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METABOLISMO
CATABOLISMO CELULAR
EL METABOLISMO
▸
Es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y
que conducen a la transformación de unas moléculas en otras.
METABOLISMO
CATABOLISMO
ANABOLISMO
√Producción de ATP
√Reacciones de oxidación (pérdida H+)
√Los coenzimas se reducen (aceptan H+)
√Moléculas complejas ► Moléculas sencillas
√Gasto de ATP
√Reacciones de reducción (ganancia H+)
√Los coenzimas se oxidan (ceden H+)
√Moléculas sencillas ► Moléculas complejas
EL METABOLISMO
▸
En las reacciones metabólicas, unos compuestos se oxidan y otros
de reducen (reacciones redox).
▸
En el catabolismo, los átomos de H que se desprenden en la
oxidación son captados por transportadores de H (NAD+, NADP+
y FAD) hasta que finalmente son trasladados hasta un aceptor final,
que queda reducido.
Molécula OXIDADA
CATABOLISMO
AH2 + FAD  A + FADH2
Molécula REDUCIDA
ANABOLISMO
B + FADH2
 BH2 + FAD
EL METABOLISMO
▸
TIPOS DE METABOLISMO:
Según la
fuente de
CARBONO
Según la
fuente de
ENERGÍA
• AUTÓTROFOS: CO2
• HETERÓTROFOS: Materia orgánica
• FOTOSINTÉTICOS: Luz
• QUIMIOSINTÉTICOS:
Reacciones químicas
EL METABOLISMO
▸
Según las distintas formas de obtención de CARBONO y ENERGÍA,
tendremos organismos:
FOTOAUTÓTROFOS ó
FOTOSINTÉTICOS
• Fte. C: CO2
• Fte. E: Luz
• Plantas, bacterias fotosintéticas, cianobacterias y algunos protozoos.
QUIMIOAUTÓTROFOS ó
QUIMIOSINTÉTICOS
• Fte. C: CO2
• Fte. E: Oxidación de compuestos inorgánicos.
• Metanobacterias y nitrosomas.
FOTOHETERÓTROFOS
• Fte. C: Materia orgánica
• Fte. E: Luz
• Algunas bacterias (ej: púrpuras no sulfurosas)
QUIMIOHETERÓTROFOS
• Fte. C: Materia orgánica
• Fte. E: Oxidación de compuestos orgánicos.
• Animales, hongos, muchas bacterias y protistas
EL CATABOLISMO según el grado en que se oxida el sustrato.
Catabolismo
Fermentación
Respiración
►Oxidación incompleta
de moléculas orgánicas.
►Baja producción de ATP
►Aceptor final de
electrones:
compuesto orgánico
►Oxidación total de
moléculas orgánicas.
►Alta producción de ATP
►Aceptor final de
electrones:
compuesto inorgánico
►No requiere O22
Aerobia
Aceptor final de
electrones: O22
Anaerobia
Aceptor final
de electrones:
molécula
inorgánica
distinta del O22
Láctica
Alcohólica
EL CATABOLISMO según la molécula orgánica que se oxida.
Catabolismo de GLÚCIDOS
Catabolismo de LÍPIDOS
Catabolismo de PROTEÍNAS
Catabolismo de ÁCIDOS
NUCLEICOS
EL CATABOLISMO según la molécula orgánica que se oxida.
Aminoácidos
Glúcidos
Grasas
Desaminación
Glucólisis
Beta
oxidación
Acido pirúvico
Acetil coA
Ciclo de
Krebs
Cadena respiratoria
EL CATABOLISMO
▸
Dependiendo del proceso por el cuál se oxiden las
moléculas orgánicas, se sucederán distintas etapas:
Descarboxilación oxidativa:
(Piruvato ► Acetil CoA)
RESPIRACIÓN
CELULAR
FERMENTACIÓN
Glucólisis
Ciclo de Krebs
Glucólisis
Fermentación:
ALCOHÓLICA
LÁCTICA
Cadena
respiratoria
EL CATABOLISMO
▸
Mecanismos de obtención
de ATP:
▸
Fosforilación a nivel de sustrato
▸ El grupo fosfato de una molécula
se hidroliza y se transfiere el ADP
para formar ATP en una única
reacción química.
▸
Fosforilación oxidativa (mediante la
enzima ATP-sintetasa)
▸ Fosforilación asociada a un
gradiente quimiosmótico. La
energía liberada por el transporte
electrónico a favor de gradiente se
acopla a la fosforilación del ATP.
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
Glucolisis
Glucosa
Piruvato
Mitocondria
Cytosol
ATP
Fosforilación a nivel
de sustrato
El CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
▸
▸
No precisa O2
Se produce oxidación.
Cada molécula de glucosa (6C) se
transforma en dos de Piruvato o Ácido
Pirúvico (3Cx2)
▸
Se obtiene ATP y coenzimas reducidos.
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Fosforilación catalizada por una hexoquinasa:
▸
Se gasta un ATP
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Isomerización catalizada por una fosfoglucoisomerasa:
▸
Se obtienen dos isómeros (paso de aldehído a cetona de 6C, de
igual composición química global).
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Fosforilación catalizada por una fosfofructoquinasa:
▸
Se gasta un ATP
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
▸
Escisión de la molécula inicial (6C) en dos moléculas
(3Cx2).
Isomerización (de cetona a aldehído) catalizada por una
isomerasa.
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Oxidación catalizada por una deshidrogenasa acoplada
a una fosforilación:
▸
Se obtiene el coenzina reducido (2 x NADH+H+)
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Desfosforilación catalizada por una quinasa:
▸
Se obtiene ATP (x2)
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Cambio intramolecular del grupo fosfato catalizado por
una mutasa:
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Deshidratación y formación de un doble enlace:
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Desfosforilación que produce el producto final
(Piruvato):
▸
Se obtiene ATP (2x)
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Balance ENERGÉTICO:
por cada glucosa oxidada obtendremos
▸
▸
▸
▸
2 Piruvato
2 NADH
2 ATP
2 H2O
EL CATABOLISMO
▸
GLUCOLISIS
▸
Balance ENERGÉTICO:
Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Deben REOXIDARSE a NAD+ para que la GLICOLISIS no se
paralice mediante:
Cadena de transporte
electrónico
(VÍA AEROBIA)
Fermentación
(VÍA ANAEROBIA)
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
Ingreso del PIRUVATO en el CICLO DE KREBS
Descarboxilación oxidativa:
(Piruvato ► Acetil CoA)
Glucolisis
Glucosa
Piruvato
Ciclo de
Krebs
Citosol
Mitocondria
ATP
Fosforilación a nivel
de sustrato
ATP
Fosforilación a nivel
de sustrato
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN
CELULAR
▸
DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO
Descarboxilación oxidativa
catalizada por la enzima Piruvato
deshidrogenasa.
Se reducen coenzimas.
MIOCONDRIA
CITOSOL
NAD+
Piruvato
Transporte proteico
CO2
NADH + H+
Coenzima A
Acetil Co A
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CICLO DE KREBS
Piruvato
(2 por
glucosa)
CO2 Glucolisis
NAD+
Krebs
Fosforilación
oxidativa
CoA
NADH
+ H+
•Ocurre en la matríz
mitocondrial.
•Ruta anfibólica:
convergen rutas
catabólicas y
anabólicas.
•Se dan reacciones de
oxido-reducción.
FADH
ATP
Acetyl CoA
ATP
CoA
CoA
Ciclo de KREBS
2 CO2
3 NAD+
2
3 NADH
FAD
+ 3 H+
ADP + P
ATP
i
ATP
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CICLO DE KREBS
▸
2 átomos de Carbono del Acetil-CoA se oxidan totalmente a 2 moléculas de CO 2.
▸
Cada vuelta del ciclo consume un Acetil-CoA y regenera un ácido oxalacético, que puede iniciar otro nuevo ciclo.
EL CATABOLISMO
▸
Glycolysis
Citric
acid
cycle
ATP
ATP
Oxidation
phosphorylation
ATP
CICLO DE KREBS
Acetyl CoA
1. Condensación: el
Acetil CoA (2C)entra
en el ciclo
combinándose con el
Oxalacetato (4C) y se
forma Citrato (6C).
2. Isomerización: tras
deshidratación y
rehidratación, se forma
Isocitrato (6C).
H2O
Oxaloacetate
Citrate
Isocitrate
Citric
acid
cycle
EL CATABOLISMO
▸
Glycolysis
Citric
acid
cycle
ATP
ATP
Oxidation
phosphorylation
ATP
CICLO DE KREBS
Acetyl CoA
3 y 4. Dos
descarboxilaciones
oxidativas dan lugar al
Succinil CoA (4C) y se
reducen los coenzimas
(NADH)
H2O
Oxaloacetate
Citrate
Isocitrate
CO2
Citric
acid
cycle
NAD+
NADH
+ H+
a-Ketoglutarate
NAD+
Succinyl
CoA
NADH
+ H+
CO2
EL CATABOLISMO
▸
Glycolysis
Citric
acid
cycle
ATP
ATP
Oxidation
phosphorylation
ATP
CICLO DE KREBS
Acetyl CoA
▸
▸
5. Fosforilación a nivel
de sustrato (obtención
GTP) que da lugar a
Succinato (4C).
6. Oxidación del
Succinato a Fumarato
(4C), obteniéndose
coenzimas reducidos
(FADH2)
H2O
Oxaloacetate
Citrate
Isocitrate
CO2
Citric
acid
cycle
NAD+
NADH
+ H+
Fumarate
a-Ketoglutarate
FADH2
NAD+
FAD
Succinate
GTP GDP
ADP
GTP
Pi
Succinyl
CoA
NADH
+ H+
CO2
Glycolysis
Citric
acid
cycle
ATP
ATP
Oxidation
phosphorylation
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
ATP
CICLO DE KREBS
Acetyl CoA
▸
▸
7. Hidratación del
Fumarato,
obteniéndose Malato
(4C)
8. Oxidación de
Malato a Oxalacetato
(4C), obteniéndose
coenzimas reducidos
(NADH)
NADH
+ H+
H2O
NAD+
Oxaloacetate
Malate
Citrate
Isocitrate
CO2
Citric
acid
cycle
H2O
NAD+
NADH
+ H+
Fumarate
a-Ketoglutarate
FADH2
CO2
NAD+
FAD
Succinate
Pi
GTP GDP
ADP
ATP
NADH
Succinyl
CoA
+ H+
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CICLO DE KREBS
▸
Balance energético
▸
Como se obtienen 2 Piruvatos por cada molécula de glucosa:
Piruvato (x2)
Acetil CoA (x2)
Ciclo
KREBS
2 NADH
6 NADH
2 FADH22
2
2 GTP
GTP
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO
Electrones
transportados
vía NADH y
FADH2
Electrones
transportados
vía NADH
Glucolisis
Glucosa
Piruvato
Citosol
Ciclo de
Krebs
Cadena de
transporte
electrónico
Mitocondria
ATP
Fosforilación a nivel
de sustrato
ATP
Fosforilación a nivel
de sustrato
ATP
Fosfación
oxidativa
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO
Cadena respiratoria
que se da en las crestas
mitocondriales.
Un conjunto de
moléculas aceptan los
electrones liberados por
los coenzimas y los
transportan de una a otra,
pasando por niveles
energéticos decrecientes.
El aceptor final (O2) se
transforma en H2O.
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRÓNICO
CADENA DE TRANSPORTE
Glycolysis
Citric
acid
cycle
ATP
ATP
Membrana
mitocondrial
interna
ELECTRÓNICO
Oxidative
phosphorylation:
electron transport
and chemiosmosis
ATP
H+
H
+
H+
Espacio
intermembrana
H+
Cyt c
Transportador
de electrones
Q
III
I
II
FADH2
Membrana
mitocondrial
interna
NADH + H+
IV
ATP
synthase
FAD
2H+ + 1/2 O2
NAD+
ATP
ADP + P i
(carrying electrons
from food)
Matríz
mitocondrial
H2O
H+
Cadena de transporte electrónico y bombeo de protones
al espacio intermembrana.
Fosforilación oxidativa
Síntesis de ATP por la ATP
sintetasa, aprovechando el
gradiente de protones.
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
CADENA DE TRANSPORTE
ELECTRÓNICO
▸
Fosforilación oxidativa:
▸
▸
La energía que se libera en el transporte de
electrones es utilizada para bombear H+
hacia el espacio intermembrana, donde se
acumulan
formándose
un
gradiente
electroquímico.
Espacio intermembrana
H+
H+
H+
H+
H+
H+
La membrana mitocondrial interna es
impermeable a los protones, luego solo
pueden volver a la matriz mediante la ATPsintetasa. Esta enzima utiliza la energía
acumulada en el gradiente de H+ para fosforilar ADP y
transformarlo en ATP (1 ATP por cada dos H+).
▸
H+
H+
Rendimiento energético:
▸
Cada NADH+H+ cede dos electrones que sirven para bombear 6H+ (rinde
3ATP)
▸
Cada FADH
+(rinde 2ATP)
2 cede dos electrones que sirven para bombear 4H
ADP
+
Pi
ATP
EL CATABOLISMO / RESPIRACIÓN CELULAR
▸
RENDIMIENTO ENERGÉTICO de la degradación de una
molécula de Glucosa por CATABOLISMO AEROBIO.
Proceso
Glucolisis
Respiración
Citoplasma
Matriz
mitocondrial
2 ATP
2 NADH
Ac.
Piruvico a
2 X (1NADH)
Transporte
electrónico
Total
2 x (3ATP)
2 ATP
6 ATP
2 x (3ATP)
6 ATP
6 x (3ATP)
2 ATP
18 ATP
4 ATP
Ac. CoA
Ciclo de
Krebs
Balance energético global (por molécula de glucosa)
2 X (1 GTP)
2 X(3 NADH)
2 X(1 FADH2)
2 x (2ATP)
38 ATP
EL CATABOLISMO / FERMENTACIÓN
▸
Mecanismo biológico
más antiguo de
obtención de energía.
Glucose
CITOSOL
▸
▸
▸
▸
Produce poca energía
(ATP).
Piruvate
Ausencia de O2
Presencia de O2
Fermentación
Respiración celular
Las moléculas orgánicas
no se oxidan
completamente.
Aceptor final de
electrones: compuesto
orgánico.
Tiene lugar en el
hialoplasma celular.
Etanol
o ácido láctico
Acetil CoA
MITOCONDRIA
Ciclo de
Krebs
EL CATABOLISMO / FERMENTACIÓN
▸
TIPOS DE FERMENTACIÓN, según el producto
final que se forma:
LÁCTICA
• Ácido láctico
ALCOHÓLICA
• Alcohol etílico
ACÉTICA
• Ácido acético
PÚTRIDA O
PUTREFACCIÓN
• Se fermentan proteínas y se
producen sustancias como la
cadaverina, putrescina, gases..
EL CATABOLISMO / FERMENTACIÓN
▸
FERMENTACIÓN LÁCTICA
▸
Degradación de la glucosa hasta ácido láctico.
EL CATABOLISMO / FERMENTACIÓN
▸
FERMENTACIÓN
LÁCTICA
▸
Ocurre excepcionalmente
en células musculares
humanas, tras un gran
esfuerzo (consume mucho
oxígeno, produciendo
anaerobiosis).
▸
El ácido láctico cristaliza
(produciendo dolor) y es
absorbido por las
mitocondrias, que lo
utilizan como combustible
para producir ATP.
EL CATABOLISMO / FERMENTACIÓN
▸
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
▸
Degradación de la glucosa hasta etanol y CO2.
Piruvato
descarboxilasa
Alcohol
deshidrogenasa
EL CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
▸
Las grasas se hidrolizan en glicerol y ácidos grasos.
(activación en el citoplasma)
Se incorpora
a la glucolisis
La beta oxidación
genera moléculas de
Acetil CoA que van
ingresando en el ciclo
de Krebs.
Ciclo de
Krebs
Cadena
respiratoria
ATP
Beta oxidación
(hélice de Lynen)
EL CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
▸
Beta oxidación o hélice de Lynen:
▸
▸
En cada vuelta, el ácido graso pierde dos carbonos (se escinde un Acetil
CoA) hasta oxidarse por completo.
Se suceden las siguientes reacciones:
▸ 1 Oxidación
(n) Carbonos
▸ 1 Hidratación
(n-2) Carbonos
▸ 1 Oxidación
▸ 1 Escisión
EL CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
▸
Beta oxidación o hélice de Lynen:
▸
Balance energético
-1 ATP
-1 ATP
TOTAL
130 ATP
EL CATABOLISMO DE PROTEÍNAS
▸
Excepcionalmente,
las proteínas pueden
utilizarse en procesos
catabólicos para
producir energía.
EL CATABOLISMO DE ÁCIDOS
NUCLEICOS
▸
▸
Los nucleótidos se escinden en pentosas, ácidos fosfóricos y bases
nitrogenadas.
Las bases nitrogenadas dan lugar a urea y amoniaco, que serán
excretados.