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LA RESPIRACIÓN
   CELULAR


  Jorge Karlo Ovalle Cital
  Q.B.P Gpo. 221
   La degradación de la glucosa mediante el uso de
    oxígeno o alguna otra sustancia inorgánica, se conoce
    como respiración celular.
       La respiración celular que necesita oxígeno se llama
        respiración aeróbica.
Glucólisis
   Es la conversión de glucosa
    en dos moléculas de ácido
    pirúvico (compuesto de 3
    carbonos).
       Se usan dos moléculas de
        ATP, pero se producen cuatro.
       El H, junto con electrones, se
        unen a una coenzima que se
        llama nicotín adenín
        dinucleótido (NAD+) y forma
        NADH.
       Ocurre en el citoplasma.
       Es anaeróbica.
Vía de las pentosas fosfato
 Esta ruta constituye un proceso alternativo como destino de la glucólisis
Su función predominantemente es de tipo anabólica más que catabólica
Posee dos funciones principales:
                  1. Proporcionar NADPH para la biosíntesis
         reductora.
                 2. Proporcionar ribosa-5-fosfato para la biosíntesis
         de nucleótidos y ácidos nucleicos.


 Esta ruta además actúa para metabolizar las pentosas de los alimentos,
procedentes principalmente de la digestión de los ácidos nucleicos.
Se Divide en dos fases: Fase Oxidativa y Fase NO oxidativa
Fase oxidativa: Generación del poder reductor




Durante fase oxidativa, a partir de glucosa-6-fosfato obtenida mediante la fosforilación de la glucosa libre, se
obtiene NADPH y finalmente se forma la pentosa ribulosa-5-fosfato, motivo por el cual este proceso
metabólico se denomina “la ruta de la pentosa fosfato”.
La primera reacción es la oxidación de la glucosa-6-fosfato, llevada a cabo por la enzima glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa. En este primer paso se deshidrogena el grupo C1 para dar un grupo carboxilo, el cual, junto
al C5, forma una lactona, es decir, un estes intramolecular. Es aquí donde se liberan dos hidrógenos de los
cuales se transfiere un protón (H+) y dos electrones (e-) (hidridión) al NADP+ que actua como aceptor de
electrones reduciéndose hasta formar la primera molécula de NADPH; el protón sobrante queda libre en el
medio.
Acto seguido, se produce la hidrólisis de la lactona gracias a la actuación de la lactonasa, con lo que se
obtiene el ácido libre 6-fosfoglucanato. Seguidamente, éste último se transforma en ribulosa-5-fosfato por
acción de la 6-fosfoglucanato deshidrogenasa. Aquí se obtiene la segunda molécula de NADPH, además de la
liberación de una molécula de CO2 debido a la descarboxilación oxidativa del ácido libre.
Finalmente, la enzima pentosa-5-fosfato isomerasa, mediante un intermediario endiol, isomeriza la ribulosa-
5-fosfato y la convierte en ribosa-5-fosfato, gracias a la transformación del grupo cetosa en aldosa. Esta
última reacción prepara un componente central de la síntesis de nucleótidos para la biosíntesis
de RNA, DNA y cofactores de nucleótidos
Fase no oxidativa: destinos alternativos de las pentosas fosfato




Esta fase conlleva toda una serie de reacciones reversibles, el sentido de las cuales depende de la
disponibilidad del sustrato. Asimismo, la isomerización de ribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato es también
reversible. Esto nos permite poder eliminar el excedente de ribosa-5-fosfato para acabar transformándolo en
productos intermediarios de la glucólisis.
La primera reacción llevada a cabo es la epimerización, regulada mediante la enzima pentosa-5-fosfato
epimerasa, que convertirá laribulosa-5-fosfato, producto de la fase oxidativa, en xilulosa-5-fosfato,
generando así el sustrato necesario para la siguiente reacción controlada por la transcetolasa, la cual actúa
junto a la coenzima pirofosfato de tiamina (TPP). Ésta convertirá la xilulosa-5-fosfato en ribosa-5-fosfato y,
mediante la transferencia de una unidad de C2 de la cetosa a la aldosa, se producirá gliceraldehído-3-
fosfato ysedoheptulosa-7-fosfato.
Sucedido esto, la transaldolasa, con la ayuda de un resto lisina en su centro activo, transfiere una unidad C3
de la sedoheptulosa-7-fosfato a gliceraldehído-3-fosfato, con lo que se formarán la tetrosa eritrosa-4-fosfato,
además de uno de los primeros productos finales: la hexosafructosa-6-fosfato, la cual se dirigirá hacia la
glucólisis.
El ciclo del ácido cítrico
                A continuación, el acetil-coA
                 entra en una serie de
                 reacciones conocidas como el
                 ciclo del ácido cítrico, en el
                 cual se completa la
                 degradación de la glucosa.
                    El acetil-coA se une al ácido
                     oxaloacético (4C) y forma el
                     ácido cítrico (6C).
                    El ácido cítrico vuelve a
                     convertirse en ácido
                     oxaloacético.
                    Se libera CO2, se genera NADH
                     o FADH2 y se produce ATP.
                    El ciclo empieza de nuevo.
El ciclo del ácido cítrico
   La molécula de glucosa se degrada
    completamente una vez que las dos moléculas
    de ácido pirúvico entran a las reacciones del
    ácido cítrico.
   Este ciclo puede degradar otras sustancias que
    no sean acetil-coA, como productos de la
    degradación de los lípidos y proteínas, que
    ingresan en diferentes puntos del ciclo, y se
    obtiene energía.
La cadena de transporte de
                    electrones
   En el ciclo del ácido cítrico se ha
    producido CO2, que se elimina,
    y una molécula de ATP.
   Sin embargo, la mayor parte de
    la energía de la glucosa la llevan
    el NADH y el FADH2, junto a
    los electrones asociados.
   Estos electrones sufren una serie
    de transferencias entre
    compuestos que son portadores
    de electrones, denominados
    cadena de transporte de
    electrones, y que se encuentran
    en las crestas de las
    mitocondrias.
La cadena de transporte de
        electrones
                Uno de los portadores de
                 electrones es una coenzima, los
                 demás contienen hierro y se
                 llaman citocromos.
                Cada portador está en un nivel
                 de energía más bajo que el
                 anterior, y la energía que se
                 libera se usa para formar ATP.
                Esta cadena produce 32
                 moléculas de ATP por cada
                 molécula de glucosa degradada,
                 que más 2 ATP de la glucólisis y
                 2 ATP del ciclo del ácido cítrico,
                 hay una ganancia neta de 36
                 ATP por cada glucosa que se
                 degrada en CO2 y H2O.
FERMENTACIÓN
   Es la degradación de la
    glucosa y liberación de
    energía utilizando sustancias
    orgánicas como aceptores
    finales de electrones.
   Algunos organismos como
    las bacterias y las células
    musculares humanas,
    pueden producir energía
    mediante la fermentación.
       La primera parte de la
        fermentación es la glucólisis.
       La segunda parte difiere
        según el tipo de organismo.
Fermentación alcohólica
               Este tipo de fermentación
                produce alcohol etílico y
                CO2, a partir del ácido
                pirúvico.
               Es llevada a cabo por las
                células de levadura
                (hongo).
               La fermentación realizada
                por las levaduras hace
                que la masa del pan suba
                y esté preparada para
                hornearse.
Fermentación láctica
   Este tipo de
    fermentación convierte
    el ácido pirúvico en
    ácido láctico.
   Al igual que la
    alcohólica, es
    anaeróbica y tiene una
    ganancia neta de 2 ATP
    por cada glucosa
    degradada.
   Es importante en la
    producción de lácteos.
Respiración resistente al cianuro
Cianida -o cianuro- en una célula animal disminuye la respiración hasta
casi un 1% o la inhibe totalmente, mientras que en los vegetales se
mantiene como en un 25 %. Ello se debe a la presencia de una la oxidasa
alternativa.

A nivel de ubiquinona existe esta enzima que capta los electrones y no
los deja pasar a los citocromos de los complejos III y IV, por lo que no se
forma ATP.

La energía que se utilizaría para producir ATP no se puede almacenar,
por lo que se libera como calor. Por esta vía se produce apenas una
tercera parte de lo que se podría producir
Importancia de la respiración resistente a la cianida
Genera calor : Polinización y resistencia al frío
Oxidar sustratos respiratorios que se acumulan en exceso.
Actuar en casos de emergencia si se bloquea la otra vía por inhibidores (como el
cianuro en yuca. Las semillas de arroz, pepino liberan HCN. Otro caso se da con el
sulfito que es común que se presente en especies como algunas cucurbitaceas o en
aquellas bajo ambientes anaeróbicos como las acuáticas o de lugares inundados. Sulfito
solo inhibe citocromos y no la oxidasa. Excesos de CO2 tienen efecto similar).
Previene la producción de super óxido y peróxido de hidrógeno, que se producen a
nivel de citocromos.

Cuando se acumula mucho malato como en plantas CAM (Crassulacean Acidic
Metabolism plants), es necesaria una rápida oxidación de este (por ejemplo durante el
dia), para lo cual podría ser importante.
En ausencia de la vía alternativa, la inhibición de los citocromos puede favorecer la
fermentación, lo cual se ha encontrado en plantas transgénicas que no tienen la oxidasa
alternativa. Esto puede llevar a la acumulación de radicales libres y de otros productos
que llevan a daños celulares.
Producción rápida de compuestos sin mucha necesidad de ATP, como por ejemplo
fitoalexinas.

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Respiración

  • 1. LA RESPIRACIÓN CELULAR Jorge Karlo Ovalle Cital Q.B.P Gpo. 221
  • 2. La degradación de la glucosa mediante el uso de oxígeno o alguna otra sustancia inorgánica, se conoce como respiración celular.  La respiración celular que necesita oxígeno se llama respiración aeróbica.
  • 3. Glucólisis  Es la conversión de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico (compuesto de 3 carbonos).  Se usan dos moléculas de ATP, pero se producen cuatro.  El H, junto con electrones, se unen a una coenzima que se llama nicotín adenín dinucleótido (NAD+) y forma NADH.  Ocurre en el citoplasma.  Es anaeróbica.
  • 4. Vía de las pentosas fosfato  Esta ruta constituye un proceso alternativo como destino de la glucólisis Su función predominantemente es de tipo anabólica más que catabólica Posee dos funciones principales: 1. Proporcionar NADPH para la biosíntesis reductora. 2. Proporcionar ribosa-5-fosfato para la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.  Esta ruta además actúa para metabolizar las pentosas de los alimentos, procedentes principalmente de la digestión de los ácidos nucleicos.
  • 5. Se Divide en dos fases: Fase Oxidativa y Fase NO oxidativa
  • 6. Fase oxidativa: Generación del poder reductor Durante fase oxidativa, a partir de glucosa-6-fosfato obtenida mediante la fosforilación de la glucosa libre, se obtiene NADPH y finalmente se forma la pentosa ribulosa-5-fosfato, motivo por el cual este proceso metabólico se denomina “la ruta de la pentosa fosfato”. La primera reacción es la oxidación de la glucosa-6-fosfato, llevada a cabo por la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. En este primer paso se deshidrogena el grupo C1 para dar un grupo carboxilo, el cual, junto al C5, forma una lactona, es decir, un estes intramolecular. Es aquí donde se liberan dos hidrógenos de los cuales se transfiere un protón (H+) y dos electrones (e-) (hidridión) al NADP+ que actua como aceptor de electrones reduciéndose hasta formar la primera molécula de NADPH; el protón sobrante queda libre en el medio. Acto seguido, se produce la hidrólisis de la lactona gracias a la actuación de la lactonasa, con lo que se obtiene el ácido libre 6-fosfoglucanato. Seguidamente, éste último se transforma en ribulosa-5-fosfato por acción de la 6-fosfoglucanato deshidrogenasa. Aquí se obtiene la segunda molécula de NADPH, además de la liberación de una molécula de CO2 debido a la descarboxilación oxidativa del ácido libre. Finalmente, la enzima pentosa-5-fosfato isomerasa, mediante un intermediario endiol, isomeriza la ribulosa- 5-fosfato y la convierte en ribosa-5-fosfato, gracias a la transformación del grupo cetosa en aldosa. Esta última reacción prepara un componente central de la síntesis de nucleótidos para la biosíntesis de RNA, DNA y cofactores de nucleótidos
  • 7. Fase no oxidativa: destinos alternativos de las pentosas fosfato Esta fase conlleva toda una serie de reacciones reversibles, el sentido de las cuales depende de la disponibilidad del sustrato. Asimismo, la isomerización de ribulosa-5-fosfato a ribosa-5-fosfato es también reversible. Esto nos permite poder eliminar el excedente de ribosa-5-fosfato para acabar transformándolo en productos intermediarios de la glucólisis. La primera reacción llevada a cabo es la epimerización, regulada mediante la enzima pentosa-5-fosfato epimerasa, que convertirá laribulosa-5-fosfato, producto de la fase oxidativa, en xilulosa-5-fosfato, generando así el sustrato necesario para la siguiente reacción controlada por la transcetolasa, la cual actúa junto a la coenzima pirofosfato de tiamina (TPP). Ésta convertirá la xilulosa-5-fosfato en ribosa-5-fosfato y, mediante la transferencia de una unidad de C2 de la cetosa a la aldosa, se producirá gliceraldehído-3- fosfato ysedoheptulosa-7-fosfato. Sucedido esto, la transaldolasa, con la ayuda de un resto lisina en su centro activo, transfiere una unidad C3 de la sedoheptulosa-7-fosfato a gliceraldehído-3-fosfato, con lo que se formarán la tetrosa eritrosa-4-fosfato, además de uno de los primeros productos finales: la hexosafructosa-6-fosfato, la cual se dirigirá hacia la glucólisis.
  • 8. El ciclo del ácido cítrico  A continuación, el acetil-coA entra en una serie de reacciones conocidas como el ciclo del ácido cítrico, en el cual se completa la degradación de la glucosa.  El acetil-coA se une al ácido oxaloacético (4C) y forma el ácido cítrico (6C).  El ácido cítrico vuelve a convertirse en ácido oxaloacético.  Se libera CO2, se genera NADH o FADH2 y se produce ATP.  El ciclo empieza de nuevo.
  • 9. El ciclo del ácido cítrico  La molécula de glucosa se degrada completamente una vez que las dos moléculas de ácido pirúvico entran a las reacciones del ácido cítrico.  Este ciclo puede degradar otras sustancias que no sean acetil-coA, como productos de la degradación de los lípidos y proteínas, que ingresan en diferentes puntos del ciclo, y se obtiene energía.
  • 10. La cadena de transporte de electrones  En el ciclo del ácido cítrico se ha producido CO2, que se elimina, y una molécula de ATP.  Sin embargo, la mayor parte de la energía de la glucosa la llevan el NADH y el FADH2, junto a los electrones asociados.  Estos electrones sufren una serie de transferencias entre compuestos que son portadores de electrones, denominados cadena de transporte de electrones, y que se encuentran en las crestas de las mitocondrias.
  • 11. La cadena de transporte de electrones  Uno de los portadores de electrones es una coenzima, los demás contienen hierro y se llaman citocromos.  Cada portador está en un nivel de energía más bajo que el anterior, y la energía que se libera se usa para formar ATP.  Esta cadena produce 32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada, que más 2 ATP de la glucólisis y 2 ATP del ciclo del ácido cítrico, hay una ganancia neta de 36 ATP por cada glucosa que se degrada en CO2 y H2O.
  • 12. FERMENTACIÓN  Es la degradación de la glucosa y liberación de energía utilizando sustancias orgánicas como aceptores finales de electrones.  Algunos organismos como las bacterias y las células musculares humanas, pueden producir energía mediante la fermentación.  La primera parte de la fermentación es la glucólisis.  La segunda parte difiere según el tipo de organismo.
  • 13. Fermentación alcohólica  Este tipo de fermentación produce alcohol etílico y CO2, a partir del ácido pirúvico.  Es llevada a cabo por las células de levadura (hongo).  La fermentación realizada por las levaduras hace que la masa del pan suba y esté preparada para hornearse.
  • 14. Fermentación láctica  Este tipo de fermentación convierte el ácido pirúvico en ácido láctico.  Al igual que la alcohólica, es anaeróbica y tiene una ganancia neta de 2 ATP por cada glucosa degradada.  Es importante en la producción de lácteos.
  • 15. Respiración resistente al cianuro Cianida -o cianuro- en una célula animal disminuye la respiración hasta casi un 1% o la inhibe totalmente, mientras que en los vegetales se mantiene como en un 25 %. Ello se debe a la presencia de una la oxidasa alternativa. A nivel de ubiquinona existe esta enzima que capta los electrones y no los deja pasar a los citocromos de los complejos III y IV, por lo que no se forma ATP. La energía que se utilizaría para producir ATP no se puede almacenar, por lo que se libera como calor. Por esta vía se produce apenas una tercera parte de lo que se podría producir
  • 16. Importancia de la respiración resistente a la cianida Genera calor : Polinización y resistencia al frío Oxidar sustratos respiratorios que se acumulan en exceso. Actuar en casos de emergencia si se bloquea la otra vía por inhibidores (como el cianuro en yuca. Las semillas de arroz, pepino liberan HCN. Otro caso se da con el sulfito que es común que se presente en especies como algunas cucurbitaceas o en aquellas bajo ambientes anaeróbicos como las acuáticas o de lugares inundados. Sulfito solo inhibe citocromos y no la oxidasa. Excesos de CO2 tienen efecto similar). Previene la producción de super óxido y peróxido de hidrógeno, que se producen a nivel de citocromos. Cuando se acumula mucho malato como en plantas CAM (Crassulacean Acidic Metabolism plants), es necesaria una rápida oxidación de este (por ejemplo durante el dia), para lo cual podría ser importante. En ausencia de la vía alternativa, la inhibición de los citocromos puede favorecer la fermentación, lo cual se ha encontrado en plantas transgénicas que no tienen la oxidasa alternativa. Esto puede llevar a la acumulación de radicales libres y de otros productos que llevan a daños celulares. Producción rápida de compuestos sin mucha necesidad de ATP, como por ejemplo fitoalexinas.