Transcript O 2

Catabolismo
Marta Gutiérrez del Campo
Vías del catabolismo
CATABOLISMO
Es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas
complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de la energía química desprendida en forma
de enlaces de fosfato y de moléculas de ATP, mediante la destrucción de las moléculas que contienen
gran cantidad de energía en los enlaces covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas.
Catabolismo
Fermentación
Respiración
Oxidación total de la materia orgánica.
Oxidación parcial de la materia orgánica
Los productos de reacción no
contienen energía.
Los productos de reacción contienen
todavía energía
Se libera toda la energía.
Se libera poca energía
El aceptor final de electrones es una
molécula orgánica.
Aerobia
Aceptor final el O2
Anaerobia
Aceptor final molécula
inorgánica distinta del O2
Fermentación Alcohólica
Fermentación láctica
Glucólisis
DEFINICIÓN
Conjunto de reacciones que degradan la glucosa (C6) transformándola en dos moléculas
de ácido pirúvico (PYR) (C3). Estas reacciones se realizan en el hialoplasma de la célula.
Es un proceso anaerobio, que no necesita oxígeno, y en el que por cada molécula de
glucosa (GLU) se obtienen 2 ATP y 2 NADH+ H+.
http://www.youtube.com/watch?v=yNOKj5JwULM&feature=related
Glucólisis
ETAPAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Fosforilación.
Isomerización.
Nueva fosforilación.
Rotura de la molécula.
Oxidación por el NAD+
al mismo tiempo se
produce una
fosforilación.
Desfosforilación.
Isomerización.
Formación de un doble
enlace.
Desfosforilación.
Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2 Ácido pirúvico + 2ATP + 2NADH + 2 H+ + 2H2O
Glucolisis
Fase Preparatoria
Glucolisis
Fase Preparatoria
Glucolisis
Fase Preparatoria
Glucolisis
Fase Preparatoria
Glucolisis
ISOMERIZACIÓN DE LAS TRIOSAS
P
P
TRIOSA FOSFATO
Dihidroxiacetona ISOMERASA Gliceraldehído
fosfato
3-fosfato
Glucolisis
Fase de Beneficios
OPTENCIÓN DEL PODER REDUCTOR
NAD
P
NADH H
P
P
P
Gliceraldehído
1,3Difosfoglicerato
3-fosfato DESHIDROGENASA
Fosforilación
a nivel de
sustrato
Glucolisis
Fase de Beneficios
RECUPERACIÓN DE ATP
P
ADP
ATP
P FOSFOGLICERATO
1,3Difosfoglicerato
QUINASA
P
3-Fosfoglicerato
Glucolisis
Fase de Beneficios
ISOMERIZACIÓN
P
P
FOSFOGLICERATO
MUTASA
2-Fosfoglicerato
3-Fosfoglicerato
Glucolisis
Fase de Beneficios
DESHIDRATACIÓN
P
2-Fosfoglicerato
P
ENOLASA
Fosfoenolpiruvato
Glucolisis
Fase de Beneficios
RECUPERACIÓN DE ATP
ADP
ATP
P
Fosfoenolpiruvato
PIRUVATO
QUINASA
3
Piruvato
Glucólisis
CARACTERÍSTICAS Y SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA GLUCOLISIS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Se realiza tanto en procariotas como en eucariotas.
En los eucariotas se realiza en el hialoplasma.
Se trata de una degradación parcial de la glucosa.
Es un proceso anaerobio que permite la obtención de energía a partir de los compuestos
orgánicos en ausencia de oxígeno
La cantidad de energía obtenida por mol de glucosa es escasa (2 ATP).
La glucolisis fue, probablemente, uno de los primeros mecanismos para la obtención de
energía a partir de sustancias orgánicas en la primitiva atmósfera sin oxígeno de la Tierra.
ETAPAS CLAVES DE LA GLUCOSIS.
Un punto crucial es la etapa 5. Si el NADH no vuelve a oxidare la ruta se detendrá. El modo de oxidarse
dependerá de la disponibilidad de oxigeno.
a)
En condiciones aerobias, el ácido pirúvico entra en la mitocondria y se transforma en
grupos acetilo, que formaran el acetil coenzima A que ingresara en la respiración celular.
b)
En condiciones anaerobias el NADH se oxida a NAD+ mediante la reducción de ácido
pirúvico.
Regulación de la glucólisis
Vías del catabolismo pirúvico
Para evitar que la glucolisis se detenga por un exceso de ácido pirúvico
(PYR) y NADH+H + o por falta de NAD+, se necesitan otras vías que
eliminen los productos obtenidos y recuperen los substratos imprescindibles.
1. Respiración aerobia (catabolismo aerobio). Cuando hay oxígeno, el pirúvico es
degradado completamente obteniéndose dióxido de carbono (CO2). El NADH+H + y
otras coenzimas reductoras obtenidas son oxidadas y los electrones transportados
hacia el oxígeno (O2), recuperándose el NAD+ y obteniéndose H2O. Este proceso
se realiza en los eucariotas en las mitocondrias.
2. Fermentación (Catabolismo anaeróbico). Cuando no hay oxígeno el ácido
pirúvico se transforma de diferentes maneras sin degradarse por completo a CO2
y H2O. Este proceso tiene como objetivo la recuperación del NAD+ . En los
eucariotas se realiza en el hialoplasma.
Vías del catabolismo pirúvico
RESPIRACION CELULAR O EL CATABOLISMO AERÓBICO
(RESPIRACIÓN AEROBIA)
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL ÁCIDO PIRÚVICO
1. Descarboxilación. El ácido pirúvico (PYR) va a perder el grupo CO2 correspondiente al primer carbono, el
carbono que tiene la función ácido.
2. Oxidación. Al perderse el primer carbono, el segundo pasa de tener un grupo cetona a tener un grupo aldehído.
Este grupo se oxidará a grupo ácido (ácido acético) por acción del NAD+. En el proceso interviene una sustancia,
la coenzima-A (HS-CoA) que se unirá al ácido acético para dar acetil-coenzima A (ACA).
Vías del catabolismo pirúvico
RESPIRACION CELULAR O EL CATABOLISMO AERÓBICO
(RESPIRACIÓN AEROBIA)
EL CICLO DEL CITRATO (CÍTRICO) O CICLO DE KREBS.
Ruta metabólica a través de la cual el ácido acético unido a la coenzima-A va a completar su oxidación en la
matriz mitocondrial.
ii. Es la vía más importante para el catabolismo de las sustancias orgánicas.
iii. No sólo va a ser la última etapa de la degradación de los azucares, otros compuestos orgánicos (los ácidos
grasos y determinados aminoácidos) van a ser también degradados a acetil-CoA (ACA) e integrados en el ciclo
de Krebs.
i.
Vías del catabolismo pirúvico
RESPIRACION CELULAR O EL CATABOLISMO AERÓBICO
(RESPIRACIÓN AEROBIA)
EL CICLO DEL CITRATO (CÍTRICO) O CICLO DE KREBS.
iv. El ciclo de Krebs, como todo proceso cíclico, no tiene más principio o fin que el que nosotros queramos ponerle.
Condensación del acetil - CoA
2
S - CoA
+
3
CITRATO
SINTASA HS - CoA
Acetil - CoA
Oxalacetato
Citrato
Isomerización del ácido cítrico
ACONITASA
Citrato
Isocitrato
Oxidación del ácido isocítrico
+
NAD
NADH+H+
ISOCITRATO
DESHIDROGENASA
Isocitrato
a-cetoglutarato
Descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato
+
NAD
NADH+H+
HS - CoA
DESHIDROGENASA
a-cetoglutarato
S - CoA
Succinil-CoA
Desacilación del Succinil-CoA
GDP + Pi
S - CoA
Succinil-CoA
SUCCINIL-CoA
SINTETASA
GTP
HS - CoA
Succinato
Oxidación del Succinato
FAD
Succinato
+
FADH
SUCCINATO
DESHIDROGENASA
Fumarato
Hidratación del Fumarato
2
FUMARATO
HIDRATASA
Fumarato
Malato
Oxidación del malato a oxalacetato
+
NAD
NADH+H+
MALATO
DESHIDROGENASA
Malato
Oxalacetato
Vías del catabolismo pirúvico
RESPIRACION CELULAR O EL CATABOLISMO AERÓBICO
(RESPIRACIÓN AEROBIA)
EL CICLO DEL CITRATO (CÍTRICO) O CICLO DE KREBS.
BALANCE ENERGÉTICO
Vías del catabolismo pirúvico
RESPIRACION CELULAR O EL CATABOLISMO AERÓBICO
(RESPIRACIÓN AEROBIA)
LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (CADENA RESPIRATORIA).
1. Consiste en un transporte de electrones desde las coenzimas reducidas, NADH+H + o FADH2, hasta el oxígeno.
Este transporte se realiza en la membrana de las crestas mitocondriales.
2. Se recuperarán las coenzimas transportadoras de electrones en su forma oxidada
3. Es en este proceso donde se obtendrá la mayor parte de la energía contenida en la glucosa y otros compuestos
orgánicos, que será almacenada en forma de ATP.
4. Como producto de desecho se obtendrá agua.
Vías del catabolismo pirúvico
ECUACIONES GLOBALES DE LAS DIFERENTES VÍAS DE
DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA y RENDIMIENTO ENERGÉTICO
EN MOLES DE ATP POR MOL DE GLUCOSA
Balance global de la respiración de la
glucosa
Los NADH + H+ generados en el citoplasma pasan al interior de la mitocondria y
en la cadena de transporte electrónico rinden 3 ATP (y no 2 como viene en
vuestro libro). Hay casos en que rinde solo 2 ATP.
Los NADH + H+ que se generan en la matriz mitocondrial general 3 ATP al pasar
por la cadena electrónica.
Los FADH2 formados en la matriz mitocondrial solo generan 2 ATP en la cadena
de transporte de electrones.
El GTP generado en el ciclo de Krebs se cuenta como un ATP
Glucosa + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi  6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP
Glucosa + 6 O2  6CO2 + 6 H2O
38 ADP + 38 Pi  38 ATP + 38 H2O
Gº’ = -686 kcal/mol
Gº’ = 7,3 kcal/mol x 38 = +263 kcal/mol
Eficacia  (263 / 686) X 100 = 38%
RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBIAS
RENDIMIENTO:
30 ATP (procedentes de 10xNADH) + 4 ATP (procedentes de 2xFADH2) + 6 ATP – 2 ATP= 38 ATP
(2 ATP pueden emplearse en la entrada de 2xNADH de la glicolisis en la mitocondria)
Glucolisis
ATP
ATP
ADP
Glucosa
(6 C)
Glucosa 6P
(6C)
Fructosa 6P
(6C)
Oxidación del piruvato
NADH
H+
Oxalacetato
(4C)
NAD+
Pi
ADP
Fructosa 1,6 diP
(6C)
NADH
H+
ATP
NAD+
Acetil CoA
(2C)
Piruvato
(3C)
Citrato
(6C)
Gliceraldehido 1,3 diP
(3C)
x2
3-fosfoglicérico
(3C)
ADP
Fosfoenolpiruvato
(3C)
CoA
2-fosfoglicérico
(3C)
H2O
NAD+
NADH
H+
FADH2
Succínico
(4C)
CoA
GTP
ADP
ATP
GDP
+
Pi
ATP
Isocitrato
(6C)
H2O
FAD+
ADP
x2
Málico
(4C)
Fumárico
(4C)
Gliceraldehido 3P
(3C)
x2
CO2
NAD+
NADH
H+
Succinil co A
(4C)
α-cetoglutarico
(5C)
CO2
Cadena respiratoria
Cadena de transporte electrónico
MME
NADH
H+
CO2
Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)
H+
H+
NAD+
MMI
NADH
H+
H+
H+
H+
Síntesis ATP
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
eH+
NAD+
H+
FADH2
H+
2H + ½ O2 H2O
ADP+Pi
H+
ATP
Vías del catabolismo pirúvico
LAS FERMENTACIONES ANAERÓBICAS (RESPIRACIÓN ANAEROBIA)
La oxidación del NADH+H + y del FADH2 en la cadena respiratoria tiene como aceptor final de los electrones al oxígeno.
Si no hay oxígeno, el NADH+H + y el FADH2 se acumulan y los procesos de obtención de energía se interrumpen.
En estas condiciones, condiciones anaerobias o de falta de oxígeno, ciertos microorganismos y, por ejemplo, nuestras células musculares, recuperan las coenzimas
oxidadas por diversas vías metabólicas conocidas bajo el nombre de fermentaciones anaeróbicas.
Según el producto obtenido, tendremos las siguientes fermentaciones:
Fermentación láctica.
Fermentación alcohólica.
Fermentación
FERMENTACIÓN LÁCTICA
NADH H
3
Piruvato
NAD
LACTATO
DESHIDROGENASA
3
Lactato
Fermentación
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
2
NADH H
NAD
2
3
PIRUVATO
DESCARBOXILASA
Piruvato
3
ALCOHOL
DESHIDROGENASA
Acetaldehído
3
Etanol
RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES ANAEROBIAS
RENDIMIENTO:
4 ATP – 2 ATP = 2 ATP
Glucolisis
ATP
Glucosa
(6 C)
ADP
Glucosa 6P
(6C)
ATP
Fructosa 6P
(6C)
NAD+
Pi
ADP
Fructosa 1,6 diP
(6C)
NADH
H+
Gliceraldehido 3P
(3C)
Gliceraldehido 1,3 diP
(3C)
x2
ATP
Piruvato
(3C)
ADP
ATP
3-fosfoglicérico
(3C)
ADP
Fosfoenolpiruvato
(3C)
2-fosfoglicérico
(3C)
H2O
CO2
Acetaldehido
(2C)
NAD+
x2
NAD+
Etanol
(2C)
Lactato
(3C)
Fermentación alcohólica
Fermentación láctica
EN PRESENCIA DE 02
EN AUSENCIA DE 02
4 ATP
Glucosa
2ATP
GLUCOLISIS
4 ATP
Glucosa
2 H2O
GLUCOLISIS
2ATP
2 H2O
2 NADH
OXIDACIÓN DEL PIRUVATO
2 NADH
2 NADH
2 CO2
FERMENTACIÓN
2 FADH2
2 H2O
CICLO DE KREBS
(Ciclo del citrato)
6 NADH
4 CO2
CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRÓNICO
34 ATP
2 Etanol
2 CO2
2 ATP
O2
2 Lactato
RENDIMIENTO TOTAL
38 ATP
RENDIMIENTO TOTAL
2 ATP
Otras rutas metabólicas
OXIDACION DE LOS ACIDOS GRASOS
ß-OXIDACIÓN DE ACIDOS GRASOS.
Los ácidos grasos son moléculas que suponen importantes depósitos de energía para la célula.
En un primer término los triglicéridos deben ser hidrolizados en el citoplasma por la acción de las
lipasas, originándose glicerol y sus correspondientes ácidos grasos. Los ácidos grasos inmediatamente
son degradados en la mitocondria en la ß-oxidación y el glicerol pasa a la ruta catabólica glucolítica.
Rendimiento Energético
Fase I
β – Oxidación del ácido graso activado
Acetil-CoA
Fase II
Fase III
Reacción
NADH + H+ , FADH2
Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico
Cadena Respiratoria Mitocondrial
Producción ATP
Oxidación de palmitato a palmitoil CoA
-2
Oxidación de 8 Acetil CoA
8 x 12 = 96
Oxidación de 7 FADH2
7 x 2 = 14
Oxidación de 7 NADH
7 X 3 = 21
Neto Palmitato
CO2 +H2O
129
Balance energético de la -Oxidación de los
Ácidos Grasos
Por cada vuelta se obtiene: 1 FADH2, 1 NADH y 1 Acetil-CoA.
Para el ácido palmítico, de 16 átomos de carbono (en siete vueltas) se
obtiene: 7 FADH2, 7NADH y 8 AcetilCoA
Por cada Acetil-CoA en el ciclo de Krebs se obtiene: 3NADH, 1 FADH2 y 1GTP.
3 x 3 ATP + 1 x 2 ATP + 1 GTP = 12 ATP
8 Acetil-CoA rinden 8 x 12 = 96 ATP
7 FADH2 rinden 7 x 2 = 14 ATP
7 NADH rinden 7 x 3 = 21 ATP
ATP  AMP + PPi
ATP + AMP  2 ADP
2 ATP
PPi  2 Pi
En total: 96 + 14 + 21 = 131 ATP, pero se consumen dos ATP en la activación
del ácido graso al final quedan 129 ATP. Con una eficacia en torno al 40%,
como en la respiración de la glucosa.
Otras rutas metabolicas
OXIDACION DE AMINOÁCIDOS
Los aminoácidos excedentes no pueden almacenarse y tampoco pueden
excretarse. Por ello los aminoácidos excedentes se utilizan como combustible
para obtener energía.
Catabolismo
se distinguen dos tipos
Fermentación
puede ser
Aerobia
Anaerobia
según el sustrato puede ser de
Lípidos
Glúcidos
Proteínas
son
convertidos en
por hidrólisis se obtiene
Glicerina
Aminoácidos
Glucosa
se
incorpora a
sufren
Nucleótidos
en su
degradación se
elimina
sufren
son hidrolizados
Glucólisis
-oxidación
se
genera
Esqueleto
carbonado
Grupo
amino
por oxidación y
descarboxilación
origina
Acetil Co A
entra
en el
genera
Coenzimas
son
FADH2
Ciclo de Krebs
se oxidan
en la
Ac fosfórico
Púricas
Desaminación
oxidativa
Cadena
precisa de
respiratoria
donde
ocurre la
Ac. úrico
Urea
O2
actúa de
Forforilación
oxidativa
su degradación da
Aceptor final
de electrones
el último aceptor no es el
genera
ATP
su síntesis se
explica por la
Pirimidínica
Transaminación
genera
CO2
Bases
nitrogenadas
son
NH4+
mediante
donde se obtiene
Pentosas
en
en forma
de
Ac.Pirúvico
puede seguir el camino de
NADH + H+
son
degradadas en
se
descomponen en
Putrefacción
Ac. grasos
Ac. nucleicos
Hipótesis
quimiosmótica
se utiliza para la síntesis de
su degradación da
Butírica
puede ser
Alcohólica
Rendimiento
energético
generan
bajo
Láctica
Respiración