Metabolismo de hidratos de carbono

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1 Introducción a la Botánica ma. clase teórica: 13/4/2016 Metabolismo de hidratos de carbono La fotosíntesis y la respiración 1

2 La fotosíntesis y la respiración Azúcares + ATP + nutrientes del suelo moléculas para el crecimiento Las plantas respiran aproximadamente el 50 % del C que fijan por fotosíntesis En algunos tejidos vegetales la velocidad de respiración es similar a la de los animales La fosforilación: síntesis de ATP Fosforilación: adición de un grupo fosfato (P) a una molécula A nivel de sustrato enzima en solución Transferencia de grupo P No consume O 2 Fosforilación oxidativa: en un sistema de membranas. Se consume O 2 Se utiliza un gradiente de protones 2

3 Raven Biology of Plants 2013 La respiración en el citosol y la mitocondria Varios procesos llevan a la síntesis de ATP a partir de la energía almacenada en los hidratos de carbono. Ocurren en el citosol y las mitocondrias La respiración incluye: Glicólisis: oxidación de la glucosa a piruvato Formación de acetil-coa Ciclo de Krebs Cadena de transporte de e - Los electrones del HdC se donan al O 2 Se genera ATP El metabolismo de la glucosa Las vías de oxidación de la glucosa son distintas dependiendo de la presencia de O 2 Respiración: en aerobiosis el O 2 es el último aceptor de electrones Ciclo de Krebs = Ciclo del ác. cítrico Fermentación: en anaerobiosis Citosol solamente 3

4 Glicólisis: fases Glicólisis: hidrólisis de una molécula de glucosa (hexosa = 6C) en dos moleculas de 3C (piruvato) Tiene dos fases: 1. Fase preparatoria: la glucosa es fosforilada a nivel de sustrato se consume energía (ATP) para que la glucosa entre en el proceso Se generan dos moléculas de triosa pero hasta acá no cambió el estado redox original 2. Fase de generación de energía: Las triosas se oxidan, produciendo energía en forma de ATP y poder reductor en forma de NADH (no NADPH) Glicólisis: El NAD La molécula de NAD/NADH: Nicotinamida adenina dinucleótido NAD = oxidado; NADH+H + = reducido (en citoplasma y mitocondrias) En los cloroplastos NADP/NADPH (3 grupos P) 4

5 Glicólisis: fase de consumo de energía En el citosol Glicólisis: fase de generación de energía En el citosol 5

6 La fermentación NADH NADH La fermentación sirve para regenerar el NAD en ausencia de O 2 Glicólisis + fermentación obtención de energía de los azúcares en organismos y situaciones donde no hay abundancia de O 2 : Tierra primitiva Situaciones de anaerobiosis (falta de O 2 ) Organismos facultativos La fermentación como proceso industrial: alcohólica: levaduras pan, cerveza, vino láctica: bacterias y hongos quesos, yogurt La respiración aeróbica ocurre en las mitocondrias espacio intermembranal membrana externa membrana interna crestas membrana externa membrana interna matriz matriz crestas 6

7 El ciclo de Krebs El piruvato entra a la mitocondria, se decarboxila, se activa y entra a un ciclo oxidativo: el ciclo de Krebs o del ácido cítrico En la mitocondria liberación de CO 2, producción de NADH, FADH 2 y ATP La fosforilación oxidativa: cadena respiratoria Para qué se usa ese poder reductor generado por la oxidación de la glucosa? espacio intermembrana 7

8 Raven Biology of Plants 2013 La fosforilación oxidativa: ATP sintasa Para generar un gradiente de protones a través de la membrana interna mitocondrial ATP sintasa Generación de energía en la respiración 8

9 Generación de energía en la respiración La oxidación completa de una molécula de glucosa produce 36 moléculas de ATP Formas de respiración que producen calor oxidasa alternativa La acción de la oxidasa alternativa consume O 2 sin que se genere ATP Sirve como válvula de escape En las Aráceas eleva la temperatura de la flor durante la polinización 9

10 Otros sustratos usados en la respiración Cociente respiratorio CR = mol CO 2 liberados/mol O 2 consumidos Hidratos de carbono (por ej. glucosa): C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O CR= 6/6 = 1 Ácidos orgánicos (por ej. citrato): C 6 H 8 O 7 + 4,5 O 2 6 CO H 2 O CR= 6/4,5 = 1,33 Lípidos (un ejemplo): C 57 H 104 O O 2 57 CO H 2 O CR= 57/80 = 0,71 El CR indica qué tipo de sustancia está respirando un tejido Regulación de la respiración La célula regula la velocidad de la respiración según la demanda de los productos: energía y ácidos orgánicos La regulación es a nivel de las enzimas La preponderancia de sustratos activa las enzimas de los pasos iniciales La preponderancia de productos inhibe a las enzimas de pasos anteriores = activación = inhibición Los pasos de regulación ocurren en todos los compartimientos 10

11 Integración: procesos que liberan CO 2 El ciclo de las pentosas-p ocurre tanto en plástidos como en citosol y es otra vía de utilización de hexosas para generación de NADPH Importante cuando /donde no hay fotosíntesis Preguntas de repaso Cómo y por qué difieren en su rendimiento energético la respiración aeróbica y la fermentación? En qué se asemeja y en qué se diferencia la cadena de transporte de electrones presente en mitocondrias de la de los cloroplastos? En semillas que tienen lípidos y no polisacáridos como sustancia de reserva por qué se observan altas tasas de respiración durante la germinación? Qué tipo de sustrato de la respiración se puede hipotetizar que posee un tejido en el que se mide un CR < 1? 11

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