Bloque 2: Organización y fisiología celular. Función de nutrición 2ª parte

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1 2.- ORGANIZACIÓN Y FISIOLOGÍA CELULAR CELULA EUCARIOTICA. FUNCIÓN DE NUTRICIÓN. 3ª PARTE CONTENIDOS Metabolismo Respiración: ciclo de krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa Balance energético del catabolismo de la glucosa Catabolismo de los lípidos. Beta oxidación. ORIENTACIONES 1. Definir y localizar la glucólisis, la B-oxidación, el ciclo de Krebs, la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa indicando sustratos iniciales y productos finales. 2. Comparar las vías anaerobias y aerobias en relación a la rentabilidad energética y los productos finales. Destacar el interés industrial de las fermentaciones. 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 1

2 Respiración: Ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. La respiración es un proceso catabólico aerobio en el que las moléculas orgánicas se oxidan totalmente. El oxígeno es el último aceptor de electrones. El rendimiento energético es mucho mayor que en las fermentaciones. Localización. Tiene lugar en las mitocondrias de las células eucarióticas, y en el citosol y la membrana plasmática en las células procarióticas. Importancia biológica. Es la forma más rentable de obtener energía (ATP). Etapas de la respiración aerobia. Las etapas de la respiración aerobia son las siguientes: 1. Formación de acetil-coa. 2. Ciclo de Krebs. 3. Fosforilación oxidativa: - Transporte electrónico. - Formación del gradiente quimiosmótico. - Síntesis de ATP 1) Formación del acetil-coa a partir del piruvato El piruvato obtenido en la glucólisis, penetra en la mitocondria y sufre una descarboxilación oxidativa para formar Acetil-CoA y CO 2. Se genera poder reductor (NADH). 2) Ciclo de Krebs Es la ruta oxidativa final de la glucosa y de la mayoría de los combustibles metabólicos. Su función es oxidar el grupo acetilo del acetil-coa a CO 2. Los electrones cedidos en esta oxidación son captados por las coenzimas NAD + y FAD, que se reducen a NADH y FADH 2. También se obtiene energía en forma de GTP por fosforilación a nivel de sustrato. 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 2

3 El ciclo de Krebs consta de una serie de reacciones catalizadas por enzimas que se realizan en la matriz mitocondrial. La reacción global del ciclo de Krebs parte de los siguientes sustratos y se obtienen los siguientes productos: Sustratos: Acetil-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2 O Productos: 2 CO NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + CoA-SH En cada vuelta del ciclo: Entra un grupo acetilo (2 átomos de carbono) que es oxidado completamente (por lo que salen del ciclo otros 2 carbonos en forma de CO 2 ). Las moléculas de CO 2 saldrán de la mitocondria por difusión y abandonarán la célula. Tres moléculas de NAD + son reducidas a NADH. Una molécula de FAD es reducida a FADH 2. Se forma una molécula de GTP (equivalente a un ATP). Por cada molécula de glucosa el ciclo dará 2 vueltas. 3) Fosforilación oxidativa. La cadena respiratoria La fosforilación oxidativa es la síntesis de ATP que se produce a expensas de la energía generada en el transporte de electrones a través de la cadena respiratoria. Tiene lugar en la membrana interna de la mitocondria. a) Transporte electrónico 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 3

4 Esencialmente, consiste en una serie de reacciones de óxido reducción en las que los electrones captados por el NAD y FAD, durante la glucólisis y el ciclo de Krebs, se combinan finalmente con el oxígeno, para dar agua. La energía que se libera en estas reacciones se aprovecha para sintetizar ATP. La cadena respiratoria está formada por una serie de moléculas transportadoras de electrones agrupaaos en cuatro complejos. Todas estas moléculas transportadoras son capaces de oxidarse y reducirse. En cada paso los electrones caen en un nivel energético más bajo hasta que son captados por el oxígeno. La energía se va liberando gradualmente, pero hay tres saltos mayores a nivel de los complejos I, II y III. b) Formación del gradiente quimiosmótico La energía liberada en los saltos citados anteriormente se emplea para bombear protones (H + ) desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembranoso. De este modo se genera un gradiente electroquímico de H +, al ser diferente la concentración de H + a ambos lados de la membrana. Este gradiente constituye un almacenamiento temporal de energía. c) Síntesis de ATP (Hipótesis quimiosmótica de Mitchell). El retorno de H + hacia la matriz, a favor de gradiente, se realiza a través del complejo ATP- sintetasa, esta enzima utiliza la energía acumulada en el gradiente para fosforilar ADP y transformarlo en ATP. Por cada par de electrones que son transferidos desde el NADH hasta el oxígeno molecular se sintetizan 3 moléculas de ATP, mientras que si los electrones son cedidos a la cadena respiratoria por el FADH 2 sólo se sintetizan 2 ATP. Así pues, la teoría quimiósmótica relaciona los tres procesos descritos: a.-transporte de electrones desde el NADH hasta el oxígeno molecular. b.- Bombeo de protones. c.- Formación de ATP. 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 4

5 Balance general del catabolismo de la glucosa y valoración del rendimiento energético. 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 5

6 Catabolismo de los lípidos Los acilglicéridos son moléculas de reserva energética. Su catabolismo comienza por su hidrólisis, realizada por enzimas lipasas. Triacilglicérido Lipasas Glicerina + Ácidos grasos La glicerina se convierte en gliceraldehído-3-fosfato y continúa la ruta de la glucólisis. Los ácidos grasos van a sufrir una oxidación en el interior de la mitocondria. La β -oxidación de los ácidos grasos Consiste en la degradación de los ácidos grasos a acetil-coa. Tiene lugar en la matriz mitocondrial. Para que este proceso pueda realizarse los ácidos grasos deben ser previamente activados en la membrana mitocondrial externa. La activación del ácido graso por la Coenzima A requiere energía, que es proporcionada por el ATP. Cada ciclo de la β-oxidación consta de cuatro reacciones enzimáticas: Deshidrogenación, hidratación, oxidación y rotura por interacción con la CoA. 1. Deshidrogenación. El acilcoa entra en la matriz mitocondrial y sufre una oxidación por deshidrogenación, transformándose en AcilCoA insaturado y reduciéndose un FAD a FADH2. 2. Hidratación. El acilcoa insaturado sufre una hidratación y se transforma en - hidroxiacil CoA saturado, que lleva un grupo hidroxilo en el carbono. 3. Oxidación. El β-hidroxiacilcoa sufre una oxidación (se oxida el carbono ), formándose un cetoacilcoa y reduciéndose un NAD a NADH+H. 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 6

7 4. El β-cetoacilcoa sufre una interacción con otra molécula de CoASH, obteniéndose como consecuencia de ello un AcetilCoA (que se incorpora al ciclo de Krebs) y un AcilCoA con dos átomos de carbono menos. El AcilCoA sufre otra oxidación, y así sucesivamente hasta que se obtenga acetil CoA como último acil CoA. Rendimiento energético de la β oxidación El rendimiento energético de los ácidos grasos es muy superior al de los glúcidos. Por ejemplo, el ácido palmítico que tiene 16 carbonos, para oxidarse necesita dar siete vueltas en el ciclo de la β-oxidación dando lugar a 8 moléculas de acetil coenzima A, que sel incorporan al ciclo de Krebs produciendo 131 ATP como muestra el cuadro adjunto. 8 Acetil-CoA X 12 ATP/c. Krebs-cadena 96 ATP respirat. 7 FADH 2 X 2 14 ATP 7 NADH X 3 21 ATP TOTAL 131 ATP Restando a esos 131 ATP obtenidos la molécula de ATP que se necesita para activar el ácido graso, resulta que un ácido palmítico puede proporcionar 130 ATP. es.geocites.com 2º de Bachillerato A.Mellado, P.Cadenas 7

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