Transcript catabolismo - IES MURIEDAS. Departamento de Biologia y Geologia

TEMA 8.
El metabolismo (catabolismo)
Pachi San Millán
IES Muriedas
2º Bachillerato - Biología
ÍNDICE: El metabolismo (catabolismo)

Introducción

Aspectos energéticos

Catabolismo y Anabolismo

Tipos de metabolismo

El catabolismo:

Introducción
La respiración celular aerobia


Degradación de los polisacáridos hasta la glucosa.

Glucolisis: la glucosa se descompone en 2 moléculas de ácidos pirúvico (piruvato).

Ciclo de Krebs, si hay O2, o fermentación si no lo hay.

Cadena respiratoria, solo en la respiración celular.

Balance energético

La respiración celular anaerobia

Las fermentaciones

Catabolismo de los Lípidos

Catabolismo de los prótidos

Interconexiones de la rutas catabólicas
El Metabolismo celular


INTRODUCCIÓN
Concepto de:




Metabolismo: procesos bioquímicos integrados en la función de nutrición
Función de nutrición: Intercambio de materia y energía 
mantenimiento de la vida
Condiciones del metabolismo:
 Tª, pH, leyes termodinámica, medio acuoso, sistemas multienzimáticos.
ASPECTOS ENERGÉTICOS


Leyes de la termodinámica: 1ª Conservación de la energía, 2ª Entropía
Concepto de:



Energía libre  “trabajo”
Oxidación : cesión de e-  oxidante: compuesto que acepta eReducción : aceptación de e-  reductor: compuesto que cede e-
CATABOLISMO Y ANABOLISMO





Catabolismo Degradación de moléculas orgánicas
 (Rutas convergentes)  Procesos exergónicos
 Finalidad :
 ATP
 Poder reductor (NADPH y NADH)
 12 precursores bioquímicos
 Catabolismo aerobio (O2) y anaerobio (No O2)
Anabolismo  Síntesis de moléculas orgánicas complejas
 (Rutas divergentes)  Procesos endergónicos
Simultaneidad y Sincronización
Conservación evolutiva de las rutas centrales (análisis general)
Participación de metabolitos intermediarios (Catabolismo-anabolismo):
 Papel de ATP/ADP (“moneda” o “vector” de energía)
 Papel de NADH, NADPH, FADH2 (poder reductor)
 Fuente indirecta de energía
Para la síntesis
 Fuente de materia (H+ y e- )
CATABOLISMO
Y ANABOLISMO

Conservación evolutiva de las
rutas centrales (análisis general)
CATABOLISMO Y ANABOLISMO
Participación de
metabolitos
intermediarios
(Catabolismoanabolismo):
 Papel de ATP/ADP
(“moneda” o “vector”
de energía)
 Papel de NADH,
NADPH, FADH2
(poder reductor)


Fuente indirecta de
energía
Fuente de materia
(H+ y e- )
Para la
síntesis
TIPOS DE METABOLISMO
Tipos de organismos en función de su metabolísmo
Luminosa
Fuente
de
energía
Fuente
de
Carbono
Fotótrofos
Oxidación de
compuestos Quimiotrofos
químicos
Quimioorganotrofos
(c. orgánicos)
Quimiolitotrofos
(c. inorgánicos)
CO2
Autótrofos
Compuestos
orgánicos
Heterótrofos
EL CATABOLISMO

INTRODUCCIÓN: Procesos oxidativos
(deshidrogenasas  NAD+ o FAD )
 Tipos:
 Respiración celular: Fosforilación oxidativa y
Fosforilación a nivel de sustrato
 Aerobia
 Anaerobia
 Fermentaciones: Fosforilación a nivel de
sustrato
“RECICLADO DE COENZIMAS”
EL CATABOLISMO
ESQUEMA GENERAL
Membrana
externa
Membrana
interna
Matriz
mitocondrial
Cresta
mitocondrial
Espacio
intermembranal
EL CATABOLISMO: LA RESPIRACIÓN
CELULAR AEROBIA

Localización de las distintas rutas:
 Glucolisis:
 Citoplasma
 C.
Krebs y - oxidación :
 Matriz
mitocondrial
 Fosforilación
 Membrana
oxidativa:
interna (crestas mitocondriales)
CATABOLISMO DE LOS GLUCIDOS: LA
RESPIRACIÓN CELULAR AEROBIA

Fases y Localización :

Glucogenolisis: POLÍMEROS  MONÓMEROS
 Glucógeno  n glucosa- 1P
A partir de glucosa:




Proceso general:
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + 686 kcal /mol
Glucolisis:
 Citoplasma
C. Krebs:
 Matriz mitocondrial
Fosforilación oxidativa:
 Membrana interna (crestas mitocondriales)
1- LA GLUCOLISIS

Activación:
Consumo de 2 ATP :
Glucosa  GAL3P

Oxidación:

Restitución:
Aldheido a Ácido:
Produce 2 ATP:
GAL3P  3 PG
3 PG  P
LA GLUCOLISIS

Concepto :
1Glucosa + 2 NAD++ 2ADP + 2 Pi  2 Ac. Pirúvico + 2 ATP + 2 NADH +2H+

Etapas:
Consumo de 2 ATP : Glucosa  GAL3P
 Oxidación: Aldheido a Ácido: GAL3P  3 PG
 Activación:
 (GAL
3P-deshidrogenasa  2 NADH + 2 ATP )
 Restitución:
Produce 2 ATP: 3 PG  P
1- LA GLUCOLISIS
2 - DESCARBOXILACIÓN
OXIDATIVA DEL PIRUVATO
2 Piruvato + 2 NAD+ + 2 CoA-SH 
2 Acetil CoA + 2 CO2 + 2 NADH + H +
Piruvato deshidrogenasa-descarboxilasa
“Acetil CoA  Punto de
encuentro de las
encrucijadas metabólicas”
3- EL CICLO DE KREBS o DE LOS
AC. TRICARBOXÍLICOS
3- EL CICLO DE KREBS o DE LOS
AC. TRICARBOXÍLICOS
4- TRANSPORTE ELECTÓNICO Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Sistemas Ia, Ib, II, III: complejos multienzimáticos
 Cadena
redox:
final : O2  H2O
 Reciclado de Coenzimas 
NADH
 Aceptor
ATP
NAD+
(COENZIMA
RECICLADO)
Cadena de transporte
Electrónico (redox)
½ O2
H2O
4- TRANSPORTE ELECTÓNICO Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
4- TRANSPORTE ELECTÓNICO Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
4- TRANSPORTE ELECTÓNICO Y
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Sistemas Ia, Ib, II, III,
+ ATPasa (V)
Nota: El sistema I
puede desglosarse
en dos, los complejos
NADH
deshidrogenasa y
FADH2 Succinato
deshidrogensa, en
este caso
tendríamos 5
sistemas principales.
(En la PAU ha caído
así)
4- TRANSPORTE ELECTÓNICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Teoría Quimiosmótica
 Caída electrónica  energía libre para transporte activo de H+
 ATPasa  síntesis de ATP (fosforillación oxidativa
BALANCE ENERGÉTICO:
36/38 ATP
PROCESO GLOBAL: Glucosa + 6 O2  6 CO2 + 6H2O + 38 ATP (máximo)
FASE AEROBIA DE LA RESPIRACIÓN
CELULAR

OBJETIVOS:
 C.Krebs:
 Poder reductor (NADH y FADH2)
 4 precursores metabólicos
 1 GTP.
 Cadena de transporte:
 ATP
 Reciclado de Coenzimas (NAD+, FAD)
Lanzaderas
LA
RESPIRACIÓN
CELULAR
AEROBIA
LA RESPIRACIÓN CELULAR
ANAEROBIA

RESPIRACIÓN CELULAR ANAEROBIA



Aceptor final diferente al oxígeno
Ej: SO42H2S
Fosforilación oxidativa
NADH
Cadena de transporte
Electrónico (redox)
NAD+
(COENZIMA
RECICLADO)
SO42-
H2S + O2
ATP
LAS FERMENTACIONES

CONCEPTO
 Localización:
 Citoplasma
 Fosforilación:
 A nivel de sustrato
 Aceptor de electrones:
 Compuesto orgánico
 Oxidación incompleta
Nº de ATP

RENDIMIENTO ENERGETICO


Balance de ATP: 4 – 2 = 2ATP
Rendimiento comparado:


11 % Glucolisis (2 ATP)
40 % Respiración (38 ATP)
Incremento de Energía libre entre reactivos y
productos
Glucolisis
2 x 7,3 Kcal/mol.= 14,6
- 137 Kcal/mol.
Rendimiento = 11%
Respiración
38 x 7,3 Kcal/mol.= 277,4
- 686 Kcal/mol.
Rendimiento = 40 %
LA FERMENTACION ALCOHÓLICA
Concepto:
 Glucosa + 2 (ADP + Pi)  2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP
 Aceptor final: acetaldehído (reciclado de coenzimas)
 Importancia: cerveza, vino, pan, ron (Saccharomyces)
LA FERMENTACION ALCOHÓLICA
Concepto:
 Glucosa + 2 (ADP + Pi)  2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP
 Aceptor final: acetaldehído (reciclado de coenzimas)
 Importancia: cerveza, vino, pan, ron (Saccharomyces)
LA FERMENTACION LÁCTICA
CONCEPTO:
 Concepto:
Glucosa + 2 (ADP + Pi)
2 Ácido láctico (C3) + 2 ATP
 Aceptor final: Piruvato (reciclado de coenzimas)
 Importancia: prod. lacteos: mantequilla, queso, yogur, “músculo”  “agujetas”
 (Lactobacillus bulgáricus, streptococus termophilus, Lactococcus, etc.)
Esquema general de las VIAS
DEGRADATIVAS DE LA GLUCOSA
CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS

Grasas:


Hidrólisis (lipasas)  Ac. Grasos + Glicerol
Ac. Grasos: -oxidación 
 n Acetil CoA  C. Krebs



(ej. Palmitico 16C  8 AcetilCoA)
Glicerol  GAL3P  Piruvato  Acetil CoA  C. Krebs
Objetivos:



1 precursor metabólico (acetil CoA)
Poder reductor: Cada -oxidación: 1FADH2 y 1NADH
Energía : (ejemplo ac. Palmítico  130 ATPs )
CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
CATABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y
AMINOÁCIDOS


Proteínas  Aminoácidos (digestión)
Aminoácidos:



Desaminación . - NH2 (excreción o transaminación)
Oxidación de la cadena carbonada  c. De Krebs, AcetilCoA,
Piruvato
Glucogénesis o Cetogénesis
Cetogénesis
o
Glucogénesis
CATABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y
AMINOÁCIDOS
INTERCONEXIONES DE
LAS RUTAS
CATABÓLICAS
TEMA 6
TEST DE REPASO
¿De qué manera obtienen energía los seres vivos que
viven en una atmósfera pobre en oxígeno?.
Por respiración celular anaerobia o por los distintos
tipos de fermentaciones.
Relación entre el ciclo de Krebs y la glicólisis. ¿Qué
papel juega cada uno/a en el metabolismo? .
Son rutas degradativas consecutivas necesarias para la
oxidación total de la glucosa.
Glucolisis: Fase anaerobia
objetivo: 2ATP, poder reductor (2NADH) y 6
precursoresc.
C. Krebs: Fase aerobia ( no se produciría en ausencia de
oxígeno)
objetivo: GTP, 4 precursores y
poder reductor (3NADH y 1FADH2 )
Indica con un esquema la procedencia de los productos de la degradación total
de la glucosa en la respiración celular aerobia, incluido el balance de ATPs.
Proceso global:
Glucosa + 6 02 => 6 CO2 + 6H2O
Qué doble finalidad tiene el metabolismo en los seres vivos? Razona la
respuesta y pon un ejemplo de cada una de ambas facetas.
Biosíntesis (Anabolismo),
Energía, precursores y p. reductor (catabolismo)
Indica, por orden de actuación, las rutas metabólicas que intervienen en el siguiente
proceso, señalando que finalidad tiene cada una en el metabolismo.
Glucosa + 6 O2 ------> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
Todas degradar m. orgánica por oxidación
OBJETIVOS:
1ºglucolisis:
- (6 precursores metabólicos)
- Produce 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato. (objetivo, energía)
- Genera poder reductor en forma de 2 NADH. (objetivo)
2º Descarboxilación del Piruvato:
- Precurso: Acetil-CoA.
-Poder reductor: NADH + H+
3ºC. Krebs:
- Poder reductor en forma de 3 NADH y 1 FADH2.
- 4 precursores metabólicos .
- Energía en forma de 1 GTP (convertible y equiparable al ATP)
4º Transporte de e- y fosforilación Oxidativa:
- Generar ATP
- NAD+ y FAD reciclados (oxidados) para volverlos a utilizar, de otra manera se
colapsaría el sistema
Indica que papel juegan en el metabolismo las siguientes moléculas:
NADH, citocromo C, Acetil CoA, ADP
 NADH (Fuente de H para biosíntesis y fuente indirecta de ATP por
fosforilación oxidativa)
 Citocromo C: transportador de e- en cadena respiratoria
 Acetil CoA: Punto de encuentro de muchas rutas metabolícas:
biosíntesis (ej de ácidos grasos, aminoácidos, etc.), producto
intermediario en la degradación de glúcidos, lípidos, prótidos, etc.
 ADP: (vector energético ATP).
¿En qué punto del metabolismo convergen las rutas catabólicas de
azucares y grasas? ¿en que parte de la célula eucariótica se localiza
dicha ruta? ¿cuáles son los productos finales de su degradación?
(Suponer presencia de oxigeno)
 Acetil CoA
 Matriz mitocondrial
 CO2 y H2O
¿De qué forma y en qué parte de la célula se produce el ATP? ¿en qué proceso
se consume el ATP? (tanto procesos catabólicos como anabólicos).
 Glucolisis (F. a nivel de S) en citosol, c. de Krebs GTP  ATP en
matriz m., cadena de T. e- (F. oxidativa) en crestas m., (Fotofosforilación)
en tilacoides .
 Consumo: Anabolismo (biosíntesis) + transporte activo (membranas)
+ contracción muscular.
¿Qué ruta degradativa siguen los ácidos grasos? ¿cuáles son los
productos finales de su degradación en presencia de oxígeno? ¿en
qué punto conecta esta ruta degradativa con la de los azúcares?
Razona la respuesta.
 -oxidación
 CO2 + H2O
 Acetil CoA
Representa mediante un esquema claro las rutas metabólicas generales
utilizadas por la célula para oxidar la glucosa en presencia y ausencia de
oxígeno respectivamente. ¿Cuáles serán en cada caso los productos finales
de dichos procesos?
a) Esquema de r. aerobia:
(4 etapas) + esquema
b) Fermentación:
Fase oxidativa= glucolisis
F. reductora reciclaje
Productos:
a) CO2 + H2O
b) S. orgánica (ej. lactato)
Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el organismo para
la formación de proteínas no siempre ocurre así y en muchos casos pueden ser
catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el organismo de la oxidación de un
aminácido? ¿qué productos de desecho se generarían tras la degradación total de
los aminoácidos en condiciones aeróbicas? Razona la respuesta:
a) Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos.
b) NH3 (x desaminación), CO2, H2O (x. degradación de cetoácidos). En
ureotélicos el NH3 pasa a urea…
Dibuja una célula e indica en qué partes de la misma se localizan las
distintas rutas que intervienen en la degradación de los ácidos grasos en
presencia de oxígeno. Pon nombre a cada una de ellas.
1º -oxidación
2º c. Krebs
3º cadena de TE
Define el concepto de respiración y fermentación respectivamente, e indica
a continuación las principales similitudes y diferencias existentes entre
ambos. ¿Cuál es el papel biológico de la fermentación? ¿qué tipo seres
vivos dependen de ella exclusivamente para obtener energía?. Pon dos
ejemplos concretos.
Respiración: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación
total para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y
energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa
el oxígeno u otra sustancia inorgánica como el ión sulfato con el fin de
reciclar los coenzimas a su forma oxidada.
Fermentación: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación
parcial para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y
energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa
un compuesto orgánico como el piruvato o el acetaldehido con el fin de
reciclar los coenzimas a su forma oxidada.
Similitudes y diferencias:
Aceptores finales ,
R: oxidación total con fosf. oxidativa y a nivel de sustrato (más ATP)
F: oxidación incompleta con fosf a nivel de S..
Papel de Fermentación: reciclaje de coenzimas para permitir nuevas
oxidaciones. Anaerobios estrictos ej. Lactobacillus bulgáricus (bacteria) ,
Sacharomyces cerevisiae (levadura)
Define el concepto de glucólisis: indica su localización celular y su función
biológica. (o define cualquier otra ruta).
Concepto: Ruta catabólica de oxidación parcial de la glucosa a piruvato.
Localización: Citosol
Función biológica: ATP, NADH, y 6 precursores metabólicos
Identificar el proceso que aparece en la figura , indica
su localización celular y su función biológica. ¿qué le
ocurre a este proceso en ausencia de oxígeno?.
Razona la respuesta.
1º Transporte e- y fosforilación oxidativa (ATP) en cadena respiratoria
2º Localización: Crestas mitocondriales.
3º Se colapsan los procesos oxidativos, sin aceptor final no existe
reciclaje de coenzimas a su forma oxidada. Y estos no están disponibles
para nuevas oxidaciones.
Indicar el proceso que aparece en la figura, indica su localización
celular y su función biológica anabólica y catabólica. Indica tres
posibles orígenes del Aceti-CoA.
1º Ciclo de Krebs
2º Localización: Matriz mitrocondrial
3º Funciones: GTP (catabólica), poder reductor (1FADH2, 3NADH, anabólica y
cataboólica), 4 precursores (anabolica).
4ºOrigen Acetil CoA: oxidación de: 1 piruvato, 2 ac. Grasos, 3 aminoácidos.
La disminución de grasas en la dieta no reduce necesariamente el riesgo
de padecer obesidad si se mantiene alta ingesta de hidratos de carbono.
¿Cómo explicas este comportamiento a nivel metabólico?
El exceso de glúcidos no utilizado se transforma en grasas en los
hepatocitos del hígado y en los adipocitos. La oxidación parcial
(catabolismo) de la glucosa produce precursores metabólicos para la
síntesis de glicerol (a partir de 3 fosfoglicerato en la glucolisis) y ácidos
grasos ( a partir de Acetil CoA).
Elabora un texto coherente (no más de diez líneas) referentes a la
respiración aerobia, en el que figuren los siguientes términos: 1º NADH, 4º
ATP, 3º O2, 2º cadena de transporte electrónico.
La respiración aerobia constituye un proceso catabólico que permite la
degradación, por oxidación total, de sustancias orgánicas. Los electrones y
protones desprendidos en el proceso son captados por coenzimas oxidados
para dar su forma reducida, como es el caso del NADH, estos coenzimas
ceden sus electrones y protones a una cadena de transporte electrónico
formada por moléculas transportadoras estratégicamente situados, lo que
permite un transporte de e- a favor de gradiente de potencial redox, hasta un
aceptor final que en este caso será el O2 para dar H2O. La energía liberada en
la caída a niveles energéticos más bajos, es acoplada a la fosforilación del
ADP para dar ATP por fosforilación oxidativa.
Identifica el proceso que aparece en la figura.
Indica su localización celular y su función
biológica. ¿Qué le ocurre a este proceso en
ausencia de oxígeno? ¿Qué papel juega y
donde se forma el NADH que interviene en
este proceso?
a) Transporte electrónico y fosforilación oxidativa (síntesis de ATP)
b) Localización y función : En crestas mitocondriales (transporte e-), Síntesis de ATP que
acaba en la matriz mitocondrial.
c) Si no existe O2 como aceptor final de electrones el sistema se colapsa y los coenzimas
reducidos (NADH y FADH2) no se reciclan en sus formas oxidadas (NAD+ y FAD) de
manera que no están disponibles para que acepten nuevos electrones en las reacciones
oxidativas de la glucolisis, descarboxilación del piruvato, ciclo de Krebs , beta-oxidación
etc. y no se puede obtener energía. Cuando esto nos ocurre a algunos aerobios como
nosotros, pòdemos recurrir a mecanismos de obtención de energía alternativos como es
la fermentación láctica , proceso menos rentable que utiliza moléculas orgánicas como
aceptor final de electrones (ej. piruvato para dar Lactato)
d) El NADH, es el principal coenzima reducido y obtiene los electrones (e-) y protones (H+)
de la oxidación de moléculas orgánicas, principalmente glucosa a traves de las distintas
etapas de la respiración celular (glucolisis (citosol), descarboxilación del piruvato (matriz),
ciclo de Krebs (matriz)) o ácidos grasos (-oxidación (matriz), ciclo de Krebs (matriz)). El
NAD+ acepta protones y electrones que son cedidos a la cadena respiratoria permitiendo
la obtención de energía por fosforilación oxidativa.
¿Cuáles pueden ser los posibles orígenes del Ac. CoA con el que funciona el
ciclo de Krebs? ¿Cuál es la principal función metabólica de este ciclo?¿En
qué parte (estructura/orgánulo) de la célula tiene lugar?
a) Ver gráfico
b) Oxidación del acetil CoA procedente de las distintas rutas
degradativas y producción de coenzimas reducidos (poder reductor)
c) En matriz mitocondrial