Respiracion Celular Prof. Nerybelle Perez-Rosas 2011

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1 Respiracion Celular Prof. Nerybelle Perez-Rosas 2011

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3 Respiracion Celular Podemos clasificar organismos basandonos en la forma en que obtienen energia. autotrofos: son capaces de producir sus propias moleculas organicas mediante fotosintesis. heterotrofos: obtienen sus moleculas organicas de las producidas por otros organismos. Todos los organismos utilizan la respiracion celular para extraer energia de las moleculas organicas. Respiracion celular: una serie de reacciones bioquimicas: - oxidaciones perdida de electrones - dehidrogenaciones realmente se pierde un atomo de H {1 electron, 1 proton}. - Durante Rx redox los e- cargan energia de una molecula a otra. NAD + es un portador de electrones. - NAD acepta 2 electrones y 1 proton se convierte en NADH (esta es reversible) 3

4 Respiracion celular es un proceso bioquimico es lento. Equivale a romper los alimentos para obtener la energia almacenada en las moleculas. El proceso cambia dramaticamente dependiendo de la presencia o ausencia de oxigeno. Durante respiracion celular los electrones son movidos a traves de varios portadores hasta llegar a un aceptador final. Respiracion aerobica: el aceptador final de electrones es oxigeno (O 2 ). Respiracion anaerobica: el aceptador final de electrones es una molecula inorganica (no O 2 ) Fermentacion: el aceptador final de electrones es una molecula organica 4

5 Respiracion Aerobica: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O DG = -686kcal/mol de glucosa DG puede ser mayor en una celula Esta gran cantidad de energia debe liberarse paso a paso. La meta de la respiracion celular es producir ATP. - se libera energia de la rx de oxidacion en forma de electrones - electrones son enviados por los portadores de electrones (e.g. NAD + ) a la cadena de transporte de electrones - La energia de los electrones es convertida a ATP en la cadena de transporte de electrones 5

6 Oxidacion de Glucosa Las cells pueden sintetizar su ATP via: 1. Fosforilizacion a nivel de sustrato transferencia de un fosfato directamente de una molecula a un ADP. 2. Fosforilizacion oxidativa usa ATP synthasa y energia de un proton (H + ) para hacer ATP Etapas para la oxidacion completa de glucosa: 1. glicolisis 2. Oxidacion de piruvato 3. Ciclo de Krebs 4. Quimiosmosis y cadena de transporte de electrones 6

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8 Glicolisis Convierte glucosa a piruvato pasos bioquimicos - ocurre en el citoplasma - se forman 2 moleculas de piruvato - produccion de 2 ATP en la fosforilizacion a nivel de sustrato - se producen 2 NADH por la reduccion de NAD + 8

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11 Glicolisis Para que continue la glicolisis el NADH debe ser reciclado en NAD + via: 1. Respiracion aerobica ocurre cuando oxigeno es el aceptador final de electrones 2. Fermentacion ocurre cuando oxigeno no esta disponible para aceptar electrones y entonces una molecula organica sirve de aceptador final La formacion de piruvate depende de la disponibilidad de oxigeno. - Cuando Oxigeno esta presente el piruvato se oxida en acetyl-coa quien entra al Ciclo de Krebs - Sin oxigeno, el piruvato se reduce y oxida NADH en NAD + 11

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13 Oxidacion de Piruvato En presencia de oxigeno el piruvato de oxida. - ocurre en las mitocondrias de eucariotes y en el plasma de los procariotes - en mitocondrias, un complejo multienzimas (dehidrogenasa de piruvato) cataliza la reaccion El producto de la oxidacion de piruvato incluye: 1 CO 2 1 NADH 1 acetyl-coa que consiste de 2 carbonos de piruvato pegados a coenzyma A Acetyl-CoA proviene del Ciclo de Krebs. 13

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15 Ciclo de Krebs El Ciclo de Krebs oxida a grupo acetil el piruvato. - Ocurre en la matrix de la mitocondria - 9 pasos bioquimicos - Paso 1: acetil group + oxaloacetate citrate (2 carbons) (4 carbons) (6 carbons) Otros pasos del Ciclo de Krebs: - Liberacion de 2CO 2 - Reduccion de 3NAD + a 3 NADH - Reduccion de 1FAD (electron carrier) a FADH 2 - produce 1ATP - regenera oxaloacetato 15

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17 Krebs Cycle Despues de glicolisis, oxidacion de piruvato y Ciclo de Krebs, la glucosa se oxido a: - 6 CO 2-4 ATP - 10 NADH Estos portadores de e- proceden a la cadena de transporte de e FADH 2 17

18 Cadena de Transporte de Electrones La cadena de transporte de e- (ETC) es una serie de portadores de e- rodeados de membrane. - dentro de la membrana interna de la mitocondria - electrones de NADH y FADH 2 son transferidos a complejos de la ETC - cada complejo transfiere electrones al proximo complejo en la cadena Segun los electrones son transferidos, alguna energia del electron es cedida en cada transferencia. Esa energia es usada para bombear protones (H + ) a ttraves de la membrana de la matrix al espacio interno de la membrana. Se establece un gradiente de protones. 18

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20 Cadena de Transporte de Electrones La carga electrica negativa mayor en la matrix atrae los protones (H + ) de vuelta al espacio intermembranoso de la matrix. La acumulacion de protones en el espacio intermembranoso guia los protones a la matrix via difusion. La mayor parte de los protones se mueven de vuelta a la matrix utilizando ATP sintasa. ATP sintasa es una enzima pegada a la membrana que usa energia del gradiente de protones para sintetizar ATP de ADP + P i. 20

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23 Produccion de Energia por Teoricamente: Respiracion - 38 ATP por glucosa en bacterias - 36 ATP por glucosa en eucariotes Actual: - 30 ATP por glucosa en eucariotes - Reduccion dado a: uso para otros propositos que no son sintesis de ATP 23

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25 Regulacion de la Respiracion Ocurre por inhibicion retroalimentada. - un paso en la glicolisis es alostericamente inhibido por ATP y por citrato - altos niveles de NADH inhiben la dehidrogenasa de piruvato - altos niveles de ATP inhiben sintetasa de citrato 25

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27 Oxidacion sin O 2 Respiracion ocurre sin O 2 via: 1. respiracion anaerobica - usa moleculas inorganicas (no O 2 ) como el aceptador final de e- 2. fermentacion - usa moleculas organicas como el aceptador final de e- Respiracion Anaerobica por metanogenos - metanogenos usan CO 2 - CO 2 es reducido a CH 4 (methane) Respiracion Anaerobica por bacterias sulfuricas - Sulfatos inorganicos (SO 4 ) son reducidos a sulfuro de Hidrogeno (H 2 S) 27

28 Oxidacion sin O 2 Fermentacion reduce moleculas organicas para regenerar NAD + 1. Fermentacion de etanol ocurre en levaduras - produce: CO 2, etanol y NAD + 2. Fermentacion de acido lactico - ocurre en celulas animales (especialmente musculares) - electrones son transferidos del NADH a piruvato para producir acido lactico 28

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30 Catabolismo de Proteinas y Grasas - En los amino acidos ocurre deaminacion para remover el grupo amino - Rastros de amino acidos son convertidos a moleculas que entran a glicolisis o a Krebs - Ejemplo: alanine se convierte a piruvato aspartato se convierte a oxaloacetato Catabolismo de grasas: - las grasas se rompen a acidos grasos y glicerol - Los acidos grasos se convierten a grupos acetil por b-oxidacion La respiracion de un acido graso de 6 carbonos resulta en 20% mas energia que una glucosa. 30

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33 Produccion Total de Energia: 38 ATP total en presencia de oxigeno 2 ATP total de la fermentacion

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