Metabolismo Catabolismo Imagenes

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Imagenes del catabolismo celular

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Metabolismo Catabolismo Imagenes

  1. 1. Metabolismo celular imágenes CATABOLISMO CATABOLISMO María Núñez. IES Miguel de Cervantes. Móstoles. 09-10 Metabolismo celular imágenes CATABOLISMO CATABOLISMO
  2. 2. Metabolismo Concepto . Tipos de reacciones metabólicas: catabólicas y anabólicas, interdependencia entre ellas. Clasificación de los organismos en relación con los tipos de metabolismo : Autótrofos (fotosintéticos o fotoautótrofos y quimiosintéticos o quimioautótrofos) y heterótrofos (quimioheterótrofos). Reacciones de óxido-reducción en el metabolismo celular : Reconocimiento de este tipo de reacciones en el metabolismo. Relación entre el grado de oxidación o reducción de los compuestos orgánicos y su contenido energético. Función de los coenzimas NAD+, NADP+, FMN y FAD en el metabolismo . Ejemplos de rutas metabólicas donde se obtienen estos coenzimas reducidos y oxidados. Función del ATP en el metabolismo celular : Sistema ATP/ADP como sistema de transferencia de energía en los seres vivos. Representación esquemática de la molécula de ATP. Distintos mecanismos de obtención de ATP: fosforilación a nivel del sustrato (ej. glucólisis, ciclo de Krebs), fosforilación mediante enzimas ATP-sintetasas (respiración aerobia y fotosíntesis).
  3. 3. sustancia AB (rica en E)  sustancia A (pobre en E) + sustancia B (pobre en E) + Energía sustancia C (pobre en E) + sustancia D (pobre en E) + Energía  sustancia CD (rica en E) CATABOLISMO ANABOLISMO
  4. 4. Clasificación de los organismos en relación con los tipos de metabolismo QUIMIOORGANÓTROFOS o QUIMIOHETERÓTROFOS Bacterias quimioheterótrofas, Protozoos, Hongos, Animales. FOTOORGANÓTROFOS o FOTOHETERÓTROFOS Bacterias purpúreas no sulfuradas HETERÓTROFO = ORGANÓTROFO (moléculas orgánicas) QUIMIOLITÓTROFOS o QUIMIOAUTÓTROFOS Bacterias del H 2 , del H 2 S, del Fe, desnitrificantes... (Quimiosíntesis) FOTOLITÓTROFOS o FOTOAUTÓTROFOS Bacterias fotosintéticas, Cianobacterias, Algas, Plantas. (Fotosíntesis) AUTÓTROFO = LITÓTROFO (CO 2 , H 2 S, S, NH 3 , H 2 … mat. mineral) E. QUÍMICA DE REACCIONES REDOX LUZ ENERGÍA Fuentes de materias primas: CARBONO y otros bioelementos
  5. 5. Reacciones de óxido-reducción en el metabolismo celular
  6. 6. NAD+ (coenzima oxidado) + XH2 (sustrato reducido)  NADH (coenzima reducido) + H+ + X (sustrato oxidado) Función de los coenzimas NAD+, NADP+, FMN y FAD en el metabolismo Los coenzimas reducidos forman el “ poder reductor ”, es decir, tienen capacidad para ceder electrones, por lo que reducirán a otras sustancias. CoA-SH + CH3 – COOH  CH3 – CO – S – CoA (acetil-CoA) + H2O. FAD + XH2  FADH2 + X.
  7. 7. Función del ATP en el metabolismo celular El ATP y otros nucleótidos trifosfatados (TPN: GTP, UTP, CTP...) sirven para acumular y transportar la energía química desprendida en los procesos catabólicos o procedente del exterior (energía solar) para utilizarla en la realización de múltiples funciones celulares: contracción muscular, transporte activo, transmisión del impulso nervioso, biosíntesis...
  8. 8. ATP + H2O  ADP + Pi + E (7,7 Kcal./mol ATP) ADP + H2O  AMP + Pi + E (7,7 Kcal./mol ADP) El ATP se puede considerar la principal moneda energética de los seres vivos. Podemos decir que “ los combustibles metabólicos serían el dinero en el banco y el ATP el dinero o moneda corriente que se lleva en el bolsillo ”
  9. 9. Fosforilación o recarga del ATP La formación del ATP se llama también fosforilación o recarga del ATP . La fosforilación (por transferencia de grupos fosfato) del ADP para dar ATP y agua es un proceso endergónico (no espontáneo) que requiere aporte energético. Por ello tiene lugar en las células acoplado a procesos exergónicos.
  10. 10. FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO Reacción de la glucólisis en la que se realiza una fosforilación a nivel de sustrato La energía necesaria para la recarga del ATP se obtiene de la oxidación de sustratos previamente enriquecidos en energía.
  11. 11. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Fosforilación asociada a un gradiente quimiosmótico y a una cadena transportadora de electrones
  12. 12. La fosforilación oxidativa ocurre en la membrana mitocondrial interna, donde se sitúan los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria y las ATP-sintetasas.
  13. 13. FOTOFOSFORILACIÓN Fosforilación asociada a un gradiente quimiosmótico y a una cadena transportadora de electrones
  14. 14. <ul><li>Catabolismo </li></ul><ul><li>Catabolismo de los glúcidos </li></ul><ul><li>Glucólisis : Concepto. Relación con la síntesis de ATP. </li></ul><ul><li>Destino del ácido pirúvico en condiciones de aerobiosis y anaerobiosis. </li></ul><ul><li>Metabolismo aerobio : Concepto. Fases. </li></ul><ul><ul><li>Formación del acetil-CoA a partir del piruvato. </li></ul></ul><ul><ul><li>Ciclo de Krebs, ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos como ruta común en la oxidación completa de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos. El ciclo de Krebs como ruta anfibólica. </li></ul></ul><ul><ul><li>Cadena respiratoria : Su relación con la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa). Oxidación de los coenzimas reducidos. Componentes de la cadena. Transporte de electrones. El oxígeno como molécula aceptora final de electrones. </li></ul></ul><ul><li>Fermentaciones : Concepto y tipos. Fermentación láctica y alcohólica como ejemplos de fermentaciones: Utilidad industrial de sus productos finales. Organismos que las llevan a cabo. </li></ul><ul><li>Comparación entre las vías aerobia y anaerobia del catabolismo de la glucosa. </li></ul><ul><li>Catabolismo de los lípidos . Catabolismo de acilglicéridos. Β-oxidación de los ácidos grasos. </li></ul>
  15. 15. Catabolismo es el conjunto de reacciones de degradación (por oxidación) de moléculas orgánicas reducidas en otras más sencillas, se libera la energía química de sus enlaces y transformándola en ATP que se usará en procesos celulares como: contracción muscular, transporte activo en las membranas, transmisión de impulso nervioso, producción de calor, división celular, en el anabolismo… También se obtiene moléculas más sencillas. En las respiraciones 
  16. 16. Tipos de procesos catabólicos Aceptor final es un compuesto orgánico. Láctica, alcohólica… Bacterias y hongos (levaduras). En ciertas condiciones células de eucariotas. Anoxidativa Aceptor final de e - es el O 2 Oxidativa Fermentación (oxidación incompleta, en los productos finales hay compuestos orgánicos) Aceptor final de e - es un compuesto inorgánico, no el O 2 : NO 3 -  NO 2 - ; SO 4 =  S = ; CO 2  CH 4 . Menos extendida, solo ciertas bacterias. Anaerobia Aceptor final de e - el O 2 . La degradación del sustrato que se oxida es total, dando CO 2 y H 2 O. Muy extendida Aerobia Respiración (oxidación completa, productos finales inorgánicos) CATABOLISMO
  17. 17. Esquema del catabolismo de la glucosa , con sus dos vías: aerobia (respiración celular aerobia de la glucosa) y anaerobia (fermentación). Tomado de “Biología” Helena Curtis . http://iescarin.educa.aragon.es/estatica/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Indice%20de%20secciones.htm
  18. 18. RESPIRACIÓN CELULAR OXIDATIVA o RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA Se distinguen una serie de fases: I. GLUCÓLISIS , II. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA , III. CICLO DE KREBS , IV. CADENA RESPIRATORIA y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA . Tiene lugar en el citoplasma y en la mitocondria de células eucariotas (en procariotas en los mesosomas). Cada molécula de glucosa se degrada totalmente a CO 2 y H 2 O obteniéndose en esta respiración gran cantidad de energía (38 ATP por molécula de glucosa) C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O  6 CO 2 + 12 H 2 O + 456 kcal. (38 ATP)
  19. 19. Glucosa (C6H12O6)  2 ácido pirúvico (CH3 – CO -COOH) + 2 (NADH + H+) + 2 ATP (4 producidos – 2 gastados) GLUCÓLISIS : tiene lugar en el citoplasma celular Dihidroxiacetona-3-P
  20. 20. GLUCÓLISIS : balance C 6 H 12 O 6  2 ác. Pirúvico + 2 [NADH + H+] + 2 ATP (4 ATP formados - 2 ATP gastados)
  21. 21. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA Y ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO Ácido pirúvico + NAD+ + Co-SH  Acetil-CoA (ác. acético activado) + NADH + H+ + CO2 Ocurre en la mitocondria y hay que recordar, para hacer el balance global, que tenemos dos moléculas de ácido pirúvico.
  22. 22. <ul><li>Ocurre en la matriz mitocondrial. Llamado así en honor a su descubridor, Hans Krebs. </li></ul><ul><li>Es un complejo conjunto de reacciones de oxidación, en las cuales el ácido acético se degrada totalmente a CO2, produciéndose ATP y H+ y e-, que serán llevados a la cadena respiratoria por vectores (NAD+ y FAD) para seguir degradándose. </li></ul><ul><ul><ul><li>CICLO DE KREBS (ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos). </li></ul></ul></ul>
  23. 23. CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA . Se realizan en las crestas mitocondriales y en las partículas F o ATP-sintetasas, respectivamente.
  24. 24. ATP-sintetasas Hipótesis quimiosmótica. Mitchell. 1961.
  25. 25. BALANCE DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA En el caso de los músculos esqueléticos, hígado y riñón, el nº de ATP es de 34, ya que la lanzadera que introduce los 2 NADH de la glucólisis en la cadena respiratoria lo hace en el complejo II, por lo que en vez de 3 ATP por vector se obtienen solo 2, en total 4 + 2 de la glucólisis. 38 ATP Total de ATP que se forman a partir de una molécula de glucosa (4 + 18 + 2) 24 ATP 2 ATP 2 FADH 2  (Fosf. ox.) 2 x 2 = 4 6 (NADH + H + )  (F. ox.) 6 x 3 = 18 2[2 CO 2 + ATP + FADH 2 + 3 (NADH + H + )] 2 ácido acético (2C) Ciclo de Krebs 6 ATP 2 (NADH + H + )  (Fosf. Ox.) 2 x 3 = 6 ATP 2 acetil-CoA + 2 CO 2 + 2 (NADH + H + ) 2 ácido pirúvico (3C) Descarboxilación oxidativa y activación acético (6 + 2) 8 ATP 2 ATP 2 (NADH + H + )  (Fosf. ox.) 2 x 3 = 6 ATP 2 ác. pirúvico + 2 ATP + 2 (NADH + H + ) Glucosa (6C) Glucólisis Total ATP ATP por fosforilación a nivel de sustrato Coenzimas trasportadoras a la cadena respiratoria y ATP de fosforilación oxidativa Productos finales Sustratos iniciales Proceso
  26. 26. Fermentadores en una bodega ¿CH 3 -CH 2 OH (alcohol etílico) + O 2  CH 3 -COOH (ácido acético) + H 2 O? FERMENTACIONES Fermentación alcohólica Fermentación láctica
  27. 27. Pasteur y la fermentación Pasteur se dedicó a investigar el proceso de la fermentación y logró demostrar que se producía alcohol en la fermentación debido a las levaduras y que la producción de sustancias que agrian el vino se debe a que hay organismos como las bacterias. En Francia hubo un gran problema económico debido a la acidificación del vino y la cerveza, a la que Pasteur demostró que se podía eliminar las bacterias calentando las soluciones azucaradas iniciales hasta una temperatura elevada. Esto lo aplicó a la conservación de la leche y se conoce actualmente como pasteurización .
  28. 28. β-oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen Acetil-CoA + (NADH + H+) + FADH2 + resto acilo de 2C menos que el anterior nº vueltas = [nº átomos de C / 2] – 1
  29. 29. <ul><li>* En la activación de los ácidos grasos se gastan 2 ATP (Lehninger, 1940) </li></ul><ul><ul><li>ATP  AMP + PPi (pirofosfato, se descompone por la pirofosfatasa en 2 Pi) </li></ul></ul><ul><ul><li>ATP + AMP  2 ADP </li></ul></ul><ul><ul><li>2 ATP  2 ADP + 2 Pi </li></ul></ul>Para el ácido palmítico, por ejemplo : Ácido palmítico (16C)  8 acetil-CoA + 7 (NADH + H + ) + 7 FADH 2 – 2 ATP Como cada Acetil-CoA en el ciclo de Krebs y cadena respiratoria produce: 1 ácido acético (o acetil-CoA)  2 CO 2 + 1 ATP + 1 FADH 2 + 3 (NADH + H + )  2 CO 2 + 1 ATP + 1x2 ATP + 3x3 ATP  2 CO 2 + 12 ATP Ácido palmítico (16C)  8x2 CO 2 + 8x12 ATP + 7x3 ATP + 7x2 ATP – 2 ATP (de la activación inicial del ác. graso) = 129 ATP Se produce también gran cantidad de agua en este proceso catabólico. La beta-oxidación para el ácido palmítico
  30. 30. <ul><li>El ciclo de Krebs como ruta anfibólica . El ciclo de Krebs como ruta común en la oxidación completa de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos. </li></ul><ul><li>El ciclo de Krebs como ruta anfibólica . El ciclo de Krebs como ruta común en la oxidación completa de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos. </li></ul>
  31. 31. VISIÓN GLOBAL DEL METABOLISMO (ANABOLISMO Y CATABOLISMO) EN SUS TRES ETAPAS
  32. 32. Enlaces de metabolismo celular : Apuntes de introducción al metabolismo . http:// www .2bachillerato.es/ biologia /tema13/ tema13 . pdf Apuntes de metabolismo celular . http:// www.educa.madrid.org / web / ies.rayuela.mostoles / deptos / dbiogeo /recursos/Apuntes/ ApuntesBioBach2 /4- FisioCelular / Metabolismo.htm Apuntes y actividades de metabolismo. IES El Pinar. http:// personales.ya.com / geopal / biologia _2b/unidades/unidad2_4. htm#t4intro Bioenergética de Universidad de Salamanca . http:// web.usal.es / ~evillar / ObjetivosBioenergetica.htm Biografía de Hans Krebs en Historia de la Medicina . http:// www.historiadelamedicina.org / krebs.html Cadena respiratoria. Blog Temas de Bioquímica . http :// temasdebioquimica.wordpress.com /2008/11/19/substancias-que-interfieren-a-la-cadena-respiratoria/ Catabolismo celular . Hiperbiologia.net. http:// www.hiperbiologia.net /metabolismo/met2. htm Colegio San Cayetano, apuntes. http:// perso.wanadoo.es /sancayetano2000/ biologia / apu /h2o. htm Diabetes . http:// www.fundaciondiabetes.org / diabetesinfantil / la_diabetes / que_es_la_diabetes.htm Ejercicios de metabolismo. http:// www.educa.madrid.org / web / cc.nsdelasabiduria.madrid / bio_ejercicios.htm#metabolismo Introducción al metabolismo en Genomasur . http:// laguna.fmedic.unam.mx / ~evazquez /0403/ resinf.html Fermentaciones, historia . http:// perso.wanadoo.es /frs88/ tpn / desc / fermenta.htm Glucólisis en Bioquímica Médica . http:// themedicalbiochemistrypage.org / spanish / glycolysis - sp.html Glucólisis a fondo en Genomasur . http:// www.genomasur.com /lecturas/Guia09. htm Glucólisis y respiración. Curtis. http:// iescarin.educa.aragon.es / estatica / depart / biogeo /varios/ BiologiaCurtis / Seccion%202 /2%20- %20Capitulo%208 . htm La mitocondria humana . http:// www.lab314 . com / index.htm Metabolismo de glúcidos. Universidad Salamanca . http:// web.usal.es / ~evillar / degradac.htm Metabolismo en Fisicanet . http:// www.fisicanet.com.ar / biologia / metabolismo.php Metabolismo, presentaciones del profesor Jano . http:// www.slideshare.net / profesorjano / presentations Presentaciones metabolismo en auladenaturales . http ://auladenaturales.wordpress.com/2010/02/09/imagenes-para-fisiologia-celular-catabolismo/ Reacciones redox en Fisicanet . http:// www.fisicanet.com.ar / biologia /metabolismo/ap05_ oxido_reduccion.php Vinagre: fabricación, historia… http://www.gelatine.org/es/health/specials/154_1375.htm

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