ECOEM -Biología y Geología Diciembre V2 y S2

Transcripción

1 ECOEM -Biología y Geología Diciembre V2 y S2 Tema 43: ANABOLISMO CELULAR Tema 44: CATABOLISMO CELULAR Exposiciones orales Competencias Básicas (cont.) Repaso formulación objetivos/contenidos Diseño de la UD Modelos de Programación / Dudas sobre programación y UD

2 TEMA 43.- ANABOLISMO ANABOLISMO CELULAR RUTAS DE SÍNTESIS DE LOS PRINCIPALES PRECURSORES MACROMOLECULARES FOTOSÍNTESIS

3 Degradativas Oxidativas Exergónicas Convergentes De Síntesis Reductoras (Poder reductora - NADH / NADPH) Endergónicas (ATP) Divergentes

4 ANABOLISMO CELULAR FASES biosíntesis de precursores (monómeros) Fotosíntesis/ Quimiosíntesis biosíntesis de polímeros Tipos Autótrofo (Foto/quimiosintéticos) Heterótrofos (Todas las células)

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6 Fotosíntesis Luz Fase Luminosa ATP/NADPH Fase Oscura Glúcidos CO2, NO3--

7 Luz: Onda-partícula a,b

8 FASE LUMÍNICA Membrana Tilacoides / Lamelas Absorción Luz / Excitación Cl. Cadena transporte e- -Fotofosforilación (ATP) -Poder reductor (NADPH)

9 FASE LUMÍNICA Absorción Luz / Excitación Cl. Componente X/ Platocianina Fotosistema II Fotosistema I Feofitina/Agua Centro colector de luz

10 FASE LUMÍNICA Fotofosforilación no cíclica Cadena transporte e- -Fotofosforilación (ATP) -Poder reductor (NADPH) Fotosistema I fotosistema II Fotofosforilación cíclica Fotosistema I [NADP+/ NADPH]

11 FASE OSCURA Ciclo de Calvin-Benson Ribulosa 1,5, difosfato carboxilasaoxidasa 1 mo. de 3-fosogliceraldehido requiere 9 ATP y 6 NADPH

12 FASE OSCURA Plantas C3 Fotorrespiración

13 FASE OSCURA Ciclo de Hatch-Slack Plantas C4 Sin Fotorrespiración

14 ASIMILACIÓN REDUCTORA DEL NITRÓGENO Y EL AZUFRE Algunas bacterias

15 QUIMIOSÍNTESIS Energía oxidación de sustratos inorgánicos dadores de electrones H2, NH3, NO2-, H2S, S, Fe2+ Nitrificación Nitrosomonas 2NH4+ + 3O2 à 2NO2_ +4H+ +2H2O+70Kcal/mol. Nitrocbacter NO2_ + 1/2 O2 NO3_ + 17 Kcal/mol.

16 QUIMIOSÍNTESIS Energía Oxidación del Azufre Acidificación del suelo 2S +3O2 +2H2O --> 2SO H Kcal/mol. H2S+1/2O2 --> S + H2O + 41Kcal/mol. Oxidación del Hidrógeno / Metano H2 + 1/2 O2 ---> H2O + 56 Kcal/mol. CH4 +2O2 --->2H2O + 220Kcal/mol. Oxidación de iones ferrosos 2S +3O2 +2H2O --> 2SO H Kcal/mol. H2S+1/2O2 --> S + H2O + 41Kcal/mol. Fijación N atmosférico Azotobacter; Rhizobyum

17 RUTAS DE SÍNTESIS DE LOS PRECURSORES MACROMOLECULARES Anabolismo de los glúcidos Anabolismo de los ácidos grasos y la glicerina Anabolismo de los aminoácidos Anabolismo de los nucleótidos

18 aminoácidos, lactato piruvato glicerol cualquiera de los intermediarios del Ciclo de Krebs (Acetil-CoA y Succinil-CoA) GLUCONEOGÉNESIS -Síntesis de Glucosa -Formación de polisacáridos y otros glúcidos GLUCONEOGÉNESIS -piruvato en fosfoenolpiruvato, -fructosa 1,6 difosfato en fructosa 6 fosfato -glucosa 6 fosfato en glucosa. GLUCOLISIS

19 ANABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS Y LA GLICERINA Paso del Acetil- CoA al citosol

20 ANABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS

21 ANABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS Plantas y microorganismos: Síntesis Animales: Síntesis (no esenciales) Ingestión (esenciales) Formación del esqueleto carbonado: a partir de algunos de los intermediarios de la glucólisis o del ciclo de Krebs (piruvato, fosfoenolpiruvato, oxalacetato,...) El origen del grupo amino Autótrofos: a partir del ión amonio (NH4+) Heterótrofos: a partir de otros aminoácidos ingeridos

22 ANABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS El Ácido Glutámico: partir de amoniaco y ácido α- cetoglutárico La Glutamina: a partir del ácido glutámico Prolina: ácido glutámico Alanina; Ácido aspártico: transaminación desde el glutámico Asparragina: partir del ácido succínico Serina: parte del ácido 3-P-glicérico Glicina: a partir de la Serina

23 ANABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS Metionina y Treonina: a partir de la homoserina, que a su vez proviene del ácido aspártico. Cisteina: a partir de la Metionina Lisina: -condensación del ácido pirúvico con el semialdehído aspártico (bacterias y plantas) -condensación del Acetil CoA y el ácido α-cetoglutárico (hongos) Isoleucina; Valina; Leucina: a partir del ácido pirúvico Ornitina: a partir del ácido glutámico. Arginina: a partir de la citrulina Histidina: Comienza con el 5-P-Ribosil-1-PP, al que se le une ATP.

24 ANABOLISMO DE LOS NUCLEÓTIDOS proceden de la hidrólisis de ácidos nucleicos generalmente se reciclan para sintetizar otros Ex-novo Ribosa y la desoxirribosa: ruta de las pentosas Ácido fosfórico: componente habitual de las células Bases nitrogenadas: complejas secuencias de reacciones que parten de los esqueletos carbonados de diversos aminoácidos púricos Los átomos de nitrógeno y parte de los átomos de carbono del anillo púrico proceden de la glicina, el aspartato y la glutamina; el tetrahidrofolato y el CO2 aportan los restantes átomos de carbono pirimidínicos el anillo de pirimidina se forma en primer lugar, para en un segundo paso unirse al fosforribosilpirofosfato. Las moléculas precursoras para la síntesis de las bases nitrogenadas pirimidínicas son un aminoácido, el aspartato y un metabolito intermediario del ciclo de la urea, el carbamoil-fosfato.

25 TEMA 44.- CATABOLISMO CATABOLISMO CELULAR RUTAS DE DEGRADACIÓN DE LAS PRINCIPALES BIOMOLÉCULAS RESPIRACIÓN CELULAR Y FERMENTACIÓN

26 Degradativas Oxidativas Exergónicas Convergentes

27 ASPECTOS GENERALES tres fases Preparatoria: grandes moléculas se descomponen en moléculas sencillas Intermedia: se obtienen moléculas más sencillas (ácido pirúvico o acetil CoA) Final: ácido pirúvico / acetil-coa se transforman en CO2 y H2O. Grado de Oxidación Respiración Fermentación

28 Catabolismo de proteínas, polisacáridos y lípidos

29 RESPIRACIÓN CELULAR Un reductor La glucosa Un oxidante Oxidantes intermedios (NAD y FAD) Oxidante final: O2 (aerobia)/ sustancia distinta del O2 (anaerobia) Enzimas

30 RESPIRACIÓN AEROBIA C6H12O6 +6O2 +6H2O--->6CO2 +12H2O+Energía la glucólisis la formación de Acetil-CoA el ciclo de Krebs fosforilación oxidativa (asociada al transporte de electrones hasta el O2)

31 GLUCOLISIS (Ruta de Embden-Meyerhof) Fosfoglucoiso merasa por cada molécula de glucosa se obtienen dos moléculas de ácido pirúvico, dos moléculas de ATP (se gastan 2 y se forman 4) y dos moléculas de NADH

32 FORMACIÓN DE ACETIL COENZIMA A CO 2 Si tenemos en cuenta que de una molécula de glucosa se forman dos ácidos pirúvico, podemos considerar que en este proceso se originan dos moléculas de Acetil CoA, 2NADH + 2H+ + 2 CO2 a partir de una glucosa.

33 CICLO DE KREBS O DEL A. CÍTRICO (A. TRICARBOXÍLICOS) Por cada molécula En la última de Acetil reacción CoA que el ácido se oxida málico (2 se C) oxida se desprenden mediante la dos enzima CO2 malato y se obtiene una molécula de GTP (ATP) otra de FADH2 y tres de NADH. De una molécula de glucosa (dos Acetil CoA) se obtienen el doble de moléculas citadas. 8.

34 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Por cada molécula de Acetil CoA que se oxida (2 C) se desprenden dos CO2 y se obtiene una molécula de GTP (ATP) otra de FADH2 y tres de NADH. De una molécula de glucosa (dos Acetil CoA) se obtienen el doble de moléculas citadas.

35 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA (hipótesis quimiosmótica de Mítchell)

36 BALANCE ENERGÉTICO 36 ATP lgunos autores al presentar el rendimiento energético de la oxidació

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38 RESPIRACIÓN ANAEROBIA Bacterias Desnitrificantes: Utilizan el nitrato como aceptor de electrones (nitrato reductasa). Los productos finales de la desnitrificación son nitrógeno, oxido nítrico y oxido nitroso. Bacterias Sulfatorreductoras. Utilizan sulfato como aceptor final de electrones. Originan como producto final SH2. Bacterias Metanógenas. Utilizan CO2 como aceptor final de los electrones, reduciéndolo hasta CH4. Homoacetógenas, que reducen el CO2 hasta acetato.

39 Butírica FERMENTACIÓN Pútrida F. Láctica Glucosa + 2 P + 2 ADP 2 ácido láctico + 2 ATP F. Alcohólica Glucosa + 2 P + 2 ADP 2 alcohol Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus etílico + 2 CO2 + 2 ATP casei y Streptococcus lactis Saccharomyces

40 FERMENTACIÓN

41 COMPARACIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE CATABOLISMO Conceptos Respiración considerados Aerobia Anaerobia Fermentación Necesitan oxígeno? Si No No Sustrato que pueden Cualquier biomolécula Cualquier biomolécula Preferentemente oxidar glúcidos y prótidos Primer aceptor de NAD NAD NAD electrones Aceptor final de Oxígeno Moléculas inorgánicas Una molécula electrones como sulfatos, orgánica que nitratos, CO 2, etc. generalmente procede del propio sustrato Productos en los que H 2 O El aceptor reducido Algún compuesto se transforman los orgánico como etanol aceptores finales de o ácido láctico electrones Productos en los que se transforma el carbono del sustrato Hay una oxidación total del sustrato, por lo que se transforma en CO 2 Hay una oxidación total del sustrato, por lo que se transforma en CO 2 Hay una oxidación parcial del sustrato que origina compuestos orgánicos como etanol o ácido láctico, también puede aparecer CO 2

42 OTRAS RUTAS DE DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA Ruta de Entner-Doudoroff Ruta de las pentosas fosfato Ruta de la Fosfocetolasa o de Warburg- Dickens

43 CATABOLISMO DE OTRAS BIOMOLÉCULAS

44 CATABOLISMO DE LÍPIDOS

45 CATABOLISMO DE LÍPIDOS

46 CATABOLISMO DE PROTEINAS

47 CATABOLISMO DE PROTEINAS

48 CATABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOS Aunque los ácidos nucleicos no constituyen ninguna fuente de energía, también pueden ser utilizados por las células como combustible metabólico. También hay que tener en cuenta que, a nivel endógeno, los ácidos nucleicos, en particular los ARNs, presentan cierta tasa de recambio, determinando en muchos casos la necesidad de eliminar el exceso de los mismos. Los ácidos nucleicos son degradados a nucleótidos por acción de las enzimas ADNasas y ARNasas, la acción posterior de fosfatasas elimina el grupo fosfato, permitiendo la obtención de nuncleósidos. Estos por la acción de nucleosidasas se escinden en su pentosa y la base nitrogenada. Las bases nitrogenadas pueden reciclarse para formar nuevos nucleótidos, o bien si no son necesarias, son degradadas.

49 METABOLISMO CELULAR: ATP LEYES DE LA TERMODINÁMICA 1ª.- La energía no se crea ni se destruye 2ª.- El desorden va en aumento en el universo + ORDEN - Energía CÉLULA Calor luz / enlaces mol. orgánicas Sistema Abierto Intercambio de Materia / Energía

50 METABOLISMO CELULAR: ATP DENTRO DE LA CÉLULA ENERGÍA QUÍMICA ALMACENADA MOLÉCULAS cede e - acepta e - e - + H + = H se Oxida Reacciones se Reduce RedOx Acepta H + Cede H + Transporte de electrones 3 coenzimas: NAD +, NADP y FAD

51 METABOLISMO CELULAR: ATP ATP + H2O -> ADP + P + Energía (7,3 kcal/mol) ADP + H2O -> AMP + P + Energía (7,3 kcal /mol). A+B A-B ATP ADP+P Glucosa + ATP Glucosa-P + ADP FORMACIÓN DE ATP -Fosforilación a nivel de sustrato -Fosforilación asociada al transporte de electrones: -Fosforilación oxidativa (Mitocondrias) -Fotofosforilación (Cloroplastos)

52 METABOLISMO CELULAR: ATP Fosforilación asociada al transporte de electrones: