Reacciones de oxidación y reducción

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Vicenta Poblete González
hace 7 años
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1 METABOLISMO

2 Reacciones de oxidación y reducción (deshidrogenación) (hidrogenación)

3 Oxidación-Reducción biológica Oxidación H H + e- Molécula orgánica Coenzima NAD+ Molécula orgánica oxidada NADH + H + H + Reducción Catabolismo C 6 H 12 O 6 CO 2 + H 2 O

4 Metabolismo microbiano Metabolismo: Es el total de reacciones químicas (catabolismo y anabolismo) que se producen en un organismo vivo. ATP ADP + Pi + energía Liberación de calor Moléculas simples (glucosa, aa, glicerol y ag) Reacciones catabólicas (transfieren energía desde moléculas complejas hacia el ATP ) ATP ADP + Pi Reacciones anabólicas (transfieren energía de ATP a moléculas complejas) Moléculas complejas (almidón, proteínas y lípidos) Liberación de calor

5 Generación de Energía El ingreso de energía a la célula esta condicionado por la fosforilación del ADP. Tres mecanismos de fosforilación: 1.Fosforilación a nivel de sustrato 2.Fosforilación oxidativa cadena transportadora de e - 3.Fotofosforilación células fotosinteticas

6 Catabolismo de los hidratos de carbono Oxidación de hidratos de carbono Principal fuente de energía celular Respiración celular y fermentación NADH, FADH 2 NADH

7 Fase preparatoria Glucólisis Vía de Embden-Meyerhof Extracelular Fosforilación Citosol Reestructuración Escisión

8 Reducción Fosforilación a nivel sustrato Fosforilación a nivel sustrato Fase de conservación de energía (2 moléculas de ATP)

9 Reacción Enzima DG 0' DG (kcal/mol) (kcal/mol) 1 Hexoquinasa o Glucoquinasa Fosfoglucoisomerasa Fosfofructoquinasa Fructosa-1,6-bis-fosfato aldolasa Triosa-fosfato isomerasa Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa Fosfoglicerato quinasa Fosfoglicerato mutasa Enolasa Piruvato quinasa

15 REGULACIÓN DE LA GLUCOLISIS

20 Rutas alternativas de la glucolisis Vía de las Hexosas de monofosfato (HMP), vía del fosfogluconato o vía de las pentosas de fosfato. 1. Se diferencia del EMP en que los compuestos intermediarios que se forman son pentosas de fosfato. 2. Como mecanismo generador de ATP es menos eficiente que la glucólisis. 3. Su principal función es el aporte de NADPH para reacciones biosintéticas (anabólicas). 4. Producción de pentosas intermedias (ribosa-5-fosfato) síntesis de ácidos núcleicos síntesis de glucosa a partir de CO 2 (fotosíntesis) síntesis de aminoácidos

24 Fase Oxidativa La fase oxidativa genera por cada molécula de glucosa; 2 moléculas de NADPH (reacciones anabolicas), 1molécula de ribulosa-5-fosfato y una molécula de CO2. Consta de tres reacciones: 1. Oxidación 2. Hidrolisis 3. Descarboxilación

25 Fase No Oxidativa Síntesis de nucleótidos y ácidos núcleicos 2 Ciclo de Calvin Benson (fotosíntesis)

26 Balance de la vía HMP Fase Oxidativa: Glucosa-6-Fosfato + 2 NADP H 2 O Pentosa-Fosfato + 1 CO NADPH + 2H + Fase No oxidativa: 3 Glucosa-6-fosfato (C 6 ) + 6NADP + + 3H 2 O 3 fructosa-6-fosfato (C 6 ) + Pi + 3CO 2 + 6NADPH + 6H + 3 Glucosa-6-fosfato (C 6 ) + 6NADP + + 3H 2 O 2 fructosa-6-fosfato (C 6 ) + gliceraldehido-3-fosfato (C 3 )+ 3CO 2 + 6NADPH + 6H + El balance no es constante depende de los requerimientos de la célula

27 El flujo tomado por la glucosa después de incorporarse a la vía del fosfogluconato están determinados, en gran medida, por las necesidades celulares relativas de NADPH y de ribosa-5-fosfato. Sólo en microorganismos que biosintetizan activamente lípidos prevalece la ruta oxidativa completa que conduce a la formación de NADPH.

29 Glucosa (C6) + ADP + NAD+ + NADP+ 2 piruvato (C3) + ATP + NADH + NADPH + 2H+

31 Tarea Cuál es el destino de los carbonos 3 y 4 marcados con radiactividad de una glucosa que entra a la vía: 1. EMP 2. Entner-Doudoroff 3. Pentosa fosfato fase oxidativa y no oxidativa 4. Fosfocetolasa

32 Respiración celular y fermentación aerobia anaerobia NADH NADH, FADH 2

33 Cuando el aceptor de electrones es un ácido orgánico (molécula orgánica) se le llama fermentación, cuando el aceptor es una sustancia inorgánica (NO 2, NO 3, SO 4, CO 3 y fumarato) se llama respiración anaerobia

34 Fermentación Es un proceso que libera energía a partir de azucares u otras moléculas orgánicas (aa, ag, purinas y pirimidas). No necesita oxigeno (pero a veces tiene lugar en su presencia). No presenta ciclo de Krebs ni cadena transportadora de electrones. Utiliza una molécula orgánica como aceptor final de electrones. Produce pequeñas cantidades de ATP ( solo se produce en la glucolisis) Existe regeneración de NAD + y NADP + que pueden ingresar nuevamente a la glucolisis, transfiriendo los electrones de moléculas reducidas al ácido pirúvico o sus derivados. La principal función es garantizar una provisión constante de NAD + y NADP + para que pueda continuar la glucolisis.

35 Diferentes rutas de fermentación GLUCOSA Ácido succínico Ácido pirúvico Ácido acético + Ácido fórmico Acetona Ácido acético Acetil CoA Ácido fórmico Alcohol etílico Ácido acético CO 2 H 2

36 1. BACTERIAS HOMOFERMENTATIVAS 2. BACTERIAS HETEROFERMENTATIVAS

45 EFECTO PASTEUR: Inhibición de la fermentación por la respiración. La aireación induce a un aumento en la cantidad de biomasa, a una disminución de la producción de alcohol y de consumo de azúcar. Cond. Anaeróbicas: 2ATP/Glucosa Cond. Aeróbicas: 36 a 38 ATP/Glucosa EFECTO CRABTREE: Cuando la concentración de azúcar es elevada, S. cerevisiae sólo metaboliza los azúcares por vía fermentativa; incluso en presencia de oxígeno la respiración es imposible. 45

46 Respiración celular y fermentación Es un proceso generador de ATP, en el cual las moléculas experimentan oxidación y el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica (casi siempre). Además de contener una cadena transportadora de electrones. aerobia anaerobia NADH, FADH 2 NADH

48 Glucolisis + Ciclo de Krebs + Cadena transportadora de electrones

49 Ciclo de Krebs. Ciclo anfibólico (reacciones anabólicas y catabólicas) Funciones: Intermediarios del ciclo son precursores de la biosíntesis de aminoácidos, purinas, pirimidinas, etc. Los dos carbonos del Acetil-CoA son oxidados a CO 2, y la energía que estaba acumulada es liberada en forma de energía química: a) Energía química (GTP) b)poder reductor (NADH y FADH 2 ) NADH y FADH 2 son coenzimas capaces de acumular la energía en forma de poder reductor para su conversión en energía química en la fosforilación oxidativa.

50 Nicotinamida-adenina-dinucleótido y Flavina adenina dinucleótido Ciclo de Krebs -CoA-SH o -CoA-SH Ciclo del ácido cítrico o Ciclo del ácido tricarboxílico (ATC)

51 2Acetil-CoA + 4H 2 O + 6NAD + + 2FAD + + 2ADP + 2Pi 2GDP 4CO 2 + 4CoA + 6NADH 2 + 2FADH 2 + 2ATP 2 GTP

52 Regulación Enzimas reguladas por retroalimentación negativa (unión alostérica del ATP, que es un producto de la vía y un indicador del nivel energético de la célula). a) Piruvato deshidrogenasa b) Citrato sintasa c) Isocitrato deshidrogenasa d) α-cetoglutarato deshidrogenasa Enzimas reguladas negativamente (inhibición competitiva) cuando el nivel de poder reductor de la célula es elevado. a) Piruvato deshidrogenasa b) α-cetoglutarato deshidrogenasa

53 Cadena transportadora de electrones Secuencia de moléculas transportadoras capaces de provocar reacciones de oxido-reducción. Liberación gradual de energía Generación Quimioosmótica de ATP La reacción de oxidación final es irreversible Mitocondria y citosol

54 Oxidación-Reducción biológica Oxidación H H + e- Molécula orgánica Coenzima NAD+ Molécula orgánica oxidada NADH + H + H + Reducción Catabolismo C 6 H 12 O 6 CO 2 + H 2 O

55 CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES O FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 1. Flavoproteínas 2. Citocromos 3. Ubiquinona o coenzima Q

57 Mecanismo Quimioosmótico de Generación de ATP ATPasa utiliza el potencial eléctrico que se crea por la diferencia entre la concentración de protones (H+). Localiza entre membrana mitocondrial interna y membrana plasmática.

58 Rendimiento total en ATP por molécula de glucosa F

59 El rendimiento total en ATP por respiración aeróbica a partir de una molécula de glucosa La oxidación completa de la glucosa, vía glucólisis, ciclo ATC y cadena respiratoria, se resume en la reacción siguiente: C 6 H 12 O 6 + 6O ADP + 38 Pi 6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP (= 686 Kcal)

60 Menor producción de ATP que en condiciones aerobias

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