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Respiracion celular

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31 de Mar de 2019
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Respiracion celular

  1. Respiración celular Oliver E. Capellan Álvarez Matricula 100111818 Proceso Bioquímica II. Sección: 3 (Recinto Santiago UASD)
  2. Temas a tratar 1) Respiración celular 2) Ciclo de Krebs 3) Rendimiento energético de la Glucolisis 4) Cadena respiratoria 5) Fosforilacion oxidativa
  3. Respiración pulmonar Oxígeno → Pulmones→ Torrente sanguíneo → Células Musculares Jugar al fútbol requiere de 3500 kJ o 833 kcal por partido Intercambio gaseoso entre los alvéolos pulmonares y la sangre de los vasos sanguíneos O2 CO2 O2 CO2
  4. Respiración celular • Es el consumo de oxigeno de la célula y producción de CO2, El oxigeno se consume y produce agua metabólica. • Cada célula convierte la energía de los enlaces químicos de los nutrientes en energía del ATP, por un proceso denominado “respiración celular”. • La respiración celular puede ser aerobia o anaerobia. • La respiración aerobia requiere oxigeno molecular (O2) y esta es mucho más común • Las vías anaerobias, entre las que incluyen la fermentación no necesitan oxigeno.
  5. Respiración celular O2
  6. Combustible: nutrientes
  7. ¿Qué es la respiración celular? • Ruta metabólica por la cual las células adquieren energía (ATP) a partir del catabolismo de moléculas nutritivas. • El catabolismo de la glucosa (C6H12O6): – C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ATP (868 kcal o 2881,2 kJ) • Este catabolismo o degradación de la glucosa es una de las principales rutas para la obtención de energía (ATP) y ocurre en tres etapas: – Glucólisis – Ciclo de Krebs – Cadena de transporte de electrones
  8. RESPIRACION AEROBIA • La mayor parte de las células eucariontes y procariontes requieren oxigeno para respirar, casi todas las células de plantas, animales, protistas, hongos y bacterias emplean la respiración aerobia para obtener energía a partir de la glucosa. Se lleva acabo en cuatro etapas; la glucólisis, formación de acetil coenzima A, ciclo de Kreps y la cadena de transporte de electrones y quimiosmosis.
  9. RESPIRACION ANAEROBIA • Muchos organismos y algunas células vivas viven sin O2, obteniendo toda su energía a partir de la glucólisis y fermentación. Estas vías oxidan parcialmente la glucosa y generan productos con energía como el ácido láctico.
  10. RESPIRACIÓN CELULAR Cada célula convierte la energía de los enlaces químicos de los nutrimentos en energía del ATP por un proceso denominado respiración celular. La respiración celular puede ser aerobia o anaerobia. La respiración aerobia requiere oxigeno molecular (O2) y la anaerobia, al igual que la fermentación no necesitan oxigeno. La mayor parte de las células utilizan la respiración aerobia. Las tres vías (respiración aerobia, anaerobia y la fermentación ) son exergonicas y liberan energía libre. La mayor parte de los eucariontes y procariontes utilizan la respiración aerobia. Casi todas las células de plantas, animales, protistas, hongos y bacterias emplean la respiración aerobia para obtener energía a partir de glucosa.
  11. RESPIRACIÓN AEROBIA Y ANAEROBIA. • RESPIRACIÓN ANAEROBIA • Se transfieren electrones de las moléculas de combustible a una cadena de transporte; el aceptador final de electrones es una sustancia inorgánica como nitrato o sulfato, no oxigeno molecular. • La fermentación es un proceso anaerobio en el que no participa una cadena de transporte de electrones . Hay una ganancia apenas de dos moléculas de ATP, por cada uno de glucosa. • RESPIRACION AEROBIA • Durante la respiración aerobia se oxida una molécula de combustible, como la glucosa, para formar dióxido de carbono y agua. • Esta tiene 4 etapas que son: • 1.-GLUCÓLISIS: una molécula de glucosa de seis carbonos, se convierte en dos moléculas de piruvato, de tres carbonos, con la formación de ATP y NADH.
  12. • 2.-FORMACION DE ACETILCOENZIMA A: cada molécula de piruvato entra en una mitocondria y se oxida para convertirse en una molécula de dos carbonos y se combina con la coenzima A ; se produce NADH y se libera dióxido de carbono como desecho. • 3.-CICLO DE KREBS: entran dos grupos acetilo por cada glucosa. Cada grupo acetilo, de dos carbonos, se combina con oxalacetato, de cuatro carbonos, para formar citrato. Las dos moléculas de CO2 se extraen y regeneran oxalacetato y se forma energía en forma de ATP, tres NADH y un FADH2 por grupo acetilo. • 4.- CADENA DE TRANSPORT DE ELECTRONES Y QUIMIÓSMOSIS: los electrones extraídos de la glucosa durante las etapas precedentes se transfieren de NADH y FADH2 a una cadena de compuestos aceptores de electrones. A medida que los electrones pasan de un aceptor a otro, parte de su energía se emplea para bombear hidrogeniones a través de la membrana de la mitocondria con lo que se forman los protones y con esa energía se forma el ATP.
  13. Función de la Glucolisis • Las funciones de la glucólisis son: • La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como fuente de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y fermentación (ausencia de oxígeno). • La generación de piruvato que pasará al ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica. • La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos que pueden ser utilizados en otros procesos celulares.
  14. Glucosa + ATP Glucosa-6-fosfato + ADP 7
  15. Objetivo de la glucólisis • Transformar la glucosa en ácido pirúvico. • Reducir una la molécula de 6C a una de 3C. • Este proceso se cumple en el citoplasma.
  16. Célula Núcleo Mitocondria Glucosa Glucosa (6C) Ac. Pirúvico (3C) Acetil CoA (2C) ADP ATP Glucólisis • Ciclo de Krebs • cadenarespiratoria • Fosforilación oxidativa C6H12O6 O2 O2 CO2 H2O CO2 H2O Ruta metabólicas la Respiración Celular citoplasma Ocurren en la mitocondria
  17. Mitocóndria Acetil CoA O2 O2 CO2 H2O CO2 H2O ADP 24 ADP Acetil CoA Ac. Pirúvico 6 ATP Glucosa 6 ATP C6H12O6 + 6 O2 + 36 ADP 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP ATP ATP24 Balance energético
  18. GlucosaGlucosa 2 Piruvato2 Piruvato 2 Acetil CoA2 Acetil CoA 2 Etanol + 2CO2 2 Etanol + 2CO2 2 Lactato2 Lactato Glucólisis reacciones sucesivas Condiciones anaeróbicas Condiciones aeróbicas Fermentación Alcohólica en levaduras Conversión a Lactato en vigorosa contracción muscular, en eritrocitos y en microorganismos Animales, plantas y muchos microorganismos en condiciones aeróbicas. Condiciones aeróbicas Ciclo de Krebs y transporte electrones 4 CO2 + 4 H2O4 CO2 + 4 H2O
  19. La mitocondria
  20. • Mitocondrias: es un organelo de la respiración celular . • Matriz mitocondrial: esta limitado por la membrana interna, hay ocurre el ciclo de Krebs • Membrana interna: no es lisa tiene múltiples criptas las criptas mitocondriales, la membrana interna es impermeable solo la atraviesa sustancia unidas a un transportador • Membrana externa: es lisa y permeable • Espacio intermenbranoso : es el espacio entre la dos membrana el espacio entre la interna y externa • El ciclo de Krebs ocurre en la matriz mitocondrial • La cadena oxidativa y fosforilacion oxidativa ocurre en la membrana interna
  21. Objetivo del Ciclo de Krebs • Generar H+ unidos a moléculas de NADH o FADH. • Liberar el CO2 • Este proceso se cumple en la mitocondria
  22. Sir Hans Adolf Krebs El bioquímico británico y premio Nobel Hans Adolf Krebs es conocido, fundamentalmente, por sus investigaciones sobre los procesos bioquímicos de la respiración celular
  23. CICLO DE KREBS. Sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía.
  24. Proceso que se lleva a cabo por la acción de 8 enzimas: también conocido como ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Ocurre en todos los animales PLANTAS SUPERIORES BACTERIAS TIENE LUGAR EN UN ORGANULO MEMBRANOSO : MITOCONDRIA
  25. 1.- Los alimentos, antes de poder entrar a este ciclo deben descomponerse en pequeñas unidades llamadas grupos acetilo Cada grupo acetilo (CH3CO) contiene sólo dos átomos de carbono, junto con hidrógeno y oxígeno.
  26. Las dos moléculas de piruvato resultantes de la glucolisis se convierte en acetil coenzima A Transformación del piruvato en Acetil-CoA Los grupos acetilo entran en el ciclo en forma de acetil-CoA
  27. El piruvato sufre una descarboxilación (pérdida de un grupo CO2) oxidativa (perdida de e). El piruvato (3 atom. De C) queda convertido en ácido acético (2 atom. de C). En este proceso se une una molécula de coenzima A, formándose una molécula de Acetil-CoA. La reacción está catalizada por un complejo enzimático: Piruvato deshidrogenasa de la matriz mitocondrial. Los electrones que se liberan son recogidos por NAD+ y forman poder reductor (NADH+H+)
  28. Ciclo de Krebs En condiciones aeróbicas, el acetil-CoA que se encuentra en la mitocondria es oxidado completamente hasta CO2 mediante una ruta conocida como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA), o ciclo de Krebs. Esta ruta es la parte final de la degradación de todas las moléculas que funcionan como combustible: los aminoácidos, los ácidos grasos y los carbohidratos. Generalmente, las entradas al ciclo inician con acetil- CoA, aunque otros intermediarios pueden continuar con el proceso.
  29. El ciclo de Krebs ocupa un lugar central en el metabolismo celular, por lo que es regulado por otras rutas y recibe entrada de sustratos de varias rutas. Los pasos que lo integran incluyen reacciones degradativas y anabólicas, por ello que sitúe en esa posición central. Se dice, por lo tanto, que el ciclo de Krebs es una ruta anfibólica finamente regulada por otras rutas. Proteínas, triglicéridos y polisacáridos pueden proveer de acetil-CoA a la ruta.
  30. El ciclo del ácido cítrico se complementa con la cadena respiratoria de transporte de electrones, de modo que los productos de NADH y FADH2 que produce el ciclo pueden volverse a oxidar en dicha cadena. El ciclo de Krebs está regulado por la piruvato deshidrogenasa, ya que la conversión de piruvato a acetil-CoA es el paso previo para la ruta.
  31. Funciones del ciclo de Krebs • Produce la mayor parte del dióxido de carbono en los tejidos animales. • Es la mayor fuente de coenzimas que impulsan la producción de ATP en la cadena respiratoria. • Dirige el exceso de energía hacia la biosíntesis de ácidos grasos, por lo cual permite el almacenamiento energético. • Proporciona precursores para la biosíntesis de proteínas y ácidos nucleicos. • Sus componentes regulan directamente (producto-precursor) o indirectamente (alostéricamente) otras rutas metabólicas.
  32. En el ciclo de los ácidos tricarboxílicos intervienen ocho enzimas que se encuentran en la matriz mitocondrial. De estas ocho enzimas, cuatro son oxidorreductasas que son coenzimas que captan equivalentes reductores (hidruro o hidrógeno). Provee intermediarios que son sustratos para otras rutas anabólicas.
  33. Estequiometría En dos pasos oxidativos, entre citrato y succinil-CoA, se pierden dos carbonos en forma de CO2, de modo que estequiométricamente se ha oxidado completamente el acetil-CoA. El balance general del ciclo indica que el acetilo activo se oxida por completo a 2 CO2 y que se producen cuatro pares equivalentes reductores, tres como NADH + H+ y uno como FADH2, los cuales se utilizan después para generar energía. Además, el acoplamiento con la cadena respiratoria genera la mayor producción de ATP en el organismo, y la más importante. La regulación del ciclo de Krebs en las células animales ocurre fundamentalmente en dos sitios: primero a nivel de la piruvato deshidrogenasa y luego a nivel de la isocitrato deshidrogenasa, dentro del ciclo.
  34. De modo general, las sintasas son enzimas que catalizan la condensación sin consumir ningún nucleósido trifosfato (ATP, GTP, etc.) como fuente de energía. Las sintetasas catalizan condensaciones que sí utilizan ATP u otro nucleósido trifosfato como fuente de energía.
  35. El ciclo de Krebs se compone de ocho reacciones Reacción : Formación de citrato Es una reacción de condensación catalizada por la enzima citrato sintasa. El uso de agua es lo que libera la reacción del uso de energía. El grupo metílico del acetilo reacciona con el carbonilo del oxalacetato.
  36. La condensación es del tipo aldólica y es seguida de una hidrólisis. En el sitio activo de la citrato cinasa se forma un intermediario: el citril-CoA. Este intermediario es transitorio, y una hidrólisis hace que sean liberados inmediatamente citrato y CoA-SH. La hidrólisis ocurre a nivel del enlace tioéster, y esta reacción es lo que genera una alta liberación de energía que vuelve exergónica la actividad de la citrato sintasa. Cuando el CoA-SH es liberado, este sirve como receptor del grupo acetilo que está dejando entrar la piruvato deshidrogenasa.
  37. Reacción : Formación del isocitrato En la enzima aconitasa (o aconitasa hidratasa) se cataliza una reacción de isomerización vía la síntesis de un intermediario, el cis-aconitato, que nunca abandona el sitio activo de la enzima. Esta transformación es reversible, y consiste en una hidratación y deshidratación sucesivas. Esto genera el intercambio de un H con el OH.
  38. La isomerización del citrato en isocitrato es indispensable para permitir las reacciones de oxidación sucesivas. La aconitasa contiene átomos de Fe no unidos a un grupo hemo. Estos cuatro átomos se asocian a grupos sulfuro formando complejos 4Fe-4S. Tres grupos sulfuro son de origen inorgánico, mientras que el cuarto proviene de un Cys. El complejo 4Fe-4S cataliza la reacción de deshidratación y rehidratación, mantiene secuestrado al cis-aconitato y evita el uso de energía por parte de la aconitato citrasa. Este tipo de proteínas se conocen como ferrosulfuradas.
  39. El doble enlace del cis-aconitato permite la adición de H2O en cualquier carbono. La reacción enzimática puede por ello producir tanto citrato como isocitrato. La reacción, sin embargo, tiende a la generación de citrato antes que a la formación de isocitrato (en una mezcla a pH 7.4 y 25°C solamente el 10% contiene isocitrato) ¿cómo se avanza, entonces, en el ciclo? En la mitocondria, el isocitrato liberado del sitio activo de la enzima es inmediatamente aprovechado por la siguiente enzima en la siguiente reacción. Cuando se produce citrato, la aconitasa vuelve a reaccionar con este, hasta que la reacción favorezca al isocitrato.
  40. Reacción : Oxidación y descarboxilación del isocitrato El isocitrato reacciona inmediatamente con la isocitrato deshidrogenasa. Esta es la primera de las cuatro reacciones de oxidación. Para esta reacción es necesaria la presencia de NAD+ como cofactor. En todas las células hay dos tipos de isocitrato deshidrogenasa, una variedad que requiere NAD+ como cofactor, y otra que requiere NADP+ .
  41. El intermediario de esta reacción es el oxalsuccinato, que en el sitio activo pierde rápidamente un CO2. Esto genera inmediatamente α-cetoglutarato. En el sitio activo de la enzima se encuentra un átomo de Mn+2 que dirige la descarboxilación y estabiliza al enol formado. La reacción del oxalsuccinato es básicamente una resonancia magnética. La enzima dependiente de NAD se encuentra exclusivamente en la mitocondria. Tanto en el citosol como en la mitocondria, se encuentra la otra variedad. Parece ser que la función primordial de esta enzima es la producción de NADPH, importante para las reacciones anabólicas.
  42. Reacción : Descarboxilación del α- cetoglutarato El isocitrato reacciona inmediatamente con la isocitrato deshidrogenasa. Esta es la primera de las cuatro reacciones de oxidación. Para esta reacción es necesaria la presencia de NAD+ como transportador de electrones y el CoA-SH como transportador del succinilo. El α-cetoglutarato reacciona con una α-cetoglutarato deshidrogenasa, que escinde el segundo CO2. Aquí termina la oxidación del piruvato.
  43. La energía de oxidación se conserva gracias, nuevamente, al enlace tióester del succinil-CoA. Esta reacción es idéntica a la descarboxilación del piruvato que ocurre en la membrana mitocondrial, tanto en estructura como en función. Por ello se tienen homólogos E’1, E’2 y E’3, y los mismos cofactores (TPP, lipoato, NAD, FAD y CoA). Son complejos homólogos mas no por ello idénticos (a excepción de E3 y E’3): 1.La secuencia de aminoácidos de E’1 genera afinidad por α-cetoglutarato (α-cetoglutarato deshidrogenasa). La secuencia de E1 genera la afinidad al piruvato. 2.El lipoil de E’2 debe jalar un grupo succinil, y no uno acetil como en E2.
  44. Reacción : Generación de un enlace de alta energía en el succinil-CoA El succinil-CoA tiene un enlace de alta energía libre de hidrólisis estándar negativa. Esta reacción utiliza este enlace de alta energía para promover la formación de un enlace fosfoanhídrido de GTP o ATP con una ΔG0´ = -2.9kJ/mol. El proceso final es la liberación de succinato. La reacción la cataliza una succinil-CoA sintetasa o succínico tioquinasa.
  45. Las células animales tienen dos isozimas de la succinil- CoA sintetasa. Una específica para ADP que produce ATP y otra específica para GDP y produce GTP. La formación de ATP (o GTP) a expensas de la energía liberada por el α-cetoglutarato es una fosforilación a nivel sustrato, idéntica a las reacciones que sintetizan ATP que se encuentran en reacciones glucolíticas catalizadas por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa y la piruvato quinasa. El GTP puede donar un grupo fosfato al ADP y formar ATP. Ambos son equivalentes, y no es requerida energía adicional. GTP + ADP GDP + ATP ΔG0´ = 0 kJ/mol La reacción es catalizada por una nucleósido difosfato quinasa.
  46. Reacción : Oxidación del succinato a fumarato Las siguientes reacciones transforman el succinato para regenerar el oxalacetato. La primera de estas reacciones corre a cargo de una oxidación catalizada por la succinato deshidrogenasa. El aceptor de hidrógeno es el FAD, ya que el cambio de energía libre es insuficiente para permitir que el NAD interactúe. El producto final es fumarato.
  47. En eucariontes, la succinato deshidrogenasa está fuertemente a la membrana mitocondrial. En procariontes, a la membrana plasmática. Esta enzima está intrínsecamente relacionada con la cadena electrónica. Por esta enzima es que el ciclo de Krebs no se desarrolla exclusivamente en el citosol. La succinato deshidrogenasa es, al igual que la aconitasa, una proteína ferrosulfurada. El FAD está covalentemente unido a ese complejo ferrosulfurado. El acarreo de electrones está, por lo tanto, dirigido inmediatamente a la cadena transportadora de electrones en la membrana mitocondrial.
  48. El malonato es un inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa, al que es análogo. La adición de este compuesto a la mitocondria genera una detención tanto del ciclo de Krebs como de la cadena respiratoria (ya que el complejo II de dicha cadena es precisamente una succinato deshidrogenasa). Esta sal puede estar presente en el cuerpo si se consumen ciertas raíces (como las de la remolacha) y un derivado, el malonil-CoA, es importante en el anabolismo de lípidos.
  49. Reacción : Hidratación del fumarato La conversión de fumarato a L-malato esta catalizada por la fumarato hidratasa (o fumarasa), y es una hidratación reversible. La principal característica de esta enzima es su alta estereoespecificidad. Cataliza la hidratación del doble enlace en trans del fumarato, pero no en cis del maleato. En dirección inversa, la fumarasa no puede utilizar D-malato.
  50. Reacción : Oxidación del L-malato a oxalacetato En la última reacción del ciclo una L-malato deshidrogenasa cataliza una oxidación del L-malato a oxalacetato. El equilibrio de esta reacción está altamente desplazado hacia la izquierda en condiciones termodinámicas estables; en células intactas, el oxalacetato es rápidamente desechado por la citrato sintasa (reacción altamente exergónica) Esto mantiene la concentración de oxalacetato muy baja en la célula, favoreciendo la producción de este compuesto.
  51. En síntesis, las reacciones del ciclo de Krebs consisten de lo siguiente: 1.En la condensación de una unidad de acetilo (del acetil- CoA) con oxalacetato entran en el ciclo dos átomos de carbono. Por las descarboxilaciones sucesivas catalizadas por la isocitrato deshidrogenasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa salen del ciclo otros dos carbonos en forma de CO2. Los dos átomos de carbono que salen del ciclo son diferentes de los que han entrado en la misma vuelta. 2.En las cuatro reacciones de oxidación salen del ciclo cuatro pares de átomos de hidrógeno. En las descarboxilaciones oxidativas del isocitrato y del a- cetoglutarato se reducen dos moléculas de NAD+, en la oxidación del succinato se reduce una molécula de FAD y en la oxidación del malato se reduce otra de NAD+.
  52. 3. A partir del enlace tioéster altamente energético del succinil-CoA se genera un enlace fosfato de alta energía (en forma de GTP). 4. Se consumen dos moléculas de agua: una en la síntesis del citrato, por la hidrólisis del citril-CoA, y la otra en la hidratación del fumarato. 5. El FADH2 y el NADH+H+ producidos son rápidamente aprovechados como cofactores en la cadena transportadora de electrones.
  53. En resumen, los [sustrato e intermediarios] del ciclo del ácido cítrico hacen que el flujo a través de esta vía se mantenga a una velocidad que permite mantener concentraciones óptimas de ATP y NADH. En condiciones normales, la velocidad de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico están integradas de manera que sólo se metaboliza a piruvato la glucosa necesaria para suministrar al ciclo del ácido cítrico su combustible, los grupos acetilo del acetil-CoA. Piruvato, lactato y acetil-CoA se mantienen normalmente a concentraciones de estado estacionario. El citrato es un inhibidor alostérico importante de la fosfofructoquinasa-1 en la vía glucolítica.
  54. Cadena transportadora de electrones
  55. Objetivo de la cadena transportadora de electrones • Producir ATP, a partir de ADP + P, por acción de la enzima ATP sintetasa. Esta enzima usa como fuente de energía una gradiente de concentración de hidrógenos generada entre el espacio intermembranal y la matriz de la mitocondria.
  56. Fosforilación oxidativa
  57. Fosforilación oxidativa • La fosforilación oxidativa es la transferencia de electrones de los equivalentes reducidos NADH, NADPH, FADH, obtenidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs hasta el oxígeno molecular, acoplado con la síntesis de ATP. • Este proceso metabólico está formado por un conjunto de enzimas complejas que catalizan varias reacciones de óxido-reducción, donde el oxígeno es el aceptor final de electrones y donde se forma finalmente agua. • La fosforilación oxidativa junto con la fotofosforilación (síntesis de ATP impulsada por luz) son los dos procesos transductores de energía más importante en la biósfera. • De una molécula de glucosa se obtienen 38 moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa.
  58. Potenciales de reducción electroquímica • Todas las reacciones de oxido-reducción implican una transferencia electrónica. • La sustancia que se oxida (agente reductor) pierde electrones, que son aceptados por la sustancia que se reduce (agente oxidante). El proceso global se denomina reacción redox. A oxidada + B reducida A reducida + B oxidada B reducida B oxidada + ne- A oxidada + ne- A reducida
  59. Potenciales de reducción estándar de acarreadores de electrones de la cadena respiratoria Medias reacciones redox E´o (V) 2H+ + 2e- H2 -0.414 NAD+ + H+ + 2e- NADH -0.320 NADP+ + H+ + 2e- NADPH -0.324 NADH deshidrogenasa (FMN) + 2H+ + 2e- NADH deshidrogenasa (FMNH2) -0.300 Ubiquinona + 2H+ + 2e- Ubiquinol 0.045 Citocromo b (Fe3+ ) + e- Citocromo b (Fe2+ ) 0.077 Citocromo c1 (Fe3+ ) + e- Citocromo c1 (Fe2+ ) 0.220 Citocromo c (Fe3+ ) + e- Citocromo c (Fe2+ ) 0.254 Citocromo a (Fe3+ ) + e- Citocromo a (Fe2+ ) 0.290 Citocromo a3 (Fe3+ ) + e- Citocromo a3 (Fe2+ ) 0.550 ½ O2 + 2H+ + 2e- H2O 0.816
  60. Fosforilación oxidativa • En las células eucariotas este proceso se lleva a cabo en las mitocondrias. • La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de e- en la cadena respiratoria. • Los e- pasan a través de una serie de transportadores incluidos en la membrana interna mitocondrial. • Los transportadores electrónicos mitocondriales funcionan dentro de complejos proteicos ordenados en serie. • La cadena de transporte de e- es un proceso exergónico, que libera energía suficiente para la síntesis de ATP. • Existe una translocación de H+ desde la matriz hacia el EIM (fuerza protomotriz). • Síntesis de ATP por ATP sintasa.
  61. Mitocondria • Posee DNA (mtDNA). • Doble membrana: la membrana externa, rodea a la organela; la interna, presenta invaginaciones (crestas) que proporciona una gran superficie. • La membrana externa es permeable a pequeñas moléculas (PM < 5000 Da) e iones. Presencia de canales transmembrana. • La membrana interna es impermeable a la mayoría de moléculas e iones (H+ , O2 - , etc).
  62. Mitocondria • Las únicas moléculas que cruzan la membrana interna son aquellas para las que hay proteínas transportadoras específicas. La membrana interna posee transportadores de metabolitos esenciales (ADP, ATP, ácidos carboxílicos, Ca2+ , aminoácidos, etc.). • La membrana interna aloja a las proteínas pertenecientes de los componentes de la cadena respiratoria y el complejo enzimático responsable de la síntesis de ATP (ATP sintasa).
  63. Relación entre ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa
  64. Formación de ATP por fosforilación oxidativa Fuente de energía Electrones obtenidos por oxidación de azúcares, ácidos grasos y aminoácidos (carbono orgánico en estado reducido) En organismos no fotosintéticos Donadores de electrones de alta energía (A reducida) (inicio) (energía celular) ATP ADP, Pi FADH2 NADH Reoxidación generadora de energía mediante transporte de electrones (NAD+ , FAD) Aceptores de Electrones (A oxidada)
  65. Mecanismo de la transducción de energía en los animales • Los animales (y todos los seres vivos) son máquinas químicas • La energía química (∆G) de los sustratos (alimentos) que se oxidan genera un gradiente electroquímico de H+ a través de la membrana interna mitocondrial • El gradiente electroquímico de H+ (∆G) se utiliza para la producción de ATP (la F1-ATPasa es un rotor molecular) • La energía química del ATP (∆G) se utiliza para que puedan ocurrir las reacciones endergónicas.
  66. Oxidación • La oxidación de la glucosa para producir co2 dentro de la célula no ocurre en una sola reacción sino que ocurre a través de una secuencia de reacciones que se agrupan en cuatro fases: • • 1.- Glucólisis • 2.- Formación del acetil coenzima a. • 3.-Ciclo de krebs • 4.-Sistema de transporte de electrones a través de la cadena respiratoria.
  67. • Durante estas fases se llevan acabo dos fenómenos importantes, al mismo tiempo que se degrada la glucosa (que se rompen sus, se libera energía, que se aprovecha para sintetizar atp,. • 1.- transferencia de energía. es un paso de energía de una molécula a otra debido a reacciones de oxidación: la importancia de este mecanismo es que esas transferencias se crean enlaces de alta energía (-) como son los enlaces de fosfato del atp
  68. • 1.- transferencia de energía. es un paso de energía de una molécula a otra debido a reacciones de oxidación: la importancia de este mecanismo es que esas transferencias se crean enlaces de alta energía (-) como son los enlaces de fosfato del atp
  69. ¿Cuál es el combustible? • Los nutrientes que consumimos están formados por C, H, O y N. ¿Cuál de estos aporta la energía para producir el ATP? • ¿Cuál es el rol de cada uno de estos elementos en el proceso de respiración celular? • ¿Por qué al ATP se le conoce como la moneda energética de todos los seres vivos? ¿Cuál es el rol del ATP en el funcionamiento celular?
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