2ºCIT

1. EL CATABOLISMO
Tema 13

2. El catabolismo
 Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas
en un ser vivo.
◦ Anabolismo: Reacciones de síntesis y requieren energía
◦ Catabolismo: Reacciones degradativas y liberan energía.
 Reacciones: Son reacciones oxido-reducción.
Una BMO pierde e-
y H+
que son captados por
otra molécula, la primera se oxida y la segunda
se reduce.

3. El catabolismo
Dos formas de llevar a cabo los procesos catabólicos
 RESPIRACIÓN: Oxidación completa de la BMO
◦ Aceptor final de e-
es una molécula inorgánica (O2
, R.A, X,
R.AN)
◦ Mitocondrias
◦ Produce energía
 FERMENTACIÓN
◦ Aceptor final de e-
es una molécula orgánica
◦ Citoplasma
◦ Menor rendimiento energético

4. El catabolismo
 La energía liberada en los procesos de
oxidorreducción se emplea para sintetizar
ATP.
◦ Fosforilación oxidativa (FO)
Los e-
liberados en las oxidaciones se dirigen
hacia un sistema de transporte y se genera E,
que la ATPasa que utiliza para unir un PO4
=
al
ADP
◦ Fosforilación a nivel de sustrato (FNS)
Una molécula con un grupo PO4
=
lo cede al ADP
en una única reacción química

5. Catabolismo
 Finalidades:
◦ Conseguir energía, que se emplea para formar ATP.
◦ Obtener poder reductor (en forma de coenzimas
NADH y FADH2) para su utilización en procesos
anabólicos.
◦ Producir precursores metabólicos para las
biosíntesis.
◦ Las reacciones catabólicas son de oxidación-
reducción. Según sea completa o incompleta
existe:
 Respiración.
 Fermentación.

6. Catabolismo de Glúcidos
● RESPIRACIÓN (término confuso)
– R. AEROBIA. Si el último aceptor de electrones
es el oxígeno
– R. ANAEROBIA. Si el último aceptor de
electrones es un compuesto inorgánico distinto
al oxígeno
● FERMENTACIÓN (el aceptor final de electrones
es un compuesto orgánico)
– F. LÁCTICA
– F. ALCOHÓLICA

7. Catabolismo
 La síntesis de ATP se consigue por dos
métodos diferentes:
◦ Fosforilación oxidativa. Existe un sistema
transportador de electrones.
◦ Fosforilación a nivel de sustrato. Unión
directa de un gripo fosfato cedido por una
molécula al ADP.

8. Mecanismos de fosforilación del
ADP
FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

9. Esquema general catabolismo

12. Glucólisis
 La glucosa es la molécula más utilizada para
obtener energía, mediante la Glucólisis, y
obtener 2 moléculas de piruvato (pyr).
 Más antigua
 Ambientes AN (atm primitiva)
 Universal
 Síntesis de ATP mediante FNS
Piruvato (Pyr)
Respiración
Fermentación
Glucosa (glc)
Glucólisis

15. Glucólisis
 Tiene lugar en el citoplasma.
 Produce ATP por fosforilación a
nivel de sustrato.
 Su eficacia energética es baja (2
ATP por cada molécula de
glucosa).
 Genera poder reductor.
 Suministra a la célula
precursores metabólicos.
 No requiere la presencia de
oxígeno.
 Es una ruta metabólica muy
antigua.

17. F. PREPARATORIA
F. OBTENCIÓN ENERGÍA

18. Glucólisis
 1. Fosforilación de la glucosa: consume
una molécula de ATP y es catalizada por
la enzima hexoquinasa


19. Glucólisis
 2. Isomerización de la glucosa 6-P para
obtener fructosa 6-P. . Enzima:
fosfoglucosa isomerasa

20. Glucólisis
 3. Fosforilación de fructosa 6-P con gasto de
una molécula de ATP. Se forma la fructosa 1, 6
di-P Enzima: fosfofructoquinasa
4. Ruptura de la fructosa en dos triosas que
coexisten en equilibrio. Enzima: aldolasa

21. Glucólisis
5. Oxidación y fosforilación: Se obtiene NADH.
y el ácido 1, 3 difosfoglicérico . Enzima :
Gliceraldehído 3-P deshidrogenasa
6. Defosforilación del ácido 1, 3 difosfoglicérico.
Se forma ATP. Da lugar al ácido 3-fosfoglicérico.
Enzima: fosfoglicerato quinasa

22. Glucólisis
 7. Isomerización del ácido3- fosfoglicérico: Catalizado por
la fosfoglicerato mutasa se obtiene el ácido 2- fosfoglicérico
8. Formación de un doble enlace por deshidratación ,
catalizado por la enzima enolasa da lugar al fosfoenolpirúvico
9. Defosforilación del ácido obteniendose ácido pirúvico y ATP
catalizado por la enzima piruvato quinasa

26. Esquema Glucólisis

28. Glucólisis: Rendimiento energético
GLUCOSA + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH + 2 H+
FERMENTACIONES RESPIRACIÓN CELULAR
Sin O2 Con O2
destino del piruvato

29. Respiración aerobia
 El pyr se oxida completamente a CO2
 Participan numerosas reacciones encadenadas
 Los e-
de la glc se transfieren a coenzimas (CoE)
(NAD+
, FAD).
 Las CoE los ceden a una cadena transportadora
de e-
.(CTe-
)
 Su destino final es el O2
 Organismos eucariotas y muchos procariotas
 Etapas:
◦ Formación de acetil CoA : Descarboxilación oxidativa
◦ Ciclo de Kbres (CAT)
◦ Fosforilación oxidativa

30. Respiración aerobia

31. Formación Acetil CoA
 Es una reacción de descarboxilación oxidativa
necesaria como paso previo a la incorporación al
ciclo de Krebs.
 Está catalizada por un complejo multienzimático
(piruvato deshidrogenasa).
 Se produce una molécula de NADH.
 Se realiza en la matriz mitocondrial.

32. Formación Acetil CoA

33. Ciclo de Krebs

35. Ciclo de Krebs
 Es un ciclo de reacciones donde se produce la
oxidación completa del acetil-CoA hasta CO2.
 Los electrones cedidos en esta oxidación son
captados por las coenzimas NAD+ y FAD,
liberándose las correspondientes moléculas
reducidas, NADH y FADH2.
 Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial.
 En el transcurso de estas reacciones se obtiene:
◦ Poder reductor: 3 NADH y 1 FADH2
◦ Precursores metabólicos.
◦ Energía en forma de GTP.

36. 1.- Formación del ácido cítrico
por reacción del ácido
oxalacético con el acetil-CoA

38. 2.- Isomerización del ácido
cítrico en ácido isocítrico

40. 3.- Oxidación del ácido
isocítrico con pérdida de una
molécula de CO2 y obtención
de una molécula de NADH. Se
forma el ácido α-
cetoglutárico

42. 4.- Oxidación con liberación
de CO2 y formación de NADH.
Se forma el succinil-CoA

44. 5.- Se rompe el enlace con
la coenzima liberándose
energía en forma de GTP (
equivale a una de ATP) Se
forma el ácido succínico
CIC JULIO SÁNCHEZ

46. 6.- Oxidación del ácido
succínico a fumárico con
obtención de FADH2

48. 7.- Hidratación del ácido
fumárico para formar ácido
málico

50. 8.- Oxidación del ácido
málico para forma ácido
oxalacético. Se forma NADH
CIC JULIO SÁNCHEZ

54. Balance del ciclo de Krebs (después de 2vueltas):
2x1 = 2 ATP
2x3 = 6 (NADH + H+)
2X1 = 2 FADH2
2X2 = 4 CO2
Balance energético global al finalizar el ciclo de
Krebs:
4 ATP
10 (NADH + H+)
2 FADH2
Balance energético hasta el CAT

55. Balance energético global

56. Fosforilación oxidativa
 Es el mecanismo de síntesis de ATP en la respiración.
 Se realiza por la unión de un grupo fosfato al ADP
mediante un enlace de alta energía.
 La energía necesaria se consigue gracias a la formación de
un gradiente de protones en la membrana mitocondrial
interna. Este, a su vez, se crea mediante el transporte de
los electrones liberados en las oxidaciones que han tenido
lugar previamente.
 Tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias.

57. Fosforilación oxidativa:
Transporte electrónico
 Los electrones presentes en las moléculas de
NADH y FADH2 son cedidos a las moléculas
transportadoras, y pasan de unas a otras a favor
de un gradiente de potenciales de
oxidorreducción hasta un compuesto aceptor
final (el O2).
 En su descenso a niveles energéticos más bajos
liberan energía, se establece un gradiente
quimiosmótico.
 En la membrana mitocondrial interna se
encuentran situadas las enzimas ATPasas o ATP
sintetasas. El paso de los protones permite que
las ATP-sintetasas sinteticen ATP.

58. Fosforilación oxidativa:
Transporte electrónico

59. Fosforilación oxidativa:
Transporte electrónico

61. Fosforilación oxidativa:
Formación del gradiente quimiostático

63. El sobrante de E del transporte de e-
por la cadena, se emplea para bombear
protones (H+), desde la matriz al
espacio intermembranoso. Los H+
regresan a al matriz afavor de
gradiente a través delcomplejo ATP-
sintetasa, liberando E que se usa para
sintetizar ATP.

64. Fosforilación oxidativa:
Síntesis de ATP

66. Respiración aerobia.
Resumen

71. Respiración aerobia.
Rendimiento energético

72. Las fermentaciones
 Es la oxidación incompleta de una molécula
orgánica que se cataboliza.
 Se caracteriza por:
◦ El aceptor final de electrones es una molécula
orgánica.
◦ Se lleva a cabo en el citoplasma.
◦ Tiene un menor rendimiento energético.
◦ La síntesis de ATP tiene lugar exclusivamente por
fosforilación a nivel de sustrato.
 El proceso completo tiene lugar en dos
etapas:
◦ Etapa de oxidación de la glucosa hasta piruvato.
Se consume NAD+y se producen NADH y ATP.
◦ Etapa de reducción del piruvato para dar los
productos finales. Se regenera el NAD+.

75. Fermentación láctica
 Es el propio piruvato la molécula aceptora
de los electrones y H+ contenidos en el
NADH.
 El piruvato queda reducido para originar
lactato y el NAD se regenera.
 La reacción está catalizada por la enzima
lactato deshidrogenasa.
 El único rendimiento energético son los
dos ATP producidos en la glucólisis.

76. Fermentación láctica

77. Fermentación láctica

78.  Se produce en condiciones aerobias. Con el
ejercicio intenso, se hidroliza el glucógeno
 de los músculos, obteniéndose mucha
glucosa que se convierte en ácido pirúvico
 mediante la glucolisis. Pero el aporte de O2
al músculo en insuficiente para oxidar el
 exceso de pirúvico en el ciclo de Krebs, con
lo que se trabaja en condiciones anaerobias
 y se produce ácido láctico, cuya
acumulación provoca fatiga muscular.

79. Fermentación alcohólica
 La molécula aceptora de los electrones y
H+ es el acetaldehído, obtenido por
descarboxilación del piruvato.
 Como producto final se obtiene etanol.
 La reacción está catalizada por la enzima
alcohol deshidrogenasa.
 El único rendimiento energético son los
dos ATP producidos en la glucólisis.

80. Fermentación alcohólica

81. Fermentación alcohólica

83. El etanol del vino procede de la
fermentación de la glucosa de
uva.
Sus características
organolépticas dependen del tipo
de uva, terreno,
clima, variedad de levadura,
temperatura,…, que influyen en
las
transformaciones metabólicas de
otros compuestos de la uva.

84. El etanol de la cerveza procede de
la glucosa de la cebada. Pero
como la glucosa se encuentra en
forma de almidón, antes se la
hace
germinar, para transformar el
almidón en maltosa; su tueste da
la
malta, que es el sustrato sobre el
que actúa la levadura de la
cerveza (Saccaromyces
cerivisiae).

85.  En la fabricación del pan, se le añade
a la masa de harina una cierta
 cantidad de levadura. La
fermentación del almidón hace que el
pan
 sea más esponjoso por las burbujas
de CO2.

88. Fermentaciones
Rendimiento energético

89. Fermentación butírica
 Es la fermentación del almidón o de la
celulosa en ácido butírico, CO2
 (y otras sustancias malolientes). Ello
contribuye a la descomposición
 de los restos veg. La realizan
bacterias anaerobias (Bacillus
 amiybacter, Clostridium
butiricum,…).

90. Fermentación pútrida
 Fermentan sustratos de
 naturaleza proteica, y suelen
 obtenerse sustancias orgánicas
 malolientes, como el indol, la
 cadaverina o el escatol (éste
 es que produce el olor de los
 cadáver o semillas en
 descomposición).
 Algunas putrefacciones dan
 productos que aumentan la
 intensidad del sabor de
 algunos alimentos, como
 quesos y vinos.

91. Catabolismo
Respiración
Aerobia
Aceptor final el O2
Anaerobia
Aceptor final molécula
inorgánica distinta del
O2
Oxidación total de la materia
orgánica.
Los productos de reacción no
contienen energía.
Se libera toda la energía.
Fermentación
Láctica
Alcohólica
Oxidación parcial de la materia
orgánica.
Los productos de reacción contienen
todavía energía.
Se libera poca energía
El aceptor final de electrones es una
molécula orgánica.

92. Catabolismo de lípidos
TRIACILGLICÉRIDOS
(GRASAS)
GLICERINA
ÁCIDOS GRASOS
GLICERALDEHIDO 3 P
GLUCÓLISIS
β-OXIDACIÓN ÁCIDOS GRASOS
LIPASAS

93. β-Oxidación ácidos grasos
● Tiene lugar en la matriz mitocondrial
● Los ácidos grasos atraviesan las membranas
ayudados por la carnitina
● El ácido graso se debe activar por reacción
con el CoA dando un acil-CoA y consumiendo
ATP
● Se va escindiendo en moléculas de dos
átomos de carbono en forma de acetil CoA
● El acetil CoA formado pasará al ciclo de
Krebs

94. Catabolismo de lípidos
1.- Oxidación del acil-CoA
para formar un enoil-CoA. Se
forma una molécula de
FADH2
2.- Hidratación del doble
enlace para formar β-
hidroxiacil-CoA
3. Oxidación para formar un
β-cetoacil-CoA con liberación
de NADH
4.- Escisión o tiolisis que da
lugar aun acetil-CoA y un
acil-CoA con dos carbonos
menos

95. Hélice de Lyenn

97. Balance energético
● El número de vueltas dependerá del número de
átomos de C del ácido graso
● Por cada vuelta se produce:
– 1 FADH2 y 1 NADH
– 1 molécula de Acetil CoA (en la última vuelta
2)
¿Cuántos ATP se obtendrán de la oxidación
del ácido palmítico?¿Y de la tripalmitina?

98. Por cada vuelta: 1 FADH2 (2 ATP) y 1 NADH+H+ (3 ATP) = 5 ATP
Hay 8 vueltas: 8 x 5 = 40
Por cada AcCoA = 12 ATP ; Se forman 9 AcCoA = 108
108 + 40 = 148 ATP (- 2 enlaces de ATP a AMP ) = 146 ATP
El acetil-CoA se incorpora directamente al ciclo de
Krebs, mientras que el resto acil-Coa de dos
carbonos menos experimenta un nuevo ciclo de
oxidación

101. Catabolismo de proteínas

102. AMINOÁCIDOS
No se excretan
No se
almacenan
Producción de
energía
α-amino
Excreción
Urea
Esqueleto
carbonado
Intermediarios del
ciclo de Krebs
AA Mixtos
AA Glucogénicos
AA
Cetogénicos

103. Desaminación de los aminoácidos
● Transaminación
– Los aa ceden su grupo amino a un aceptor,
normalmente α-cetoglutarato convirtiéndose
en glutamato
– Catalizado por las transaminasas (req.vit B6)
en el hígado
● Desaminación oxidativa
– El glutamato cede el grupo amino
convirtiéndose en α-cetoglutarato (ciclo
Krebs)
– El NH3 se eliminará en forma de amoniaco o
urea

104. Desaminación
α- aminoácido α- cetoácido
α- cetoglutarato
Glutamato
H2O, NAD
NH4
+, NADH
UREA
transaminasas
Glutamato deshidrogenasas
TRANSAMINACIÓN
DESAMINACIÓN OXIDATIVA

105. Degradación de la cadena
carbonada (cetoácido)
● Los cetoácidos se incorporan a rutas metabólicas
tanto catabólicas como anabólicas.
– AA. GLUCOGÉNICOS
● Dan lugar a piruvato o intermediarios del
ciclo de Krebs
● Gluconeogénesis
– AA. CETOGÉNICOS
● Dan lugar a moléculas de acetil-CoA
● Se incorpora al ciclo de Krebs para dar ATP
o síntesis de ácidos grasos

109. Catabolismo de Ácidos nucleicos

111. 8.-Catabolismo de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos se degradan a mononucleótidos por acción
de las nucleasas. Los mononucleótidos son degradados
posteriormente para utilizar los componentes:
Nucleótidos
ácido
fosfórico
síntesis de ATP
pentosas
metabolismo de los
glúcidos
bases
nitrogenadas
síntesis de ácidos
nucleicos o
degradación
Hidrólisis

112. Glucogénesis

113. Glucogenolisis