Nutricin celular METABOLISMO CATABOLISMO Nutricin Incorporacin de materia

Nutrición celular METABOLISMO CATABOLISMO

Nutrición Incorporación de materia y energía, transformarla y eliminar los residuos. Se utiliza para crecimiento, renovación y para la realización de cualquier actividad. Materia inorgánica fotolitotrofos fotoorganotrofos Energía luz química quimiolitotrofos quimioorganotrofos

Tipos de nutrición Autótrofa: los nutrientes son sustancias inorgánicas y los productos sustancias orgánicas. Requiere aporte energético. Según éste: fotosíntesis (luz). Necesitan pigmentos como la clorofila. diferentes bacterias, protoctistas (algas) y plantas quimiosíntesis (energía química). Sólo la realizan algunos grupos de bacterias. Heterótrofa: incorporan materia orgánica. Materia y energía se obtienen al mismo tiempo. Lo realizan muchos grupos de bacterias, algunos protoctistas, hongos y células animales. Los heterótrofos necesitan a los autótrofos. Los autótrofos son los productores y los heterótrofos los consumidores y descomponedores.

Etapas de la nutrición I Incorporación de nutrientes: En autótrofas: agua por ósmosis gases por difusión simple iones por transporte mediado; pasivo o activo En heterótrofas: las sustancias inorgánicas del mismo modo. Las orgánicas: orgánicas sencillas por transporte mediado orgánicas complejas por endocitosis. En algunos casos la digestión es externa.

Etapas de la nutrición II Conjunto de reacciones en el interior de la célula o metabolismo. Hay dos tipos: catabolismo y anabolismo Catabolismo, produce energía a través de la oxidación. Anabolismo, produce materia orgánica mediante la reducción. Requiere energía. Hay otras formas que no necesitan reducción Catabolismo XY X+Y energía 2 H(2 H+ + 2 e-) X+Y XY Anabolismo XY moléculas reducidas, X e Y moléculas oxidadas.

Características de las reacciones metabólicas Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del ATP. El ATP se puede sintetizar de tres formas diferentes: fosforilación a nivel de sustrato X-P ADP ATP X fosforilación oxidativa: membrana interna de mitocondrias fotofosforilación: transformación de la energía lumínica en las membranas de los tilacoides.

Las reacciones metabólicas son reacciones de oxidorreducción Una molécula se oxida si pierde electrones al tiempo que otra molécula gana esos electrones y se reduce. El potencial redox indica la facilidad o dificultad en ceder o captar electrones. Un potencial redox muy electronegativo indica mucha facilidad para ceder electrones, es decir para oxidarse. Así se libera energía que es captada para formar ATP. OXIDACIÓN REDUCCIÓN Pérdida de e-, conlleva aumento del número de oxidación: Cu+ Cu 2+ Ganancia de e-, conlleva disminución del número de oxidación: Cu 2+ Cu+ Pérdida de hidrógeno: R-H R Incorporación de hidrógeno: R Incorporación de oxígeno: R R-O Pérdida de oxígeno: R-O R-H R

Las reacciones metabólicas están encadenadas, compartimentadas y son catalizadas por enzimas El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Los productos intermedios se denominan metabolitos. Las vías pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas. Distintas reacciones se llevan a cabo en orgánulos diferentes. Las enzimas que actúan son específicas y las condiciones pueden ser diferentes en los distintos compartimentos. Todo lo anterior implica una mayor regulación y una mayor economía en el proceso.

Diferencias entre células autótrofas y heterótrofas Las células autótrofas presentan dos secuencias: en primer lugar anabolismo autótrofo (fotosíntesis y quimiosíntesis) y en segundo lugar anabolismo heterótrofo (síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas sencillas). Las células heterótrofas sólo tienen anabolismo heterótrofo. El catabolismo es idéntico en ambos tipos de células. Eliminación de productos de desecho Proceso denominado excreción celular. En células heterótrofas mediante exocitosis. En células autótrofas se acumulan en el interior de vacuolas.

Catabolismo. Características y tipos Conjunto de reacciones de transformación de moléculas orgánicas en otras moléculas orgánicas más simples o en moléculas inorgánicas. Son reacciones de oxidación y exergónicas. Dos tipos: respiración y fermentación. Respiración: da lugar a productos inorgánicos respiración aerobia: presenta O 2 como último aceptor de e- al unirse con los hidrógenos liberados en la oxidación. Rinde H 2 O. La realizan las células eucariotas y muchas procariotas. respiración anaerobia: presenta como último aceptor de e- sustancias inorgánicas diferentes del O 2. Exclusivo de células procariotas. Fermentación: catabolismo parcial. El último aceptor de e- es una molécula orgánica, y los productos finales son sustancias orgánicas. Son reacciones anaerobias y liberan poca energía. La realizan células procariotas y algunas eucariotas como levaduras y células musculares de animales. Las células pueden clasificarse en aerobias, anaerobias facultativas y anaerobias estrictas

Respiración aerobia Catabolismo total de cualquier forma de molécula orgánica que se oxida hasta CO 2, libera energía e hidrógenos que son captados por el O 2 para rendir H 2 O. Generalmente los sustratos son glúcidos y lípidos. La glucosa es la molécula más utilizada y la reacción global sería: C 6 H 12 O 6 (glucosa) + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + energía Esta reacción no se lleva a cabo directamente, pues se perdería la mayor parte de la energía en forma de calor. A continuación vamos a ver las reacciones catabólicas de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Incorporación de glúcidos • Polisacáridos Glucosa 1 - P Glucosa 1 -P + Glucógeno (n glucosas) glucógeno (n-1) glucosas Glucógeno fosforilasa § Glucosa

Glucólisis Glucosa ATP Hexoquinasa Glucosa 1 -P Glucosa 6 -P isomerasa ADP ATP ADP Fosfoglucomutasa (isomerasa) Fructosa 6 -P fosfofructoquinasa Fructosa 1, 6 di. P aldolasa 2 H 2 O 2 Pi 2 NAD Fosfogliceraldehido deshidrogenasa 2 ác. 1, 3 fosfoglicérico 2 ADP GA 3 P DHAP isomerasa 2 NADH 2 2 ác. 2 fosfoglicérico enolasa 2 H 2 O 2 ác. 2 fosfoenolpirúvico 2 ADP 2 ATP quinasa 2 ác. 3 fosfoglicérico 2 ATP 2 ác. pirúvico

Requerimientos y productos de la GLUCÓLISIS • • GLUCOSA 2 ATP 2 Pi 2 NAD • 2 ÁC. PIRÚVICO • 4 ATP • 2 NADH 2 RENDIMIENTO: 2 ATP 2 NADH 2 CITOSOL O HIALOPLASMA

Destino del Ác. Pirúvico Anaerobiosis (sin O 2) Aerobiosis (con O 2) en el citosol en la mitocondria Fermentación Respiración

Fermentación: características • • No requieren O 2 como último aceptor de e-. El aceptor final es una molécula orgánica. Es un catabolismo parcial. Rendimiento energético escaso

Fermentación. Ejemplos lactosa Glucosa 2 ATP 2 ác. pirúvico 2 NADH 2 Galactosa 2 NADH 2 2 ác. láctico Fermentación láctica: 2 ác. pirúvico Piruvato descarboxilasa 2 CO 2 2 acetaldehido 2 NAD 2 etanol Fermentación alcohólica: Lactobacillus bulgaricus Saccharomyces Streptococcus lactis Otras fermentaciones: butírica, propiónica, . . . Fermentación pútrida o putrefacción: con proteínas; producen sustancias de mal olor como cadaverina, escatol, etc. Fermentación acética: oxidación de etanol a ác. Acético. Acetobacter.

Descarboxilación oxidativa entrada en la mitocondria (con O 2) ác. pirúvico Piruvato deshidrogenasa NAD Co. A-SH NADH 2 CO 2 acetil Co. A

Ciclo de Krebs, ciclo del ác. cítrico o ciclo de los ác. Tricarboxílicos (matriz mitocondrial) Co. A-SH acetil Co. A ác. cítrico H 2 O NADH 2 ác. oxalacético ác. L - málico H 2 O ác. cisaconítico H 2 O NAD ác. isocítrico H 2 O NAD ác. fumárico FADH 2 FAD ác. succínico GTP Co. A-SH NADH 2 ác. oxalsuccínico NAD GDP+Pi H 2 O succinil Co. A CO 2 Co. A-SH CO 2 ác. α- cetoglutárico NADH 2

Rendimiento del Ciclo de Krebs • • • Acetil Co. A 3 H 2 O 3 NAD 1 FAD 1 GDP + Pi • • • 2 CO 2 1 H 2 O 3 NADH 2 1 FADH 2 1 GTP Se ha transformado la materia orgánica en inorgánica. Los electrones han sido recogidos como (H 2) por coenzimas transportadoras de electrones (NAD y FAD). Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP.

Fosforilación Oxidativa Cadena respiratoria y transporte de electrones (Crestas Mitocondriales) Potencial Redox (m. V) -400 -300 -200 -100 0 NADH 2 NAD FADH 2 FAD Energía libre (Kcal) C. I ox C. I H 2 C. IIH 2 0, 27 volt. Co. Q H 2 100 12, 2 Kcal. C. III 2 - 0, 22 volt. 9, 9 Kcal. 200 2 CC 300 400 500 Ubiquinona o Co. Q. 600 C. III. : citocromos b y c 1. 700 C = citocromo c. 800 0, 53 volt. C. I. flavoproteína y otras proteínas. C. IV. : citocromos a y a 3. C. IV 2 - 2 H+ + 1/2 O 2 Dirección del flujo de electrones C. IV 23, 8 Kcal. H 2 O

Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica citosol membrana externa mitocondrial H+ C. I. H+ Co. Q NADH 2 (2 H+ + 2 e-) H+ C. III. NAD 2 H+ espacio intermembranoso mb. interna mitocondrial 3 H+ F C ATP C. IV. 2 H+ 2 e- O 21/2 O 2 matriz ADP+ Pi mitocondrial H+ H 2 O

Catabolismo de lípidos. Ácidos grasos Triglicérido glicerol NAD. 2 H Pi Gliceraldehido-P a la glucolisis. . . Ácidos grasos a la β-oxidación o hélice de Lynen en la mitocondria

β-oxidación o hélice de Lynen en la mitocondria R-CH 2–CH 2 -COOH Co. A-SH Carnitina Entrada en la 2 ADP + Pi mitocondria 2 ATP R-CH 2–CH 2 -CO-SCo. A FAD 2 H FAD R-CH 2–CH=CH-CO-SCo. A R-CH 2–CH 2 -CO-SCo. A-SH R-CH 2–CH 2 -COOH H 2 O R-CH 2–CHOH-CH 2 -CO-SCo. A NAD 2 H R-CH 2–CO-CH 2 -CO-SCo. A CH 3 -CO-SCo. A

Rendimiento de la β-oxidación de ácidos grasos. Ej. ácido caproico 6 C Ácido graso de N carbonos Ácido caproico(6 C, igual que la glucosa) TOTAL Nº de Moléculas vueltas moléculas reducidas por de acetil vuelta Co. A producidas Rendimient o del Ciclo de Krebs Rendimiento de la fosforilación oxidativa N/2 - 1 1 NAD 2 H y 1 FAD 2 H/vuelta TOTAL (N/2 -1) NAD 2 H (N/2 -1) FAD 2 H Cada acetil Co. A rinde 3 NAD 2 H 1 FAD 2 H y 1 GTP 1 NAD 2 H rinde 3 ATP y 1 FAD 2 H rinde 2 ATP 2 NAD 2 H 2 FAD 2 H 9 NAD 2 H 33 ATP 3 FAD 2 H 10 ATP 3 GTP 2 N/2 3 menos 1 ATP gastados para entrar= 3 ATP 45 ATP

Glucosa 38 ATP, Ácido caproico 44 ATP ¿Por qué se prefieren los glúcidos? • Movilización más rápida de glúcidos, antes glucógeno que grasas. • Algunos tejidos sólo utilizan glucosa (nervioso, eritrocitos. . . ) • En anaerobiosis no funciona el ciclo de Krebs. • En animales, los ácidos grasos no se transforman en glúcidos. • Son insolubles y necesitan moléculas transportadoras. Tejido adiposo: Células blancas sólo producen ATP y células pardas que tienen desacoplada la cadena respiratoria por lo que producen en su oxidación más calor que ATP, fundamental en animales hibernantes y recién nacidos.

Catabolismo de proteínas Proteínas Aminoácidos Proteasas internas y externas Desaminación oxidativa: alanina, oxalacético. . . NAD 2 H NH 3 Pirúvico, acetil Co. A, . . . Ciclo de Krebs Renovación molecular energética Transaminación descarboxilación aa 1 cetoácido transaminasas cetoácido aa 2 amina En vegetales se reutiliza, en animales debe eliminarse: amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos.