el catabolismo glucolisis ciclo de krebs transporte de elecrones fermentaciÓn
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EL CATABOLISMOEL CATABOLISMO
GLUCOLISISGLUCOLISIS
CICLO DE KREBSCICLO DE KREBS
TRANSPORTE DE ELECRONESTRANSPORTE DE ELECRONES
FERMENTACIÓNFERMENTACIÓN
Respiración y Respiración y FermentaciónFermentación
Los organismos autótrofos fijan la energía solar en forma de energía química contenida en los compuestos orgáni-cos, glucosa, en particular.
Esta energía, liberada, será utilizada por las partes de la planta que no tienen cloroplastos (raíces y tallos no verdes), o por toda la planta cuando falta la energía solar.
Esta energía permite también la vida de los organismos heterótrofos.
La respiración celular aerobia y las fermentaciones son las vías catabólicas más corrientes para la obtención de la energía contenida en las sustancias orgánicas. Ambas vías, no obstante, tienen una primera fase común: la glucolisis.
GLUCOLISIS
Conjunto de reacciones que degradan parcialmente la
glucosa (C6) 2 ácido pirúvico (PYR) (C3).
Lugar: Hialoplasma, procariotas y eucariotas.
Proceso anaerobio
1 molécula glucosa (GLU) se obtienen 2ATP y 2NADH+H+.
VÍAS DEL CATABOLISMO VÍAS DEL CATABOLISMO DEL PIRÚVICODEL PIRÚVICO
Para evitar que la glucolisis se detenga por Para evitar que la glucolisis se detenga por un exceso de ácido pirúvico (un exceso de ácido pirúvico (PYRPYR) y ) y NADHNADH++HH++ o por falta de NAD o por falta de NAD++, se , se necesitan otras vías que eliminen los necesitan otras vías que eliminen los productos obtenidos y recuperen los productos obtenidos y recuperen los substratos imprescindibles. Esto va a substratos imprescindibles. Esto va a poder realizarse de dos maneras:poder realizarse de dos maneras:
Respiración aerobiaRespiración aerobia (catabolismo (catabolismo aerobio) aerobio)
FermentaciónFermentación (Catabolismo anaeróbico) (Catabolismo anaeróbico)
Respiración aerobiaRespiración aerobia
Catabolismo aerobio. Cuando hay oxígeno, el Catabolismo aerobio. Cuando hay oxígeno, el pirúvico es degradado completamente obtenién-pirúvico es degradado completamente obtenién-dose dióxido de carbono (dose dióxido de carbono (COCO22). ).
El NADHEl NADH+ + y otras coenzimas reductoras obte-y otras coenzimas reductoras obte-nidas son oxidadas y los electrones transporta-nidas son oxidadas y los electrones transporta-dos hacia el dos hacia el oxígenooxígeno ( (OO22), ), recuperándose el recuperándose el
NAD+NAD+ y obteniéndose y obteniéndose HH22OO. Este proceso se . Este proceso se
realiza en los eucariotas en las mitocondrias.realiza en los eucariotas en las mitocondrias.
Respiración aerobiaRespiración aerobia
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL ÁCIDO PIRÚVICOÁCIDO PIRÚVICO
En condiciones aeróbicas el En condiciones aeróbicas el ácido ácido pirúvico (PYR)pirúvico (PYR) obtenido en la glucolisis y obtenido en la glucolisis y en otros procesos catabólicos atraviesa la en otros procesos catabólicos atraviesa la membrana de la mitocondria y en la matriz membrana de la mitocondria y en la matriz mitocondrial va a sufrir un proceso químico mitocondrial va a sufrir un proceso químico de descarboxilación y de oxidación.de descarboxilación y de oxidación.
Respiración aerobiaRespiración aerobia
2
2
2
2
EL CICLO DEL CITRATO EL CICLO DEL CITRATO (Ac.Cítrico) O CICLO DE (Ac.Cítrico) O CICLO DE
KREBS Es la vía fundamental y Es la vía fundamental y
última para la degradación última para la degradación de la mayoría de los de la mayoría de los compuestos orgánicos y compuestos orgánicos y para la obtención de para la obtención de coenzimas reductoras. coenzimas reductoras.
Es la vía más importante Es la vía más importante para el para el catabolismocatabolismo de de las sustancias orgánicaslas sustancias orgánicas KrebsKrebs (1938), (1938),
CICLO DE CICLO DE KREBS
Es alimentado continuamente en substratos que Es alimentado continuamente en substratos que provienen de la degradación de los glúcidos provienen de la degradación de los glúcidos (glucolisis), de la de los ácidos grasos ((glucolisis), de la de los ácidos grasos (ß-ß-oxidaciónoxidación) y de lasproteínas.) y de lasproteínas.
Continuamente genera productos. Las sustancias Continuamente genera productos. Las sustancias intermediarias se recuperan para ser de nuevo intermediarias se recuperan para ser de nuevo integradas en él. integradas en él.
Como una rueda girando sin fin, sólo se detiene Como una rueda girando sin fin, sólo se detiene si faltan los substratos o si, por exceso de si faltan los substratos o si, por exceso de productos, se inhiben las enzimas que participan productos, se inhiben las enzimas que participan en él.en él.
Balance del ciclo de KrebsENTRADENTRADAA
SALIDASALIDA
Acetil-CoA 2 CO2
3 NAD+ 3 NADH
FAD FADH2
GDP GTP
ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA DE LAS CRESTAS MITOCONDRIALES
Las crestas mitocondriales tienen la estructura de toda membrana biológica. Empotradas en la doble capa lipídica se encuentran diferentes sustancias transportadoras de electrones formando la cadena respiratoria. Estas están asociadas formando tres grandes complejos:
1. - Complejo I (NADH deshidrogenasa).2. - Complejo II (Citocromo bc1).3. - Complejo III (Citocromo oxidasa).4. Existen, además, otros transportadores: la coenzima Q
(Co-Q), el citocromo c (cit c) y la enzima ATP sintetasa.
LA CADENA RESPIRATORIA LA CADENA RESPIRATORIA ConsisteConsiste en un en un transporte de electronestransporte de electrones desde las desde las
coenzimas reducidas, coenzimas reducidas, NADH+H+NADH+H+ o o FADH2FADH2, hasta el , hasta el oxígeno. oxígeno.
OcurreOcurre en la membrana de las en la membrana de las crestas crestas mitocondrialesmitocondriales Se obtieneSe obtiene: : • la mayor parte de la energía contenida en la glucosa y la mayor parte de la energía contenida en la glucosa y
otros compuestos orgánicos (otros compuestos orgánicos (ATPATP).).• Se recuperarán las Se recuperarán las coenzimas transportadoras de coenzimas transportadoras de
electrones en su forma oxidadaelectrones en su forma oxidada, lo que permitirá la , lo que permitirá la oxidación de nuevas moléculas de glucosa y de otras oxidación de nuevas moléculas de glucosa y de otras sustancias orgánicas. sustancias orgánicas.
• Como producto de desecho se obtendrá Como producto de desecho se obtendrá aguaagua..
Este transporte de electrones Este transporte de electrones va a generar un un transporte de los complejos I, II y III desde la transporte de los complejos I, II y III desde la matriz hacia el espacio intermembrana. matriz hacia el espacio intermembrana.
Cada complejo será capaz Cada complejo será capaz de bombearde bombear dos dos protones. protones.
La salidaLa salida de estos protones a través de las de estos protones a través de las ATPasasATPasas servirá para sintetizar ATP, servirá para sintetizar ATP, 1 ATP por1 ATP por cada dos protonescada dos protones, ,
El NADH es capaz de reducir al Complejo IEl NADH es capaz de reducir al Complejo I por lo por lo que se obtendrán 3ATP por cada molécula de que se obtendrán 3ATP por cada molécula de NADH. NADH.
El FADH2 no puede reducir al complejo I y cede sus El FADH2 no puede reducir al complejo I y cede sus dos electrones a la Co-Q (coenzima Q). Esta es la dos electrones a la Co-Q (coenzima Q). Esta es la razón por la que el FADH2 sólo genera 2 ATPrazón por la que el FADH2 sólo genera 2 ATP
LA CADENA LA CADENA RESPIRATORIARESPIRATORIA
3ATP
6 H+
Fig. 17 Componentes de la membrana de las crestas mitocondriales.
3ADP
NADH
NAD+
Cit C
La Cadena Respiratoria partiendo del NADH (animación)
3ATP3ADP
NADH
NAD+
+
+
Com
p.
I
e e
e e
+
+
Com
p.
II
e e
+
+
Com
p.I
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+
+
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+
++
+
++
+
+
+
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+
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+
+
+
+
+
Cit C
La Cadena Respiratoria partiendo del FADH2 (animación)
2ATP2ADP
FAD+
+
Com
p.
I
+
+
Com
p.
II
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+
+
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p.I
II
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+
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+
+
+
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++
++
+
+
+
+
e e
FADH2
FermentaciónFermentación
Si no hay oxígeno, el NADH+H + y el FADH2 se acumulan y los procesos de obtención de energía se interrumpen.
En estas condiciones, condiciones anaerobias o
de falta de oxígeno, ciertos microorganismos (levaduras)y, por ejemplo, nuestras células musculares, recuperan las coenzimas oxidadas por diversas vías metabólicas conocidas bajo el nombre de fermentaciones anaeróbicas.
FermentaciónFermentación
Como no hay Como no hay oxígenooxígeno el el ácido pirúvicoácido pirúvico se transforma de diferentes maneras sin se transforma de diferentes maneras sin degradarse por completo a degradarse por completo a COCO22 y y HH22OO. .
Este proceso tiene como objetivo la Este proceso tiene como objetivo la recuperación del recuperación del NAD+NAD+. En los eucariotas . En los eucariotas se realiza en el hialoplasma.se realiza en el hialoplasma.
FermentaciónFermentación
Para los organismos anaerobios estrictos Para los organismos anaerobios estrictos es su única fuente energética (el oxígeno es su única fuente energética (el oxígeno les es letal).les es letal).
Para los organismos anaerobios Para los organismos anaerobios facultativos, es una vía de emergencia, facultativos, es una vía de emergencia, cuando no existe oxígeno.cuando no existe oxígeno.
Tipos de FermentaciónTipos de Fermentación
Según el producto obtenido:Según el producto obtenido:
Fermentación láctica: se obtiene ácido Fermentación láctica: se obtiene ácido lácticoláctico
Fermentación alcohólica: se obtiene Fermentación alcohólica: se obtiene etanol.etanol.
Fermentación LácticaFermentación Láctica
La realizan las bacterias del yogur y, por ejemplo, las células musculares, cuando no reciben un aporte suficiente de oxígeno, lo que sucede cuando se lleva a cabo un ejercicio físico intenso.
Nuestras células musculares emplean la fermentación láctica cuando alcanzamos el 90% de la FCM (frecuencia cardiaca máxima). Si este ácido láctico no se elimina se puede acumular produciendo fatiga muscular.
Fermentación LácticaFermentación Láctica
el ácido pirúvico es reducido a ácido láctico por medio del NADH+H + . De esta manera el NAD+ se recupera y pueden s ser degradadas nuevas moléculas de glucosa.
Lactobacillus
Fermentación AlcohólicaFermentación Alcohólica El ácido pirúvico es transformado en alcohol etílico o
etanol. La realizan, por ejemplo, las levaduras del género
Saccharomyces. Se trata de un proceso de gran importancia industrial
que, dependiendo del tipo de levadura, dará lugar a una gran variedad de bebidas alcohólicas: cerveza, vino, sidra, etc.
En la fabricación del pan se le añade a la masa una cierta cantidad de levadura, la fermentación del almidón de la harina hará que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO2, alcohol producido desaparece durante el proceso de cocción.
Fermentación AlcohólicaFermentación Alcohólica
La fermentación alcohólica tiene el mismo objetivo que la fermentación láctica: la recuperación del NAD+ en condiciones anaeróbicas
En la fermentación alcohólica el ac. pirúvico se descarboxila trasformándose en acetaldehído y este es reducido por el NADH a alcohol etílico.
Fermentación AlcohólicaFermentación Alcohólica
el ac. pirúvico se descarboxila trasformándose en acetaldehído y este es reducido por el NADH a alcohol etílico.
levaduras
¿¿Qué sucede con el NADH de Qué sucede con el NADH de origen hialoplasmáticoorigen hialoplasmático
en los eucariotasen los eucariotas el NADH que se origina el NADH que se origina en el hialoplasma, en la glucolisis, sólo en el hialoplasma, en la glucolisis, sólo puede originar 2 ATP. puede originar 2 ATP. Esto es debido a Esto es debido a que este NADH no puede atravesar la que este NADH no puede atravesar la membrana mitocondrial membrana mitocondrial y debe ceder sus y debe ceder sus electrones a una sustancia intermediaria electrones a una sustancia intermediaria que a su vez que a su vez los cede al FAD los cede al FAD que hay en que hay en el interior de la mitocondria, lo que no el interior de la mitocondria, lo que no sucede en los procariotas.sucede en los procariotas.
