RESPIRACIÓN CELULAR:
LIBERACIÓN DE ENERGÍA
ENERGÍA.
Es la capacidad de producir un cambio en el estado o movimiento de la materia
Formas Principales de Energía:
• Energía Potencial. E. almacenada que
puede convertirse a energía Cinética. Los alimentos que ingerimos contienen energía potencial química que se
convierte en E. de movimiento y calor cuando corremos.
• Energía Cinética. Es la E. del
movimiento. Puede transformarse en E. potencial y viceversa.
El ATP Como Portador De Energía
El ATP (Adenosín Trifosfato) es liberado de la glucosa
durante las respiración celular y hace posible las
reacciones metabólicas de los seres vivos.
El ATP es un nucleótido compuesto por:
-
Una base nitrogenada (Adenina)
-
Un azúcar pentosa (Ribosa)
-
Tres grupos fosfatos
La Fosforilación del ATP es un proceso reversible que
implica la transferencia de un grupo P (fosfato) del ATP
a algún otro compuesto, como se observa en el
esquema sig:
+H2O +H2O
ATP ADP AMP
E E
+ Pi +Pi
La energía liberada en las reacciones exergónicas se almacena en moléculas de ATP para su utilización en las reacciones
endergónicas.
Esta energía se utiliza en la síntesis de lípidos o glucógeno, moléculas que almacenan la E. durante un tiempo más
prolongado.
En la Célula no puede almacenarse grandes cantidades de Energía.
Reacciones Exergonicas y Endergonicas
Acopladas
La Energía Metabólica se utiliza en diversos
procesos biológicos:
Anabolismo. Todas las reacciones de síntesis requieren de ATP para poder realizarse. Por ejm. La fotosíntesis.
Producción de Calor. Las células necesitan E. térmica para mantener la temperatura normal. Como es el caso de los organismos Homeotermos (aves y mamíferos)
Bioluminiscencia. Las luciérnagas tienen la capacidad de emitir luz, esta transformación energética es debida al ATP.
Trabajo Eléctrico. Las neuronas transmiten el impulso nervioso gracias al ATP.
Trabajo Mecánico. La contracción muscular para llevar a cabo todos nuestro movimientos.
Transporte Activo. El transporte activo que se realiza en contra del gradiente de concentración requiere E. en forma de ATP.
Mecanismo de Oxidación Reducción (REDOX)
La Oxidación. Proceso químico en el cual una sustancia pierde electrones (carga -) y al hacerlo aumenta su número de oxidación (incrementa su carga +).
A la sust. que se oxida se le llama Agente Reductor porque produce la reducción de otra sust.
La Reducción. Proceso químico en el cual una sustancia gana electrones. El elemento que resulta habrá disminuido su número de oxidación y por consiguiente aumenta su carga (-).
A la sust. que se reduce se le llama A. oxidante porque produce la oxidación de otra sust.
Ejm. Caº + Sº Ca++S= (Sulfato de Calcio)
2Feº + 3Sº Fe2 ++S3= (Sulfuro de hierro)
Las reacciones REDOX son parte esencial de aspectos del metabolismo celular, la respiración celular y la fotosíntesis.
Oxido Reducción del NADP+
El NAD+ es un nucléotido que actúa como coenzima y almacena temporalmente grandes cantidades de E. libre, es una de las
moléculas aceptoras de hidrogeno en las reacciones de la respiración celular y fotosíntesis.
Ecuación de transferencia de Hidrogeno:
XH2 + NADP
+X + NADPH + H
+El FAD (Flavina Adenina Dinucleótido)
Es también un nucleótido el cual actúa como coenzima que acepta H y sus e-
Los Citocromos. Son proteínas que contienen hierro, el cual
acepta Hs de otro compuesto
Tanto los citocromos como el NAD+ y el FAD son esenciales para la respiración celular
2H
FAD FADH
2Respiración Celular
Es el proceso mediante el cual las células utilizan O2, producen
CO2 y convierten la E. de las moléc. alimenticias en formas
biológicamente útiles como el ATP.
Es también un proceso enzimático por etapas, y a la vez es un proceso REDOX.
Ecuación neta de todo el proceso de respiración celular:
oxidación
+6H20
C
6H12O
6+ 6O
26CO
2+12H
2O + Energía
36 ATP
reducción
C
6H
12+6CO
26CO
2+6H
2O
Reacciones que Intervienen en la Resp. Celular
1.-
Reacciones de Deshidrogenación:
Se remueven 2H (2e- + 2H+) de un sustrato y se transfieren a una coenzima como NAD o FAD (aceptores primarios)2.- Reacc. de Descarboxilación. Un grupo carboxilo (COOH) se elimina en forma de CO2. El CO2 que exhalamos cada día se
debe a la descarboxilación
3.- Reacc. de Preparación. Las moléculas vuelven a
reordenarse y pasan por nuevas reacciones de deshidratación y descarboxilación
4.- Reacc. de Fosforilación. Son aquellas que forman ATP a
partir de Pi, más ADP, más E.
Las reacciones químicas de la Resp. Celular se pueden agrupar en 4 fases:
Glucolisis, formación de Acetil CoA, Ciclo de Krebs, Sistema de transporte de electrones y Fosforilación Quimiosmótica
Respiración Anaeróbica
Proceso biológico mediante el cual la glucosa se
desdobla a lactato (ser humano y bacterias) o
etanol (levaduras), sin intervención del O2
Glucólisis (Rompimiento del azúcar)
Secuencia de reacciones que convierten una
molécula de glucosa (6C) en dos moléc. de
piruvato (3C) produciendo una ganancia neta de
2ATP.
Ocurren en el citoplasma de la célula, no requiere
de oxigeno.
Reacciones de la Glucólisis
1) La glucosa recibe un grupo P de un ATP,
pasando a G-6-P
2) La G-6-P se convierte en su isómero
F-6-P, por un reordenamiento de sus átomos 3) Otro ATP dona un P a la F-6-F
formando F-1,6-D (hasta aquí se han invertido 2ATP)
4) F-1,6-D mediante la Aldosa se convierte
en 2 triosas. Desde aquí todas las reacciones van a ser dobles
5) La conversión del PGAL 3P a 1,3 diPGA,
produce NADH por REDOX e incorpora Pi para pasar a diPGA
6) 1,3-diPGA pasa a 3-PGA, por medio de la
fosforilación a nivel de sustrato (2ATP/
glucosa ) y se cancela la deuda 7) El 3-PGA se reordena a 2-PGA
8) El 2-PGA pasa a P-Enol Piruvato por
eliminación de H20
9) El P-Enolpiruvato transfiere su P al ADP
formando ATP y produciendo Piruvato (Ganancia neta 2ATP)
Fermentación
•
Es un proceso catabólico de oxidación
incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el
producto final un compuesto orgánico. Estos
productos finales son los que caracterizan los
diversos tipos de fermentaciones (Láctica,
Fermentación láctica
• El ác. láctico o lactato, es el
producto final de la glucólisis
anaeróbica en el tej. muscular en bacterias y hongos (agrian la leche) • El Piruvato es reducido a Lactato
por medio del NADH
• En el ser humano y animales más
evolucionados durante la actividad física extenuante la cantidad de O2 se reduce en las células musculares siendo sustituida por la fermentación láctica (anaeróbica).
• Cuando se acumula el lactato se
produce la fatiga muscular.
• Finalmente durante este proceso
sin presencia de O2 hay una ganancia de 2ATP
Fermentación Alcohólica
Los hongos unicelulares son capaces de utilizar la glucosa y convertirla a etanol vía glucólisis como se ve a continuación:
1)Se desdobla la glucosa a Piruvato 2)En ausencia de O2 las levaduras separan el CO2 del piruvato
formando un compuesto llamado Acetaldehído
3)Los hidrógenos del NADH + H+, procedentes de la glucólisis reducen al acetaldehído formando 2
moléculas de Etanol o Alcohol Etílico.
Fermentación Láctica y Alcohólica
1. Ambos procesos convierten la glucosa en piruvato
2. En ambos caso hay una ganancia neta de 2 ATP/glucosa
3. Ambos procesos utilizan el agente reductor NADH
+ H+
Respiración Aeróbica
Es un proceso que necesita del aire (O
2)para que
pueda ocurrir. Por medio de la Respiración Aeróbica
se continúa con el desdoblamiento metabólico del
piruvato hasta obtener los productos finales de CO
2,
H
2O y energía almacenada en 36 ATP por oxidación
completa de la glucosa.
La Resp. Aeróbica comprende las sig. vías
metabólicas:
•
Formación de Acetil Co A,
•
Ciclo de Krebs, y el
•
Sistema de Transporte de Electrones (complejo
enzimático de citocromos)
•
Quimiósmosis
Formación de Acetil Co A
Es un proceso por el cual cada Piruvato que se formó en la glucólisis se combina con la coenzima A (producida en las células a partir de la vit. B) para formar Acetil Co A, el cual puede entrar a la mitocondria. Esta fase forma un eslabón de unión entre la Glucólisis y el C. de Krebs.
Ciclo de Krebs o del Ácido cítrico:
Toma su nombre de su descubridor, Hans Adolf Krebs, un bioquímico alemán premiado con el Nobel en el 1953.
Esta ruta metabólica es la tercera etapa de la respiración celular.
Forma parte de la respiración aerobia, es decir, se realiza en presencia de oxígeno y se desarrolla entre los procesos de glucolisis y cadena respiratoria. Su fin es la obtención de
NADH (poder reductor), una molécula con poder reductor, que se utiliza para la producción de ATP mediante la cadena
respiratoria o transportadora de electrones.
Como productos del ciclo tenemos de manera neta dos
moléculas de dióxido de carbono que son liberadas al torrente sanguíneo.
• En términos energéticos se generan 6 NADH, dos molécula de
FADH2 un ATP .
• En términos de ATP,
cada molécula de
NADH puede alimentar la síntesis de 3 ATP posteriormente en la cadena de transporte de electrones, mientras
que una de FADH2
alimenta la síntesis de 2 ATP.
Sistema de Transporte de Electrones (STE) o Complejo Citocrómico.
Es un proceso donde ocurre oxidación fosforilativa (formación de ATP). El STE es una cadena de proteínas inserta en la Mitocondria.
Reacciones bioquímicas del STE:
1.Los 2H pasan del NADH (se oxida) al FAD la cual se reduce
2.Del FADH2 (se oxida) los electrones pasan a la Ubiquinona o Co Q, la cual queda reducida.
3.De la Ubiquinona (se oxida) los electrones pasan a los Citocromos los cuales se reducen y oxidan simultáneamente
4.Finalmente el Citoc. a3 pasa sus electrones al O2. Los e- se reúnen simultáneamente con los protones produciendo agua
Por cada NADH que entra a la cadena respiratoria o
transportadora de electrones se forman 3 ATP, y dos por cada FADH
Producción
de ATP
Fases de la Respiración celular
Glucolisis Acetil CoA Ciclo de Krebs
A nivel de
sustrato 2 ATP ---- 2ATP
A nivel de STE 2 NADH: 4ATP 2NADH: 6 ATP 6 NADH: 18 ATP
2 FADH2 : 4
Sub-total 6 ATP 6 ATP 24 ATP
Total 36 ATP/