TEMA 11 CATABOLISMO AERBICO Y ANAERBICO 1 ngel

TEMA 11 CATABOLISMO AERÓBICO Y ANAERÓBICO 1 Ángel Miguel B. H.

Generalidades 2 Según sea la naturaleza del aceptor de electrones, los seres vivos se pueden clasificar como aeróbicos o aerobios, si el receptor es el oxigeno molecular (O 2); anaeróbicos o anaerobios, si es otra molécula. En los procesos metabólicos, se suceden secuencias de reacciones redox en las que se transfieren átomos de hidrógeno o su electrón de un compuesto a otro. Las oxidaciones van acompañadas de pérdidas de átomos de hidrógeno (cada átomo de hidrógeno contiene un protón y un electrón). Las moléculas que ceden átomos de hidrógeno se oxidan, mientras que los aceptan se reducen. Ángel Miguel B. H.

Energética Celular 3 Los organismos vivos toman energía de su entorno y la aprovechan para realizar sus funciones vitales, devolviendo cantidades equivalentes mediante calor u otras formas de energía que contribuyen al aumento de desorden del universo. La energía libre es la forma de energía útil capaz de realizar un trabajo en condiciones constantes de presión y temperatura. Si ΔG < 0: la reacción es energéticamente favorable. Reacciones exergónicas Si ΔG > 0: la reacción es energéticamente desfavorable, y requiere la absorción de energía, es una reacción endergónica. Si ΔG = 0: El sistema está en equilibrio. La energía desprendida en una reacción exergónica, puede aprovecharse para que ocurran otras reacciones energéticamente desfavorables. Esta propiedad e conoce con el nombre de acoplamiento energético Ángel Miguel B. H.

GLUCÓLISIS 4 La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof ocurre en el citosol sin necesidad de oxígeno. Es una secuencia de reacciones en las que una molécula de glucosa (seis átomos de carbono) se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (tres átomos de carbono cada una). Ángel Miguel B. H.

GLUCÓLISIS (II) 5 Se necesitan 2 ATP para iniciar el proceso; se producen 2 NADH y 4 ATP. Balance total es 2 NADH y 2 ATP por cada molécula de glucosa. La ecuación de la glucólisis es: Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H 2 O Ángel Miguel B. H.

GLUCÓLISIS (III) 6 En condiciones aerobias, las moléculas de NADH extramitocondrial ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico. En condiciones anaerobias, el NADH extramitocondrial se oxida a NAD+ mediante la reducción del ácido pirúvico de forma anaerobia, denominándose fermentaciones, y ocurren en el citosol. Ángel Miguel B. H.

CICLO DE KREBS 7 Ángel Miguel B. H.

CICLO DE KREBS (II) 8 Mediante la respiración celular, el ácido pirúvico formado durante la glucólisis se oxida completamente a CO 2 y H 2 O en presencia de oxígeno. Este proceso de respiración se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, a la cual está asociada la fosforilación oxidativa. En las células eucarióticas el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria, siempre que haya suficiente oxígeno. Ángel Miguel B. H.

CICLO DE KREBS (III) 9 Antes de comenzar el ciclo de Krebs, el ácido pirúvico sufre una oxidación liberándose CO 2 y formándose en un grupo acetilo y un NADH. Cada grupo acetilo se une a un compuesto denominado coenzima A, de esta forma se origina el acetil-Co. A. El ciclo de Krebs, ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del acido cítrico, consiste en una cadena cíclica de reacciones. Ángel Miguel B. H.

CICLO DE KREBS (IV) 10 En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera 1 GTP, 3 NADH y 1 FADH 2. Cada vuelta del ciclo consume un grupo acetilo y regenera un ácido oxalacético. Se necesitan dos vueltas del ciclo para oxidar una molécula de glucosa. Por tanto, por cada molécula de glucosa se forman 2 GTP, 6 NADH y 2 FADH 2. Cada GTP produce un ATP. En el ciclo de Krebs no se necesita oxígeno directamente, sin embargo, si se necesitan en las siguientes etapas de la respiración, la cadenera respiratoria. Ángel Miguel B. H.

CADENA RESPIRATORIA 11 Ángel Miguel B. H.

CADENA RESPIRATORIA (II) 12 Ocurre en la membrana mitocondrial interna, en varios pasos, se va oxidando desde el NADH hasta el O 2 produciendo H 2 O. Cuando los electrones se mueven en la cadena transportadora, liberan energía que se utiliza para fabricar ATP, por eso se denomina fosforilación oxidativa. Ángel Miguel B. H.

CADENA RESPIRATORIA (III) 13 La fosforilación oxidativa ocurre mediante acoplamiento quimiosmótico, que utiliza la energía generada en los tres sistemas de transporte electrónicos. Se genera un gradiente de protones que es utilizado por la partícula F para producir ATP en la matriz mitocondrial. El transporte de un par de electrones desde el NADH al O 2 genera energía para producir tres ATP, el paso de un par de electrones desde el FADH 2 al O 2 produce energía para sintetizar 2 ATP. Ángel Miguel B. H.

BALANCE ENERGÉTICO 14 Ángel Miguel B. H.

RESUMEN DE LA DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBIAS SERIE DE REACCIONES SUSTRATOS PRODUCTOS GLUCÓLISIS GLUCOSA (C 6) NAD+ ADP, Pi PIRÚVICO (C 3) NADH+H+ ATP PREPARACIÓN PARA EL PIRÚVICO (C 3) CICLO DE KREBS Co. A NAD+ CO 2 Acetil. Co. A (C 2) NADH+H+ CICLO DE KREBS Acetil. Co. A (C 2) ADP, Pi NAD+ FAD CO 2 ATP NADH+H+ FADH 2 CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO NADH+H+ FADH 2 O 2 GRADIENTE DE H+ ATP H 2 O Ángel Miguel B. H. 15

CATABOLISMO ANAEROBIO: FERMENTACIONES Cuando el último aceptor de hidrógenos es una molécula orgánica sencilla, se denominan fermentaciones. Fermentación etílica: producen etanol. La enzima alcohol deshidrogenasa cataliza la reducción del acetaldehído a etanol, reoxidando el NADH. Efecto Pasteur consiste en la inhibición del proceso fermentativo en presencia de oxígeno molecular.

FERMENTACIONES Fermentación láctica: se origina ácido láctico a partir de ácido pirúvico procedente de la glucólisis. De esta forma, se regenera el NAD+ necesario para proseguir la glucólisis. Se da en bacterias homofermentativas (solo producen acido láctico) y en heterofermentativas (además del ácido láctico, producen otras sustancias).

OTRAS RUTAS CATABÓLICAS Oxidación de los ácidos grasos (beta- oxidación): El acontecimiento inicial consiste en la hidrólisis de los triacilglicéridos originándose glicerol y los ácidos grasos. El glicerol se fosforila y se incorpora a la vía glucolítica.

BETA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS Los ácidos grasos se activan en la membrana mitocondrial externa uniéndose a la coenzima A. El catabolismo de los ácidos grasos tiene lugar en la matriz mitocondrial y en los peroxisomas; el proceso consiste en la oxidación del carbono beta eliminándose de forma secuencial unidades de dos átomos de carbono. En el mecanismo de transporte de los ácidos grasos a través de la membrana interviene la carnitina. Por cada 2 carbonos del ácido graso se produce un FADH 2 y un NADH.

OXIDACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Cuando hay un exceso de aminoácidos se eliminan transformando en primer lugar el grupo amino que en la mayoría de los vertebrados da lugar a urea que se elimina en la orina y el sudor. Lo queda del aminoácido se transforma para entrar en el ciclo de Krebs como uno de los intermediarios del mismo, dependiendo del aminoácido original.