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CATABOLISMO POR RESPIRACIÓN
GLUCOLISIS
RESPIRACIÓN
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GLUCÓLISIS.
CICLO DE KREBS.
CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.
CONCEPTO DE OXIDACIÓN
• OXIDACIÓN: Cuando una sustancia química
se oxida, pierde electrones. Los siguientes
• son ejemplos de reacciones de oxidación:
• Fe2+ ------------> Fe3+ + e
• R-CH2-OH ------------> R-C-H + 2H+ + 2 e
• O
• H2 ------------> 2 H+ + 2 e
• REDUCCIÓN: Cuando una sustancia química
se reduce, gana electrones. Ejemplos de
• reacciones de reducción:
• Fe3+ + e -----------> Fe2+
• ½ O2 + 2 H+ --------> H2O
TRANSFERENCIA DE ELECTRONES
EN SISTEMAS BIOLÓGICOS
• Directamente como electrones (por ej. De
Fe2+ a Fe3+)
• Como hidrógeno ( H+ + e-) (reacciones en las
que interviene el FAD)
• Como hidruro ( H - ) (deshidrogenadas ligadas
a NAD)
• Por combinación directa de un reductor
orgánico con O2 (hidroxilación de
esteroidES
5.1 CATABOLISMO RESPIRATORIO DE
LOS GLÚCIDOS
• LOS GLÚCIDOS LLEGAN A LAS CÉLULAS COMO
MONOSACÁRIDOS: glucosa, fructosa,
galactosa.
• EN LA DEGRADACIÓN TOTAL DE LA GLUCOSA
SE DISTINGUEN DOS PROCESOS:
• 1. GLUCÓLISIS: CITOPLASMA
• 2. RESPIRACIÓN: MITOCONDRIA
• LA GLUCOSA (C6 H12 O6) ES EL COMBUSTIBLE
BÁSICO PARA LA OBTENCIÓN DE ENERGÍA,
MUCHOS OTROS COMPUESTOS SIRVEN COMO
ALIMENTO, PERO CASI TODOS SON
TRANSFORMADOS A GLUCOSA MEDIANTE
UNA
SERIE
DE
NUMEROSÍSIMAS
OXIDACIONES
GRADUALES,
REGULADAS
ENZIMÁTICAMENTE, AL CABO DE LAS CUALES
EL OXÍGENO ATMOSFÉRICO (INGRESADO POR
RESPIRACIÓN PULMONAR) SE UNE A LOS
ÁTOMOS DE HIDRÓGENO DE LAS CITADAS
MOLÉCULAS PARA FORMAR H2O.
• EN
CADA
OXIDACIÓN
SE
LIBERAN
GRADUALMENTE PEQUEÑAS PORCIONES DE
ENERGÍA QUE SON CAPTURADAS PARA
FORMAR EL ATP. SI LAS OXIDACIONES NO
FUERAN GRADUALES, LA ENERGÍA SE
LIBERARÍA DE MANERA VIOLENTA Y SE
DISPERSARÍA COMO CALOR.
5.2 GLUCÓLISIS
• LA GLUCOSA SE ESCINDE EN DOS MOLÉCULAS
DE ÁCIDO PIRÚVICO Y LA ENERGIA LIBERADA
SE USA PARA SINTETIZAR DOS ATP.
• SE REALIZA UNA FOSFORILACIÓN A NIVEL DE
SUSTRATO.
• TRANSCURRE EN NUEVE ETAPAS.
• TRANSCURRE EN NUEVE ETAPAS.
• SE DISTINGUEN DOS FASES:
• PRIMERA FASE O FASE DE CONSUMO DE
ENERGÍA: SE CONSUMEN DOS ATP POR CADA
GLUCOSA.
• SEGUNDA FASE O DE PRODUCCIÓN DE
ENERGÍA: POR CADA GLUCOSA SE PRODUCEN
2 ATP.
• GLUCÓLISIS: ocurre en el citosol, donde cada
molécula de glucosa, con sus 6 átomos de
Carbono, da lugar a dos moléculas de piruvato
(de 3 átomos de Carbono). Se invierten dos
ATP pero se generan cuatro.
• RESPIRACIÓN CELULAR: ocurre cuando el
ambiente es aerobio (contiene O2) y el
piruvato se transforma en dióxido de Carbono
(CO2) liberando la energía almacenada en los
enlaces piruvato y atrapándola en el ATP.
• FERMENTACIÓN: cuando el O2 está ausente,
ambiente anaerobio, en lugar de producir CO2
se producen otras moléculas como el ác.
láctico o el etanol.
• BALANCE NETO:
• GLUCOSA + 2 ADP + 2 PI + 2 NAD+---> 2 PIRUVATOS + 2 ATP + 2
(NADH + H+)
• LA ENERGÍA TOTAL QUE SE PUEDE OBTENER DE LA GLUCOSA
POR OXIDACIÓN AERÓBICA ES = 688 KCAL/MOL.
• LA ENERGÍA TOTAL ACUMULADA EN 2 ATP = 2 X 7.3 = 14.6
KCAL/MOL
• ESTO ES UN ~ 2% DE RENDIMIENTO, SI SE TIENE EN CUENTA
LA POSIBILIDAD DE OXIDAR COMPLETAMENTE LA GLUCOSA,
ES DECIR QUE EL 98% DE LA ENERGÍA POTENCIALMENTE
DISPONIBLE NO ES USADA POR LA CÉLULA.
• LOS DOS NADH + H+ PASAN A LA CADENA DE TRANSPORTE DE
ELECTRONES EN AMBIENTE AEROBIOS Y PUEDEN DAR MAS
ATP, RECUPERÁNDOSE EL NAD EN SU FORMA OXIDADA.
5.3 RESPIRACIÓN DE GLÚCIDOS
• CICLO DE KREBS
• TRANSPORTE DE LA CADENA DE ELECTRONES
• FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.
CICLO DE KREBS
• EL ÁCIDO PIRÚVICO OBTENIDO EN LA
GLUCÓLISIS ENTRA POR TRANSPORTE ACTIVO
EN LA MITOCONDRIA DONDE UN CONJUNTO
DE ENZIMAS LLAMADA SISTEMA PIRUVATO
DESHIDROGENASA LO TRANSFORMA EN
ACETIL CoA.
• SE PIERDE UN GRUPO CARBOXILO Y DOS
HIDROGENOS QUE SON ACEPTADOS POR UN
NAD.
DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO
DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO
ACETIL COENZIMA A
• LAS ENZIMAS DEL CICLO DE LOS ÁCIDOS
TRICARBOXÍLICOS
(KREBS)
ESTÁN
LOCALIZADAS EN LA MATRIZ DE LA
MITOCONDRIA (UNAS POCAS DE ESTAS
ENZIMAS ESTÁN LA MEMBRANA INTERNA DE
LA MITOCONDRIA). SU PUNTO DE PARTIDA ES
EL ACETIL-COA, OBTENIÉNDOSE CO2 Y
TRANSPORTADORES
DE
ELECTRONES
REDUCIDOS.
• PRODUCEN LA OXIDACIÓN COMPLETA DEL
ACETIL COA HASTA CO2. LOS ELECTRONES
SON CAPTADOS POR LAS COENZIMAS NAD Y
FAD LIBERANDOSE LAS MOLÉCULAS
REDUCIDAS NADH Y FADH2
• SE LLEVA A CABO EN LA MATRIZ
MITOCONDRIAL
• La Acetil-CoA puede también producirse a
partir de lípidos ( por beta oxidación) o del
metabolismo de ciertos aminoácidos. Su
formación es un nodo importante del
metabolismo central.
• Para empezar el ciclo: Acetil-CoA (2-C) + oxalacetato (4-C) ------> + ácido cítrico (6-C, tres grupos ácidos )
• Etapas siguientes:
–
–
–
–
Isomerización del citrato a isocitrato (6-C, tres grupos ácidos )
Oxidación -------> alfa-cetoglutárico (5-C) + CO2 + NADH
Oxidación -------> succinil-CoA (4-C) + CO2 + NADH
Fosforilación a nivel de sustrato succinil-CoA (4-C) + GDP ------->
succinato (4-C) + GTP (Note: GTP con ADP se puede
interconvertir en ATP)
– La oxidación -------> fumarato (4-C) + FADH2
– convierte el fumarato en malato, una nueva oxidación ------->
oxalacetato (4-C) + NADH
BALANCE DE UN CICLO
• Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + ADP + Pi => CoASH + 3 NADH + H+ + FADH2 + ATP + 2 CO2
• La energía que se saca de la ruptura completa
de una molécula de glucosa pasa los tres
estadios de la respiración celular (glucolisis,
ciclo de Krebs y cadena de transporte de
electrones), es idealmente de 36 moléculas de
ATP. En realidad son 38 las moléculas netas de
ATP que se producen, pero dos de ellas se
consumen para transportar (mediante
transporte activo), desde el citoplasma a la
matriz mitocondrial, las dos moléculas de
NADH + H+ producidas en la glucolisis.
CADENA DE TRANSPORTE DE
ELECTRONES
• La CTE comprende dos procesos:
• Los electrones son transportados a lo largo de la
membrana, de un complejo de proteínas
transportador ("carrier") a otro.
• Los protones son translocados a través de la
membrana, estos significa que son pasados
desde el interior o matriz hacia el espacio
intermembrana. Esto construye un gradiente de
protones. El oxígeno es el aceptor terminal del
electrón, combinándose con electrones e iones
H+ para producir agua.
• Los tres componentes de la cadena respiratoria
son: 3 grandes complejos proteicos con
moléculas transportadoras y sus enzimas
correspondientes, un componente no proteico:
UBIQUINONA (Q) que están embebidos en la
membrana y una pequeña proteína llamada
citocromo c que es periférica y se ubica en el
espacio intermembrana, pero adosado laxamente
a la membrana interna. El NADH transfiere iones
H+ y electrones dentro de la cadena
transportadora de electrones.
• Pasa los electrones a través de el 1º complejo (NADH-Q
reductasa) hasta la ubiquinona, los iones H+ traspasan la
membrana hacia el espacio intermembrana.
• el 2º complejo (citocromo c reductasa) transfiere
electrones desde la Q a el citocromo c, generando un
nuevo bombeo de protones al exterior.
• el 3º complejo es una citocromo c oxidasa, pasa los e- del
citocromo c al oxígeno, el oxígeno reducido (1/2 O2-) toma
dos iones H+ y forma H2O.
• Balance neto: los electrones entran a la CTE desde
portadores tales como el NADH o el FADH, llegan a la
"oxidasa terminal" (una oxígeno-reductasa) y se "pegan" al
oxígeno.
HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA
• Hipótesis Quimiosmótica (Peter Mitchell, 1961). A
medida que los electrones fluyen por la CTE, a ciertas
etapas los protones (H+) son transferidos desde el
interior al exterior de la membrana. Esto construye un
gradiente de protones , dado que las cargas + son
retiradas del interior mientras que las -, permanecen
en el interior (en gran parte como iones OH- ), el pH en
la cara externa de la membrana puede llegar a un pH
5,5, mientras que el pH justo en la cara interna de la
misma puede llegar a 8,5 ---> la diferencia es de 3
unidades de pH. Hay tambien una diferencia de
concentración de H+ estimada en 1000 x entre ambas
caras de la membrana.
• Y esto representa energía potencial acumulada como:
Gradiente de protones= fuerza móvil de protones
("protonmotive force"), y dado que la membrana es
básicamente impermeable a los protones, por lo tanto el
gradiente no se desarma por una constante re-entrada de
los mismos, y teniendo en cuenta que la ATP sintetasa
complejo proteico contiene el único canal para la entrada
del protón, por lo tanto a medida que los protones pasan
por el canal, se produce la siguiente reacción:
• ADP + Pi ---> ATP.
• Este proceso puede llamarse: fosforilación quimiosmótica
(asumiendo que la hipótesis quimiosmótica sea la
correcta).
ATP SINTETASA
TRANSPORTE DE ELECTRONES
• SON UNA SERIE DE TRANSPORTADORES DE
ELECTRONE QUE SE ENCUENTRAN EN LA
MEMBRANA INTERNA MITOCONDRIAL . SU
MISIÓN ES CREAR UN GRADIENTE
ELECTROQUÍMICO QUE SE UTILIZA PARA LA
SÍNTESIS DE ATP. SE CONSIGUE MEDIANTE EL
FLUJO DE ELECTRONES ENTRE DIVERSOS
TRANSPORTADORES DE ESTA
CADENA.FAVORECEN LA TRANSLOCACIÓN DE
PROTONES
• Un flujo de electrones desde sustancias
individuales.
• Un uso de la energía desprendida de ese flujo
de electrones que se utiliza para la
translocación de protones en contra de
gradiente, por lo que energéticamente
estamos hablando de un proceso
desfavorable.
• Un uso de ese gradiente electroquímico para
la formación de ATP mediante un proceso
favorable desde un punto de vista energético
• El resultado final de estas rutas es la
producción de dos donadores de electrones:
NADH y FADH2. Los electrones de estos dos
donadores son pasados a través de la cadena
de electrones hasta el oxígeno, el cual se
reduce para formar agua. Esto es un proceso
de múltiples pasos que ocurren en la
membrana mitocondrial interna. Las enzimas
que catalizan estas reacciones tienen la
notable capacidad de crear simultáneamente
un gradiente de protones a través de la
membrana.