TEMA 11. METABOLISMO CELULAR: CATABOLISMO I

XI Biología. 2º Bachillerato. IES SANTA CLARA.

¨  Belén Ruiz

¨  Departamento Biología- Geología.

¨  https://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/2o-biologiaI

¨  IES Santa Clara

TEMA 11. METABOLISMO

CELULAR: CATABOLISMO I

EL  METABOLISMO:  CONCEPTO  

METABOLISMO   la   nutrición   de   las   células   supone   una   serie   de   complejos  procesos  químicos  catalizados  por  enzimas  que  6enen   como   finalidad   la   obtención   de   materiales   y/o   energía   para   el   mantenimiento  de  la  vida.  

El   metabolismo   va   a   poder   descomponerse   en   dos   series   de   reacciones:  

– Anabolismo.  procesos  bioquímicos  que  se  producen  en  la  célula   y  que  6enen  como  finalidad  la  obtención  de  sustancias  orgánicas   complejas   a   par6r   de   sustancias   más   simples   con   un   consumo   energía.  Son  anabólicos,  por  ejemplo,  la  fotosíntesis,  la  síntesis  de   proteínas  o  la  replicación  del  ADN.  

– Catabolismo.   En   estos   procesos   las   moléculas   complejas   son   degradadas   formándose   moléculas   más   simples.   Se   trata   de   procesos  destruc6vos  generadores  de  energía;  como  por  ejemplo:  

la  glucolisis.  

METABOLISMO  desempeña  cuatro  funciones  específicas:.  

–  Obtener  energía  química  del  entorno,  a  par6r  de  la  luz  solar  o   de  la  degradación  de  moléculas  ricas  en  energía.  

–  Transformar   las   moléculas   nutrientes   en   precursores   de   las   macromoléculas  celulares.  

–  SinteCzar   las   macromoléculas   celulares   a   par6r   de   los   precursores.  

–  Formar   y   degradar   las   biomoléculas     necesarias   para   las  

funciones   especializadas   de   las   células   (hormonas,  

neurotransmisores..)  

EL  METABOLISMO  SE  LLEVA  A  CABO  MEDIANTE  RUTAS  METABÓLICAS:  

– Las  reacciones  del  metabolismo  están  ligadas  en  una  trama  de  secuencias  llamadas  rutas  metabólicas.  

– Una  ruta  metabólica  es  una  secuencia  de  reacciones  bioquímicas  que  relacionan  entre  sí  dos  Cpos  de  compuestos   importantes,   el   compuesto   inicial   de   la   ruta   y   el   producto   o   productos   finales.   Entre   ambos,   los   productos   de   transformación   sucesivos   se   denominan   intermediarios   metabólicos   o   metabolitos.   El   conjunto   de   enzimas   que   catalizan  la  ruta  es  un  sistema  mulCenzimáCco.  

– Aunque  comprende  centenares  de  reacciones  diferentes,  las  rutas  metabólicas    centrales  son  pocas  e  idén6cas  en   la  mayor  parte  de  los  organismos.  

– Las  rutas    metabólicas  pueden  ser  lineales,  ramificadas  o  cíclicas.  

LAS  RUTAS  METABÓLICAS  ESTÁN  REGULADASA  

COMPARTIMENTACIÓN  DE  LOS  PROCESOS  METABÓLICOS  

CELULARES  

SISTEMAS  MULTIENZIMÁTICOS  

CATABOLISMO  Y  ANABOLISMO  

CATABOLISMO⇒  Degradación  de  moléculas  orgánicas  

– (Rutas  convergentes)  ⇒  Procesos  exergónicos   –  Finalidad  :    

§  ATP  

§  Poder  reductor  (NADPH  y  NADH)  

§  12  precursores  bioquímicos  

– Catabolismo  aerobio  (O₂)  y  anaerobio  (No  O₂)   ANABOLISMO  ⇒  Síntesis  de  moléculas  orgánicas  complejas  

–   (Rutas  divergentes)  ⇒  Procesos  endergónicos   Simultaneidad  y  Sincronización  

§ Conservación  evolu6va  de  las  rutas  centrales  (análisis  general)  

§ Par6cipación  de  metabolitos  intermediarios  (Catabolismo-­‐anabolismo):  

–  Papel  de  ATP/ADP  (“moneda”  o  “vector”  de  energía)   –  Papel  de  NADH,  NADPH,  FADH₂  (poder  reductor)  

•  Fuente  indirecta  de  energía  

•  Fuente  de  materia  (H+  y  e-­‐  )     Para la síntesis

CATABOLISMO  Y   ANABOLISMO  

§  Conservación  evolu6va  de  las  rutas   centrales  (análisis  general)  

CATABOLISMO  Y  ANABOLISMO  

 Par6cipación  de  metabolitos  

intermediarios  (Catabolismo-­‐anabolismo):  

–  Papel  de  ATP/ADP  (“moneda”  o  

“vector”  de  energía)  

–  Papel  de  NADH,  NADPH,  FADH₂  (poder   reductor)  

§  Fuente  indirecta  de  energía  

§  Fuente  de  materia  (H+  y  e-­‐  )    

Para la síntesis

TIPOS  DE  METABOLISMO  

Tipos  de  organismos  en  función  de  su  metabolismo  

Fuente    de  energía  

Luminosa   Fotótrofos  

Oxidación  de   compuestos  

químicos   Quimiotrofos  

Quimioorganotrofos   (c.  orgánicos)   Quimiolitotrofos  

(c.  inorgánicos)  

Fuente   de   Carbono  

CO₂   Autótrofos  

Compuestos  

orgánicos   Heterótrofos  

EL  CATABOLISMO  

FORMAS  DE  OBTENCIÓN  DE  ENERGÍA  EN  EL  CATABOLISMO  

TIPOS  DE  CATABOLISMO   Tipos:  

§    Respiración   celular:   Fosforilación   oxidaCva   y   Fosforilación  a  nivel  de  sustrato  

Ø  Aerobia   Ø  Anaerobia  

§   Fermentaciones:  Fosforilación  a  nivel  de  sustrato    

“RECICLADO DE COENZIMAS”

EL  CATABOLISMO    ESQUEMA  GENERAL  

Membrana externa

Membrana

interna Matriz

mitocondrial

Cresta

mitocondrial

Espacio

intermembranal

PRINCIPALES  VÍAS   PARA  EL  

CATABOLISMO  DE  

GLÚCIDOS  

CATABOLISMO  DE  LOS  GLUCIDOS:  LA  RESPIRACIÓN  CELULAR     AEROBIA  DE  GLÚCIDOS  O  AZÚCARES  

Fases  y  Localización    DEGRADACIÓN   DE  GLÚCIDOS  :  

–  Glucogenolisis:  POLÍMEROS    ⎯→  

MONÓMEROS  

•  Glucógeno  →  n  glucosa-­‐  1P   –  Glucolisis:    

Citoplasma    

A  parCr  de  glucosa:  Proceso  general:  

     C₆H₁₂O₆  +  6O₂      ⎯⎯→      6CO₂  +   6H₂O  +  686  kcal  /mol  

–  C.  Krebs:    

Matriz  mitocondrial   –  Fosforilación  oxidaCva:    

Membrana  interna  (crestas   mitocondriales)  

1.  GLUCÓLISIS  O    RUTA  DE  EMBDEN-­‐MEYERHOF:  OXIDACIÓN  

PARCIAL  DE  LA  GLUCOSA    

CITOSOL  EN    PROCARIOTAS  Y  EUCARIOTAS  

 AcCvación:    

Consumo  de  2  ATP  :    

Glucosa    ⎯→  GAL3P  

 Oxidación:      

Aldehído  a  Ácido:    

GAL3P      ⎯→    G3  P  

 ResCtución:    

Produce  2  ATP:       3  PG    ⎯→  P  

Etapas:  

§  Ac6vación:  Consumo  de  2  ATP  :  Glucosa    ⎯→  GAL3P  

§  Oxidación:    Aldehído  a  Ácido:  GAL3P      ⎯→    3  PG  

•  (GAL  3P-­‐deshidrogenasa  ⇒  2  NADH  +  2  ATP  )    

§  Res6tución:  Produce  2  ATP:    3  PG    ⎯→  P  

1.  FOSFORILACIÓN  DE  LA  GLUCOSA  

2.  CONVERSIÓN  DE  LA  G-­‐6P  EN  F-­‐6P  

3.  FOSFORILACIÓN  DE  LA    F-­‐6P  A  F  1-­‐6  DP  

4.  ROTURA    DE  LA    F  1-­‐6  DP  EN  DHAP  Y  G-­‐3P  

5.  INTERCONVERSIÓN  DE  LAS  TRIOSAS  FOSFATOS  

6.  0XIDACIÓN  DEL  G-­‐3P  A  1,3DPG  

7.  TRANSFERENCIA  DEL  P  DESDE  EL  1-­‐3  DPG  AL  ADP  

8.  CONVERSIÓN  DEL  3-­‐PG  A  2-­‐PG.  

9.  DESHIDRATACIÓN  DEL  2-­‐PG  A  PEP.  

10.  TRANSFERENCIA  DEL  P  DESDE  EL  PEP  AL  ADP.  

1Glucosa  +  2  NAD⁺+  2ADP  +  2  Pi  ⎯→  2  Ac.  Pirúvico  +  2  ATP  +  2  NADH  +2H⁺  

 BALANCE  ENERGÉTICO  

DE  LA  GLUCÓLISIS  

2  -­‐  DESCARBOXILACIÓN  OXIDATIVA  DEL  PIRUVATO  

2  Piruvato      +  2  NAD⁺  +  2  CoA-­‐SH    ⎯→    2  AceCl  CoA  +  2  CO2    +  2  NADH    +  H  ⁺                                           Piruvato  deshidrogenasa-­‐

descarboxilasa  

“ AceCl  CoA  →  Punto  de  encuentro  de  las  encrucijadas   metabólicas”  

El piruvato obtenido de la glucolisis es transportado desde el citoplasma hasta la MATRIZ mitocondrial, mediante transportadores específicos.

Una vez dentro de la mitocondria, el complejo multienzimático piruvato- deshidrogenasa se encarga de la descarboxilación oxidativa del piruvato para obtener ácido acético  

2.  CONDICIONES  AEROBIAS:  DESCARBOXILACIÓN  OXIDATIVA  DEL  PIRUVATO  

3-­‐  EL  CICLO  DE  KREBS  o  DE  LOS  AC.  TRICARBOXÍLICOS    

§  1 m o l é c u l a d e G T P (convertible en ATP).

§  3 Moléculas de NADH y 1 molécula de FADH₂ que posteriormente permitirán la síntesis de ATP mediante la fosforilación oxidativa.

§  2 m o l é c u l a s d e C O₂, correspondientes al ácido acético y la recuperación de la coenzima A.

4-­‐    CADENA  RESPIRATORIA:  TRANSPORTE  ELECTRÓNES    Y     FOSFORILACIÓN  OXIDATIVA  

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA:

§  Es el mecanismo de síntesis de ATP en la respiración.

§  Ocurre en la membrana interna mitocondrial.

§  El AP se obtiene al unir ADP a Pi utilizando la energía donada por el NADH+H⁺ y el FADH₂.

§  Proceso:

ü  Transporte electrónico.

ü  Formación del gradiente quimiosmótico.

ü  Síntesis de ATP.

§  Sistemas  Ia,  Ib,  II,  III:  complejos   mul6enzimá6cos  

§  Cadena  redox:  

§  Aceptor  final  :  O₂  ⇒  H₂O  

§  Reciclado  de  Coenzimas    

h\p://recursos6c.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos5.htm  

La   molécula   de  glucosa   que   inició   la   glucólisis   está   completamente   oxidada.   Parte   de   su   energía   se   ha   inver6do  en  la  síntesis  de  ATP.  Sin  embargo,  la  mayor   parte  de  la  energía  está  en  los  electrones  capturados   por  el  NAD⁺  y  el  FAD.  

Los  electrones  procedentes  de  la  glucólisis,   de   la   oxidación   del   ácido   pirúvico   y   del   ciclo   de   Krebs   se   encuentran   en   un   nivel   energé6co  aún  muy  alto.  En  el  transporte   de   electrones   éstos   son   conducidos   a   través   de   una   cadena   con   múl6ples   y   sucesivos   aceptores.   Cada   uno   de   los   cuales  es  capaz  de  aceptar  electrones  a  un   nivel   ligeramente   inferior   al   precedente.  

Los  transportadores  pueden  exis6r  en  dos   estados   de   oxidación   próximos,   pasando   del   uno   al   otro   según   acepten   o   desprendan  electrones.  

Cada   par   redox   sólo   puede   recibir   electrones   de   otro   par   que   tenga   potencial  de  reducción  más  nega7vo  y   solo   puede   cederlos   al   par   que   lo   tenga   menos   nega7vo.   El   potencial   m a s   n e g a 7 v o   d e   l a   c a d e n a   respiratoria   es   el   NAD+   con   -­‐0,32   vol7os.   En   el   otro   extremo   está   el   agua  con  +0,82  vol7os.    

Sistemas  Ia,  Ib,  II,  III,   +  ATPasa  (V)  

Nota:   El   sistema   I   puede   desglosarse   en   dos,   los   complejos   NADH  deshidrogenasa  y   F A D H₂   S u c c i n a t o   deshidrogensa,   en   este   caso   tendríamos   5   sistemas   principales.  

(En  la  PAU  ha  caído  así)  

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

TEORÍA QUIMIOSMÓTICA DE MITCHELL

q   Caída  electrónica  ⇒  energía  libre  para  transporte  acCvo   de  H⁺  

q   ATPasa  ⇒  síntesis  de  ATP  (fosforillación  oxida6va    

Cuando   los   electrones   se   mueven   por   la   cadena   transportadora   salen   a   n i v e l e s   e n e r g é 6 c o s   inferiores   y   van   liberando   energía.   Esta   energía   se   emplea   para   fabricar   ATP,   a   par6r  de  ADP,  en  el  proceso   de  fosforilación  oxidaCva  

Por  cada  dos  electrones  que   pasan   del   NADH   al   oxígeno   se   forman   3   moléculas   de   A T P .   P o r   c a d a   d o s   electrones  que  pasan  desde   el  FADH2  al  oxígeno  forman   2  de  ATP.  El  mecanismo  por   el   cual   se   produce   ATP   se   explica   por   la   teoría   del   a c o p l a m i e n t o   quimiosmóCco.  

BALANCE  ENERGÉTICO:    

36/38  ATP  

PROCESO  GLOBAL:  Glucosa  +  6  O₂    ⎯→    6  CO₂      +  6H₂O  +  38  ATP  (máximo)    

Lanzaderas  

LA  

RESPIRACIÓN  

CELULAR    

AEROBIA  

CATABOLISMO  DE  GLÚCIDOS:  LA  RESPIRACIÓN  CELULAR   ANAEROBIA  

§  RESPIRACIÓN  CELULAR  ANAEROBIA    

§  Aceptor  final  diferente  al  oxígeno  

§  Ej:  SO₄^2-­‐                                    H₂S  

§  Fosforilación  oxidaCva  

NADH

NAD

(COENZIMA RECICLADO)

SO

H

S  +  O

Cadena de transporte Electrónico (redox)

ATP  

 CATABOLISMO  DE  GLÚCIDOS:  LAS  FERMENTACIONES  

§  CONCEPTO  

§  Localización:  

Citoplasma        

§  Fosforilación:      

A  nivel  de  sustrato  

§  Aceptor  de  electrones:  

Compuesto  orgánico  

§  Oxidación  incompleta  

§ 

RENDIMIENTO ENERGETICO

Balance de ATP: 4 – 2 = 2ATP

§ 

Rendimiento comparado:

11 % Glucolisis (2 ATP) 40 % Respiración (38 ATP)

Nº de ATP Incremento de Energía libre entre reactivos y productos

Glucolisis 2 x 7,3 Kcal/mol.= 14,6 - 137 Kcal/mol. Rendimiento = 11%

Respiración 38 x 7,3 Kcal/mol.= 277,4 - 686 Kcal/mol. Rendimiento = 40 %

LA  FERMENTACION  ALCOHÓLICA  

Concepto:      

§  Glucosa  +  2  (ADP  +  Pi)    ⎯⎯⎯→  2  Etanol  +  2  CO₂  +  2  ATP  

§  Aceptor  final:  acetaldehído  (reciclado  de  coenzimas)  

§  Importancia:  cerveza,  vino,  pan,  ron  (Saccharomyces)  

B i o t e c n o l o g í a : m i c r o b i o l o g í a industrial

§  Vinagre (Bacterias del a. acético)

§  Bebidas alcohólicas (levaduras)

§  A l c o h o l e t í l i c o ( d i s o l v e n t e i n d u s t r i a l , combustible)

Hongos, Bacterias poseen el enzima Piruvato descarboxilasa Efecto Pasteur. Levaduras. Saccharomyces cerevissiae.

Rendimiento energético: 2 ATP Localización: citosol

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/

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LA  FERMENTACION  LÁCTICA  

CONCEPTO:  

§  Concepto:        Glucosa  +  2  (ADP  +  Pi)                              2  Ácido  lácCco  (C3)  +  2  ATP  

§  Aceptor  final:  Piruvato  (reciclado  de  coenzimas)  

§   Importancia:  prod.  lacteos:  mantequilla,  queso,  yogur,  “músculo” ⇒  

“agujetas”  

§  (Lactobacillus  bulgáricus,  streptococus  termophilus,  Lactococcus,  etc.)

§  Obtención de:

§  ácido láctico (C3) a partir de ácido pirúvico (C3)

§  Regeneración del NAD

§  Bacterias lácticas

§  Heterótrofas

§  Anaerobias

§  Aerobias facultativas

HomofermentaCvas:  Sólo  producen  ácido  lác6co.  

 Lactobacillus  (L.    lac<s,  L.  bulgaricus,  L.  casei)    Strep<coccus  faecalis  

HeterofermentaCvas:  Producen  además  otras  sustancias    Lactobacillus  (L.  brevis,  L.  bifidus)    

 Leuconostoc  (L.  citrovorum,  L.  mesenteroides)  

 EL  CICLO  DE  CORI  

El   ciclo   de   Cori   es   la   circulación   cíclica   de   la   glucosa   y   el   lactato  

entre  el  músculo  y  el  hígado.    

Las  células  musculares  se   alimentan  principalmente  

de  glucosa  de  sus   reservas  glucogénicas  y   sobre  todo  de  la  que  llega  a  

través  de  la  circulación   sanguínea  procedente  del  

hígado.    

Durante  el  trabajo  muscular,   en  presencia  de  una  gran  

acCvidad  glucogenolíCca   anaerobia,  se  producen  

grandes  canCdades  de   lactato,  que  difunde  a   la  sangre  para  ser  llevado  al  

hígado.    

Ello  es  debido  a  que  las  células  musculares  carecen  de  la  enzima  glucosa-­‐6-­‐

fosfatasa,  por  lo  que  la  glucosa  fosforada  no  puede  salir  a  la  circulación.  El   lactato  en  el  hígado  es  conver6do  nuevamente  en  glucosa  

por  gluconeogénesis,  retornando  a  la  circulación  para  ser  llevada  de  vuelta   al  músculo.  Representa  la  integración  entre  

la  glucólisis  y  gluconeogénesis  de  diferentes  tejidos  del  cuerpo.    

§  Ideas  clave:    

Ø  Se  produce  en  el  hígado  y  músculo.  

Ø  En  condiciones  de  hipoxia.  

Ø  Las   moléculas   que   se   intercambian:   lactato   y   glucosa.  

Ø  Obje6vo.-­‐   mantener   la   producción   de   ATP  

mediante   glucólisis   en   el   músculo   esquelé6co   en  

condiciones   de   hipoxia;   en   la   demanda   del  

ejercicio.  

§  Es   la   circulación   cíclica   de   la   glucosa   y   el   lactato   entre   el   músculo   y   el  hígado.    

§  Las  células  musculares  se  alimentan  principalmente  de  glucosa  de  sus   reservas   glucogénicas   y   sobre   todo   de   la   que   llega   a   través   de   la  circulación  sanguínea  procedente  del  hígado.    

§  A  lo  largo  del  ciclo,  el  glucógeno  muscular  es  desglosado  en  glucosa  y   ésta  es  transformada  a  piruvato  mediante  la  glucólisis.    

§  Este   piruvato   se   transformará   en   lactato   por   la   vía   del   metabolismo   anaeróbico  gracias  a  la  enzima  lactato  deshidrogenasa.    

§  El   lactato   es   transportado   hasta   el   hígado   por   vía   sanguínea   y   allí   es   reconver6do   a   piruvato,   y,   después,   a   glucosa   a   través   de   la   gluconeogénesis.    

§  La  glucosa  puede  volver  al  músculo  para  servir  como  fuente  de  energía   inmediata  o  ser  almacenado  en  forma  de  glucógeno  en  el  hígado.  Este   reciclaje  del  ácido  lác6co  es  la  base  del  Ciclo  de  Cori.  

Esquema  general  de  las  VIAS  

DEGRADATIVAS  DE  LA  GLUCOSA  

Tipo de fermentación Microorganismo implicado

Sustrato Producto Alimento

Alcohólica Levadura Almidón, Glucosa Etanol y CO₂ Pan, vino,

cerveza

Láctica Bacteria Carne picada Ácido láctico Embutidos

Homoláctica Bacteria Lactosa, glucosa Ácido láctico Yogur, queso

Heteroláctica Bacteria Carne picada,

pescado

Ácido láctico, CO₂ y etanol

Embutidos, salsas de pescado, salazón, pasta

de pescado

Acética Bacteria Vino, suero, malta,

sidra

Ácido acético Vinagre

CATABOLISMO  DE  LOS  LÍPIDOS  

Grasas:  

§   Hidrólisis  (lipasas)  ⇒  Ac.  Grasos  +  Glicerol  

§  Ac.  Grasos:    β-­‐oxidación    ⇒    

§  n  Ace6l  CoA    →  C.  Krebs    

§  (ej.  Palmi6co  16C  ⇒  8  Ace6lCoA)  

§  Glicerol  →  GAL3P  →  Piruvato  →  Ace6l  CoA  →  C.  Krebs  

ObjeCvos:    

§  1  precursor  metabólico  (ace6l  CoA)  

§  Poder  reductor:  Cada  β-­‐oxidación:  1FADH₂  y  1NADH  

§  Energía  :  (ejemplo  ac.  Palmí6co  ⇒  130  ATPs  )  

CATABOLISMO  DE  LAS  PROTEÍNAS  Y  

AMINOÁCIDOS  

§  No es una fuente energética adecuada para la célula. Tienen otras funciones y el consumo energético para su síntesis es elevada, a la par que generan muchos residuos peligrosos para la célula.

§  Proceso:

§  Hidrólisis de las proteínas para liberar aminoácidos mediante enzimas específicas: proteasas o peptidasas.

§  Catabolismo de los aminoácidos:

§  Eliminación del grupo amino: transaminación, desaminación oxidativa (genera amoníaco).

§  Oxidación de la cadena carbonada. Tras el adecuado proceso se introduce y oxida en el ciclo de Krebs.

Proteínas  ⎯→  Aminoácidos  (diges6ón)   Aminoácidos:  

§  Desaminación  .⇒  -­‐  NH₂  (excreción  o  transaminación)                    

§  Oxidación  de  la  cadena  carbonada  ⇒  c.  De  Krebs,  Ace6lCoA,                        Piruvato    

§  Glucogénesis  o  Cetogénesis  

Cetogénesis o

Glucogénesis

INTERCONEXIONES DE LAS RUTAS

CATABÓLICAS

CATABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOS

§  Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son hidrolizados por nucleasas que liberan los nucleótidos.

§  Los nucleótidos por su parte son destruidos liberándose la pentosa, el fosfato y la base nitrogenada que les constituyen. Estos componentes suelen ser reutilizados para la síntesis de nuevos ácidos nucleicos.

§  Cuando no son reutilizados, las bases nitrogenadas son degradadas hasta ácido úrico.

TEST  DE  REPASO  

TEMA  6  

¿De  qué  manera  obCenen  energía  los  seres  vivos  que  viven  en  una   atmósfera  pobre  en  oxígeno?.  

Por  respiración  celular  anaerobia  o  por  los  dis7ntos  7pos  de   fermentaciones.  

Relación   entre   el   ciclo   de   Krebs   y   la   glicólisis.   ¿Qué   papel   juega   cada  uno/a  en  el  metabolismo?  .    

Son  rutas  degrada7vas  consecu7vas    necesarias  para  la  oxidación   total  de  la  glucosa.    

Glucolisis:  Fase  anaerobia  

obje7vo:  2ATP,  poder  reductor  (2NADH)  y  6    precursores.    

C.  Krebs:  Fase  aerobia  (  no  se  produciría  en  ausencia  de  oxígeno)  

obje7vo:     GTP,   4   precursores   y   poder   reductor   (3NADH   y  

1FADH

 )  

Indica   con   un   esquema   la   procedencia   de   los   productos   de   la   degradación   total   de   la   glucosa   en   la   respiración   celular   aerobia,   incluido  el  balance  de  ATPs.  

Proceso global: Glucosa + 6 0₂ => 6 CO₂ + 6H₂O

Qué  doble  finalidad  Cene  el  metabolismo  en  los  seres  vivos?  Razona  la  respuesta  y  pon  un   ejemplo  de  cada  una  de  ambas  facetas.    

Biosíntesis  (Anabolismo),    

Energía,  precursores  y  p.  reductor  (catabolismo)  

Indica,   por   orden   de   actuación,     las   rutas   metabólicas   que   intervienen   en   el   siguiente   proceso,  señalando  que  finalidad  Cene  cada  una  en  el  metabolismo.    

Glucosa      +      6  O2        -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐>        6  CO2    +      6    H2O    +    36    ATP      

Todas  degradar  m.  orgánica  por  oxidación   OBJETIVOS:  

1ºglucolisis:    

 -­‐    (6  precursores  metabólicos)  

 -­‐    Produce  2  ATP  por  fosforilación  a  nivel  de  sustrato.  (obje7vo,  energía)    -­‐    Genera  poder  reductor  en  forma  de  2  NADH.  (obje7vo)  

2º  Descarboxilación  del  Piruvato:  

 -­‐  Precurso:  Ace7l-­‐CoA.    

-­‐ Poder  reductor:  NADH  +  H⁺     3ºC.  Krebs:    

 -­‐  Poder  reductor  en  forma  de  3  NADH  y  1  FADH2.  

 -­‐    4  precursores  metabólicos  .  

 -­‐    Energía  en  forma  de  1  GTP  (conver7ble  y  equiparable  al  ATP)   4º  Transporte  de  e-­‐  y  fosforilación  Oxida7va:  

 -­‐  Generar  ATP  

 -­‐  NAD⁺  y  FAD  reciclados  (oxidados)  para  volverlos  a  u7lizar,  de  otra  manera  se  colapsaría  el   sistema      

Indica  que  papel  juegan  en  el  metabolismo  las  siguientes  moléculas:    

NADH,  citocromo  C,  Ace7l  CoA,  ADP  

q   NADH  (Fuente  de  H  para  biosíntesis  y  fuente  indirecta  de  ATP  por  fosforilación   oxida7va)  

q   Citocromo  C:  transportador  de  e^-­‐  en  cadena  respiratoria  

q   Ace7l  CoA:  Punto  de  encuentro  de  muchas  rutas  metabolícas:  biosíntesis  (ej  de   ácidos  grasos,  aminoácidos,  etc.),  producto  intermediario  en  la  degradación  de   glúcidos,  lípidos,  pró7dos,  etc.  

q   ADP:  (vector  energé7co→  ATP).    

¿En  qué  punto  del  metabolismo  convergen  las  rutas  catabólicas  de  azucares  y  grasas?  ¿en  que  parte  de   la   célula   eucarióCca   se   localiza   dicha   ruta?   ¿cuáles   son   los   productos   finales   de   su   degradación?  

(Suponer  presencia  de  oxigeno)  

q  Acetil CoA

q  Matriz mitocondrial q  CO₂ y H₂O

¿De   qué   forma   y   en   qué   parte   de   la   célula   se   produce   el   ATP?   ¿en   qué   proceso   se   consume   el   ATP?  

(tanto  procesos  catabólicos  como  anabólicos).  

q  Glucolisis (F. a nivel de S) en citosol, c. de Krebs GTP ≅ ATP en

matriz m., cadena de T. e- (F. oxidativa) en crestas m., (Fotofosforilación) en tilacoides .

q  Consumo: Anabolismo (biosíntesis) + transporte activo (membranas) + contracción muscular.

¿Qué  ruta  degradaCva  siguen  los  ácidos  grasos?  ¿cuáles  son  los  productos  finales  de  su  degradación  en   presencia  de  oxígeno?  ¿en  qué  punto  conecta  esta  ruta  degradaCva    con  la  de  los  azúcares?  Razona  la   respuesta.    

q  β-oxidación q  CO₂ + H₂O q  Acetil CoA

Representa   mediante   un   esquema   claro   las   rutas   metabólicas   generales   uClizadas   por   la   célula   para   oxidar  la  glucosa  en  presencia  y  ausencia  de  oxígeno  respecCvamente.  ¿Cuáles  serán  en  cada  caso  los   productos  finales  de  dichos  procesos?    

a) Esquema de r. aerobia:

(4 etapas) + esquema b) Fermentación:

Fase oxidativa= glucolisis F. reductora⇒ reciclaje Productos:

a) CO₂ + H₂O

b) S. orgánica (ej. lactato)

Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el organismo para la formación de proteínas no siempre ocurre así y en muchos casos pueden ser catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el organismo de la oxidación de un aminácido? ¿qué productos de desecho se generarían tras la degradación total de los aminoácidos en condiciones aeróbicas? Razona la respuesta:

a)  Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos.

b) NH₃ (x desaminación), CO₂, H₂O (x. degradación de cetoácidos). En ureotélicos el NH₃ pasa a urea…

Dibuja una célula e indica en qué partes de la misma se localizan las distintas rutas que intervienen en la degradación de los ácidos grasos en presencia de oxígeno. Pon nombre a cada una de ellas.

1º  β-­‐oxidación   2º  c.  Krebs  

3º  cadena  de  TE  

Define el concepto de respiración y fermentación respectivamente, e indica a continuación las principales similitudes y diferencias existentes entre ambos. ¿Cuál es el papel biológico de la fermentación? ¿qué tipo seres vivos dependen de ella exclusivamente para obtener energía?. Pon dos ejemplos concretos.

Respiración: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación total para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa el oxígeno u otra sustancia inorgánica como el ión sulfato con el fin de reciclar los coenzimas a su forma oxidada.

Fermentación: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación parcial para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa un compuesto orgánico como el piruvato o el acetaldehido con el fin de reciclar los coenzimas a su forma oxidada.

Similitudes y diferencias:

Aceptores finales ≠,

R: oxidación total con fosf. oxidativa y a nivel de sustrato (más ATP) F: oxidación incompleta con fosf a nivel de S..

Papel de Fermentación: reciclaje de coenzimas para permitir nuevas oxidaciones. Anaerobios estrictos ej. Lactobacillus bulgáricus (bacteria) , Sacharomyces cerevisiae (levadura)

Define el concepto de glucólisis: indica su localización celular y su función biológica.

(o define cualquier otra ruta).

Concepto: Ruta catabólica de oxidación parcial de la glucosa a piruvato.

Localización: Citosol

Función biológica: ATP, NADH, y 6 precursores metabólicos Identificar el proceso que aparece en la figura , indica su localización celular y su función biológica. ¿qué le ocurre a este proceso en ausencia de oxígeno?. Razona la respuesta.

1º Transporte e- y fosforilación oxidativa (ATP) en cadena respiratoria 2º Localización: Crestas mitocondriales.

3º Se colapsan los procesos oxidativos, sin aceptor final no existe

reciclaje de coenzimas a su forma oxidada. Y estos no están disponibles para nuevas oxidaciones.

Indicar el proceso que aparece en la figura, indica su localización celular y su función biológica anabólica y catabólica. Indica tres posibles orígenes del Aceti-CoA.

1º Ciclo de Krebs

2º Localización: Matriz mitrocondrial

3º Funciones: GTP (catabólica), poder reductor (1FADH₂, 3NADH, anabólica y cataboólica), 4 precursores (anabolica).

4ºOrigen Acetil CoA: oxidación de: 1 piruvato, 2 ac. Grasos, 3 aminoácidos.

La disminución de grasas en la dieta no reduce necesariamente el riesgo de padecer obesidad si se mantiene alta ingesta de hidratos de carbono. ¿Cómo explicas este comportamiento a nivel metabólico?

Elabora un texto coherente (no más de diez líneas) referentes a la respiración aerobia, en el que figuren los siguientes términos: 1º NADH, 4º ATP, 3º O₂, 2º cadena de transporte electrónico.

La respiración aerobia constituye un proceso catabólico que permite la degradación, por oxidación total, de sustancias orgánicas. Los electrones y protones desprendidos en el proceso son captados por coenzimas oxidados para dar su forma reducida, como es el caso del NADH, estos coenzimas ceden sus electrones y protones a una cadena de transporte electrónico formada por moléculas transportadoras estratégicamente situados, lo que permite un transporte de e- a favor de gradiente de potencial redox, hasta un aceptor final que en este caso será el O₂ para dar H₂O. La energía liberada en la caída a niveles energéticos más bajos, es acoplada a la fosforilación del ADP para dar ATP por fosforilación oxidativa.

El exceso de glúcidos no utilizado se transforma en grasas en los hepatocitos del hígado y en los adipocitos. La oxidación parcial (catabolismo) de la glucosa produce precursores metabólicos para la síntesis de glicerol (a partir de 3 fosfoglicerato en la glucolisis) y ácidos grasos ( a partir de Acetil CoA).

Identifica el proceso que aparece en la figura.

Indica su localización celular y su función biológica. ¿Qué le ocurre a este proceso en ausencia de oxígeno? ¿Qué papel juega y donde se forma el NADH que interviene en este proceso?

a) Transporte electrónico y fosforilación oxidativa (síntesis de ATP)

b) Localización y función : En crestas mitocondriales (transporte e^-), Síntesis de ATP que acaba en la matriz mitocondrial.

c) Si no existe O₂ como aceptor final de electrones el sistema se colapsa y los coenzimas reducidos (NADH y FADH₂) no se reciclan en sus formas oxidadas (NAD⁺ y FAD) de manera que no están disponibles para que acepten nuevos electrones en las reacciones oxidativas de la glucolisis, descarboxilación del piruvato, ciclo de Krebs , beta-oxidación etc. y no se puede obtener energía. Cuando esto nos ocurre a algunos aerobios como nosotros, pòdemos recurrir a mecanismos de obtención de energía alternativos como es la fermentación láctica , proceso menos rentable que utiliza moléculas orgánicas como aceptor final de electrones (ej. piruvato para dar Lactato)

d) El NADH, es el principal coenzima reducido y obtiene los electrones (e^-) y protones (H⁺) de la oxidación de moléculas orgánicas, principalmente glucosa a traves de las distintas etapas de la respiración celular (glucolisis (citosol), descarboxilación del piruvato (matriz), ciclo de Krebs (matriz)) o ácidos grasos (β-oxidación (matriz), ciclo de Krebs (matriz)). El NAD+ acepta protones y electrones que son cedidos a la cadena respiratoria permitiendo la obtención de energía por fosforilación oxidativa.

¿Cuáles pueden ser los posibles orígenes del Ac. CoA con el que funciona el ciclo de Krebs? ¿Cuál es la principal función metabólica de este ciclo?¿En qué parte (estructura/orgánulo) de la célula tiene lugar?

a)  Ver  gráfico    

b)  Oxidación  del  ace7l  CoA  procedente  de  las  dis7ntas  rutas  degrada7vas  y   producción  de  coenzimas  reducidos  (poder  reductor)  

c)  En  matriz  mitocondrial      

Bibliografía y páginas web

§  Biología. 2ºBachillerato. SANZ ESTEBAN, Miguel. SERRANO BARRERO, Susana. TORRALBA REDONDO.

Begoña. Editorial Oxford.

§  Biología. 2ºBachillerato. ALCAMÍ, José. BASTERO, Juan José. FERNÁNDEZ, Benjamín. GÓMEZ DE SALAZAR, José María. MÉNDEZ, Mª Jesús. SLÖCKER Javier. Editorial SM.

§  http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro5.htm

§  http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/lgazon/presen/bac2/bio/presf.html

§  http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/lgazon/presen/bac2/bio/pdf/envcel.pdf

§  http://cienciastella.com

§  http://departamentobiologiageologiaiesmuriedas.wordpress.com/2o-bachillerato/biologia-2/

§  http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2.html

§  http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Enzimas/enzimas.htm

§  http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/

§  http://www.ehu.es/biomoleculas/an/an41.htm

§  http://www.geocities.ws/batxillerat_biologia/glucids.htm

§  http://hnncbiol.blogspot.com.es/2008/01/acidos

§  http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso2001/accesit_4

§  http://temabiomoleculas.blogspot.com.es/

§  http://tertuliadeamigos.webcindario.com/biocou04.html

§  http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov