UNIDAD 7. METABOLISMO: PROCESOS CATABÓLICOS.

ESQUEMA

1.EL CATABOLISMO

Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de un ser vivo.

Catabolismo,  tiene tres finalidades:-Conseguir energía →formar ATP.

                                                        -Obtener poder reductor para procesos anabólicos.

                                                        -Producir precursores metabólicos para la biosíntesis.

Las reacciones catabólicas son de oxidación-reducción, en ellas  una biomolécula orgánica pierde electrones y H+,  que capta otra molécula. La primera queda oxida, la segunda se reduce liberando energía.

PROCESO	OXIDACIÓN	ACEPTOR FINAL DE É	LUGAR	RENDIMIENTO ENERGÉTICO
Respiración	Completa	Molécula inorgánica	Mitocondria	Mayor
Fermentación	Incompleta	Molécula orgánica	Citoplasma	Menor

La energía liberada en la oxidorreducción →  formar ATP. Dos métodos:

• Fosforilación oxidativa:

                                é→sistema transportador→ energía → activa ATPasa → ADP+P=ATP

• Fosforilación a nivel de sustrato (una molécula con un grupo fosfato de alta energía lo cede).

                                compuesto - P    +    ADP    →   compuesto + ATP

2.EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

En los procesos catabolicos las biomoléculas orgánicas más importantes los glúcidos→ glucosa. Con la glucólisis: glucosa → piruvato,  se pueden seguir dos rutas:

       - Respiración celular, degradación completa forma CO2.

       - Fermentación, degradación parcial,productos orgánicos.

3.GLUCÓLISIS

Tres etapas:

• Etapa de fosforilación que requiere aporte energético: de una molécula de glucosa dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato. La molécula de glucosa se activa por fosforilaciones, hidrólisis de moléculas de ATP de la reserva celular. Se consumen dos moléculas de ATP.

  

• Etapa de oxidación que genera energía y poder reductor, transforma grupo aldehído en grupo carboxilo. Pasa de dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato a dos moléculas de 3-fosfoglicerato. El gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa aporta un fosfato inorgánico y emplea NAD+, generando NADH. Se originan 2 moléculas de ATP.

• Etapa en la que se restituye la célula en la ATP consumido en la primera etapa. Las dos moléculas de 3-fosfoglicerato dan lugar a dos moléculas de piruvato. Se restituyen las dos moléculas de ATP consumidas en la primera etapa.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS

-Eficacia baja, dos moléculas de piruvato por molécula de glucosa.

-En el citoplasma.

-ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

-Genera poder reductor.

-Suministra precursores metabólicos.

-No requiere O2.

-Ruta metabólica muy antigua.

4. RESPIRACIÓN AEROBIA

El piruvato se degrada totalmente. Se da en eucariotas y gran parte de las procariotas.

Tres etapas: 1.Formación Acetil Co-A. (matriz mitocondrial).

                    2.Ciclo Krebs (matriz mitocondrial).

                    3.Fosforilación oxidativa (crestas mitocondriales).

4.1. FORMACIÓN DEL ACETIL CoA

El piruvato sufre descarboxilación oxidativa para convertirse en acetil coenzima A y acceder al ciclo de Krebs. Convierte los esqueletos carbonados hasta formar CO2 y H2O.

Acción oxidativa por el complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa.

-Pérdida del grupo carboxilo en forma de CO2.

-Grupo cetona→ grupo carboxilo. La energía liberada sirve para la unión:

                                                             resto acetilo + coenzima A= acetil CoA (se origina una molécula NADH)

4.2. CICLO DE KREBS O DE LOS ÁCIDOS TRICARBOXÍLICOS

-Conjunto cíclico de reacciones para la oxidación completa del acetil coenzima A en CO2.

-Los electrones captadas por las moléculas NAD y FAD →forman→ moléculas reducidas  NADH y FADH2

-En la matriz mitocondrial.

Se obtiene:

• Poder reductor.
• Precursores metabólicos.
• Energía en forma de ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

En una vuelta del ciclo se obtiene: -Una molécula GTP, convertible en ATP.

                                                      -3 moléculas NADH, 1 molécula FADH2 (posterior obtención de ATP).

                                                      -2 moléculas de CO2.

El ciclo de Krebs es un centro de metabolismo intermediario para rutas catabólicas y metabólicas, centro anfibólico.

4.3.FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

-Mismo mecanismo de síntesis de ATP en la respiración.

-En las crestas mitocondriales. 

-Unión de un grupo fosfato con un enlace altamente energético a una molécula ATP.

-Acción de la enzima ATP sintasa o ATPasa.

-Formación de un gradiente de protones por los electrones liberados en las oxidaciones previas.

NADH→ é → TRANSPORTE ELECTRÓNICO→ energía → Bombeo H+ → ATP sintasa→ ADP+P=ATP

↓                                                                                          la membrana

NAD+                                                                                     mitocondrial

                                                                            GRADIENTE ELECTROQUÍMICO    SÍNTESIS DE ATP

TRANSPORTE ELECTRÓNICO

-Los electrones las moléculas reducidas NADH y FADH2 son cedidas a moléculas transportadoras.

-Pasan de unas a otras a favor de gradiente de oxido reducción hasta un compuesto aceptor final.

-El descenso de niveles energéticos crea un gradiente electrostático a ambos lados de la membrana mitocondrial interna.

-Cadena transportadora formada por moléculas capaces de reducirse y oxidarse (aceptar y ceder electrones de forma espontánea).

-Los electrones pasan a niveles electrónicos diferentes.

-Los complejos transportadores de electrones se organizan en cuatro grandes complejos insertos en la membrana mitocondrial interna.

-Algunos de ellos contiene citocromos.

-El último aceptor es el O2, que se reduce y forma agua.

-Se consume el 90% del O2 celular.

FORMACIÓN DE GRADIENTE QUIMIOSMÓTICO

-La energía generada en el transporte electrónico sirve para bombear H+.

-Se produce a través de la membrana mitocondrial.

-Se acumula en el espacio intermembranoso de la misma.

-Se potencial eléctrico, la membrana interna posee carga positiva en una cara y negativa en la otra.-Se generase crea la fuerza protón-motriz.

SÍNTESIS DE ATP

-La fuerza protón-motriz permite la fosforilación de ATP.

-Acción de la enzima ATPasa, por la que se produce el paso de electrones hacia dentro de la matriz mitocondrial.

-Se disipa el gradiente electroquímico, creando energía que une un grupo fosfato a moléculas de ADP.

4.4.RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA

-Proceso extraordinariamente eficiente, oxidación completa hasta CO2.

Por molécula de	NADH	FADH2
Moléculas de ATP	3 ATP	2 ATP

En el Ciclo de Krebs: 3 NADH → 9 ATP

                                                                + 1 GTP = 12 ATP/ molécula de Acetil CoA

                                 1 FADH2→ 2 ATP

Además en el paso de piruvato a Acetil CoA →1 NADH→ 3 ATP

Como por cada molécula de glucosa→ 2 moléculas de piruvato

                         Rendimiento total respiración aerobia: 3O ATP

Proceso	Moléculas reducidas	Por fosforilación a nivel de sustrato	Por fosforilación oxidativa	GTP
GLUCÓLISIS	2 NADH	2 ATP	4 o 6 ATP	-
ACETIL-CoA	2 NADH	-	6 ATP	-
CICLO DE KREBS	6 NADH/ 2 FADH2	-	18 ATP/ 4 ATP	2GTP → 2 ATP

                      Rendimiento total de una molécula de glucosa: 36 o 38 ATP (40%)

5.LAS FERMENTACIONES

-Oxidación incompleta de compuestos orgánicos en ausencia de oxígeno.

-Se obtiene la de ATP exclusivamente por fosforilación a nivel de sustrato.

-Los sustratos de fermentación son generalmente moléculas de glucosa, aunque también pueden ser proteínas o aminoácidos.

Comienza con glucólisis, se obtiene  NADH y ATP. El NADH se oxida a NAD+ y se reduce el piruvato.

Dos etapas etapas: -Etapa de oxidación, glucosa → piruvato. Consume NADH, se obtiene NADH+ y ATP.

                               -Etapa de reducción, piruvato → productos finales. Se genera NAD+.

Las fermentaciones son realizadas por: -Bacterias anaerobias estrictas (ausencia de oxígeno).

                                                               -Bacterias anaerobias facultativas (ausencia o presencia).

Generalmente productos finales→ ácidos orgánicos.

-Es una reducción larga y compleja.

FERMENTACIÓN LÁCTICA

-El piruvato molécula aceptora de electrones, forma lactato.

-Enzima: lactato deshidrogenasa.

-Realizada por bacterias lácticas anaerobias aerotolerantes.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

-Acetaldehído molécula que se reduce, forma etanol.

-Enzima: alcohol deshidrogenasa.

-Realizada principalmente por levaduras.

5.1.RENDIMIENTO DE LAS FERMENTACIONES

-Muy bajo, sobre todo comparado con la respiración aerobia.

-Al ser oxidación incompleta los productos quedan con contenido energético.

    Rendimiento total de las fermentaciones: 2 ATP por cada molécula de glucosa

*Si el sustrato no es glucosa, el rendimiento es todavía menor.

APARTADO DESARROLLADO

FERMENTACIÓN LÁCTICA

-El propio piruvato procedente de la glucólisis es la molécula aceptora de electrones del NADH+.

-Se reduce y forma lactato.

-El NAD+ se regenera.

-Reacción catalizada por la enzima: lactato deshidrogenasa.

-Único rendimiento energético: 2 ATP ( de la glucólisis).

-Realizada por bacterias lácticas anaerobias aerotolerantes. Ej: Lactatobacillus y Lactococcus.

-Se obtienen productos como el queso, el yogur o la leche.

-Puede realizarse en el tejido muscular cuando no reciben oxígeno suficiente.

-El lactato resultante es reciclado en el hígado.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

-Rotura de esqueleto carbonado del piruvato, se origina CO2 y acetaldehído.

-Con la molécula NADH se reduce.

-Acción de la enzima alcohol deshidrogenasa.

-Forma etanol.

-Único rendimiento energético: 2 ATP (de la glucolisis).

-Realizada principalmente por levaduras. Como Saccharomyces cerevisiae.

-Se obtienen productos como  bebidas alcohólicas y pan.

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