Figure 9.0 Orangutans eating · Transportadores de electrones NADH y FADH 2 Los electrones se transfieren aceptadores de electrones. La transferencia ocurre en pasos en los cuales

Light energy

ECOSYSTEM

Photosynthesis in chloroplasts

CO2 + H2O

Cellular respiration in mitochondria

Organic molecules

+ O2

ATP powers most cellular work

Heat energy

ATP

Flujo de energía

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Compuestos orgánicos + O2 CO2 + H2O + energía

Energía potencial Energía potencial

Desperdicios + ATP y calor

Procesos catabólicos Fermentación

Respiración aeróbica

¿Como ocurre la degradación de glucosa para la liberación de energía?

becomes oxidized

becomes reduced


Agente reductor Agente oxidante

Oxidación= pérdida parcial o completa de electrones

Reducción= ganancia parcial o completa de electrones

Reacciones de Redox –

Aunque no haya

perdida de electrones

pero si hay cambio en el

grado de compartido de

electrones

Transferencia parcial de electrones

Cambio en el grado en el cual se están compartiendo los electrones.

Reactants

becomes oxidized

becomes reduced

Products

Methane (reducing

agent)

Oxygen (oxidizing

agent)

Carbon dioxide Water


Oxígeno =Un agente oxidante muy poderoso

Energía potencial en los enlaces covalentes

Cuando movemos los electrones a niveles

más lejos del núcleo

más energía.

más cerca del núcleo

menos energía.

Los electrones en el enlace se relocalizan a niveles más cerca del núcleo

“pierden” energía potencial.

Esta energía se utiliza para la síntesis de ATP.



Agente reductor Agente oxidante

oxida

reduce

Proceso redox en el cual se transfieren hidrógenos (H) de glucosa a

oxígeno.

Transferencia de e- al átomo mas electronegativo causa perdida de

energía potencia

Los carbohidratos y las grasas son grandes reservorios de e-

Alto contenido de H que puede reaccionar con Oxígeno y liberar

energía al compartir sus e-

Respiración celular


Moléculas estables por la barrera de energía de activación

Enzimas bajan energía de activación y azúcar se oxida en pasos

Cada paso esta catalizado por una enzima especifica

Los e- no pasan directamente de H a O sino que se pasan a un

intermediario

Coenzyma NAD+ (Nicotinamide adenine dinucleotide)

Aceptador de electrones

Agente oxidante

Fig. 9-4

Dehydrogenase

Reduction of NAD+

Oxidation of NADH

2 e– + 2 H+ 2 e– + H+

NAD+ + 2[H]

NADH

+

H+

H+

Nicotinamide (oxidized form)

Nicotinamide (reduced form)

Oxidación de compuestos orgánicos

+ NAD+

H

R C Rx

OH

+ NADH + H+

R C Rx

O

Nota: 2H 2e- + 2H+

Oxidación

reducción

dehidrogenasa

Agente oxidante


e - que se transfieren de glucosa a NAD+ pierden poca energía potencial por lo que

NAD+ termina almacenando energía que luego se puede convertir a ATP.

NADH – representa energía almacenada

Flujo de electrones:

Moléculas orgánicas NADH cadena de transporte de electrones oxígeno

(a) Uncontrolled reaction

H2 + 1/2 O2

Explosive release of

heat and light energy

(b) Cellular respiration

Controlled release of energy for

synthesis of ATP

2 H+ + 2 e–

2 H 1/2 O2

(from food via NADH)

1/2 O2



Transportadores

de electrones

NADH y FADH2

Los electrones se transfieren aceptadores de electrones.

La transferencia ocurre en pasos en los cuales se controla la

liberación de energía



Respiración celular:

1. Glucólisis

2. Ciclo de Krebs

3. Cadena de transporte de electrones y fosforilación

oxidativa

Fig. 9-6-1

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

Las etapas de Respiración celular

Fig. 9-6-2

Mitochondrion

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Electrons carried

via NADH and

FADH2

Citric

acid

cycle

Rutas catabólicas- Respiración celular

Fig. 9-6-3

Mitochondrion

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Electrons carried

via NADH and

FADH2

Oxidative

phosphorylation

ATP

Citric

acid

cycle

Oxidative

phosphorylation:

electron transport

and

chemiosmosis


Fosforilación a nivel de sustrato

Cadena de transporte de electrones acoplada a fosforilación oxidativa.

Respiración celular-Síntesis de ATP

¿Cómo ocurre la síntesis?


En presencia de enzimas específicas ocurre una reacción en la cual

se transfiere directamente el grupo fosfato de un sustrato o

compuesto a ADP.


Enzyme

ADP

P

Substrate

Enzyme

ATP +

Product

Fig. 9-7

10% ATP producido

(no es Pi)


Cadena de transporte de electrones acoplada a fosforilación oxidativa.

90% ATP producido

Transportadores

de electrones

Cadena de

transporte de

electrones


Fig. 9-6-3

Mitochondrion

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Electrons carried

via NADH and

FADH2

Oxidative

phosphorylation

ATP

Citric

acid

cycle

Oxidative

phosphorylation:

electron transport

and

chemiosmosis


Fosforilación a nivel

de sustrato

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Transporte de electrones vía

NADH Ocurre en el citosol

Oxidación parcial de glucosa

Glucosa hasta piruvato

Puede ocurrir en ausencia de oxígeno

Respiración celular- Glucólisis

Reactantes Productos

C6H12O6

2ATP

4ADP

4Pi

2NAD+

2 Piruvatos (C3H4O3)

2ADP

2Pi

4ATP

2NADH

2H+

2H2O

Nota: 2 ATP neto



Fase de inversión de energía

Fase de retribución de energía

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

Paso 3

Enzima fosfofructocinasa – enzima

alostérica que controla glucólisis.

Pasos 7 y 10, Fosforilación a nivel de sustrato

10

9

8

7

6

Respiración celular- Glucólisis transición ciclo de Acido Cítrico

Mitochondrion

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Electrons carried

via NADH and

FADH2

Citric

acid

cycle

CYTOSOL MITOCHONDRION

NAD+ NADH + H+

2

1 3

Pyruvate

Transport protein

CO2 Coenzyme A

Acetyl CoA

Si hay oxígeno, piruvato ( Acido Piruvico) entra a la mitocondria.

Ocurre la translocación de piruvato hacia la mitocondria por medio de una proteína de

transporte

Decarboxilación oxidativa

la oxidación de piruvato a acetil CoA.

Se produce CO2



2 piruvatos

2 coenzimas A

2 NAD+

2 Acetil CoA

2CO2

2NADH

2H+

Translocación de piruvato hacia la mitocondria Decarboxilación oxidativa


Respiración celular- Ciclo de Acido Cítrico o Ciclo de Krebs

Mitochondrion

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

ATP

Electrons carried

via NADH and

FADH2

Citric

acid

cycle



Solo ocurre en presencia de O2 –

aeróbico.

Ocurre en la matriz mitocondrial.

Se completa la oxidación de glucosa

degradando acetil CoA hasta CO2.

Se produce ATP por medio de

fosforilación a nivel de sustrato.

Se produce NADH y FADH2


2AcetilCoA

6NAD+

2FAD

2ADP

2Pi

2H2O

4CO2

6NADH

6H+

2FADH2

2ATP

2CoA


Por cada vuelta

Entran 2 carbonos

Se oxidan 2 carbonos CO2

Ocurre fosforilación a nivel de

sustrato.

Se regenera oxaloacetato.

Toma 2 vueltas en el ciclo de

Krebs para oxidar completamente

la glucosa.

Acetyl CoA

CoA—SH

Citrate

H2O

Isocitrate NAD+

NADH

+ H+

CO2

-Keto- glutarate

CoA—SH

CO2 NAD+

NADH

+ H+ Succinyl CoA

CoA—SH

P i

GTP GDP

ADP

ATP

Succinate

FAD

FADH2

Fumarate

Citric acid cycle H2O

Malate

Oxaloacetate

NADH

+H+

NAD+

1

2

3

4

5

6

7

8


GTP-En tejidos animales-

ATP-Plantas, bacterias y algunas células animales


2AcetilCoA

6NAD+

2FAD

2ADP

2Pi

2H2O

4CO2

6NADH

6H+

2FADH2

2ATP

2CoA

Pyruvate

NAD+

NADH

+ H+ Acetyl CoA

CO2

CoA

CoA

CoA

Citric acid cycle

FADH2

FAD

CO2 2

3

3 NAD+

+ 3 H+

ADP + P i

ATP

NADH


Responsable de la producción de la mayoría de las moléculas de

ATP. La transferencia de electrones a lo largo de una cadena de

transporte de electrones está acoplada a la síntesis de ATP.

Mayoría de la energía extraída de glucosa está en NADH y FADH2.

Mitochondrion

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Cytosol

Glucose Pyruvate

Glycolysis

Electrons

carried

via NADH

Substrate-level

phosphorylation

ATP

Electrons carried

via NADH and

FADH2

Oxidative

phosphorylation

ATP

Citric

acid

cycle

Oxidative

phosphorylation:

electron

transport

and

chemiosmosis

Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa

Componentes en la membrana mitocondrial interna


Acoplamiento de estructura y función

NADH

NAD+ 2

FADH2

2 FAD

Multiprotein

complexes FAD

Fe•S

FMN

Fe•S

Q

Fe•S

Cyt b

Cyt c1

Cyt c

Cyt a

Cyt a3

IV

50

40

30

20

10 2

(from NADH

or FADH2)

0 2 H+ + 1/2 O2

H2O

e–

e–

e–

Cadena de transporte de electrones

Está compuesto de transportadores

de electrones.

Están insertados en la membrana

interna de la mitocondria.

Están organizados en orden

ascendente de electronegatividad.

Último aceptador de electrones es

O2.



NADH

3ADP

3Pi

½ O2

NAD+

3ATP

H2O

FADH2

2ADP

2Pi

½ O2

FAD

2ATP

H2O



Quimiosmosis = Mecanismo que acopla el flujo de

electrones al proceso de fosforilación oxidativa.

Reacción química (fosforilación)

Proceso de transporte (osmosis)


Sintetasa de ATP

Complejo de enzimas insertada

en múltiples copias en las

cristas.

El paso de electrones a lo largo

de la cadena de electrones crea

un gradiente de protones (H+).

Los protones se mueven desde

la matriz, atraviesan la

membrana mitocondrial

interna y se acumulan el

espacio intermembranal.


INTERMEMBRANE SPACE

Rotor

H+ Stator

Internal rod

Catalytic knob

ADP + P ATP

i

MITOCHONDRIAL MATRIX


INTERMEMBRANE SPACE

Rotor

H+ Stator

Internal rod

Catalytic knob

ADP + P ATP

i

MITOCHONDRIAL MATRIX

Sintetasa de ATP

utiliza la energía potencial de

este gradiente de protones

permitiendo que los mismos se

difundan hacia la matriz.

La energía se utiliza para la

síntesis de ATP (fosforilación

de ADP).

Fuerza motriz de protones

= Gradiente electroquímico

•Alta concentración de H+ (gradiente químico)

•Diferencia en voltage (gradiente eléctrico)


Flujo principal de energía ocurre de la

siguiente forma:

Glucosa NADH cadena de

transporte de electrones fuerza motriz

de protones ATP



Proceso FNS (ATP

netos)

Coenzima

reducida

FO Total

Glucólisis 2 ATP 2 NADH 4 – 6

ATP

6-8

Oxidación

Piruvato

____ 2 NADH 6 ATP 6

Ciclo de

Krebs

2 ATP 6 NADH

2 FADH2

18 ATP

4 ATP

24

FNS - fosforilación a nivel de sustrato

FO – fosforilación oxidativa

Total 36-38


Glucose

Glycolysis

Pyruvate

CYTOSOL

No O2 present:

Fermentation

O2 present:

Aerobic cellular

respiration

MITOCHONDRION

Acetyl CoA Ethanol or

lactate Citric acid cycle

Respiración celular- Fermentación

Respiración celular- Fermentación 2 ADP + 2 Pi 2 ATP

Glucose Glycolysis

2 NAD+ 2 NADH

2 Pyruvate

+ 2 H+

2 Acetaldehyde 2 Ethanol

(a) Alcohol fermentation

2 ADP + 2 Pi 2 ATP

Glucose Glycolysis

2 NAD+ 2 NADH

+ 2 H+ 2 Pyruvate

2 Lactate

(b) Lactic acid fermentation

2 CO2

En músculos activos se lleva a cabo fermentación láctica.

Acumulación de ácido láctico, responsable en parte del

dolor luego de ejercicios en exceso.

Respiración celular- Fermentación

Respiración celular- Regulación Glucose

Glycolysis

Fructose-6-phosphate

Phosphofructokinase

Fructose-1,6-bisphosphate Inhibits

AMP

Stimulates

Inhibits

Pyruvate

Citrate Acetyl CoA

Citric

acid

cycle

Oxidative

phosphorylation

ATP

+

– –

Proteins Carbohydrates

Amino acids

Sugars

Fats

Glycerol Fatty acids

Glycolysis

Glucose

Glyceraldehyde-3-

Pyruvate

P

NH3

Acetyl CoA

Citric acid cycle

Oxidative phosphorylation

Respiración celular- Regulación

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Figure 9.0 Orangutans eating · Transportadores de electrones NADH y FADH 2 Los electrones se transfieren aceptadores de electrones. La transferencia ocurre en pasos en los cuales