Semana 9: Metabolicos celular
METABOLISMO: Conjunto de reacciones químicas, mediadas por enzimas.
Catabolismo: de degradación, genera energía (Respiración celular)
Anabolismo: de síntesis, necesita energía
CARACTERÍSTICAS DE LAS MITOCONDRIAS:
Tienen origen endosimbiótica (describe el paso de las células procariotas
a células eucarióticas mediante incorporaciones= teoría simbiótica)
Se reproducen de manera propia semiautónoma (depende de la célula
para captar nutrientes y producir energía, igual se reproduce por fisión
binaria. Su ADN circular independiente de la célula procariota)
Produce ATP
Tiene
ribosomas
Se encuentran en los fibroblastos (matriz extracelular, estromas).
Tiene una doble membrana
Microscopio
electrónico de
transmisión
PARTES DE LAS MITOCONDRIAS:
ADN CIRCULAR: Doble hélice, que se cierra al final.
Membrana plasmática:
Membrana externa: presencia de proteínas llamadas
porinas
Membrana interna: tiene complejos proteicos, que transporta electrones.
Tiene el ATP sintasa que transporta, tiene dos porciones f
0
y f
1
(forma crestas)
Crestas: Hay partículas de ATP sintasa (importante en la mitocondria)
Espacio intermembranal: esta entre membranas, se bombean iones de H,
crear gradientes de concentración y producir energía.
Ribosomas: dentro de las mitocondrias
Matriz mitocondrial o mitosol
¿QUÉ ES LA RESPIRACIÓN CELULAR?
Proceso catabólico (sencillo a complejo) donde las células destruyen
moléculas orgánicas por energía.
¿Dónde ocurren?
En células eucariotas
En células procariotas
ocurre en el citosol y/o mitocondria
ocurre en el citosol y/o mesosoma
¿Cuántos tipos hay?
AERÓBICA (plantas, humanos, animales, que
emplean sus pulmones para obtener el
oxígeno. Seres acuáticos, para obtener el
oxígeno del agua)
ANAERÓBICA(bacterias y arqueas,
algunos protistas y hongos, como la
levadura) (Fermentación)
Presencia de oxígeno en la célula
Ausencia de oxígeno en la célula
Primero en el citosol y luego en la
mitocondria
Se da en el citosol
Energía a partir de carbohidratos
C
6
H
12
O
6
+ 6O
2
6CO
2
+ 6H
2
O + Energía
Glucosa + Oxigeno dióxido de carbono+ agua +ATP
Tienen en común la glucolisis
ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR AERÓBICA (VARIAN ATP)
1. Glucolisis Citosol
2. Descarboxilación del ácido piruvato Matriz mitocondrial o mitosol
3. Ciclo de Krebs Mitosol - Mitocondria
4. Cadena transportadora de electrones Membrana interna de la
mitocondria (Crestas)
5. Fosforilación oxidativa Membrana interna de la mitocondria
(Crestas)
Debemos saber:
Agente oxidante (oxida un reactivo) gana electrones y cambia su estado
de oxidación.
Agente reductor (reduce al oxidante) pierde electrones y cambia su estado
de oxidación.
GLUCOLISIS
Inversión: (P un grupo fosfato)
1. La glucosa entra a la célula, por difusión facilitada
(transportadores GLUT). La glucosa se fosforila con
la hexoquinasa (las quinasas modifican células, por
la fosforilación) y modifica al ATP, para convertirlo
en ADP, esto la convierte en una G6P (glucosa-6-
fosfatos)
2. En esta reacción, la G6P se isomeriza (tienen las
mismas cantidades de elementos y enlaces, pero
su disposición en el espacio es diferente/espejo/) a
F6P (fructosa-6-fosfato), mediante la enzima
glucosa-6-fosfato isómerasa.
3. Se da la 2da fosforilación. La fosfofructoquinasa 1
fosforila al ATP (utiliza el fosfato de un ATP, lo
convierte el ADP; le pasa el fosfato a F6P) y lo
transforma a FBP (fructuosa-1,6-di fosfato).
4. Luego la FBP se degrada en dos triosas (moléculas
de tres carbonos), gracias a la enzima aldolasa
(=fructuosa-1,6-difosfato-aldosa). Las triosas, son:
DHAP (dihidroxiacetona-fosfato) y G3P
(gliceraldehido-3-fosfato).
5. Solo el G3P puede entrar a la 2° etapa, la célula
isomeriza al DHAP con la enzima triosa fosfato
isómerasa y la transforma en G3P.
Producción: Las siguientes se dan 2 veces por los 2G3P
6. El NAD
+
actúa como agente oxidante y oxida a G3P,
mediante la enzima de glicerol 3 fosfato deshidrogenasa
(le quita electrones, pero le regala un grupo fosfato, sale
un protón/H/). Da como resultado da NADH+H. Este se
fosforila y lo convierte en BPG (1,3- bisfosfoglicérato)
7. La enzima fosfoglicerato quinasa utiliza un ADP para
fosforila (ganar) un grupo fosfato a la BPG y lo convierte
en 3PG (3-fosfoglicerato). (la vuelve inestable).
8. El 3PG se isomeriza mediante la enzima fosfoglicerato
mutasa (para hacer más fácil su degradación), el grupo
fosfato (P) se muda del 3PG a 2PG (2-fosfoglicerato).
9. El 2PG libera una molécula de H
2
O, lo cual hace que se
deshidrate y se transforma en PEP (fosfo-enolpiruvato) esto
sucede por la enolasa.
10. Luego el PEP se cataliza mediante la piruvato quinasa y lo
convierte en piruvato. Esto se da, porque hace que el
ADP, se fosforile (gane un piruvato) y de un ATP. Lo cual
transforma el PEP en un piruvato.
DESCARBOXILACIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO:
Reacción donde se pierde átomos de carbono y se libera electrones.
Irreversible, porque se libera mucha energía.
DEBEMOS SABER QUE:
E1: Se encarga de
descarboxila el
carbohidrato
E2: Transferencia de
grupos acetilo
E3: dihidrolipoil
Deshidrogenasa
Los elementos que ayudan al ácido pirúvico para que suceda este proceso es el:
NAD+
Coenzima A
Etapa de inversión: - 2 ATP
Etapa de producción: 4 ATP + 2NADH
Total: 2 ATP Y 2NADH+ 2 piruvato
PROCESO
El piruvato se descarboxila (pierde un carbono, a través de la formación del CO
2
, la cual
se va) por culpa del piruvato deshidrogenasa. Luego la Coenzima A (CO
A
) se une al grupo
acetilo, que ya ha sido oxidado por el NAD+ (actúa como agente oxidante y ayuda en el
proceso de oxidación, y se transforma en NADH
+
H) y así se forma el Acetil coenzima A.
CICLO DE KREBS
También llamado, ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), ciclo del
ácido cítrico
Se destruye el Acetil CoA
Ciclo Anfibiólico (catabolismo
/se consume las moléculas de
acetil CoA y anabolismo a la vez
/porque al final se regenera la
primera molécula con la que se
fusiona el Acetil CoA)
Se transporta las moléculas del Acetil CoA a otras moléculas oxidadas que se
reducen (captan electrones)
Se da en la mitocondria
Se produce: 2 Acetil CoA + 2CO
2
+ 2NADH
+
(electrón)
2 Acido pirúvico + COA + 2NAD 2 acetil COA + 2CO
2
+ 2NADH
Cuando leamos:
- Descarboxilación: grupo carboxilo es eliminado de una molécula,
- Las moléculas que tienen por nombre deshidrogenasa, significa que se hay una
molécula generadora de energía (ATP)
VALORES: 1 NADH= 3ATP --- 1 FADH= 2ATP
PROCESO:
1. REACCION DE CONDENSACIÓN O UNIÓN:
- El acetil CoA (que cuenta con 2 moléculas de carbono) se une a un oxalacetato
(cuenta con 4 moléculas carbonos) y da como resultado a molécula de citrato
(cuenta con 6 moléculas carbonos), esta reacción es catalizada por el citrato
sintasa.
2. REORGANIZACION DE LOS ENLACES DE LA MOLECULA DE CITRATO
- La aconitasa isomeriza al citrato, quitándole una molécula de agua y luego la vuelve
a unir la molécula de agua (descarboxila), esto sucede para que se reorganice sus
enlaces. Lo termina transformando en isocitrato.
3. DESHIDROGENIZACIÓN DEL ISOCITRATO
- El isocitrato deshidrogenasa hace que se descarboxila al isocitrato, porque se
produce la liberación de un átomo de carbono en forma de CO
2
y de electrones,
estas moléculas serán captadas por NAD+, que los agarrara para convertirse en
NADH+. Da como resultado a a-cetoglutarato. (termina con 5 Co2)
4. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA
- La a-cetoglutarato deshidrogenasa hace que se libera un átomo de carbono CO
2
del a-cetoglutarato, e ingresa una CoA que se une a la nueva succinil - CoA.
(Termina con 4 carbonos)
5. FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO
- La succinil CoA pierde el CoA, por culpa de succinil CoA sintetasa. La energía que
se libera por este proceso ocasiona, para transformar en GDP+P a GTP. Se produce
como producto el Succinato. (El GDF+P forma parte del proceso)
6. OXIDACIÓN A PARTIR DEL SUCCINATO DESHIDROGENASA
- El succinato se transformará en fumarato mediante la enzima succinato
deshidrogenasa. Los electrones que se liberen van a ser atrapados por el FAD, el cual
se transformara en FADH3.
7. HIDRATACION A PARTIR DE LA FUMARASA
- El fumarato, captará una molécula de H2O por la enzima fumarasa. Y se transformara
en L- Malato.
8. DESHIDROGENIZACION DEL L-MALATO
- El L-Malato se transformará en oxalacetato mediante la enzima de malato deshidrogenasa.
Se liberará electrones, que van a captar NAD+ transformándose en NADH+. Y el ciclo se repite.
Por cada molécula de piruvato:
2Co
2
+ 3NADH
+
+1FADH
2
+GTP
En general:
4Co2 + 6NADH+ 2FADH2+ 2GTP (¿?20ATP)
CADENAS TRANSPORTADORA DE ELECTRONES
Conjunto de proteínas transmembrana, que se denominan complejos.
Existen 4 complejos (mayormente en eucariotas, pero el 3 no se en cuenta en celular
procariotas, eucariotas vegetales/algunas/).
Busca hacer un gradiente electroquímico, que utilizara el APT sintasa, para hacer
ATP.
El gradiente se crea
por los complejos.
La reacción final va
a ser donar los
electrones de los
cofactores
enzimáticos
reducidos (con
electrones), para
crear H2O.
Complejo 1
Complejo 3
Complejo 2
Complejo 4
Otros nombres
Deshidrogenasa
de NADH,
ubiquinona
oxidoreductasa
Citocromo b,
c
1
Deshidrogenasa de
succinato (no
bombea protones,
asociada a la mem)
Citocromo C
oxidasa
Complejos que
interviene
NADH
deshidrogenasa
Citocromo C
oxidoreductasa
Succinato
deshidrogenasa
Citocromo C
oxidasa
Moléculas
transportadoras
NADH
Coenzima Q (Ubiquinona)
Coenzima Q (se queda en la mem)
Citocromo C
(pasa al espacio
intermembrana)
Citocromo C
1. PRIMERA REACCIÓN (Complejo 1)
- Llega una NADH y le dará electrones a la
ubiquinona, luego este se reducira NAD. Estos
electrones tienen un centro que los recibirá, el
FMN (flavin-mono-nucleótido), que los
transporta al centro de hierro y azufre
(coenzima), que se encarga de transportarlos
uno por uno a la ubiquinona (transportadores
liposolubles). La ubiquinona (Uq) , al recibir estos
electrones, se reducirá y se le llamará ubiquinol. El complejo 1 utilizo esta energía para
que pase 4 iones de H, desde la matriz de la mitocondria al exterior de la membrana.
2. SEGUNDA REACCIÓN (Complejo 2)
- Es una puerta de entrada diferente
de los electrones, que pueden
entrar por el complejo 1 o 2.
- No bombea protones, proteína
única asociada a la membrana.
- Tiene actividad cuenta con
succinato deshidrogenasa, esta
enzima deshidrogena al succinato a
fumarato y se forma el FADH. Se van a liberar electrones, los cuales serán
donados a una enzima Fe y S, para que ella también forme ubiquinol.
(Similar al primero)
3. TERCERA REACCIÓN (Complejo 3)
- El citocromo cuenta con dos enzimas
el citocromo B y el citocromo c
1
.
- La ubiquinona transporta los
electrones, en el caso de la
ubiquinona que se formó por el
complejo 1 va a llevar los electrones
al complejo B o de frente al centro de
transporte Fe – S. En el caso de la
ubiquinona dada por el complejo 2 va a llevar los electrones complejo B.
Luego serán transportados al complejo 4 por el citocromo c1. Es esta
actividad de transporte, bombea 4 protones (o iones de H).
4. CUARTA REACCIÓN (Complejo 4)
- El citocromo C le dará su electrón al
complejo 4 (citocromo oxidasa), es
decir, lo oxida mediante otras
coenzimas. Transfiere los electrones
a moléculas de oxígeno, para
formar moléculas H
2
O. Y bombeara
dos protones al espacio
intermembranal.
- Por cada (par de electrones) oxigeno se forma dos moléculas de agua.
Por cada electrón (1/2 O
2
) se forma una molécula de agua.
LA ENCARGADA DE REGULAR EL GRADIENTE
QUIMICO, ES LA ATP SINTETASA.
Cuenta con una cabeza (f
0
) y tiene una base en
forma de anillo (f
1
)
La cabeza F
1
pose cinco subunidades diferentes en
proporciones de 3α:3β:1δ:1γ:1ϵ. Las subunidades alfa
y beta se organizan en un círculo para formar la
cabeza esférica de la partícula; la subunidad
gamma (γ) discurre por el centro de la ATP sintasa,
desde la punta de F1 hasta F0 para formar el tallo
central
; la subunidad épsilon ayuda a unir la
subunidad
gamma con la base F0 .
La base F
0
, que está incrustada en la membrana, tiene tres subunidades diferentes con
una proporción aparente 1ª, 2b, 10-14c. Se piensa que las subunidades c forman un
anillo giratorio dentro de la membrana; las
subunidades b pares de la base F0 y la
subunidad delta de la cabeza F1 forman un tallo periférico que sujeta las subunidades
α/β en una posición fija y la subunidad a contiene el canal de protones que permite
que éstos crucen la membrana. La enzima de los mamíferos incluye siete a nueve
pequeñas subunidades más cuyas funciones aún se desconocen ESTUDIOS.
FOSFORILACION OXIDATIVA
PROCARIONTES
EUCARIONTES
Ocurre en la membrana plasmática
Se da en la mitocondria
TIPOS DE LANZADERA
Lanzadera de malato y aspartato
(células del corazón y del hígado)
Lanzadera glicerol 3-fosfato
(MAYORIA DE CELULAS)
Actúa por reacciones de trasnominación
y de oxidación de las moléculas.
El oxalacetato se reduce en malato
(gana electrones del NADH). El malato
ingresa al espacio intermembranal y
luego al mitosol, luego se oxida al
oxalacetato y le da sus electrones al
NAD, para volverse NADH y lo reduce.
DE NADH A NADH, NO PIERDE ATPS.
Estos procedimientos
Los electrones del NADH (citosol), se
transfieren al fosfato de DHAP y se
transforma en Glicerol 3-fosfato y va al
interior de la mitocondria. Luego los
electrones del glicerol 3-fosfato es
transformado en DHAP por medio de la
deshidrogenasa de glicerol 3-fosfro. Y se
convierte en un FADH y es cuando se
pierde que 2 ATP.
38 ATP
36 ATP
Lanzadera de malato y aspartato
Lanzadera glicerol 3-fosfato
RESPIRACIÓN ANAERÓBICA
Proceso catabólico donde el sustrato (glucosa) se
degrada parcialmente.
Genera poca energía. Para conseguir ATP, sin necesidad
de oxígeno (anaeróbica).
Tiene dos partes: glucolisis y fermentación (busca obtener
el NADH en su forma oxidada). Ocurre en el citosol.
El producto final depende del tipo de célula, puede
produce puede ser acetato, lactato, acetato.
Este proceso tiene como objetivo la recuperación de NAD+ (oxidado). El ácido
pirúvico se transforma en diferentes maneras y no degrada al 100%, al CO2 y el H2O.
Tipos de fermentación: acética (da vinagre, hechas por bacterias acetobacter),
láctica (yogurt, acumulación de ácido láctico lo que hace que los músculos se
sienten cansados y doloridos), butírica (ácido butírico, acetona), alcohólica
(causada por la levadura), propionica (quesos suizos).
TIPOS DE FERMENTACION ANAEROBICAS:
1. Alcohólica (Hialoplasma) (lo hacen las
levaduras)
Busca formar CO2 y
El ácido pirúvico se descarboxila por la
descarboxilasa, es decir, pierde un carbono
y dos oxígenos (libera CO2), luego se
convierte en el etanol que es convertido en
alcohol etílico por el NAD+H (la enzima que hace posible esto es alcohol
deshidrogenasa).
Se da en panaderías o en lugares para hacer a alcohol.
2. Láctica (se da en células de la levadura):
Se da en algunas células o fibras musculares (cuando hacemos sobreesfuerzo,
hay contracción vigorosa en los músculos por la falta de oxígeno) y baterías
(lactobacilos).
Es importante que se regenere el NAD a NADH.
Preguntas generales:
¿Los hipoglucémicos generan menor cantidad de ATPs en sus células?
- 40 por cada 20 moléculas de glucosa.
Si a 20 moléculas de glucosas ingresan a la respiración aeróbica:
a) ¿Cuántos GTP se forman en el ciclo de Krebs?
- Se forman
b) ¿Cuántos FADH2 se forman en el ciclo de Krebs?
- 40 por cada 20 moléculas de glucosa.
c) ¿Cuántos acetiles Co A se forman en el ciclo de Krebs?
- 40 por cada 20 moléculas de glucosa.
2
2
2
2
2
2
2
descarboxilasa
Alcohol
deshidrogenasa
Acción reducción
CICLO DE CORI :
Todo el ciclo de cori cuesta 6 ATP – 2ATP= 4 ATP. Por eso este ciclo no es muy usado.
ENFERMEDADES CAUSADAS POR LAS MITOCONDRIAS:
ENFERMEDADES MITOCONDRIALES
Síndrome de progería: Trastorno genético progresivo que ocasiona el envejecimiento
prematuro de los niños. La mutación genética ocurre aleatoriamente y no es hereditaria.
(Mutación del gen, no se produce correctamente la laminina. Es una deleción del ADN, se
pierden gen /entero o una secuencia de nucleótidos, un fragmento/ que codifica a la
laminina y no se organiza correctamente el núcleo.). Los síntomas, como el crecimiento
lento o la pérdida del cabello, comienzan a aparecer en el primer o el segundo año de
vida. No hay cura para la profería, pero los medicamentos pueden aliviar los síntomas o
retrasar la progresión.
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