque se obtiene el Pi tal cual Oxidación del grupo aldehído a grupo ácido Obtenemos al final una molécula de ácido 1-3- difosfoglicérico Glucolisis II
- 63. Glucolisis II El Ácido 1-3-fosfoglicérico, se oxida en un par de pasos hasta ácido pirúvico. Se desprenden 2 Pi de cada molécula obteniéndose 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato. En total, se obtienen 4 ATP (restando los dos empleados en la etapa anterior, sacamos un balance positivo de 2 ATP)
- 64. C1 C2 C3 P P NAD NADH + H 1-3 Di Fosfoglicerato 6 C1 C2 C3 P OH Gliceraldehído 3 Fosfato Pi O
- 65. C1 C2 C3 P P P P P ATPP P ADP C1 C2 C3 P 1-3 Di Fosfoglicerato 3 Fosfoglicerato P7 FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO O O O
- 66. 8 3 Fosfoglicerato 2 Fosfoglicerato C1 C2 C3 P OO C1 C2 C3 P OO Mg2
- 67. Fosfoenolpiruvato P P P ATP P P ADP PIRUVATO P H20 9 10 C1 C2 CH2 P OO H HO C2 CH2 P OO C1 2 Fosfoglicerato C C = O CH3 OO
- 68. RESUMEN Oxidación y Fosforilación Gliceraldehido 3- fosfato deshidrogenasa Fosforilación a nivel del sustrato Fosfoglicerato cinasa Isomerización fosfoglicerato mutasa Deshidratación Enolasa Fosforilación a nivel del sustrato Piruvato cinasa 6 7 8 9 10
- 69. Glucolisis: balance Glucosa 2 piruvatos 2 ATP +2 NADH Utilizados: Ganados: 2 ADP 4 ATP 2 Pi 2 NADH 2 NAD 2 H20 2 ATP Ganancia neta en términos energéticos: 2 ATP y 2 NADH
- 71. Destino del Ác. Pirúvico Anaerobiosis (sin O2) en el citosol Aerobiosis (con O2) en la mitocondria Fermentación Respiración Ácido pirúvico
- 72. glucosa 2 piruvatos 2 etanol + 2 CO2 2 lactato 2 acetil-CoA 4 CO2 + 4 H2O 2 CO2 AnaerobiasAnaerobias Aerobias Fermentación alcohólica en levaduras Fermentación láctica en músculo, eritrocitos y bacterias anaeróbicas glucólisis Ciclo de Krebs Células animales, vegetales y microorganismos independiente de O2
- 74. Respiración celular La respiración celular o aerobia es el proceso que sigue el ácido pirúvico en presencia de oxígeno. Por este proceso, cada glucosa se oxida totalmente hasta CO2 y H2O. En este proceso, el piruvato de la glucolisis (dos, en realidad) sufre tres procesos: Descarboxilación oxidativa. Ciclo de Krebs Transporte de electrones con fosforilación oxidativa.
- 75. Descarboxilación oxidativa del piruvato Consiste en la transformación del piruvato en ácido acético que se unirá a un Co-A para dar acetil Co-A Para que esto suceda, el piruvato debe ingresar en la matriz mitocondrial. ácido pirúvico NAD CoA-SH NADH2 CO2 Piruvato deshidrogenasa acetil CoA
- 76. Descarboxilación oxidativa del piruvato Consiste en: 2 Piruvato + 2 NAD+ + 2 CoA-SH 2 Acetil CoA + 2 CO2 + 2 NADH Cada piruvato se transforma en acetato perdiendo un CO2 (2 en total) El acetato de une a la CoA por el grupo tiol (SH), formando Acetil Coenzima A. Se reduce NAD a NADH (2, uno por cada piruvato) Se forma Acetil CoA Continúa en el ciclo de Ciclo de Krebs “Acetil CoA Punto de encuentro de las encrucijadas metabólicas”
- 77. El ciclo de Krebs
- 78. El acetato se desprende del CoA y se une a un ácido de 4 carbonos (oxalacetato) dando un ácido de 6 C (citrato). A partir de aquí tiene lugar un serie de reacciones tendentes a recuperar el oxalacetato y reiniciar el ciclo al entrar otro Acetil-CoA. A lo largo de esas reacciones: Se desprenden 2 de CO2 por ciclo (4 por glucosa) Se desprenden 3 de NADH (6 por glucosa). Se desprende un FADH (2 por glucosa). Se desprende 1 GTP (2 por glucosa) con un rendimiento energético equivalente al ATP. El ciclo de Krebs
- 79. El ciclo de Krebs
- 80. Ciclo de Krebs
- 81. Rendimiento del Ciclo de Krebs (hay que multiplicar x2) Acetil CoA 3 H2O 3 NAD 1 FAD 1 GDP + Pi 2 CO2 1 H2O 3 NADH2 1 FADH2 1 GTP Se ha transformado la materia orgánica en inorgánica. Los electrones han sido recogidos como (H2) por coenzimas transportadoras de electrones (NAD y FAD). Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP. ENTRA SALE 12 ATP
- 82. Cadena de transporte electrónico: fosforilación oxidativa
- 83. Cadena transportadora de e- Se realiza con todas las moléculas reducidas de NADH y FADH, desprendidas en los procesos anteriores. Estas moléculas se oxidan al ceder los e- a una serie de sustancias (la cadena de transporte) que se los van cediendo unas a otras, en una cadena redox hasta cedérselos (junto a H+) al O2 para reducirlo y convertirlo en H2O. Todas las sustancias de la cadena están formando parte de la membrana de las crestas mitocondriales.
- 84. La cadena está constituida por: Cuatro complejos enzimáticos (I, II, III y IV) que son agrupaciones de proteínas transportadoras y que están fijos en la membrana de las crestas mitocondriales. Ubiquinona (Q) capaz de trasladarse por la membrana llevando e- del complejo I y II al complejo III. Citocromo c, también móvil, conecta el complejo III con el IV Cadena transportadora de e-
- 85. Cadena transportadora de e-
- 86. Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica La transferencia de electrones de unos complejos a otros va acompañada de un transporte de protones de la matriz al espacio intermembrana (teoría quimiosmótica de Mitchell) Se produce una diferencia de potencial entre ambos espacios (potencial electroquímico) y una diferencia de pH que aumenta en el espacio intermembranoso debido a los H+
- 87. Para compensar las diferencias de potencial y de pH, los protones son devueltos a la matriz por la ATP-sintetasa En ese paso de protones de vuelta a la matriz, se fabrica ATP, por fosforilación oxidativa. Si los e- se incorporan al complejo I, salen protones suficientes para fabricar 3 ATP. Si los e- se incorporan al complejo II, solo salen protones suficientes para fabricar 2 ATP. Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica
- 88. Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica Los NADH y los FADH, obtenidos en las etapas anteriores, son los que ceden los electrones a uno de los complejos enzimáticos. Los NADH ceden electrones al complejo I por lo que hacen un recorrido completo obteniéndose 3 ATP . Los FADH ceden electrones al complejo II por lo que harán un recorrido menor y se obtienen solo 2 ATP. El último aceptor de electrones de la cadena es el O2 que se reduce a agua.
- 90. TRANSPORTE DE ELECTRONES Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica
- 91. Lanzaderas Los 2 NADH formados durante la glucolisis, en el citosol tienen que entrar en la mitocondria para incorporarse a la cadena de transporte. La membrana interna de las mitocondrias es impermeable al NADH por lo que en dicha membrana hay unos sistemas llamados lanzaderas. Las lanzaderas introducen los electrones de estos NADH, bien al complejo I o al complejo III, variando, de esta manera el balance final de ATP entre 36 y 38.
- 92. Lanzadera malato-aspartato La lanzadera malato aspartato, transfiere el NADH al interior de la mitocondria a nivel del complejo I, por lo que, en total, se generan 3 ATP. Esta lanzadera está presente en las mitocondrias de las células de corazón, riñón e hígado. Si los dos NADH del citoplasma entran por esta lanzadera, el balance del catabolismo total de la glucosa son 38 ATP
- 93. Lanzadera glicerol-fosfato La lanzadera del glicerolfosfato, transfiere el NADH al interior de la mitocondria a nivel del complejo III. En total se originan 2 moléculas de ATP. Esta lanzadera está en mitocondrias de células musculares y del cerebro. Si los dos NADH del citoplasma entran por esta lanzadera, el balance del catabolismo total de la glucosa son 36 ATP.
- 94. Lanzadera malato-aspartato (3ATP) Lanzadera glicerol fosfato (2 ATP) LA RESPIRACIÓN CELULAR AEROBIA
- 96. Balance energético: 36/38 atp PROCESO GLOBAL: Glucosa + 6 O2 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP (máximo) que pueden ser 36, dependiendo del tipo de lanzadera que utilice la célula- 2 2
- 98. Fermentación del piruvato No requiere O2 como último aceptor de e- El aceptor final es una molécula orgánica que al recibirlos se transforma en otra molécula orgánica (producto final) Es un catabolismo parcial. Tiene lugar en el citosol. El ATP se obtiene por fosforilación a nivel de sustrato (se obtienen solo los dos ATP de la glucolisis)
- 99. Fermentación del piruvato Al no haber O2, el NADH no puede entrar en una cadena de transporte por lo que no puede reciclarse a NAD y la célula termina por quedarse sin NAD La ventaja de este proceso es que el NAD se recicla una y otra vez, con lo que siempre está disponible. Cada vez que entra un Piruvato se oxida cediendo los Hidrógenos al mismo NAD que pasa a NADH. El NADH cede los electrones al aceptor final (distinto según el tipo de fermentación) y vuelve a ser NAD, listo para volver a actuar.
- 100. La fermentacion alcohólica Glucosa + 2 (ADP + Pi) 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP Aceptor final: acetaldehído para convertirse en etanol (reciclado de NAD+) Importancia: cerveza, vino, pan (Saccharomyces) Glucolisis Fosforilación a nivel de sustrato Reciclado del NAD
- 101. La fermentacion láctica Glucosa + 2 (ADP + Pi) 2 Ácido láctico (C3) + 2 ATP Aceptor final: Piruvato que se convierte en lactato (reciclado de NAD) Importancia: prod. lacteos: mantequilla, queso, yogur, “músculo” “agujetas” Glucolisis Fosforilación a nivel de sustrato Reciclado del NAD
- 102. Reciclado del NAD En realidad, los dos ATP se obtienen de la glucolisis, en su transformación en ácido pirúvico. Las reacciones adicionales de las fermentaciones tienen como único objetivo reciclar el NADH a NAD. Al ceder el NADH sus H al piruvato o al acetaldehido, vuelve a NAD. Si no fuera por este reciclado del NAD, enseguida la célula se quedaría sin él por lo que no podría llevarse a cabo la glucolisis y ni siquiera se podrían obtener esos dos ATP.
- 104. Catabolismo de los lípidos En los seres vivos, sobre todo en animales, las grasas tienen una enorme importancia como combustible por su alto valor energético. La oxidación de un gramo de grasa proporciona 9,5 Kcal, mientras que un gramo de glúcidos o de proteínas proporciona unas 4,2 Kcal. La vía metabólica principal en el catabolismo de las grasas es la oxidación de los ácidos grasos que provienen de su hidrólisis. Los ácidos grasos también pueden provenir, aunque, en menor proporción, de los fosfolípidos.
- 105. Catabolismo de lípidos: Ácidos grasos Triglicérido glicerol Gliceraldehido-P NAD PiNADH Se incorpora a la segunda etapa de la glucolisis, ciclo de Krebs, transporte de electrones, etc. Ácidos grasos a la β-oxidación o hélice de Lynen en la mitocondria
- 106. La oxidación de ácidos grasos se produce en la matriz mitocondrial. La ruta se llama b-oxidación o hélice de Lynen. Consiste en una secuencia repetida de reacciones, de forma que, en cada una, se desprenden dos Carbonos del ácido graso en forma de Acetil-Co A. La pérdida de los dos Carbonos comienza por el extremo carboxilo. Como los ácidos grasos no pueden traspasar la membrana mitocondrial, deben activarse con lo que se gasta ATP (el equivalente a 2 ATP) ß-oxidación o hélice de Lynen
- 107. Coenzima A Si los ácidos grasos tienen número par de átomos de C darán solo Acetil-Co A Si los ácidos grasos tienen número impar de átomos de C darán además una molécula de Propionil-Co A ß-oxidación o hélice de Lynen
- 108. Primera fase: Activación del ácido graso. El ácido graso, en el citosol, se une al CoA formando un compuesto llamado acil-CoA con gasto del equivalente de dos moléculas de ATP (ATP AMP + 2 Pi). El acil-CoA tiene que entrar a la mitocondria para lo que, en el espacio intermembranoso, el ácido graso se une a la carnitina (y pierde el Co-A) que favorecerá el paso, formando Acil-carnitina. Una vez en el interior de la mitocondria, la carnitina se separa quedando libre el acildo que se une a otro CoA y pasando a la segunda fase: b-oxidación Activación del ácido graso
- 109. Activación del ácido graso Hacia la hélice de Lynen
- 110. ß-oxidación o hélice de Lynen Ácido Palmítico: 16 Carbonos
- 111. Segunda fase: hélice de Lynen. Los ácidos grasos se van oxidando, perdiendo los carbonos de dos en dos. Cada par de carbonos se acaba convirtiendo en Acetil-CoA que ingresa al ciclo de Krebs. ÁCIDO GRASO DE n CARBONOS n/2 CICLOS DE Krebs ß-oxidación o hélice de Lynen
- 112. En cada vuelta, para perder dos carbonos en forma de acetil-Co-A, se desprende un FADH y un NADH que tendrán su rendimiento en la fosforilación oxidativa (cadena respiratoria o de transporte electrónico). ÁCIDO GRASO DE n CARBONOS (n/2)-1 VUELTAS (FADH y NADH) ß-oxidación o hélice de Lynen
- 113. R-CH2-CH2-COOH ácido graso ATP AMP+2Pi Ciclo de krebs ß-oxidación o hélice de Lynen A la cadena de transporte A la cadena de transporte
- 114. Rendimiento de la β-oxidación de ácidos grasos Ej. ácido caproico 6C Nº de vueltas Nº de ciclos de krebs Moléculas reducidas por vuelta Rendimiento del Ciclo de Krebs Rendimiento de la fosforilación oxidativa Ácido graso de N carbonos N/2 - 1 N/2 1 NADH 1 FADH TOTAL (N/2-1) NADH (N/2-1) FADH Cada acetil CoA rinde 3 NADH 1 FADH 1 GTP 1 NADH rinde 3 ATP y 1 FADH rinde 2 ATP Ácido caproico(6C, igual que la glucosa) 2 3 2 NADH 2 FADH 9 NADH 3 FADH 3 GTP 33 ATP 10 ATP 3ATP TOTAL menos 2 ATP gastados para entrar = 44 ATP
- 115. Cada ciclo de krebs = 12 ATP Cada vuelta = 5 ATP (3 de un NADH y 2 de un FADH) Ácido graso de n Carbonos n/2 x 12 ATP + [(n/2) – 1] x 5 ATP – 2 ATP Ácido graso de 20 Carbonos (10 x 12) + (9 x 5) – 2 = 163 ATP Balance general: n carbonos Ciclos de krebs = n/2 2 1Nº de vueltas n Ciclo de Krebbs Vueltas Gastados
- 117. Las proteínas que ya no se necesitan (orgánulos que se destruyen por autofagia, enzimas inservibles, etc.) son hidrolizadas para obtener aminoácidos, los cuáles serán empleados: En la síntesis de nuevas proteínas, tal cual están. En la síntesis de nuevas proteínas después de haberlos transformado en otros por procesos de transaminación. Destruidos por no ser necesarios en un proceso catabólico. Para ello el grupo amina y el esqueleto carbonado son separados y degradados por rutas metabólicas interconectadas. Catabolismo de proteínas
- 118. aa a-cetoácido 2 aa a-cetoácido 1 Transaminación: el grupo amino se puede transferir: el aminoácido que pierde el grupo amina se transforma en un a-cetoácido. Al transferir el grupo amina a otro a-cetoácido, se obtiene otro aminoácido. Transaminación Aminoácido 1 Aminoácido 2
- 119. El grupo amina se excretará de diferente manera según los organismos: Los peces óseos, excretan amoníaco por lo que se les llama animales amoniotélicos. Las aves y también los reptiles son uricotélicos y lo excretan en forma de ácido úrico. La mayoría de animales terrestres son ureotélicos, por lo que lo excretan en forma de urea; En este caso, el amoníaco depositado en las mitocondrias de los hepatocitos se convierte en urea mediante el ciclo de la urea Catabolismo de proteínas
- 120. Ciclo de la Urea CURIOSIDAD
- 121. El resto de la cadena hidrocarbonada del aminoácido, una vez desaminado, se va a convertir en alguna sustancia (ácido pirúvico, acetil CoA, etc.) del ciclo de krebs y, por lo tanto, se introducirá en dicho ciclo, siendo totalmente degradada. No obstante, hay que recordar que las proteínas no tienen como función servir para proporcionar energía. Su catabolismo solo se lleva a cabo para eliminar de la célula estructuras u otras sustancias que ya no sirven. Catabolismo de proteínas
- 124. Catabolismo de los ácidos nucleicos Los nucleótidos procedentes de la hidrólisis de los ácidos nucléicos se separan en la pentosa, grupos fosfato y la base nitrogenada: La pentosa sigue las vías de los glúcidos en su degradación incorporándose, antes o después al ciclo de Krebs. Las bases nitrogenadas se utilizan para fabricar nuevos nucleótidos o se degradan hasta el producto nitrogenado de excreción del organismo (amoniaco, urea o ácido úrico) Los grupos fosfato se pueden excretar como tales disueltos en orina o ser utilizados para fabricar ATP, nuevos nucleótidos o para cualquier fosforilación.
- 126. Fin