TEMA 11 METABOLISMO CELULAR. CATABOLISMO
- CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL
METABOLISMO
·
Metabolismo:
conjunto de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el
ser vivo. Cada una de ellas requiere la participación de una enzima.
·
Ruta o
vía metabólica: proceso formado por una cadena de reacciones enzimáticas
sucesivas. Cada una de las sustancias que intervienen en una ruta metabólica y
sufren transformaciones durante el proceso recibe el nombre de metabolito.
·
Rutas
metabólicas:
o
Catabolismo:
es el metabolismo de degradación oxidativa de las moléculas, y así obtener
energía
o
Anabolismo:
es el metabolismo de síntesis de las moléculas, requiere energía, que procede
del catabolismo
o
Anfibolismo:
es el metabolismo de degradación oxidativa de las moléculas para obtener
energía, pero en el que las moléculas con las que se inicia el proceso, se
renuevan continuamente
·
Moléculas
que intervienen en el metabolismo:
o
Metabolitos:
son las moléculas que ingresan en las distintas rutas del metabolismo. La glucosa
y los ácidos grasos en el catabolismo y el acetil- CoA y los aminoácidos en el
anabolismo
o
Transportadores
de electrones en las reacciones de oxidación-reducción; NAD+, NADP+
y FAD.
o
Transportadores
de energía; ATP y GTP
o
Moléculas
extremas ambientales, se encuentran al principio o final de un proceso
metabólico. Proceden del ambiente celular o son cedidas a él. Son moléculas
como el oxígeno, el agua, el dióxido de carbono, el etanol o el ácido láctico
- CATABOLISMO AERÓBICO Y ANAERÓBICO
·
Concepto.
El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas
orgánicas para la obtención de la energía necesaria para las funciones
celulares.
La célula debe
disponer de una última molécula a la que pueda cederle los electrones o los
hidrógenos desprendidos en las rutas de oxidación. Según sea la naturaleza del
aceptor de electrones los seres vivos se clasifican en:
o
Aeróbicos
o aerobios, si el aceptor es el oxígeno molecular
o
Anaeróbicos
o anaerobios, si es otra molécula
·
Procesos
catabólicos en condiciones aerobias
o
La
glucosa y los ácidos grasos son degradados mediante la glucólisis y la
β-oxidación respectivamente a acetil-CoA
o
Las
proteínas se descomponen en sus aminoácidos constituyentes formando productos
intermediarios
o
Todos
ellos entran en el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, produciendo CO2,
H2O y ATP
- GLUCÓLISIS
·
Localización:
hialoplasma o citosol celular
·
Producto
inicial: una molécula de glucosa con 6 átomos de carbono
·
Producto
final: dos moléculas de ácido pirúvico con 3 átomos de carbono cada una
·
Reacción:
·
Balance
energético: por cada molécula de glucosa se obtiene:
o
Se
necesitan dos moléculas de ATP para iniciar el proceso, sin embargo, una vez
comenzado se obtienen cuatro moléculas de ATP, por lo que obtienen dos
moléculas de ATP
o
Se
obtienen también dos moléculas de NADH
·
Ecuación
global
Glucosa + 2ADP +
2Pi + 2NAD → 2 Ác. Pirúvico + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
- RESPIRACIÓN CELULAR I: EL CICLO DE
KREBS
- Concepto de
respiración celular
Mediante la
respiración celular, el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis, se oxida
completamente a CO2 y H2O. El proceso ocurre en tres
etapas; oxidación del ácido pirúvico a acetil-CoA (matriz mitocondrial), el
ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) y la cadena respiratoria (crestas
mitocondriales) que se asocia a la fosforilación oxidativa
- Oxidación del
ácido pirúvico a acetil-CoA
·
Localización:
en la matriz mitocondrial
·
Producto
inicial: ácido pirúvico (3C)
·
Producto
final: acetil-CoA (2C)
·
Reacción:
·
Balance
energético: por cada molécula de ácido pirúvico se obtienen dos moléculas de
NADH
- El ciclo de Krebs
o ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico
Es una ruta
anfibólica, ya que es una ruta de degradación oxidativa en la que se obtiene
energía y se recupera el producto inicial
·
Localización:
matriz mitocondrial
·
Producto
inicial: ácido oxalacético (4C) + Acetil-CoA (2C)=Ácido cítrico (6C)
·
Producto
final: ácido oxalacético (4C) + 2 CO2
·
Reacción:
·
Balance
energético
En cada vuelta del
ciclo de Krebs se genera una molécula de GTP, tres de NADH y una de FADH2.
El GTP transfiere el grupo fosfato al ADP, produciendo una molécula de ATP
Para oxidar
completamente una molécula de glucosa son necesarias dos vueltas del ciclo, por
lo que se obtienen 2 ATP, 6 NADH y 2 FADH2
- RESPIRACIÓN CELULAR II: LA CADENA
RESPIRATORIA
- La cadena
respiratoria
La molécula de
acetilo que ingresó en el ciclo de Krebs se encuentra completamente oxidada.
Parte de su energía ha sido utilizada en la síntesis de ATP. Sin embargo, la
mayor parte de la energía se encuentra en los nucleótidos reducidos (NADH y
FADH2)
La oxidación de
estos nucleótidos tiene lugar en una cadena redox escalonada, la cadena
respiratoria. En esta cadena cada eslabón solo puede recibir electrones de otro
par que tenga un potencial de reducción más negativo y solo puede cederlos al
par que lo tenga menos negativo
·
Localización:
membrana mitocondrial interna (crestas mitocondriales)
·
Producto
inicial: los electrones cedidos por el NADH y el FADH2
·
Producto
final: el último aceptor de electrones es el O2, que junto con dos H+,
forma una molécula de agua
·
Proceso
- Fosforilación
oxidativa
·
Es el
proceso mediante el cual se fabrica ATP a partir de la energía liberada por los
electrones al moverse en la cadena transportadora
·
Se
calcula que por cada par de electrones procedentes del NADH se forman 3 ATP, y
si proceden del FADH2 se forman 2 ATP
·
El
proceso es el siguiente:
o
Los
complejos enzimáticos I, III y IV utilizan la energía liberada por los
electrones para bombear protones desde la matriz mitocondrial al espacio
intermembrana
o
Estos
protones se acumulan y forman un gradiente electroquímico
o
La
enzima ATP-sintetasa permite la salida de estos protones, y este flujo lo
aprovecha para sintetizar ATP en el lado de la matriz
o
Se
calcula que por cada 3 protones que salen se fabrica 1 ATP
- BALANCE ENERGÉTICO DE LA RESPIRACIÓN
CELULAR
- FERMENTACIONES
·
Cuando
el catabolismo ocurre en condiciones anaeróbicas, es decir, si el último
aceptor de electrones no es el oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla,
las rutas de la degradación de la glucosa se denominan fermentaciones
·
Fermentación
etílica
o
Producto
inicial: glucosa
o
Producto
final: etanol
o
Microorganismo
que la realiza: la levadura (hongo) Saccharomyces
cerevisiae
o
Reacción
o
Utilidad:
producción de bebidas alcohólicas y fabricación del pan
o
Rendimiento
energético: los 2 ATP de la glucólisis
·
Fermentación
láctica
o
Producto
inicial: glucosa
o
Producto
final: ácido láctico
o
Microorganismos
que la realizan: bacterias del género lactobacilos
como; L. lactis, L. bulgaricus, L.
casei y L. bifidus
o
Reacción
o
Utilidad:
producción de productos lácticos como leche fermentada, yogur y queso
o
Rendimiento
energético: los 2 ATP de la glucólisis
- CATABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS
·
El
proceso se inicia en el citoplasma, donde los triglicéridos son hidrolizados a
glicerina y ácidos grasos y los fosfolípidos a glicerina, ácidos grasos y ácido
fosfórico
·
La
glicerina es transformada en gliceraldehído-3P y se incorpora a la glucólisis
·
β-oxidación
de los ácidos grasos o hélice de Lynen
o
El
ácido graso se activa en la membrana mitocondrial externa, uniéndose a la
coenzima A
o
A
continuación, este ácido graso activado entra en la matriz mitocondrial y aquí
se va oxidando de manera secuencial el carbono β de la molécula y se van
liberando unidades de dos átomos de carbono unidos a la coenzima A
o
Estas
unidades son moléculas de acetil-CoA que entran en el ciclo de Krebs y así se
obtiene energía
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