2. METABOLISMO
• Heterótrofos
– Dependen de la energía química contenida en las
moléculas orgánicas sintetizadas por las plantas
– Sus células no pueden utilizar directamente la energía
de las moléculas orgánica.
• Transformación a energía utilizable en forma de ATP,
a través de Glucólisis y Respiración Celular.
8. Respiración Celular
• Proceso usado por células animales y
vegetales.
– Degradación de biomoléculas (glucosa,
lípidos, proteínas)
• Producción de energía.
9. Respiración Celular
• Células requieren un continuo
suministro de energía para:
– Síntesis de moléculas complejas
– Ejecución de trabajo mecánico
– Transporte de sustancias a través de
sus membranas.
10. VÍAS DEL CATABOLISMO
• Respiración celular aerobia y las
fermentaciones.
• Usadas para obtener energía contenida en
las sustancias orgánicas.
• Ambas vías, tienen una primera fase común:
la glucolisis.
11. • La respiración celular se divide en
distintas rutas con presencia o ausencia
de O2.
12.
13. ATP
• Son la fuente de energía que se usa como
combustibles para llevar a cabo el metabolismo
celular. Están formadas por:
– Adenina
– Ribosa
– 3 grupos fosfatos
15. Respiración Celular
• Oxidación de glucosa = fuente principal de
energía en la mayoría de las células.
• Degradación enzimática de la glucosa
– Liberación de energía contenida en la
molécula
• Captación energética por los enlaces
fosfato del ATP.
16. • ¿Las necesidades de ATP de las células
podrían ser cubiertas suministrándolo ATP
desde el exterior por ejemplo, por ingestión
o inyección?.
17. Respiración Celular
• En reposo, un adulto consume 40 kg de
ATP/día
• Con ejercicio intenso el gasto puede llegar a
500g/min.
• Costo de 1g de ATP purificado: U$20.
• Mantener a un adulto en reposo por suministro
exógeno de ATP costaría 800.000 dólares por
día
– Más U$10.000 por min. de actividad física intensa.
18. Respiración Celular
• Los sistemas vivos son expertos en
conversiones energéticas.
• Su organización les permite atrapar
esta energía libre, para el trabajo
célular.
19. Respiración celular
• Una serie de reacciones mediante las cuales las
célula degrada moléculas orgánicas y produce
energía.
20. Respiración celular
• Glucolisis.
– Conjunto de reacciones enzimáticas que
convierten a la glucosa en piruvato
– Vía metabólica llevada a cabo por todas las
células del cuerpo humano.
21. Respiración celular
• Glucolisis.
– Presente en MO simples
– Se considera la ruta metabólica más antigua
que usaron los seres vivos cuando aún en la
atmósfera había poco O2.
22. Respiración celular
• Glucolisis.
• Existe fase anaerobia y aerobia.
– Las reacciones de la glucólisis son las
mismas.
– En ambas condiciones se produce ATP a
expensas de la energía química potencial
contenida en la glucosa
23. Respiración celular
• Glucolisis.
– El rendimiento en condiciones anaeróbicas <
aerobiosis.
–A igual producción de energía, mayor
consumo de glucosa en fase anaeróbica que
aeróbica
24. Respiración celular
• Glucolisis.
– No obstante, la característica de
proporcionar ATP en ausencia de
oxígeno es de gran importancia
biomédica
25. Respiración celular
• Glucolisis.
– Ejemplo: músculo esquelético
• Tejidos con capacidad de realizar
glucólisis en anaerobiosis, sobreviven
a episodios de anoxia.
28. Respiración celular
• Glucolisis.
– Piruvato
• Continua su degradación en la mitocondria,
produciendo mayor cantidad de energía.
• Es una fase preparativa, para la completa
oxidación del piruvato en CO2 y H2O en el ciclo
de Krebs
29. Respiración celular
• Glucolisis
.
• ATP: fuente de energía universal de la célula.
• NADH y H+
• Otorgan capacidad de reducción de
compuestos de otras vías metabólicas
• Facilita la síntesis de ATP.
30. Respiración celular
• Glucolisis: Reacciones glucolíticas
– Enzimas participantes se encuentran
libres en el citosol.
– La glucólisis ocurre en 3 fases principales.
31. Respiración celular
• Glucolisis: Reacciones glucolíticas
1) Fase de preparación:
Glucosa + 2 ATP Fructosa-1,6-difosfato + 2ADP
2) Fase de partición o lisis:
Fructosa-1,6-difosfato 2 gliceraldehído 3-fosfato
3) Fase de oxidorreducción-fosforilación:
2 gliceraldehído-3-fosfato + 3 ADP 2 Piruvato + 4ATP
33. • 1 Glucosa = 2 ácido pirúvico.
– Gasto: 2 ATP
– Producción: 4 ATP
– El H+ y e- se unen a una
coenzima NAD+ (nicotín
adenín dinucleótido ) y
forma NADH.
– Ocurre en el citoplasma.
– Es anaeróbica.
34.
35. •Unión del fosfato mediante un
enlace fosfoéster
•La glucosa-6-P no pueda
volver a salir por la membrana
porque la fosforilación carga
negativamente a la molécula
Fosforilación
1er ATP consumido
37. Fosfofructocinasa
Fosforilación
La fructosa-1,6-difosfato es completamente simétrica.
Reacción irreversible
Es la etapa más lenta de la glucólisis, producto de la acción
enzimática. 2do ATP consumido
38. 95%
Equilibrio
Fructosa 1,6-difosfsfato Triosafosfato
Aldolasa Isomerasa
5%
Son
Isómeras
2x Gliceraldehído - 3 - P
La glucólisis se da a partir del gliceraldehido-3-P.
La desaparición continua de G3P transforma la DHAP en G3P.
Todo acaba siendo G3P.
Hasta ahora, se ha producido energía, y se han consumido dos moléculas de ATP.
40. Gliceraldehido-3-Fosfatodeshidrogenasa
2x 2x
Cada molécula de glucosa dará 2 moléculas de 1,3-DPGA y dos de NADH+H+.
Ocurre una oxidación del aldehído a ácido carboxilo
Produce un enzima que es capaz de incorporar un fosfato proveniente de 1 molécula de
Ácido fosfórico (H3PO4) al ácido carboxílico, del 1,3- difosfoglicérico
Formándose una molécula con alto contenido energético.
41. Di
Tri
2x Ácido – 3-fosfoglicerico 2x
1er ATP producido
42. En un momento hay dos fosfatos, pero luego, se lo quita de la posición 3.
Acción típica de mutasas
Se hace para liberar el OH en la posición 3.
Fosfogliceromutasa
2x
2x
Ácido – 3-fosfoglicerico Ácido – 2-fosfoglicerico
43. •Se produce la deshidratación del 2-fosfoglicérico
•Se transforma el alcohol en enol, por la enolasa.
•Es parecido a Pyruvato, pero con enol y un fosfato.
•Enolasa convierte al fosfato de la posición 2 a un estado de mayor energía,
formándose : fosfoenolpiruvato
2x
Enolasa
2x
Ácido – 2-fosfoglicerico Fosfoenolpiruvato
46. FASES DE LA GLICOLISIS
FASE I: BALANCE ATPs:
2ATP
G 2 G3P -2 ATP
C6 2 ADP 2 C3P
FASE II:
2 Pi 4 ADP
2 G3P 2P +4 ATP
2 C3P 2 C3
4 ATP
NETO : +2 ATP
47. Tres destinos del piruvato producido en
glucolisis
Fermentación Aeróbio Fermentación
Láctica (Oxidación) Alcohólica
48. CARACTERÍSTICAS Y SIGNIFICADO
BIOLÓGICO DE LA GLUCOLISIS
• Se realiza tanto en procariotas como en
eucariotas.
– En eucariotas se realiza en el hialoplasma.
• Degradación parcial de la glucosa.
49. CARACTERÍSTICAS Y SIGNIFICADO
BIOLÓGICO DE LA GLUCOLISIS
• Se obtienen 2 ATP por mol de glucosa.
• Proceso anaerobio
– Obtención de energía a partir de compuestos
orgánicos en ausencia de oxígeno.
50. VÍAS DEL CATABOLISMO DEL
ÁCIDO PIRÚVICO
• Para evitar que se detenga la Glicolisis:
– Exceso Ác. Pirúvico y NADH + H+
– Déficit de NAD+
• Vías alternativas:
– Eliminación de productos obtenidos
– Recuperar sustratos imprescindibles
52. Respiración celular aeróbica
• Es el conjunto de reacciones en las cuales el
acido piruvico producido por la glucólisis se
transforma en CO2 y H2O.
• En el proceso se producen 36 moléculas de ATP.
53. Respiración celular aeróbica
• En células eucariotas ocurre en la
mitocondria en dos etapas:
– Ciclo de Krebs
– Cadena de transporte de electrones.
55. Respiración celular
(catabolismo aerobio)
• Descarboxilación oxidativa del piruvato
• El NADH+H+ y otras coenzimas
reductoras obtenidas son oxidadas
– Los electrones son transportados hacia el O2,
recuperándose el NAD+ y obteniéndose H2O.
56. RESPIRACIÓN CELULAR:
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA
DEL ÁCIDO PIRÚVICO
• Con presencia de O2 ácido pirúvico
(glucolisis u otros procesos catabólicos)
penetra la matriz mitocondrial
– Va a sufrir un proceso químico de
descarboxilación oxidativa
57. RESPIRACIÓN CELULAR:
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL
ÁCIDO PIRÚVICO
• Producido por piruvato deshidrogenasa
– Descarboxilación: Pérdida de COO- y se va como CO2
– Oxidativa: Pérdida de 2 H+ (deshidrogenación), que
son captados por el NAD+, que se reduce a NADH.
58. RESPIRACIÓN CELULAR:
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL ÁCIDO
PIRÚVICO
El piruvato se transforma en un radical acetilo (ácido
acético sin OH) que es captado por el coenzima A (que
pasa a acetil-CoA), que es el encargado de transportarlo al
ciclo de Krebs
Este proceso se repite dos veces, una para cada molécula de piruvato
en que se escindió la glucosa.
59. RESPIRACIÓN CELULAR
MITOCONDRIAS:
• Aspecto:
– Son orgánulos muy pequeños
– Difíciles de observar al microscopio óptico
– Son orgánulos permanentes de la célula
– Se forman a partir de otras mitocondrias
preexistentes
60. RESPIRACIÓN CELULAR
Forma y número:
Hasta 20000 por cada célula
Suelen tener forma elíptica
Filamentosas u ovoides
Longitud de 1 a 7 um
Diametro de 0,5 um
La forma y tamaño dependen
de las condiciones fisiologicas
de la celula
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71. Ciclo de Krebs
•Ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del citrato.
•Incorpora el Acetil del Acetil Co-Enzima-A sobre un
oxaloacetato
72. Ciclo de Krebs
•Reducciones: NAD a NADH y de FAD a FADH.
•Es un proceso central en el metabolismo de carbohidratos y
de lípidos y de muchos aminoácidos.
104. Intermediarios del ciclo de Krebs
• Citrato Ácidos grasos
• α – ketoglutarato Aminoácidos
• Malato Glucosa
• Oxaloacetato Malato
• Succinil CoA Porfirinas
105. Intermediarios del ciclo de Krebs
• Existen 4 lugares principales en donde los
esqueletos de carbono nuevos entran el ciclo de
Krebs
– Fumarato
– Oxaloacetato
– α – ketoglutarato
– Succinil CoA
• Algunos precursores: Aa, ácidos grasos, etc.
106. Rutas anapleróticas
• Definición: rellenar (“to fill up”)
– Son reacciones catalizada por enzimas que permite
reponer intermediarios del ciclo de Krebs
– Importancia: mantienen el balance metabólico
112. Rutas anapleróticas
• Enzima Málica
– Convierte piruvato a malato y el ciclo de Krebs lo lleva hasta
oxaloacetato
113. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• Piruvato carboxilasa:
– Enzima de la gluconeogénesis que cataliza la
carboxilación de piruvato a oxalacetato:
114. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• Fosfoenolpiruvato carboxilasa:
– Ruta alternativa de generar OAA en plantas y
bacterias
115. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• Malato deshidrogenasa o enzima málica:
– Depende de NADP+
– Carboxila y reduce el piruvato, transformándolo en
malato:
116. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• El oxalacetato es el intermediario con mayor
demanda del ciclo de krebs.
• Existen momentos con alta demanda de oxalacetato
para formar compuestos fuera del ciclo:
– Aa aspartato, o fosfoenolpiruvato
(gluconeogénesis)
118. Incorporación de Aa al ciclo de Krebs:
Desaminación oxidativa y formación de GABA
• Ácido gama-aminobutírico (GABA):
– Formado por descarboxilación del ácido glutámico
– Proviene de la transaminación del a-cetoglutarato.
• Es un Neurotransmisor inhibidor
• Formado en una vía colateral al ciclo de Krebs
– Presente en neuronas inhibidoras del cerebro
121. Caso clínico:
• Paciente femenina de 4 años de edad:
– Retraso somático y psicomotor profundo con
problemas de deglución
– Convulsiones con frecuencia de varias crisis al día
– Atrofia cortical y subcortical (microcefalia)
– Antecedentes de hipoxia neonatal prolongada con
cianosis
122. Caso clínico:
• Paciente femenina de 4 años de edad:
– Niveles Inferior a lo normal de biotina en plasma
– Nunca ha tenido manifestaciones clínicas ni
químicas de acidosis metabólica ni cetosis.
123. Caso clínico:
• Paciente femenina de 4 años de edad:
– Estudios metabólicos demostraron
elevación anormal, en plasma y orina, de
alanina y ácidos pirúvico y láctico.
124. Caso clínico:
• Comentarios:
– Inicialmente se pensó en una deficiencia de
piruvato deshidrogenasa
• Se prescribió una dieta cetogénica (60% de las
calorías provistas por grasas) y dosis altas de
tiamina (300-mg/día).
125. Caso clínico:
• Comentarios:
– Se cree que una dieta cetogénica se asocia a
mejoría clínica y bioquímica en pacientes con
deficiencia de PDH, al proveer de acetil-CoA a
través de una vía (beta-oxidación) que no está
bloqueada.
126. Caso clínico:
• Comentarios:
– No se observó mejoría bioquímica o clínica
– Se decidió administrar dosis altas de biotina (10 mg
al día) cofactor de la piruvato carboxilasa
– Suplemento de ácidos aspártico y glutámico con
objeto de proveer sustratos adicionales al ciclo de
Krebs.
128. Caso clínico:
Caso clínico tomado de: Velázquez, A y cois.
Piruvato carboxilasa deficiente que responde a biotina.
Reunión reglamentaria de la Asociación de Investigación
Pediátrica, A. C. Pg. 248-265, 1990,
131. Ciclo de glioxilato
• Definición: variante del ciclo de Krebs para la
conversión neta de acetato a succinato y
eventualmente la producción de carbohidratos
– Requerido por bacterias aeróbicas para crecer con
ácidos grasos y acetato
– Presente en plantas y protozoos; ausente en
animales
132. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
• Los pasos de las descarboxilaciones no se
llevan acabo
• Un acetato adicional es utilizado
141. Cadena de transporte de
electrones
• Fosforilación Oxidativa
– Última etapa del catabolismo
– Ocurre en la membrana mitocondrial
interna o cresta mitocondrial.
142. Cadena de transporte de
electrones
• Fosforilación Oxidativa
– Las coenzimas reducidas: NADH y FADH2 (glucólisis,
acetilación y ciclo de Krebs)
• Son oxidados, entregando sus electrones a los
componentes de la cadena transportadora de
electrones.
• El último aceptor de los electrones es el oxígeno
con quienes se une para formar agua.
143. Cadena de transporte de
electrones
• Conjunto de moléculas transportadoras de electrones
presentes a nivel de las crestas mitocondriales.
• La circulación de electrones por la cadena respiratoria
se produce mediante reacciones Redox, ordenadas en
serie.
• El potencial electroquímico proporciona al complejo ATP
sintetasa la energía necesaria para la formación de ATP.
149. Cadena de transporte de
electrones
• El NADH y FADH ponen en marcha la cadena
transportadora de electrones y la fosforilación
oxidativa.
1 NADH = 3 ATP
1 FADH = 2 ATP
150. Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria
FMN: flavina mononucleótido
CoQ: coenzima Q
Citocromos b, c, a y a3
151. Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria
NADH
FMN cede los electrones al CoQ
FMN vuelve así a su forma oxidada
Listo para recibir otro par de electrones
ENERGÍA
152. Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria
NADH
CoQ pasa los electrones al siguiente
aceptor, y vuelve a su forma oxidada
ENERGÍA
154. Cadena transportadora de electrones
• Los electrones
FADH2
transportados por el
FADH2 entran más
abajo en la cadena de
transporte, a la altura
de la CoQ.
155. Cadena de transporte de electrones
• El NADH transfiere iones H+ y electrones dentro de la
cadena transportadora de electrones.
156. Cadena de transporte de electrones
• Los protones son translocados a través de la
membrana, desde la matriz hasta el espacio
intermembranal.
157. Cadena de transporte de electrones
• Los electrones son transportados a lo largo de la
membrana, por medio de una serie de proteinas
transportadoras.
158. Cadena de transporte de electrones
• Oxigeno:
– Aceptor final del electrón
– Combinación con electrones e iones H+ = H2O
159. Cadena de transporte de electrones
• Si NADH proporciona mas H+ y e- a la Cadena
Transportadora de electrones:
– Incremento del gradiente de protones
• H+ se mantienen externamente a la membrana
interna de la mitocondria, y los OH- dentro.
160. La cadena de transporte de electrones
• El gradiente de protones se produce producto de la entrada
de NADH a la cadena transportadora de electrones .
• Los protones se acumulan en el espacio intermembranal
– Gradiente de concentración utilizado para producir ATP
161. La cadena de transporte de electrones
• Los Protones entran nuevamente en la matriz mitocondrial a
través de los canales que forma el complejo enzimático de
la ATP sintetasa.
• Síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi)
164. Cadena de transporte de
electrones
• El ultimo aceptador de electrones de la
cadena de O2.
• En la cadena se producen 34 moléculas
de ATP a partir de una molécula inicial de
glucosa.
165. La cadena de transporte de electrones
• Producción de ATP por cada glucosa:
– Cadena transportadora de e-: 34 moléculas de
ATP
– Glucólisis: 2 ATP
– Ciclo del ácido cítrico: 2 ATP
Ganancia neta de 36 ATP por cada glucosa que
se degrada en CO2 y H2O.
166. Esquema general de la degradación de la glucosa: Glucólisis,
Ciclo de Krebs y Cadena transportadora de electrones.
167. Cadena de transporte de
electrones
Vía Trayecto Citosol Matriz Transporte Total
mitocondrial electrónico
Glucólisis Glucosa a 2ATP 6 ATP 2 ATP
Ácido
piruvico 2 NADH 6 ATP
Respiración Ácido 2 x (NADH) 2x (3 ATP) 6 ATP
Celular pirúvico a
acetil CoA
Ciclo de 2 x (1ATP) 2 x (9 ATP) 2 ATP
Krebs 2x (NADH) 2 x (2 ATP) 18 ATP
2 x (FADH2) 4 ATP
•El balance de 36 ó 38 ATP depende de la célula:
•Células hepáticas generan 36 ATP
•Células musculares 38 ATP.
168. IMPORTANTE:
Degradarse vía piruvato
Fosforilación
Convertirse en
Almacenarse como ribosa-5-fosfato
glucógeno
169. IMPORTANTE:
•Cuando se requiere que el hígado libere glucosa, interviene la glucosa-6-
fosfatasa
•Presente mayoritariamente en hígado y menor grado en el riñón.
•Solo el hígado es capaz de liberar glucosa a expensas de glucógeno.
•La fosforilación en el cerebro no fluctúa con los niveles de glucosa sanguínea
•Tiene asegurado un aporte constante de glucosa-6-fosfato.
170. •La enolasa es inhibida por el F-, bloquea la glucólisis.
•Reduce la acidogénesis (descensos de pH).
•Disminución de los productos metabólicos de la glucolisis
F-
Enolasa
Ácido – 2-fosfoglicerico Fosfoenolpiruvato
171. Aplicaciones: Anemia hemolítica.
•Déficit de piruvato cinasa
•Defecto genético más común de la vía glucolítica
•Producción de ATP en eritrocitos maduros depende sólo de la glucólisis.
•ATP es necesario para:
•Isotonicidad del eritrocito (bombas Na+, K+, ATPasa)
•Mantienen forma bicóncava que los desliza por los capilares.
Efecto:
Sin ATP que expulse Na+, las células se hinchan y se lisan.
La anemia por destrucción excesiva de eritrocitos = Anemia hemolítica.
Piruvatocinasa
Fosfoenolpiruvato Pyruvato
172. Isotonicidad
• Relación Isotonicidad / Osmolaridad
– Osmolaridad: intercambio de agua a través de una
membrana permeable, donde los solutos no lo
pueden atravesar.
– Isotonicidad: Concentracion de solvente en ambos
lados de la membrana se iguala por el intercambio
de agua
173. Aplicaciones:
Otros casos de anemia hemolítica.
• Deficiencia de:
•Glucosa-6-P deshidrogenasa
•Hexosafosfatoisomerasa
•Fosfofructocinasa-1
•Triosafosfatoisomerasa
•2, 3-difosfogliceromutasa
•Fosfogliceromutasa
•Fosfoglicerato cinasa.
Con excepción de la deficiencia de piruvato cinasa, todas las demás
son extremadamente raras.
174. Piruvato
• Opciones celulares:
– Descarboxilación oxidativa: acetil-CoA (mitocondrias)
– Puede transaminarse y formar el aminoácido alanina.
– Por carboxilación el piruvato se transforma en
oxalacetato lo cual constituye una de las etapas de la
gluconeogénesis. (vía anaplerótíca del ciclo de
Krebs).
175. Piruvato
• Opciones celulares:
– En las levaduras, el ácido pirúvico puede
continuar anaeróbicamente hasta etanol y
CO2.
176. Piruvato
Opciones celulares:
• Desde el punto de vista de la glucólisis
– Transformación en lactato, catalizada por la
deshidrogenasa láctica (LDH).
– Aporta el NAD+ oxidado para la reacción de Aldehído
3-fosfoglicerico a 1,3-difosfoglicerato (Continuidad
glucolítica).
178. NOTA: La glucólisis en los
eritrocitos, aun en
condiciones aeróbicas,
termina siempre en
lactato porque carecen
de mitocondrias para
la oxidación aerobia del
piruvato.
