RESPIRACIÓN CELULAR: LIBERACIÓN DE ENERGÍA. Lic. Mariela Gallardo

Transcripción

1 RESPIRACIÓN CELULAR: LIBERACIÓN DE ENERGÍA Lic. Mariela Gallardo

2 ENERGÍA. Es la capacidad de producir un cambio en el estado o movimiento de la materia Formas Principales de Energía: Energía Potencial. E. almacenada que puede convertirse a energía Cinética. Los alimentos que ingerimos contienen energía potencial química que se convierte en E. de movimiento y calor cuando corremos. Energía Cinética. Es la E. del movimiento. Puede transformarse en E. potencial y viceversa.

3 El ATP Como Portador De Energía El ATP (Adenosín Trifosfato) es liberado de la glucosa durante las respiración celular y hace posible las reacciones metabólicas de los seres vivos. El ATP es un nucleótido compuesto por: - Una base nitrogenada (Adenina) - Un azúcar pentosa (Ribosa) - Tres grupos fosfatos Estructura química del ATP y el ADP:

4 La Fosforilación del ATP es un proceso reversible que implica la transferencia de un grupo P (fosfato) del ATP a algún otro compuesto, como se observa en el esquema sig: +H2O +H2O ATP ADP AMP E E + Pi +Pi La energía liberada en las reacciones exergónicas se almacena en moléculas de ATP para su utilización en las reacciones endergónicas. Esta energía se utiliza en la síntesis de lípidos o glucógeno, moléculas que almacenan la E. durante un tiempo más prolongado. En la Célula no puede almacenarse grandes cantidades de Energía.

5 Reacciones Exergonicas y Endergonicas Acopladas

6 La Energía Metabólica se utiliza en diversos procesos biológicos: Anabolismo. Todas las reacciones de síntesis requieren de ATP para poder realizarse. Por ejm. La fotosíntesis. Producción de Calor. Las células necesitan E. térmica para mantener la temperatura normal. Como es el caso de los organismos Homeotermos (aves y mamíferos) Bioluminiscencia. Las luciérnagas tienen la capacidad de emitir luz, esta transformación energética es debida al ATP. Trabajo Eléctrico. Las neuronas transmiten el impulso nervioso gracias al ATP. Trabajo Mecánico. La contracción muscular para llevar a cabo todos nuestro movimientos. Transporte Activo. El transporte activo que se realiza en contra del gradiente de concentración requiere E. en forma de ATP.

7 Mecanismo de Oxidación Reducción (REDOX) La Oxidación. Proceso químico en el cual una sustancia pierde electrones (carga -) y al hacerlo aumenta su número de oxidación (incrementa su carga +). A la sust. que se oxida se le llama Agente Reductor porque produce la reducción de otra sust. La Reducción. Proceso químico en el cual una sustancia gana electrones. El elemento que resulta habrá disminuido su número de oxidación y por consiguiente aumenta su carga (-). A la sust. que se reduce se le llama A. oxidante porque produce la oxidación de otra sust. Ejm. Caº + Sº Ca++S= (Sulfato de Calcio) 2Feº + 3Sº Fe2 ++S3= (Sulfuro de hierro) Las reacciones REDOX son parte esencial de aspectos del metabolismo celular, la respiración celular y la fotosíntesis.

8 Oxido Reducción del NADP+ El NAD+ es un nucléotido que actúa como coenzima y almacena temporalmente grandes cantidades de E. libre, es una de las moléculas aceptoras de hidrogeno en las reacciones de la respiración celular y fotosíntesis. Ecuación de transferencia de Hidrogeno: XH2 + NADP+ X + NADPH + H+ El FAD (Flavina Adenina Dinucleótido) Es también un nucleótido el cual actúa como coenzima que acepta H y sus e- Los Citocromos. Son proteínas que contienen hierro, el cual acepta Hs de otro compuesto Tanto los citocromos como el NAD+ y el FAD son esenciales para la respiración celular FAD 2H FADH2 E + 2(H)

9 Respiración Celular Es el proceso mediante el cual las células utilizan O2, producen CO2 y convierten la E. de las moléc. alimenticias en formas biológicamente útiles como el ATP. Es también un proceso enzimático por etapas, y a la vez es un proceso REDOX. Ecuación neta de todo el proceso de respiración celular: oxidación C6H12O6 + 6O2 C6H12 +6CO2 +6H20 6CO2 +12H2O + Energía 36 ATP reducción 6CO2 +6H2O (+ 36ATP)

10 Reacciones que Intervienen en la Resp. Celular 1.- Reacciones de Deshidrogenación: Se remueven 2H (2e- + 2H+) de un sustrato y se transfieren a una coenzima como NAD o FAD (aceptores primarios) 2.- Reacc. de Descarboxilación. Un grupo carboxilo (COOH) se elimina en forma de CO2. El CO2 que exhalamos cada día se debe a la descarboxilación 3.- Reacc. de Preparación. Las moléculas vuelven a reordenarse y pasan por nuevas reacciones de deshidratación y descarboxilación 4.- Reacc. de Fosforilación. Son aquellas que forman ATP a partir de Pi, más ADP, más E. Las reacciones químicas de la Resp. Celular se pueden agrupar en 4 fases: Glucolisis, formación de Acetil CoA, Ciclo de Krebs, Sistema de transporte de electrones y Fosforilación Quimiosmótica

11 Respiración Anaeróbica Proceso biológico mediante el cual la glucosa se desdobla a lactato (ser humano y bacterias) o etanol (levaduras), sin intervención del O2 Glucólisis (Rompimiento del azúcar) Secuencia de reacciones que convierten una molécula de glucosa (6C) en dos moléc. de piruvato (3C) produciendo una ganancia neta de 2ATP. Ocurren en el citoplasma de la célula, no requiere de oxigeno.

12 Reacciones de la Glucólisis 1)La glucosa recibe un grupo P de un ATP, pasando a G-6-P 2)La G-6-P se convierte en su isómero F-6P, por un reordenamiento de sus átomos 3)Otro ATP dona un P a la F-6-F formando F-1,6-D (hasta aquí se han invertido 2ATP) 4)F-1,6-D mediante la Aldosa se convierte en 2 triosas. Desde aquí todas las reacciones van a ser dobles 5)La conversión del PGAL 3P a 1,3 dipga, produce NADH por REDOX e incorpora Pi para pasar a dipga 6)1,3-diPGA pasa a 3-PGA, por medio de la fosforilación a nivel de sustrato (2ATP/ glucosa ) y se cancela la deuda 7)El 3-PGA se reordena a 2-PGA 8)El 2-PGA pasa a P-Enol Piruvato por eliminación de H20 9)El P-Enolpiruvato transfiere su P al ADP formando ATP y produciendo Piruvato (Ganancia neta 2ATP)

13 Fermentación Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones (Láctica, alcohólica, butírica y acética)

14 Fermentación láctica El ác. láctico o lactato, es el producto final de la glucólisis anaeróbica en el tej. muscular en bacterias y hongos (agrian la leche) El Piruvato es reducido a Lactato por medio del NADH En el ser humano y animales más evolucionados durante la actividad física extenuante la cantidad de O2 se reduce en las células musculares siendo sustituida por la fermentación láctica (anaeróbica). Cuando se acumula el lactato se produce la fatiga muscular. Finalmente durante este proceso sin presencia de O2 hay una ganancia de 2ATP

15 Fermentación Alcohólica Los hongos unicelulares son capaces de utilizar la glucosa y convertirla a etanol vía glucólisis como se ve a continuación: 1)Se desdobla la glucosa a Piruvato 2)En ausencia de O2 las levaduras separan el CO2 del piruvato formando un compuesto llamado Acetaldehído 3)Los hidrógenos del NADH + H+, procedentes de la glucólisis reducen al acetaldehído formando 2 moléculas de Etanol o Alcohol Etílico.

16 Fermentación Láctica y Alcohólica Ambos procesos convierten la glucosa en piruvato En ambos caso hay una ganancia neta de 2 ATP/glucosa Ambos procesos utilizan el agente reductor NADH + H+ Solo en la fermentación alcohólica ocurre descarboxilación

17 Respiración Aeróbica Es un proceso que necesita del aire (O2)para que pueda ocurrir. Por medio de la Respiración Aeróbica se continúa con el desdoblamiento metabólico del piruvato hasta obtener los productos finales de CO2, H2O y energía almacenada en 36 ATP por oxidación completa de la glucosa. La Resp. Aeróbica comprende las sig. vías metabólicas: Formación de Acetil Co A, Ciclo de Krebs, y el Sistema de Transporte de Electrones (complejo enzimático de citocromos) Quimiósmosis

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19 Formación de Acetil Co A Es un proceso por el cual cada Piruvato que se formó en la glucólisis se combina con la coenzima A (producida en las células a partir de la vit. B) para formar Acetil Co A, el cual puede entrar a la mitocondria. Esta fase forma un eslabón de unión entre la Glucólisis y el C. de Krebs.

20 Ciclo de Krebs o del Ácido cítrico: Toma su nombre de su descubridor, Hans Adolf Krebs, un bioquímico alemán premiado con el Nobel en el Esta ruta metabólica es la tercera etapa de la respiración celular. Forma parte de la respiración aerobia, es decir, se realiza en presencia de oxígeno y se desarrolla entre los procesos de glucolisis y cadena respiratoria. Su fin es la obtención de NADH (poder reductor), una molécula con poder reductor, que se utiliza para la producción de ATP mediante la cadena respiratoria o transportadora de electrones. Como productos del ciclo tenemos de manera neta dos moléculas de dióxido de carbono que son liberadas al torrente sanguíneo.

21 En términos energéticos se generan 6 NADH, dos molécula de FADH 2 un ATP. En términos de ATP, cada molécula de NADH puede alimentar la síntesis de 3 ATP posteriormente en la cadena de transporte de electrones, mientras que una de FADH 2 alimenta la síntesis de 2 ATP.

22 Sistema de Transporte de Electrones (STE) o Complejo Citocrómico. Es un proceso donde ocurre oxidación fosforilativa (formación de ATP). El STE es una cadena de proteínas inserta en la Mitocondria. Reacciones bioquímicas del STE: 1.Los 2H pasan del NADH (se oxida) al FAD la cual se reduce 2.Del FADH2 (se oxida) los electrones pasan a la Ubiquinona o Co Q, la cual queda reducida. 3.De la Ubiquinona (se oxida) los electrones pasan a los Citocromos los cuales se reducen y oxidan simultáneamente 4.Finalmente el Citoc. a3 pasa sus electrones al O2. Los e- se reúnen simultáneamente con los protones produciendo agua

23 Producción de ATP Fases de la Respiración celular Glucolisis Acetil CoA Ciclo de Krebs A nivel de sustrato 2 ATP ATP A nivel de STE 2 NADH: 4ATP 2NADH: 6 ATP 6 NADH: 18 ATP 2 FADH2 : 4 Sub-total 6 ATP 6 ATP 24 ATP Total 36 ATP/ Glucosa Por cada NADH que entra a la cadena respiratoria o transportadora de electrones se forman 3 ATP, y dos por cada FADH

24 Diagrama General de las Reacciones de la R. Celular

25 Oxidación de Otros Nutrientes Los seres humanos y otros animales, obtienen más E. de la oxidación de los ácidos grasos. Además los aminoácidos también son usados como combustible. Estos nutrientes puede transformarse en metabolitos intermediarios que pueden ser incorporados en la glucólisis o en el ciclo de Krebs

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