METABOLISMO
METABOLISMO
• Heterótrofos

  – Dependen de la energía química contenida en las
    moléculas orgánicas sintetizadas por l...
Complementariedad entre fotosíntesis y respiración
                   celular
CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

• OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE

 COMPUESTOS ORGÁNICOS.

 – CÉLULAS VEGETALES

 – CÉLULAS AN...
VÍAS DEL CATABOLISMO

• Autótrofos fijan energía solar como energía

 química presente en:

  • Permite la vida de los het...
Respiración Celular

• Transporte de O2 desde el medio

 ambiente a la mitocondría celular.

 – Donde se realiza la respir...
Respiración Celular
• Transferencia de sustratos reducidos

 que      cederán   H+   y   posteriormente

 electrones hasta...
Respiración Celular
• Proceso     usado   por   células   animales   y
 vegetales.

  – Degradación de biomoléculas (gluco...
Respiración Celular
• Células   requieren     un    continuo
 suministro de energía para:

  – Síntesis de moléculas compl...
VÍAS DEL CATABOLISMO
• Respiración       celular    aerobia   y   las
 fermentaciones.
  • Usadas para obtener energía con...
• La respiración celular se divide en
 distintas rutas con presencia o ausencia
 de O2.
ATP


• Son la fuente de energía que se usa como
 combustibles para llevar a cabo el metabolismo
 celular. Están formadas ...
Hidrólisis del ATP




Captación            Liberación
de energía           de energía
Respiración Celular
• Oxidación de glucosa = fuente principal de
  energía en la mayoría de las células.

• Degradación en...
• ¿Las necesidades de ATP de las células
 podrían ser cubiertas suministrándolo ATP
 desde el exterior por ejemplo, por in...
Respiración Celular
• En reposo, un adulto consume 40 kg de
  ATP/día
• Con ejercicio intenso el gasto puede llegar a
  50...
Respiración Celular
• Los sistemas vivos son expertos en
 conversiones energéticas.

• Su organización les permite atrapar...
Respiración celular
• Una serie de reacciones mediante las cuales las
  célula degrada moléculas orgánicas y produce
  ene...
Respiración celular
• Glucolisis.
  – Conjunto   de reacciones enzimáticas que

   convierten a la glucosa en piruvato

  ...
Respiración celular
• Glucolisis.
  – Presente en MO simples

  – Se considera la ruta metabólica más antigua

   que usar...
Respiración celular
• Glucolisis.
• Existe fase anaerobia y aerobia.

  – Las reacciones de la glucólisis son las
    mism...
Respiración celular
• Glucolisis.
  – El rendimiento en condiciones anaeróbicas <
   aerobiosis.

  –A   igual     producc...
Respiración celular
• Glucolisis.
  – No   obstante,    la   característica    de

   proporcionar      ATP   en     ausen...
Respiración celular
• Glucolisis.
  – Ejemplo: músculo esquelético

    • Tejidos con capacidad de realizar
     glucólisi...
Respiración celular
• Glucolisis:
Respiración celular
• Glicolisis
Respiración celular

• Glucolisis.
  – Piruvato
    • Continua su degradación en la mitocondria,
      produciendo mayor c...
Respiración celular

• Glucolisis
     .
  • ATP: fuente de energía universal de la célula.

  • NADH y H+

         • Oto...
Respiración celular
• Glucolisis: Reacciones glucolíticas

  – Enzimas     participantes   se   encuentran

    libres en ...
Respiración celular
• Glucolisis: Reacciones glucolíticas
1) Fase de preparación:
Glucosa + 2 ATP        Fructosa-1,6-difo...
GLUCOLISIS
• 1 Glucosa = 2 ácido pirúvico.

   – Gasto: 2 ATP

   – Producción: 4 ATP

   – El H+ y e- se unen a una
     coenzima   ...
•Unión del fosfato mediante un

enlace fosfoéster

•La   glucosa-6-P   no   pueda

volver a salir por la membrana

porque ...
Fosfoglucosa isomerasa




Transformación de aldosa a la forma cetosa
Reacción reversible.
Fosfofructocinasa




                               Fosforilación




La fructosa-1,6-difosfato es completamente simétric...
95%


                                                                                     Equilibrio

                   ...
Estamos aquí!!!
Gliceraldehido-3-Fosfatodeshidrogenasa




      2x                                                                       ...
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2x              Ácido – 3-fosfoglicerico    2x




                             1er ATP producido
En un momento hay dos fosfatos, pero luego, se lo quita de la posición 3.
 Acción típica de mutasas
 Se hace para liberar ...
•Se produce la deshidratación del 2-fosfoglicérico
•Se transforma el alcohol en enol, por la enolasa.
•Es parecido a Pyruv...
Piruvatocinasa




Fosfoenolpiruvato                    Pyruvato


    2x                               2x
GLUCÓLISIS
              ANÁLISIS ESTEQUIOMÉTRICO

Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+   2 Pyr + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
FASES DE LA GLICOLISIS
FASE I:                                      BALANCE ATPs:
  2ATP


G                              ...
Tres destinos del piruvato producido en
               glucolisis




Fermentación   Aeróbio       Fermentación
   Láctica...
CARACTERÍSTICAS Y SIGNIFICADO
    BIOLÓGICO DE LA GLUCOLISIS

• Se realiza tanto en procariotas como en
 eucariotas.
  – E...
CARACTERÍSTICAS Y SIGNIFICADO
       BIOLÓGICO DE LA GLUCOLISIS


• Se obtienen 2 ATP por mol de glucosa.

• Proceso anaer...
VÍAS DEL CATABOLISMO DEL
          ÁCIDO PIRÚVICO
• Para evitar que se detenga la Glicolisis:
  – Exceso Ác. Pirúvico y NA...
CATABOLISMO DEL ÁCIDO
          PIRÚVICO

• Vías alternativas:


  – Respiración aerobia


  – Fermentación
Respiración celular aeróbica
• Es el conjunto de reacciones en las cuales el

  acido piruvico producido por la glucólisis...
Respiración celular aeróbica
• En   células   eucariotas   ocurre   en   la

 mitocondria en dos etapas:

  – Ciclo de Kre...
Respiración celular
• Glucolisis
Respiración celular
              (catabolismo aerobio)
• Descarboxilación oxidativa del piruvato

• El      NADH+H+      ...
RESPIRACIÓN CELULAR:
         DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA
             DEL ÁCIDO PIRÚVICO
• Con presencia de O2 ácido pirúv...
RESPIRACIÓN CELULAR:
          DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL
                 ÁCIDO PIRÚVICO
•       Producido por piruva...
RESPIRACIÓN CELULAR:
  DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL ÁCIDO
               PIRÚVICO

El piruvato se transforma en un radic...
RESPIRACIÓN CELULAR

MITOCONDRIAS:

• Aspecto:

  – Son orgánulos muy pequeños

  – Difíciles de observar al microscopio ó...
RESPIRACIÓN CELULAR
       Forma y número:
        Hasta 20000 por cada célula
        Suelen tener forma elíptica
       ...
Ciclo de Krebs

•Ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del citrato.
•Incorpora el Acetil del Acetil Co-Enzima-A sobr...
Ciclo de Krebs

•Reducciones: NAD a NADH y de FAD a FADH.

•Es un proceso central en el metabolismo de carbohidratos y

de...
RESPIRACION CELULAR


      FASE I


    FASE II




FASE III
Ciclo de Krebs

Producción:

4 CO2, 6NADH, 2FADH y 2 ATP por
cada molecula inicial de glucosa




   Oxaloacetato + acetil...
Ciclo de Krebs

Enzimas :
1. Citrato sintasa
2. Aconitasa
3. Isocitrato deshidrogenasa
                                   ...
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Reacciones del Ciclo de Krebs
Carácter
anfibólico del
ciclo
Intermediarios del ciclo de Krebs

• Citrato               Ácidos grasos

• α – ketoglutarato     Aminoácidos

• Malato   ...
Intermediarios del ciclo de Krebs
• Existen 4 lugares principales en donde los
  esqueletos de carbono nuevos entran el ci...
Rutas anapleróticas
• Definición: rellenar (“to fill up”)

   – Son reacciones catalizada por enzimas que permite

     re...
Vías anapleróticas
Vías anapleróticas
Reacciones anapleróticas
PEP carboxilasa
         Convierte PEP a oxaloacetato utilizando una
          molécula de CO2
 ...
Reacciones anapleróticas
Piruvato carboxilasa

        Convierte piruvato a oxaloacetato utilizando ATP y Biotina

     ...
Rutas anapleróticas
• Enzima Málica
  – Convierte piruvato a malato y el ciclo de Krebs lo lleva hasta
    oxaloacetato
Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• Piruvato carboxilasa:

  – Enzima de la gluconeogénesis que cataliza la
    carbo...
Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• Fosfoenolpiruvato carboxilasa:

   – Ruta alternativa de generar OAA en plantas y...
Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
• Malato deshidrogenasa o enzima málica:

  – Depende de NADP+

  – Carboxila y red...
Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos

• El oxalacetato es el intermediario con mayor
  demanda del ciclo de krebs.

• Ex...
Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
Incorporación de Aa al ciclo de Krebs:
  Desaminación oxidativa y formación de GABA

• Ácido gama-aminobutírico (GABA):

 ...
Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
                                   Actividad
   Actividad




acidosis pirúvica
   ...
Caso clínico:
• Paciente femenina de 4 años de edad:
  – Retraso somático y psicomotor profundo con
    problemas de deglu...
Caso clínico:

• Paciente femenina de 4 años de edad:

  – Niveles Inferior a lo normal de biotina en plasma

  – Nunca ha...
Caso clínico:
• Paciente femenina de 4 años de edad:

  – Estudios      metabólicos        demostraron
    elevación anorm...
Caso clínico:
• Comentarios:

  – Inicialmente se pensó en una deficiencia de
    piruvato deshidrogenasa

     • Se presc...
Caso clínico:
• Comentarios:
  – Se cree que una dieta cetogénica se asocia a
    mejoría clínica y bioquímica en paciente...
Caso clínico:
• Comentarios:

  – No se observó mejoría bioquímica o clínica

  – Se decidió administrar dosis altas de bi...
Caso clínico:

                          Dieta
Biotina
Caso clínico:
      Caso clínico tomado de: Velázquez, A y cois.

Piruvato carboxilasa deficiente que responde a biotina.
...
Vías anapleróticas
Ciclo de glioxilato

• Definición: variante del ciclo de Krebs para la
  conversión neta de acetato a succinato y
  eventu...
Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato

• Los pasos de las descarboxilaciones no se
 llevan acabo

• Un acetato adicional es...
Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
Enzimas exclusivas del ciclo de glioxilato
Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
Enzimas exclusivas del ciclo de glioxilato
Ciclo de glioxilato
Ciclo de glioxilato
Reacción neta:




Importancia: Produce glucosa partiendo de acetato, permitiendo a las células crecer...
Respiración celular
• Cadena transportadora de electrones
Cadena de transporte de
             electrones

• Fosforilación Oxidativa

  – Última etapa del catabolismo

  – Ocurre e...
Cadena de transporte de
                electrones
• Fosforilación Oxidativa

   – Las coenzimas reducidas: NADH y FADH2 (...
Cadena de transporte de
                 electrones
• Conjunto de moléculas transportadoras de electrones
  presentes a ni...
[Membranas Mitocondriales]
Cadena de transporte de
             electrones
• El NADH y FADH ponen en marcha la cadena
 transportadora de electrones y...
Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria



FMN: flavina mononucleótido


CoQ: coenzima Q


Citocromos b, c, ...
Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria
                                                     NADH


        ...
Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria
                      NADH




                             CoQ pasa...
Cadena transportadora de electrones



¿Porqué el FADH2 produce menos ATP que el NADH?
Cadena transportadora de electrones

• Los         electrones
                                FADH2
 transportados     por...
Cadena de transporte de electrones

• El NADH transfiere iones H+ y electrones dentro de la
  cadena transportadora de ele...
Cadena de transporte de electrones
• Los protones son translocados a través de la
 membrana,   desde   la   matriz   hasta...
Cadena de transporte de electrones
• Los electrones son transportados a lo largo de la
  membrana, por medio de una serie ...
Cadena de transporte de electrones
• Oxigeno:

  – Aceptor final del electrón

  – Combinación con electrones e iones H+ =...
Cadena de transporte de electrones
• Si NADH proporciona mas H+ y e- a la Cadena
 Transportadora de electrones:

  – Incre...
La cadena de transporte de electrones
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  de NADH a la cadena t...
La cadena de transporte de electrones
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  través de los canales...
[Membranas Mitocondriales]
Membranas Mitocondriales
Cadena de transporte de
            electrones
• El ultimo aceptador de electrones de la
 cadena de O2.

• En la cadena se...
La cadena de transporte de electrones
• Producción de ATP por cada glucosa:

  – Cadena transportadora de e-: 34 moléculas...
Esquema general de la degradación de la glucosa: Glucólisis,
   Ciclo de Krebs y Cadena transportadora de electrones.
Cadena de transporte de
                     electrones
     Vía        Trayecto      Citosol      Matriz      Transporte ...
IMPORTANTE:




                                    Degradarse vía piruvato


       Fosforilación

                      ...
IMPORTANTE:
•Cuando se requiere que el hígado libere glucosa, interviene la          glucosa-6-
fosfatasa
    •Presente ma...
•La enolasa es inhibida por el F-, bloquea la glucólisis.

•Reduce la acidogénesis (descensos de pH).

•Disminución de los...
Aplicaciones: Anemia hemolítica.
•Déficit de piruvato cinasa
     •Defecto genético más común de la vía glucolítica
     •...
Isotonicidad
• Relación Isotonicidad / Osmolaridad

   – Osmolaridad: intercambio de agua a través de una
    membrana per...
Aplicaciones:
               Otros casos de anemia hemolítica.

• Deficiencia de:
    •Glucosa-6-P deshidrogenasa
    •Hex...
Piruvato
• Opciones celulares:

   – Descarboxilación oxidativa: acetil-CoA (mitocondrias)

   – Puede transaminarse y for...
Piruvato
• Opciones celulares:

  – En las levaduras, el ácido pirúvico puede

    continuar anaeróbicamente hasta etanol ...
Piruvato
Opciones celulares:

• Desde el punto de vista de la glucólisis

   – Transformación     en   lactato,   cataliza...
Continuidad de
 la glucólisis
NOTA: La glucólisis en los
eritrocitos, aun en
condiciones     aeróbicas,
termina siempre en
lactato porque carecen
de mit...
Metabolismo parte 1
Metabolismo parte 1
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Metabolismo parte 1

  1. 1. METABOLISMO
  2. 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.
  3. 3. Complementariedad entre fotosíntesis y respiración celular
  4. 4. CATABOLISMO DE LA GLUCOSA • OBTENCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE COMPUESTOS ORGÁNICOS. – CÉLULAS VEGETALES – CÉLULAS ANIMALES
  5. 5. VÍAS DEL CATABOLISMO • Autótrofos fijan energía solar como energía química presente en: • Permite la vida de los heterótrofos.
  6. 6. Respiración Celular • Transporte de O2 desde el medio ambiente a la mitocondría celular. – Donde se realiza la respiración celular.
  7. 7. Respiración Celular • Transferencia de sustratos reducidos que cederán H+ y posteriormente electrones hasta el O2 como aceptor final.
  8. 8. Respiración Celular • Proceso usado por células animales y vegetales. – Degradación de biomoléculas (glucosa, lípidos, proteínas) • Producción de energía.
  9. 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. 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. 11. • La respiración celular se divide en distintas rutas con presencia o ausencia de O2.
  12. 12. 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
  13. 13. Hidrólisis del ATP Captación Liberación de energía de energía
  14. 14. 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.
  15. 15. • ¿Las necesidades de ATP de las células podrían ser cubiertas suministrándolo ATP desde el exterior por ejemplo, por ingestión o inyección?.
  16. 16. 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.
  17. 17. Respiración Celular • Los sistemas vivos son expertos en conversiones energéticas. • Su organización les permite atrapar esta energía libre, para el trabajo célular.
  18. 18. Respiración celular • Una serie de reacciones mediante las cuales las célula degrada moléculas orgánicas y produce energía.
  19. 19. 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.
  20. 20. 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.
  21. 21. 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
  22. 22. Respiración celular • Glucolisis. – El rendimiento en condiciones anaeróbicas < aerobiosis. –A igual producción de energía, mayor consumo de glucosa en fase anaeróbica que aeróbica
  23. 23. Respiración celular • Glucolisis. – No obstante, la característica de proporcionar ATP en ausencia de oxígeno es de gran importancia biomédica
  24. 24. Respiración celular • Glucolisis. – Ejemplo: músculo esquelético • Tejidos con capacidad de realizar glucólisis en anaerobiosis, sobreviven a episodios de anoxia.
  25. 25. Respiración celular • Glucolisis:
  26. 26. Respiración celular • Glicolisis
  27. 27. 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
  28. 28. 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.
  29. 29. Respiración celular • Glucolisis: Reacciones glucolíticas – Enzimas participantes se encuentran libres en el citosol. – La glucólisis ocurre en 3 fases principales.
  30. 30. 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
  31. 31. GLUCOLISIS
  32. 32. • 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.
  33. 33. •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
  34. 34. Fosfoglucosa isomerasa Transformación de aldosa a la forma cetosa Reacción reversible.
  35. 35. 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
  36. 36. 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.
  37. 37. Estamos aquí!!!
  38. 38. 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.
  39. 39. Di Tri 2x Ácido – 3-fosfoglicerico 2x 1er ATP producido
  40. 40. 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
  41. 41. •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
  42. 42. Piruvatocinasa Fosfoenolpiruvato Pyruvato 2x 2x
  43. 43. GLUCÓLISIS ANÁLISIS ESTEQUIOMÉTRICO Glucosa + 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+ 2 Pyr + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
  44. 44. 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
  45. 45. Tres destinos del piruvato producido en glucolisis Fermentación Aeróbio Fermentación Láctica (Oxidación) Alcohólica
  46. 46. 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.
  47. 47. 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.
  48. 48. 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
  49. 49. CATABOLISMO DEL ÁCIDO PIRÚVICO • Vías alternativas: – Respiración aerobia – Fermentación
  50. 50. 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.
  51. 51. Respiración celular aeróbica • En células eucariotas ocurre en la mitocondria en dos etapas: – Ciclo de Krebs – Cadena de transporte de electrones.
  52. 52. Respiración celular • Glucolisis
  53. 53. 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.
  54. 54. 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
  55. 55. 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.
  56. 56. 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.
  57. 57. 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
  58. 58. 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
  59. 59. Ciclo de Krebs •Ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del citrato. •Incorpora el Acetil del Acetil Co-Enzima-A sobre un oxaloacetato
  60. 60. 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.
  61. 61. RESPIRACION CELULAR FASE I FASE II FASE III
  62. 62. Ciclo de Krebs Producción: 4 CO2, 6NADH, 2FADH y 2 ATP por cada molecula inicial de glucosa Oxaloacetato + acetil CoA Citrato + CoA
  63. 63. Ciclo de Krebs Enzimas : 1. Citrato sintasa 2. Aconitasa 3. Isocitrato deshidrogenasa CICLO 4. -cetoglutarato deshidrogenesa DE 5. Succinil-S-CoA sintetasa KREBS 6. Succinato deshidrogensa 7. Fumarasa 8. Malato deshidrogenasa
  64. 64. Reacciones del Ciclo de Krebs
  65. 65. Reacciones del Ciclo de Krebs
  66. 66. Reacciones del Ciclo de Krebs
  67. 67. Reacciones del Ciclo de Krebs
  68. 68. Reacciones del Ciclo de Krebs
  69. 69. Reacciones del Ciclo de Krebs
  70. 70. Reacciones del Ciclo de Krebs
  71. 71. Reacciones del Ciclo de Krebs
  72. 72. Reacciones del Ciclo de Krebs
  73. 73. Reacciones del Ciclo de Krebs
  74. 74. Carácter anfibólico del ciclo
  75. 75. Intermediarios del ciclo de Krebs • Citrato Ácidos grasos • α – ketoglutarato Aminoácidos • Malato Glucosa • Oxaloacetato Malato • Succinil CoA Porfirinas
  76. 76. 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.
  77. 77. 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
  78. 78. Vías anapleróticas
  79. 79. Vías anapleróticas
  80. 80. Reacciones anapleróticas PEP carboxilasa  Convierte PEP a oxaloacetato utilizando una molécula de CO2  Ejemplos: Salmonella typhimurium Escherichia coli
  81. 81. Reacciones anapleróticas Piruvato carboxilasa  Convierte piruvato a oxaloacetato utilizando ATP y Biotina  Ejemplos: Arthrobacter globiformis Sacharomyces cerevisiae
  82. 82. Rutas anapleróticas • Enzima Málica – Convierte piruvato a malato y el ciclo de Krebs lo lleva hasta oxaloacetato
  83. 83. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos • Piruvato carboxilasa: – Enzima de la gluconeogénesis que cataliza la carboxilación de piruvato a oxalacetato:
  84. 84. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos • Fosfoenolpiruvato carboxilasa: – Ruta alternativa de generar OAA en plantas y bacterias
  85. 85. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos • Malato deshidrogenasa o enzima málica: – Depende de NADP+ – Carboxila y reduce el piruvato, transformándolo en malato:
  86. 86. 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)
  87. 87. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos
  88. 88. 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
  89. 89. Ciclo de Krebs: procesos anapleróticos Actividad Actividad acidosis pirúvica congénita Convulsiones
  90. 90. 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
  91. 91. 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.
  92. 92. 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.
  93. 93. 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).
  94. 94. 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.
  95. 95. 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.
  96. 96. Caso clínico: Dieta Biotina
  97. 97. 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,
  98. 98. Vías anapleróticas
  99. 99. 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
  100. 100. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato • Los pasos de las descarboxilaciones no se llevan acabo • Un acetato adicional es utilizado
  101. 101. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
  102. 102. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
  103. 103. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato
  104. 104. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato Enzimas exclusivas del ciclo de glioxilato
  105. 105. Ciclo de Krebs y ciclo de glioxilato Enzimas exclusivas del ciclo de glioxilato
  106. 106. Ciclo de glioxilato
  107. 107. Ciclo de glioxilato Reacción neta: Importancia: Produce glucosa partiendo de acetato, permitiendo a las células crecer en ambientes bien míninos
  108. 108. Respiración celular • Cadena transportadora de electrones
  109. 109. Cadena de transporte de electrones • Fosforilación Oxidativa – Última etapa del catabolismo – Ocurre en la membrana mitocondrial interna o cresta mitocondrial.
  110. 110. 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.
  111. 111. 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.
  112. 112. [Membranas Mitocondriales]
  113. 113. 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
  114. 114. Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria FMN: flavina mononucleótido CoQ: coenzima Q Citocromos b, c, a y a3
  115. 115. 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
  116. 116. Cadena transportadora de electrones en la Mitocondria NADH CoQ pasa los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada ENERGÍA
  117. 117. Cadena transportadora de electrones ¿Porqué el FADH2 produce menos ATP que el NADH?
  118. 118. 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.
  119. 119. Cadena de transporte de electrones • El NADH transfiere iones H+ y electrones dentro de la cadena transportadora de electrones.
  120. 120. Cadena de transporte de electrones • Los protones son translocados a través de la membrana, desde la matriz hasta el espacio intermembranal.
  121. 121. Cadena de transporte de electrones • Los electrones son transportados a lo largo de la membrana, por medio de una serie de proteinas transportadoras.
  122. 122. Cadena de transporte de electrones • Oxigeno: – Aceptor final del electrón – Combinación con electrones e iones H+ = H2O
  123. 123. 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.
  124. 124. 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
  125. 125. 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)
  126. 126. [Membranas Mitocondriales]
  127. 127. Membranas Mitocondriales
  128. 128. 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.
  129. 129. 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.
  130. 130. Esquema general de la degradación de la glucosa: Glucólisis, Ciclo de Krebs y Cadena transportadora de electrones.
  131. 131. 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.
  132. 132. IMPORTANTE: Degradarse vía piruvato Fosforilación Convertirse en Almacenarse como ribosa-5-fosfato glucógeno
  133. 133. 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.
  134. 134. •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
  135. 135. 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
  136. 136. 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
  137. 137. 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.
  138. 138. 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).
  139. 139. Piruvato • Opciones celulares: – En las levaduras, el ácido pirúvico puede continuar anaeróbicamente hasta etanol y CO2.
  140. 140. 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).
  141. 141. Continuidad de la glucólisis
  142. 142. NOTA: La glucólisis en los eritrocitos, aun en condiciones aeróbicas, termina siempre en lactato porque carecen de mitocondrias para la oxidación aerobia del piruvato.

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