3. 2.- GLUCÓLISIS
La glucolisis o ruta de Embden-Meyerhof, ocurre en el citosol de
la célula. No necesita oxígeno para su realización y se trata
simplemente de una secuencia de más o menos nueve etapas. A
lo largo de estas una molécula de glucosa se transforma en dos
moléculas de ácido pirúvico. CH - CO - COOH
3
Se produce en todas las células vivas, desde procariotas hasta
eucariotas animales y vegetales. Se necesita la energía de 2
moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado
se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo que el
balance final es de: 2 NADH y 2 ATP por molécula de glucosa:
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP
+ 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua JULIO SÁNCHEZ
CIC
4.
CIC JULIO SÁNCHEZ
5. Las nueve fases son:
1.- Fosforilación de la glucosa: consume una molécula de ATP y es
catalizada por la enzima hexoquinasa
2.- Isomerización de la glucosa 6-P para obtener fructosa 6-P. .
Enzima: fosfoglucosa isomerasa
CIC JULIO SÁNCHEZ
6. 3.- Fosforilación de fructosa 6-P con gasto de una molécula de
ATP. Se forma la fructosa 1, 6 di-P Enzima: fosfofructoquinasa
4.- Ruptura de la fructosa en dos triosas que coexisten en
equilibrio. Enzima: aldolasa
CIC JULIO SÁNCHEZ
7. 5.- Oxidación y fosforilación: Se obtiene NADH. y el ácido 1, 3
difosfoglicérico . Enzima : Gliceraldehído 3-P deshidrogenasa
6.- Defosforilación del ácido 1, 3 difosfoglicérico. Se forma ATP.
Da lugar al ácido 3-fosfoglicérico. Enzima: fosfoglicerato quinasa
CIC JULIO SÁNCHEZ
8. 7.- Isomerización del ácido3- fosfoglicérico: Catalizado por la
fosfoglicerato mutasa se obtiene el ácido 2- fosfoglicérico
8.- Formación de un doble enlace por deshidratación , catalizado por
la enzima enolasa da lugar al fosfoenolpirúvico
9.- Defosforilación del ácido obteniendose ácido pirúvico y ATP
catalizado por la enzima piruvato quinasa
CIC JULIO SÁNCHEZ
9. En condiciones aerobias, las moléculas de NADH ceden sus electrones
a la cadena de transporte electrónica, que los llevará hasta el oxígeno,
produciéndose agua y regenerándose NAD+ que se reutilizará en la
glucolisis. Así, en estas condiciones el ácido pirúvico entra en la
mitocondria y se transformará en Acetil-CoenzimaA que ingresará en la
respiración celular.
En condiciones anaerobias, sin oxígeno, el NADH se oxida a NAD+
mediante la reducción del ácido pirúvico. Así se produce energía de
forma anaeróbica, denominándose fermentaciones y ocurren en el
citosol.
3.- RESPIRACIÓN CELULAR
Mediante la respiración celular, el ácido pirúvico formado en la
glucólisis se oxida completamente a CO2 y agua en presencia de
oxígeno. Se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la
cadena respiratoria, asociada aJULIO SÁNCHEZ
CIC
la fosforilación oxidativa.
10. En las células eucariotas el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de
la mitocondria en presencia de oxígeno. La membrana mitocondrial
externa es permeable a la mayoría de las moléculas de pequeño
tamaño, sin embargo la interna tiene una permeabilidad selectiva y
controla el movimiento de iones hidrógeno.
La cadena respiratoria acontece en las crestas mitocondriales, donde
se encuentran las enzimas necesarias y específicas que permiten el
acoplamiento energético y la transferencia de electrones. Para este
proceso se necesita oxígeno en la célula.
3.1 .- ETAPA INICIAL: OXIDACIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO
Lo primero que ocurre tras la glucólisis es que el ácido pirúvico pasa
desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, atravesando las
membranas. El ácido pirúvico sufre una oxidación, se libera una
molécula de CO2 y se forma un grupo acilo (CH3-CO). En esta reacción
se forma una molécula de NADH. SÁNCHEZ
CIC JULIO Catalizado por la enzima piruvato-
deshidrogenasa
11. Como en la glucólisis el producto final eran dos moléculas de ácido
pirúvico, lógicamente se formarán ahora dos de NADH por cada
molécula de glucosa. Cada grupo acilo se une a un Coenzima A y se
forma acetilCoenzimaA. En este momento empieza el ciclo de Krebs
CIC JULIO SÁNCHEZ
12. 3.2.- CICLO DE KREBS
También denominado ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del
ácido cítrico
. Este ciclo tiene lugar en la matriz mitocondrial y consiste en una
secuencia de ocho reacciones consecutivas. En el conjunto de esas
reacciones tienen lugar, básicamente, los siguientes
acontecimientos:
CIC JULIO SÁNCHEZ
13. 1.- Formación del ácido cítrico
por reacción del ácido
oxalacético con el acetil-CoA
2.- Isomerización del ácido
cítrico en ácido isocítrico
3.- Oxidación del ácido
isocítrico con pérdida de una
molécula de CO2 y obtención
de una molécula de NADH. Se
forma el ácido α- cetoglutárico
4.- Oxidación con liberación de
CO2 y formación de NADH.
Se forma el succinil-CoA
CIC JULIO SÁNCHEZ
14. 5.- Se rompe el enlace con la
coenzima liberándose energía
en forma de GTP ( equivale a
una de ATP) Se forma el
ácido succínico
6.- Oxidación del ácido
succínico a fumárico con
obtención de FADH2
7.- Hidratación del ácido
fumárico para formar ácido
málico
8.- Oxidación del ácido
málico para forma ácido
oxalacético. Se forma NADH
CIC JULIO SÁNCHEZ
15. El balance es:
Se liberan 2 moléculas de CO2, que se puede considerar que
proceden del grupo acetilo del acetil-CoA, con lo cual se consigue
una oxidación completa la materia orgánica. El CO2 será, por
tanto, el producto residual último de la respiración aerobia.
- Los electrones más los protones (hidrógeno), que pierde el grupo
acetilo al oxidarse, van a parar, en cuatro fases, a transportadores
de electrones, formándose 3 moléculas de NADH + H+ y una
molécula de FADH2. El poder reductor de estas moléculas será
transferido luego a través de la cadena respiratoria mitocondrial.
- En un paso del ciclo tiene lugar una fosforilación a nivel de
sustrato que origina una molécula de GTP (equivalente desde el
punto de vista energético a un ATP)
CIC JULIO SÁNCHEZ
16. Al ciclo de Krebs van a incorporarse, además de las sustancias
resultantes del catabolismo de los glucidos, otras que provienen del
catabolismo de otras las sustancias orgánicas. Así, por ejemplo, los
ácidos grasos se degradan en las mitocondrias transformandose en
acetil-CoA. Este proceso se realiza en la matriz mitocondrial y
recibe el nombre de ß-oxidación.
CIC JULIO SÁNCHEZ
17. 3.3..- CADENA RESPIRATORIA
Los electrones procedentes de la glucólisis, de la oxidación del
ácido pirúvico y del ciclo de Krebs se encuentran en un nivel
energético aún muy alto. En el transporte de electrones éstos son
conducidos a través de una cadena con múltiples y sucesivos
aceptores. Cada uno de los cuales es capaz de aceptar electrones a un
nivel ligeramente inferior al precedente. Los transportadores pueden
existir en dos estados de oxidación próximos, pasando del uno al
otro según acepten o desprendan electrones.
Cada par redox sólo puede recibir electrones de otro par que tenga
potencial de reducción más negativo y solo puede cederlos al par que
lo tenga menos negativo. El potencial mas negativo de la cadena
respiratoria es el NAD+ con -0,32 voltios. En el otro extremo está el
agua con +0,82 voltios.
CIC JULIO SÁNCHEZ
18. En este último proceso el
oxígeno es
imprescindible, ya que es
el aceptor último de los
elctrones y protones que
se utilizan para formar
agua
Cuando los electrones se
mueven por la cadena
transportadora salen a
niveles energéticos
inferiores y van
liberando energía. Esta
energía se emplea para
fabricar ATP, a partir de
ADP, en el proceso de CIC JULIO SÁNCHEZ
fosforilación oxidativa.
19. Por cada dos electrones que pasan del NADH al oxígeno se forman 3
moléculas de ATP. Por cada dos electrones que pasan desde el
FADH2 al oxígeno forman 2 de ATP. El mecanismo por el cual se
produce ATP se explica por la teoría del acoplamiento
quimiosmótico.
La cadena respiratoria tiene lugar en las crestas y en la membrana
mitocondrial interna. En dicha membrana existen tres complejos
enzimáticos transportadores de electrones:
-El complejo NADH deshidrogenasa
- El complejo citocromo b-c1
- El complejo citocromo oxidasa.
Tanto el NADH como el FADH2 ceden los electrones "energéticos"
a la cadena formada por esos tres transportadores y, a medida que
pasan de un transportador a otro, los electrones van liberando
energía. Esa energía (según la teoría quimiosmótica de Mitchell)
permite el bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al
espacio intermembranoso deCIC JULIO SÁNCHEZ
la mitocondria.
20. De este modo se genera un gradiente electroquímico de protones,
con una concentración de protones mayor en el espacio
intermembrana que en la matriz.
La fuerza protón-motriz
generada, impulsa los protones a
través de las ATP sintasas
presentes en la membrana
mitocondrial interna, permitiendo
la unión del ADP a un grupo
fosfato, con la consiguiente
formación de ATP.
Con fines prácticos,, se considera
que una molécula de NADH
permite la formación de 3
moléculas de ATP, mientras que
una de FADH2 sólo aportará 2 JULIO SÁNCHEZ
CIC
ATP
21. Hemos visto que cada NADH que se origina en las mitocondrias
rinde 3 ATP. Pero, en los eucariotas, el NADH que se origina en el
hialoplasma, en la glucolisis, solo puede originar 2 ATP.
Esto es debido a que este NADH no puede atravesar la membrana
mitocondrial y debe ceder sus electrones a una sustancia
intermediaria que a su vez los cede al FAD que hay en el interior de
la mitocondria, lo que no sucede en los procariotas.
CIC JULIO SÁNCHEZ
22. 4.-BALANCE DE LA OXIDACIÓN COMPLETA DE LA GLUCOSA
La célula viva es más eficaz que cualquier motor. Cerca del 40% de
energía liberada de la combustión de la glucosa se emplea en convertir
ADP en ATP.
La glucólisis produce 2 moléculas de ATP y 2 de NADH.
En la cadena transportadora de electrones cada molécula de NADH se
convierten 3 de ATP (2 NADH x 3 = 6 ATP).
La conversión de acido pirúvico en AcetilCoA en la matriz
mitocondrial da 2 de NADH por cada molécula de glucosa. (2 NADH x
3 ATP= 6 ATP).
En el ciclo de Krebs entran 2 moléculas de acetil-CoA y dan dos de
GTP y 6 de NADH y 2 de FADH2: 2 GTP= 2 ATP
6 NADH X 3 ATP= 18 ATP
2 FADH X 2 ATP= 4 ATP
Total de moléculas de ATP en ciclo de Krebs: 24 ATP.
la suma de todas las moléculas de ATP, formadas en el mecanismo de
oxidación completa de una molécula de glucosa, arroja un balance de
CIC JULIO SÁNCHEZ
36 moléculas de ATP sintetizadas.
24. 5.-FERMENTACIONES
Cuando el catabolismo se realiza en condiciones anaeróbicas, es
decir cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones no es el
oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla, las rutas de
degradación de la glucosa se llaman fermentaciones.
En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aeróbicas o
anaeróbicas, según las condiciones ambientales de la célula. Por
ejemplo, la célula muscular puede funcionar con oxígeno hasta que
éste llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces en condiciones
anaerobias produciendo ácido láctico.
Son poco rentables desde el punto de vista energético, ya que la
oxidación de la materia orgánica es incompleta y se forma mucho
menos ATP que en la respiración celular aerobia. En general,
únicamente 2 ATP por cada molécula de glucosa.
CIC JULIO SÁNCHEZ
25. Dependiendo el producto final, se diferencian varios tipos de
fermentaciones. Las más importantes son:
- Fermentación alcohólica. En ella el piruvato se transforma en
etanol y se desprende CO2. La realizan, sobre todo, levaduras del
género Saccharomyces que tienen interés en la industria alimenticia
por los productos residuales de su metabolismo: el CO2 para
esponjar la masa en la fabricación del pan; y el etanol para producir
diferentes bebidas alcohólicas (vino, sidra, cerveza...).
-
CIC JULIO SÁNCHEZ
26. -Fermentación láctica. En ella el piruvato se transforma en lactato.
La realizan diversas bacterias (Lactobacillus...) que fermentan la
leche, y se utilizan para obtener derivados lácteos. Por otro lado,
también la pueden llevar a cabo las células musculares cuando no
reciben suficiente oxígeno. Así, cuando se realiza un esfuerzo
intenso y prolongado, los músculos obtienen un poco de energía
extra sin necesidad de oxígeno, recurriendo a la fermentación; pero
las consecuencias de este proceso serán, posteriormente, las agujetas.
CIC JULIO SÁNCHEZ
27.
28. 6.-OXIDACIÓN DE LOS ACIDOS GRASOS
Los lípidos, y más concretamente las grasas o acilglicéridos,
aportan aún más energía que los glúcidos (1 g de grasas aportan 9
kcal).
En primer lugar, los acilglicéridos se descomponen en glicerol y en
ácidos grasos.
El glicerol puede seguir varios destinos metabólicos, pero en el
catabólico se transforma en dihidroxiacetona-fosfato y se incorpora
a la glucólisis, siguiendo las rutas posteriores ya conocidas. Al
final, la respiración aerobia de una molécula de glicerol puede
proporcionar hasta 22 ATP.
Los ácidos grasos pasan al interior SÁNCHEZmitocondrias y, en la
CIC JULIO
de las
matriz mitocondrial, tiene lugar la ß-oxidación de los ác. grasos.
29. Antes de ser oxidados, los ácidos grasos se activan reaccionando
con acetilCoA en la membrana externa de la mitocondria mediante
la enzima acil-CoA sintetasa
Para que los ácidos grasos activados pasen a través de la membrana
de la mitocondria hasta la matriz mitocondrial interviene la
carnitina. Ésta actúa como una lanzadera a través de la membrana
interna por la acción de una translocasa.
En la matriz mitocondrial, tiene lugar la ß-oxidación de los ác.
grasos. En este proceso cada ác. graso se va oxidando, liberándo,
paso a paso, "fragmentos" de dos carbonos hasta que termina por
consumirse. En cada paso se forman una molécula de FADH2, una
de NADH y un acetil-CoA.
También al proceso se le denomina Hélice de Lynnen.
El proceso se desarrolla en una secuencia repetitiva de cuatro
reacciones CIC JULIO SÁNCHEZ
30. 1.- Oxidación del acil-CoA
para formar un enoil-CoA. Se
forma una molécula de
FADH2
2.- Hidratación del doble
enlace para formar β-
hidroxiacil-CoA
3. Oxidación para formar un β-
cetoacil-CoA con liberación de
NADH
4.- Escisión o tiolisis que da
lugar aun acetil-CoA y un acil-
CoA con dos carbonos menos
CIC JULIO SÁNCHEZ
31. El acetil-CoA se incorpora directamente al ciclo de Krebs,
mientras que el resto acil-Coa de dos carbonos menos
experimenta un nuevo ciclo de oxidación
Por cada vuelta: 1 FADH2 (2 ATP) y 1 NADH+H+ (3 ATP) =
5 ATP
Hay 8 vueltas: 8 x 5 = 40
Por cada AcCoA = 12 ATP ; Se forman 9 AcCoA = 108
108 + 40 = 148 ATP (- 2 enlaces de ATP a AMP ) = 146 ATP
CIC JULIO SÁNCHEZ
32. 7-OXIDACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS
Las proteínas tienen fundamentalmente misiones biológicas
distintas a las energéticas. Sin embargo, en caso de necesidad, los
aminoácidos son oxidados y los derivados de las oxidaciones
pueden entrar en el ciclo de Krebs y en la cadena respiratoria.
Existen tres mecanismos de oxidación de aminoácidos:
transaminación, desaminación oxidativa y descarboxilación.
Los aminoácidos excedentes no pueden almacenarse y tampoco
pueden excretarse. Por ello los aminoácidos excedentes se utilizan
como combustible para obtener energía. El grupo amino se separa
convirtiéndose en urea, mientras que el resultante de la cadena
carbonatada da origen a intermediarios metabólicos, que se
incorporan a las principales rutas metabólicas (CICLO DE Krebs)
CIC JULIO SÁNCHEZ
33. tipos de aminoácidos según el destino del esqueleto carbonadO:
A) CETOGÉNICOS
Aquellos que originan compuestos orgánicos con grupo cetona( acetil-
Coa o acetoacetil-Coa)
B) GLUCOGÉNICOS
Aquellos que producen
intermediarios del ciclo de Krebs
como el ácido pirúvico , ácido
alfacetoglutárico, succinil-Coa,
ácido fumárico y ácido
oxalacético)
C) MIXTOS
Generan tanto compuestos
cetogénicos como glucogénicos JULIO SÁNCHEZ
CIC
34. AMINOÁCI
DOS
No se excretan
No se excretan
No se
No se
almacenan
almacenan
Producción de
Producción de
energía
energía
Esquelet
o AA
α-amino
carbonad Cetogénicos
o
Intermediarios
AA
Urea del ciclo de
Glucogénicos
Krebs
Excreció AA
n Mixtos
35. Catabolismo de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos se degradan a mononucleótidos por
acción de las nucleasas. Los mononucleótidos son degradados
posteriormente para utilizar los componentes:
