CATABOLISMO POR RESPIRACIÓN

GLUCOLISISRESPIRACIÓN

• 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 => CoA-SH + 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.