C7 respiracion pdf1
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Este documento describe las principales vías metabólicas de degradación de la glucosa en las células, incluida la glucolisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. Explica que la glucolisis convierte la glucosa en piruvato en el citosol celular y produce un pequeño número de moléculas de ATP. Luego, el piruvato puede ser procesado completamente a dióxido de carbono y agua a través de la respiración aeróbica en las mitocondrias, o puede ser fermentado parcial
![La glucolisis: mecanismo.
Consta de los siguientes procesos:
1ª Fosforilación de la glucosa (GLU) por el ATP, formándose glucosa-6-fosfato (G-6-P).
2ª La glucosa-6-fosfato (G-6-P) se isomeriza[1] a fructosa-6-fosfato (F-6-P).
3ª Nueva fosforilación por el ATP de la fructosa-6-fosfato (F-6-P) que pasa a fructosa 1,6-difosfato
(F-1,6-P).
4ª La molécula de F-1,6-P se rompe en dos moléculas: el aldehído-3-fosfoglicérico (PGAL) y la
dihidroxiacetona fosfato (DHA). Ambas sustancias son isómeras y se transforman
espontáneamente una en otra (el equilibrio se alcanza cuando hay un 95% de DHA y un 5%
PGAL).
Es de destacar que, hasta ahora, no sólo no se ha producido energía, sino que, incluso, se han
consumido dos moléculas de ATP.
5ª El aldehído-3-fosfoglicérico (PGAL) se oxida por el NAD+; al mismo tiempo se produce una
fosforilación en la que interviene el fosfato inorgánico[2] (H-P), formándose ácido 1,3-
difosfoglicérico (1,3-DPGA). Cada molécula de glucosa (GLU) dará dos moléculas de 1,3-DPGA
y dos de NADH+H+.
6ª Fosforilación del ADP por el 1,3-DPGA, formándose ATP y ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA). Es el
primer ATP formado; dos, si tenemos en cuenta la rotura de la cadena carbonada de la glucosa
en dos cadenas de tres átomos de carbono. Hasta este momento el balance energético es nulo:
dos ATP consumidos, dos obtenidos.
7ª El ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA) se transforma en ácido pirúvico (PYR), sintetizándose una
nueva molécula de ATP (dos por cada molécula de glucosa).
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[1] Isomerización: transformación de un compuesto químico-orgánico en otro que sea su isómero.
• [2] Es de los pocos casos en los que la fosforilación se produce por el fosfato inorgánico y no por el ATP..](https://image.slidesharecdn.com/c7respiracion-pdf1-110918060217-phpapp02/85/C7-respiracion-pdf1-6-320.jpg)
C7 respiracion pdf1
- 1. © J. L. Sánchez Guillén IES Pando - Oviedo – Departamento de Biología y Geología 1
- 2. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 2
- 3. VÍAS DEL CATABOLISMO Glucosa Los organismos autótrofos fijan la energía solar en forma de energía química contenida en los compuestos orgánicos, glucosa, en particular. Esta energía, Glucolisis convenientemente liberada, será utilizada posteriormente por las partes de la planta que no tienen cloroplastos, O2 como suele ser el caso de las raíces y tallos no verdes, Pirúvico o por toda la planta cuando falta la energía solar. Es también esta energía la que permite la vida de los organismos heterótrofos. La Respiración Fermentación respiración celular y las fermentaciones son las vías catabólicas más corrientes para la obtención de la energía contenida en las sustancias orgánicas. CO2 y H2 O Etanol - Láctico Ambas vías, no obstante, tienen una primera fase común: la glucolisis 3
- 4. LA GLUCOLISIS La definiremos como el 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 2ATP y 2NADH+H+. Ir a glucolisis animada (modelos) Ir a glucolisis animada (fórmulas) 4
- 5. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 5
- 6. La glucolisis: mecanismo. Consta de los siguientes procesos: 1ª Fosforilación de la glucosa (GLU) por el ATP, formándose glucosa-6-fosfato (G-6-P). 2ª La glucosa-6-fosfato (G-6-P) se isomeriza[1] a fructosa-6-fosfato (F-6-P). 3ª Nueva fosforilación por el ATP de la fructosa-6-fosfato (F-6-P) que pasa a fructosa 1,6-difosfato (F-1,6-P). 4ª La molécula de F-1,6-P se rompe en dos moléculas: el aldehído-3-fosfoglicérico (PGAL) y la dihidroxiacetona fosfato (DHA). Ambas sustancias son isómeras y se transforman espontáneamente una en otra (el equilibrio se alcanza cuando hay un 95% de DHA y un 5% PGAL). Es de destacar que, hasta ahora, no sólo no se ha producido energía, sino que, incluso, se han consumido dos moléculas de ATP. 5ª El aldehído-3-fosfoglicérico (PGAL) se oxida por el NAD+; al mismo tiempo se produce una fosforilación en la que interviene el fosfato inorgánico[2] (H-P), formándose ácido 1,3- difosfoglicérico (1,3-DPGA). Cada molécula de glucosa (GLU) dará dos moléculas de 1,3-DPGA y dos de NADH+H+. 6ª Fosforilación del ADP por el 1,3-DPGA, formándose ATP y ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA). Es el primer ATP formado; dos, si tenemos en cuenta la rotura de la cadena carbonada de la glucosa en dos cadenas de tres átomos de carbono. Hasta este momento el balance energético es nulo: dos ATP consumidos, dos obtenidos. 7ª El ácido 3-fosfoglicérico (3-PGA) se transforma en ácido pirúvico (PYR), sintetizándose una nueva molécula de ATP (dos por cada molécula de glucosa). • 6 [1] Isomerización: transformación de un compuesto químico-orgánico en otro que sea su isómero. • [2] Es de los pocos casos en los que la fosforilación se produce por el fosfato inorgánico y no por el ATP..
- 7. 1ª) La glucosa reacciona con el ATP y se forma la glucosa-6-Fosfato. CH2O-H ATP CH2O - P O O H H H H H H OH H OH OH H OH OH OH ADP H OH H OH Glucosa Glucosa-6-P 7
- 8. 2ª) La glucosa-6-Fosfato se isomeriza a fructosa-6-fosfato CH2O - P O O P - O - CH2 H H CH2OH H H OH OH OH H OH H HO OH H H OH Glucosa-6-P Fructosa-6-P 8
- 9. 3ª) La fructosa-6-fosfato reacciona con el ATP para dar fructosa 1,6 difosfato. ATP O O P - O - CH2 P - O - CH2 CH2OH CH2O - P H OH OH H H HO H HO H ADP H OH OH Fructosa-6-P Fructosa-1,6-P 9
- 10. 4ª) La fructosa 1,6 difosfato se rompe para dar lugar al aldehído 3 fosfoglicérico y la dihidroxiacetonafosfato. CH2 OH C=O O CH2O - P P - O - CH2 CH2O - P Dihidroxiacetonafosfato H OH H HO OH H CHO H –C-OH Fructosa-1,6-P CH2O - P Aldehido – 3 fosfoglicérico 10
- 11. 5ª) El aldehído 3 fosfoglicérico se oxida por el NAD+ y se fosforila por el ácido fosfórico para dar el ácido1,3 difosfoglicérico NAD+ CHO Pi COO- P H –C-OH H –C-OH CH2O - P CH2O- P Aldehido –3 fosfoglicérico Ácido –1,3-difosfoglicérico NADH+H+ 11
- 12. 6ª) El ácido1,3 difosfoglicérico reacciona con el ADP para dar ATP y ácido 3- fosfoglicérico ADP COO- P COOH H –C-OH H –C-OH CH2O- P CH2O- P Ácido –1,3-difosfoglicérico Ácido -3-fosfoglicérico ATP 12
- 13. 7ª) El ácido3 fosfoglicérico reacciona con el ADP para dar ATP y ácido pirúvico ADP COOH COOH H –C-OH C=O CH2O- P CH3 Ácido -3-fosfoglicérico Ácido pirúvico ATP 13
- 14. LA GLUCOLISIS (recordatorio) La definiremos como el 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 2ATP y 2NADH+H+. Ir a glucolisis animada (modelos) Ir a glucolisis animada (fórmulas) 14
- 15. Compuestos intermediarios de la glucolisis CH2OH CH2O - P O O O P - O - CH2 H CH2OH H H H H H H OH OH OH H OH OH H OH OH H HO H OH H OH OH H Glucosa (GLU) Glucosa 6 fosfato (G6P) Fructosa 6 fosfato (F6P) O P - O - CH2 CH2 O - P CHO CH2OH OH H H –C-OH C=O H HO CH2O P CH2O P OH H Fructosa 1, 6 difosfato (F1,6P) Aldehido 3 fosfoglicérico (PGAL) Dihidroxiacetona fosfato (DHA) COO- P COOH COOH H – C-O-H H –C-O-H C=O CH2O P CH2O P CH3 Ácido 3 fosfoglicérico (3PGA) Ácido Pirúvico (PYR) Ácido 1,3 difosfoglicérico (1,3DPGA) 15
- 16. GLU G6P F6P F16P PGAL 3-PGA PYR 1,3-DPGA (i) 16
- 17. CARACTERÍSTICAS Y SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA GLUCOLISIS - 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. 17
- 18. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 18
- 19. VÍAS DEL CATABOLISMO DEL 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. Esto va a poder realizarse de dos maneras: • 1ª) 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. • 2ª) 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. 19
- 20. LAS MITOCONDRIAS Mitocondrias Aspecto: Son orgánulos muy pequeños, difíciles de observar al microscopio óptico, al que aparecen como palitos o bastoncitos alargados. Son orgánulos permanentes de la célula y se forman a partir de otras mitocondrias preexistentes. Forma y número: El número Núcleo de mitocondrias en una célula puede llegar a ser muy elevado (hasta 2000). Normalmente suelen tener forma elíptica, aunque también pueden ser filamentosas u ovoides. Sus Vacuolas dimensiones son muy pequeñas (1 a 7 μm de longitud por 0.5 μm de diámetro). Su forma y tamaño dependen mucho de las condiciones fisiológicas de la célula. Esquema de una 20 célula vista al M.O.
- 21. Mitocondrias (en rojo) en una célula animal 21
- 22. Mitocondrias (en rojo) en una célula vegetal. 22
- 23. Célula eucariota animal vista con el microscopio electrónico. n (20 000 X) n = núcleo nu nu = nucleolo m = mitocondria mp mp = membrana plasmática m 23
- 24. Detalle del interior de la ribosomas célula visto con el microscopio electrónico: Diferentes orgánulos celulares: mitocondrias, centriolo, retículo endoplasmático, ribosomas. Retículo endoplasmático mitocondria aparato de Golgi centriolo 24
- 26. Mitocondria. 26
- 27. Mitocondria vista al MET. 1) Membrana externa, 2) Espacio intermembrana. 3) Membrana interna. 4) Crestas. 5) Matriz. 5 1-2-3 4 27
- 28. Mitocondria vista al MET. 28
- 29. Ultraestructura de la mitocondria. 1) Membrana externa, 2) Espacio intermem- brana. 3) Membrana interna. 4) Crestas. 5) Matriz. 6) ADN. 29
- 30. Esquema general de la respiración celular. Glúcidos Lípidos O2 Otros C.O. Respiración ATP CO2 y H2 O 30
- 31. Descarboxilación del ácido pirúvico. En condiciones aeróbicas el ácido pirúvico (PYR) obtenido en la glucolisis y en otros procesos catabólicos atraviesa la membrana de la mitocondria y va a sufrir un proceso químico que tiene dos vertientes: 1ªDescarboxilación. El ácido pirúvico (PYR) va a perder el grupo CO2 correspondiente al primer carbono, el carbono que tiene la función ácido. 2ªOxidación. 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 31 (ACA).
- 32. La descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico (mecanismo). NADH CO2 NAD+ CoA-SH COOH H O O C=O C=O C-OH C – S-CoA CH3 CH3 CH3 CH3 Ácido Ácido Acetil pirúvico acetaldehído acético CoA 32 (i+3)
- 33. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 33
- 34. EL CICLO DEL CITRATO (CÍTRICO) O CICLO DE KREBS Krebs (1938) denominó ciclo del ácido cítrico, y hoy se conoce también como ciclo de Krebs, a la ruta metabólica a través de la cual el ácido acético unido a la coenzima-A va a completar su oxidación en la matriz mitocondrial. • Este ciclo, 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. • El ciclo de Krebs es, por lo tanto, la vía fundamental para la degradación de la mayoría de los compuestos orgánicos y para la obtención coenzimas reductoras. Es la vía más importante para el catabolismo de las sustancias orgánicas. Biografía de Krebs: Hans Krebs (Hildesheim – http://sharon.p7.org.uk/hans_krebs1953.htm Alemania -1900-1981) 34
- 35. Polisacáridos Monosacáridos Glucosa Aminoácidos Pirúvico Glicerina Lípidos Proteínas Aminoácidos Ácidos Acetil-CoA grasos Ciclo De Krebs Vías metabólicas que desembocan en el Ciclo de Krebs CO2 35
- 36. Acetil-CoA 3 NAD+ GTP 3 NADH GDP 2 CO2 FADH2 FAD (i) 36
- 37. 1ª) Condensación de la acetil-CoA (ACA) con el ácido oxalacético (OXA) para formar el ácido cítrico (CIT). En este proceso se recupera la CoA-SH. ACA O CH3 -C -S-CoA CH2 - COOH O = C - COOH HO – C - COOH CH2 - COOH CH2 - COOH OXA CoA-SH CIT 37
- 38. 2ª) Transformación del ácido cítrico (CIT) en su isómero, el ácido isocítrico (ISO). CH2 - COOH HO- CH - COOH HO – C - COOH H – C - COOH CH2 - COOH CH2 - COOH CIT ISO 38
- 39. 3ª) Descarboxilación oxidativa del ácido isocítrico (ISO) que se transforma en α-cetoglutárico (α-KG) con la formación de CO2 y NADH. NAD+ HO- CH - COOH O= C - COOH H – C - COOH H–C-H CH2 - COOH CH2 - COOH NADH CO2 ISO αKG 39
- 40. 4ª) Descarboxilación oxidativa del ácido α-cetoglutárico (α-KG) formándose CO2, NADH+H+ y 1 GTP (ATP). El α-cetoglutárico (α-KG) se transforma en ácido succínico (SUC). NAD+ GDP O= C - COOH COOH H–C-H CH2 CH2 - COOH CH2 - COOH NADH CO2 GTP αKG SUC 40
- 41. 5ª)Oxidación del ácido succínico (SUC) a ácido fumárico (FUM). Esta oxidación se realiza por la formación de un doble enlace. Los electrones son transferidos al FAD que pasa a FADH2. FAD COOH COOH CH2 CH CH2 - COOH CH - COOH FADH2 SUC FUM 41
- 42. 6ª) Adición de agua al doble enlace formándose el ácido málico (MAL). H2 O COOH COOH CH H-C-OH CH - COOH CH2 - COOH FUM MAL 42
- 43. 7ª) Oxidación por el NAD+ del alcohol del ácido málico, que se transforma en el ácido oxalacético (OXA), completándose el ciclo. NAD+ COOH COOH H-C-OH C=O CH2 - COOH CH2 - COOH NADH MAL OXA 43
- 44. Compuestos intermediarios del ciclo de Krebs O CH2 - COOH HO - CH - COOH C-S-CoA HO – C - COOH H– C - COOH CH3 CH2 - COOH CH2 - COOH Acetil-Co-A Ácido cítrico Ácido isocítrico O = C - COOH CH2 - COOH CH - COOH H– C - H CH2 - COOH CH - COOH CH2 - COOH Ácido α cetoglutárico Ácido succínico Ácido fumárico HO - CH - COOH O = CH - COOH CH2 - COOH CH2 - COOH Ácido málico Ácido oxalacético 44
- 45. PYR Mecanismo del ciclo de Krebs 1ª) Condensación de la acetil-CoA (ACA) con el ácido oxalacético (OXA) para formar el ácido cítrico (CIT). En este proceso se recupera la CoA-SH. 2ª) Transformación del ácido cítrico (CIT) en su isómero, el ácido isocítrico (ISO). ACA 3ª) Descarboxilación oxidativa del ácido isocítrico (ISO) que se transforma en α- cetoglutárico (α-KG) con la formación de CO2 y NADH+H+. OXA 4ª) Descarboxilación oxidativa del ácido α- CIT cetoglutárico (α-KG) formándose CO2, NADH+H+ y 1 GTP (ATP). El α- cetoglutárico (α-KG) se transforma en ácido succínico (SUC). 5ª)Oxidación del ácido succínico (SUC) a ácido fumárico (FUM). Esta oxidación se realiza por la formación de un doble enlace. MAL αKG Los electrones son transferidos al FAD que pasa a FADH2. SUC 6ª) Adición de agua al doble enlace formándose el ácido málico (MAL). 7ª) Oxidación por el NAD+ del alcohol del ácido málico, que se transforma en el ácido oxalacético (OXA), completándose (i) 45 el ciclo.
- 46. Acetil-CoA 3 NAD+ GTP 3 NADH GDP 2 CO2 FADH2 FAD (i) 46
- 47. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 47 http://www.lourdesluengo.es/celula/celula.htm
- 48. BALANCE DE LA DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA Proceso Sustancia Sustancia Coenzimas Moles de ATP inicial final Reducidas Glucolisis Glucosa 2 ácid. Pirúvico 2 NADH 2 ATP Descarboxilación del 2 ácid. pirúvico 2 acetil-Co A 2 NADH ácido pirúvico 2 CO2 Ciclo de Krebs 2 acetil-Co A 4 CO2 6 NADH 2 GTP 2 FADH2 Balance global Glucosa 6 CO2 2 + 8 NADH 4 ATP 2 FADH2 48
- 49. LA CADENA RESPIRATORIA. CONCEPTO Y OBJETIVOS • Concepto: 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. • Objetivos: 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. Al mismo tiempo se recuperarán las coenzimas transportadoras de electrones en su forma oxidada, lo que permitirá la oxidación de nuevas moléculas de glucosa y de otras sustancias orgánicas. Como producto de desecho se obtendrá agua. 49
- 50. El NAD+/NADH 50
- 51. FAD/FADH2 51
- 52. ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA DE LAS CRESTAS MITOCONDRIALES Las crestas mitocondriales tienen la estructura de toda membrana biológica. Empotradas en la doble capa lipídica se encuentran diferentes sustancias transportadoras de electrones. Estas están asociadas formando cuatro grandes complejos: - Complejo I (NADH deshidrogenasa) - Complejo II (Succinato deshidrogenasa) - Complejo III (Citocromo bc1). - Complejo IV (Citocromo c oxidasa). II Matriz mitocondrial ATPasa IV UQ Espacio intermembrana 52
- 53. Mitocondria vista al MET. 1) Membrana externa, 2) Espacio intermembrana. 3) Membrana interna. 4) Crestas. 5) Matriz. 5 1-2-3 4 II ATPasa IV 53
- 54. Mecanismo de la cadena respiratoria • En la membrana de las crestas mitocondriales se va a realizar un transporte de electrones desde el NADH o el FADH2 hasta el oxígeno. Este transporte de electrones va a generar un transporte de protones por parte de los complejos I, III y IV desde la matriz hacia el espacio intermembrana. Cada complejo será capaz de bombear dos protones. La salida de estos protones a través de las ATPasas servirá para sintetizar ATP, 1 ATP por cada dos protones, de forma similar a como sucedía en los cloroplastos. El NADH es capaz de reducir al Complejo I por lo que se obtendrán 3ATP por cada molécula de NADH. El FADH2 no puede reducir al complejo I y cede sus dos electrones al Complejo II. Esta es la razón por la que el FADH2 sólo genere 2 ATP. • Los electrones serán cedidos finalmente al oxígeno que junto con dos protones del medio darán una molécula de H2O 2H+ + 1/2O2 + 2e - H2O 54
- 55. Mecanismo de la Cadena Respiratoria. Oxidación del NADH y síntesis de ATP Espacio intermembrana FADH2 Matriz 55
- 56. Mecanismo de la Cadena Respiratoria. Oxidación del NADH y síntesis de ATP H2O 3ATP Matriz mitocondrial 6H+ NAD+ 3ADP NADH+H+ e e 1/2O2 II ATPasa UQ IV 6H+ Espacio intermembrana 56
- 57. Mecanismo de la Cadena Respiratoria. Oxidación del FADH2 y síntesis de ATP H2O 2ATP Matriz mitocondrial 4H+ e e FAD FADH2 2ADP 1/2O2 II ATPasa IV UQ 4H+ Espacio intermembrana 57
- 58. Síntesis de ATP por las ATPasas de la membrana de las crestas mitocondriales. 58
- 59. ¿Qué sucede con el NADH de origen hialoplasmático en los eucariotas? Hemos visto que cada NADH que se origina en las mitocondrias rinde 3 ATP. Pero, en los eucariotas, el NADH que se origina en la glucolisis en el hialoplasma sólo puede originar 2 ATP. Esto es debido a que este NADH no puede atravesar la membrana mitocondrial y debe ceder sus electrones a una sustancia intermediaria que a su vez los cede al FAD que hay en el interior de la mitocondria, lo que no sucede en los procariotas. NAD+ NADH Hialoplasma 2e- Interior mitocondrial FAD FADH2 59
- 60. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 60
- 61. ECUACIONES GLOBALES DE LA DEGRADACIÓN AEROBIO DE LA GLUCOSA Y RENDIMIENTO ENERGÉTICO EN MOLES DE ATP POR MOL DE GLUCOSA ECUACIÓN GLOBAL SIMPLIFICADA C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (36 o 38ATP) ECUACIÓN GLOBAL C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12 H2O (36 ó 38ATP) 61
- 62. BALANCE DE LOS PROCESOS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR EN EUCARIOTAS Proceso Sustancia Sustancia Coenzimas Moles de ATP inicial final Reducidas y ATP (totales) Glucolisis Glucosa 2 ácid. pirúvico 2 NADH 4 ATP 2 ATP 2 ATP Descarboxilación del 2 ácid. pirúvico 2 acetil-Co A 2 NADH 6 ATP ácido pirúvico 2 CO2 Ciclo de Krebs 2 acetil-Co A 4 CO2 6 NADH 18 ATP 2 FADH2 4 ATP 2 GTP 2 ATP Balance global Glucosa 6 CO2 36 ATP 6 O2 6 H2O 62
- 63. BALANCE EN MOLES DE ATP DE LA RESPIRACIÓN CELULAR Como vemos, en los EUCARIOTAS PROCARIOTAS eucariotas cada molécula de Proceso Coenzimas Moles de ATP Moles de ATP glucosa rinde Reducidas y ATP (totales) (totales) 36 moles ATP. Glucolisis 2 NADH 4 ATP 6 ATP 2 ATP 2 ATP 2 ATP En los procariotas, sin Descarboxilación 2 NADH 6 ATP 6 ATP embargo, son del ácido pirúvico 38 moles de ATP por mol de glucosa. Ciclo de Krebs 6 NADH 18 ATP 18 ATP 2 FADH2 4 ATP 4 ATP 2 GTP 2 ATP 2 ATP Balance global 36 ATP 38 ATP 63
- 64. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 64
- 65. FERMENTACIONES Glucosa Objetivos: -Obtención de energía en condiciones anaerobias Glucolisis (2ATP). -Recuperar el NAD+. O2 Pirúvico Respiración Fermentación CO2 y H2 O Etanol - Láctico 65
- 66. LAS FERMENTACIONES ANAERÓBICAS La oxidación del NADH+H+ y del FADH2 en la cadena respiratoria tiene como aceptor final de los electrones al oxígeno. De esta manera el NAD+ y el FAD se recuperan y la glucolisis y el ciclo de Krebs pueden mantenerse. 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. Para algunos microorganismos, los anaerobios estrictos, las fermentaciones son su única fuente de energía. Se les llama anaerobios estrictos porque no pueden vivir en un medio que contenga oxígeno ya que éste les es letal. Otros, los anaerobios facultativos, utilizan estas vías como mecanismo de emergencia durante los períodos en los que no disponen de oxígeno. En las fermentaciones, la glucosa no se degrada totalmente a CO2 y H2O, sino que se produce una degradación incompleta de la cadena carbonada. 66
- 67. LAS FERMENTACIONES ANAERÓBICAS: Según el producto obtenido tendremos las siguientes fermentaciones: a) Fermentación láctica. b) Fermentación alcohólica. Células de levadura Fibras musculares estriadas 67
- 68. A) FERMENTACIÓN LÁCTICA La realizan las bacterias del yogur y, por ejemplo, las células musculares, cuando no reciben un aporte suficiente de oxígeno, lo que sucede cuando se lleva a cabo un ejercicio físico intenso. En la fermentación láctica el ácido pirúvico es reducido a ácido láctico por medio del NADH+H+. De esta manera el NAD+ se recupera y pueden ser degradadas nuevas moléculas de glucosa. Ácido pirúvico Ácido láctico 68
- 69. Fibras musculares estriadas 69
- 70. Diferentes bacterias del género lactobacillus Lactobacillus casei Lactobacillus Lactobacillus acidophilus gasseri 70
- 71. B) FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA En la fermentación alcohólica el ácido pirúvico es transformado en alcohol etílico o etanol. Estas fermentaciones las realizan, por ejemplo, las levaduras del género Saccharomyces. Se trata de un proceso de gran importancia industrial que, dependiendo del tipo de levadura, dará lugar a una gran variedad de bebidas alcohólicas: cerveza, vino, sidra, etc. En la fabricación del pan se le añade a la masa una cierta cantidad de levadura, la fermentación del almidón de la harina hará que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO2. En este último caso el alcohol producido desaparece durante el proceso de cocción. La fermentación alcohólica tiene el mismo objetivo que la fermentación láctica: la recuperación del NAD+ en condiciones anaeróbicas. En la fermentación alcohólica el ac. pirúvico se descarboxila trasformándose en acetaldehído y este es reducido por el NADH a alcohol etílico. CO2 Ácido pirúvico etanal Alcohol etílico 71
- 72. LAS FERMENTACIONES ANAERÓBICAS: Saccharomyces cerevisiae (Levadura de cerveza). Este microorganismo es el responsable de los procesos de fermentación alcohólica. 72
- 73. ECUACIONES GLOBALES DE LAS DIFERENTES VÍAS DE DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA y RENDIMIENTO ENERGÉTICO EN MOLES DE ATP POR MOL DE GLUCOSA a) Respiración oxidativa C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (36 o 38ATP) C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O (36 0 38ATP) b) Fermentación láctica C6H12O6 2 C3H6O3 (2 ATP) c) Fermentación alcohólica C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 (2 ATP) 73
- 74. Esquema simplificado de los procesos de respiración celular O2 Hialoplasma mitocondria Acetil-CoA Pirúvico H2O H+ NADH Ciclo de Krebs Glucolisis e- NAD ADP+P Glucosa ATP ADP+P ATP CO2 Reacciones endergónicas (i) 74
- 75. Esquema simplificado de los procesos de fermentación Glucosa CH2OH Glucolisis CH3 2 Etanol 2 Ácido láctico 2NAD+ 2NAD+ 2ATP F. láctica F. alcohólica 2NADH+H+ 2NADH+H+ 2 Etanal 2 CO2 2 Ácido pirúvico 75
- 76. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 76
- 77. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 77
- 78. ATP La glucosa reacciona con el ATP y se forma la glucosa-6-Fosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 78 (i)
- 79. ADP La glucosa reacciona con el ATP y se forma la glucosa-6-Fosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 79 (i)
- 80. La glucosa reacciona con el ATP y se forma la glucosa-6-Fosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 80
- 81. La glucosa-6-Fosfato se isomeriza a fructosa-6- fosfato Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 81
- 82. ATP La fructosa-6- fosfato reacciona con el ATP para dar fructosa 1-6 difosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 82 (i)
- 83. ADP La fructosa-6- fosfato reacciona con el ATP para dar fructosa 1-6 difosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 83 (i)
- 84. La fructosa 1-6 difosfato se rompe para dar lugar al aldehído 3 fosfoglicérico y la dihidroxiacetona fosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 84 (i)
- 85. La fructosa 1-6 difosfato se rompe para dar lugar a el aldehído 3 fosfoglicérico y la dihidroxiacetona fosfato. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 85
- 86. La dihidroxiacetona fosfato se transforma en aldehído 3 fosfoglicérico. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 86
- 87. El aldehído 3 fosfoglicérico continúa el proceso de la glucolisis. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 87
- 88. NAD+ El aldehído 3 fosfoglicérico se oxida por el NAD+ y se fosforila por el ácido fosfórico para dar el ácido1,3 difosfoglicérico Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 88 (i)
- 89. NADH El aldehído 3 fosfoglicérico se oxida por el NAD+ y se fosforila por el ácido fosfórico para dar el ácido1,3 difosfoglicérico Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 89 (i)
- 90. ADP El ácido1,3 difosfoglicérico reacciona con el ADP para dar ATP y ácido 3- fosfoglicérico Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 90 (i)
- 91. ATP El ácido1,3 difosfoglicérico reacciona con el ADP para dar ATP y ácido 3- fosfoglicérico Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 91 (i)
- 92. ADP El ácido3 fosfoglicérico reacciona con el ADP para dar ATP y ácido pirúvico Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 92 (i)
- 93. ATP El ácido3 fosfoglicérico reacciona con el ADP para dar ATP y ácido pirúvico Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 93 (i)
- 94. GLU G6P F6P F16P PGAL 3-PGA PYR 1,3-DPGA (i+5) 94
- 95. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 95
- 96. CoA La accetil_CoA (ACA) reacciona con el ácido oxalacético (OXA) para dar ácido cítrico (CIT). La coenzima-A se desprende. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 96 (i)
- 97. CoA La accetil_CoA (ACA) reacciona con el ácido oxalacético (OXA) para dar ácido cítrico (CIT). La coenzima-A se desprende. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 97 (i)
- 98. El ácido cítrico (CIT) se trasforma en su isómero el isocítrico (ISO) Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 98
- 99. NAD+ El isocítrico (ISO) se oxida por medio del NAD+ transformándose en el α-ceto glutárico (α-KG). En el proceso se desprende CO2. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 99 (i)
- 100. NADH CO2 El isocítrico (ISO) se oxida por medio del NAD+ transformándose en el α-ceto glutárico (α-KG). En el proceso se desprende CO2. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 100 (i)
- 101. NAD+ El α-ceto glutárico (α-KG) se oxida por medio del NAD+ transformándose en ácido succínico (SUC). En el proceso se desprende otra molécula CO2. En el proceso se sintetiza una molécula de GTP. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 101 (i)
- 102. NADH CO2 El α-ceto glutárico (α-KG) se oxida por medio del NAD+ transformándose en ácido succínico (SUC). En el proceso se desprende otra molécula CO2. En el proceso se sintetiza una molécula de GTP. Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 102 (i)
- 103. FAD El sucínico (SUC) se oxida por medio del FAD transformándose en el ácido fumárico (FUM). Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 103 (i)
- 104. FADH2 El sucínico (SUC) se oxida por medio del FAD transformándose en el ácido fumárico (FUM). Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 104 (i)
- 105. H2O El ácido fumárico (FUM) reacciona con una molécula de agua transformán- dose en el ácido málico (MAL). Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 105 (i)
- 106. NAD+ El ácido málico (MAL) se oxida por el NAD+ dando lugar al ácido oxalacético (OXA). Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 106 (i)
- 107. NADH El ácido málico (MAL) se oxida por el NAD+ dando lugar al ácido oxalacético (OXA). Ácido aldehído o cetona alcohol metilo Fosfato 107 (i)
- 108. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 108
- 109. Compuestos intermediarios del ciclo de Krebs O CH2 - COOH HO - CH - COOH C-S-CoA HO – C - COOH H– C - COOH CH3 CH2 - COOH CH2 - COOH Acetil-Co-A Ácido cítrico Ácido isocítrico O = C - COOH CH2 - COOH CH - COOH H– C - H CH2 - COOH CH - COOH CH2 - COOH Ácido α cetoglutárico Ácido succínico Ácido fumárico HO - CH - COOH O = C - COOH CH2 - COOH CH2 - COOH Ácido málico Ácido oxalacético 109
- 110. ÍNDICE 1 – Glucolisis 2 – Mitocondrias 3 – Ciclo de Krebs 4 – Cadena respiratoria 5 – Balance de la respiración celular 6 – Fermentaciones 7 – Animaciones - Glucolisis (esquemas) - Glucolisis (fórmulas) - Ciclo de Krebs (esquemas) - Ciclo de Krebs (fórmulas) 110
- 111. 111