Respiración celular

RESPIRACIÓN
CELULAR
Universidad Nacional Autónoma de Honduras
UNAH
Msc. Dilcia Sánchez

Energía
• El sol es la fuente primordial de casi toda la energía que
sustenta la vida.
• Los organismos fotosintéticos capturan la energía solar a
través del proceso de la fotosíntesis.
• Los animales reciben la energía a través de las cadenas
alimenticias.
• La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo.
Existen dos tipos: Cinética y Potencial.

ATP: Adenosin Trifosfato
• Es la molécula portadora de energía más importante en las células vivas.
• La molécula de ATP es un nucleótido compuesto por:
1. Una base Nitrogenada (Adenina)
2. Una azúcar pentosa (Ribosa)
3. Tres grupos Fosfato

• El ATP almacena la energía dentro de sus enlaces químicos y la
transporta hacia los lugares en que se realizan reacciones químicas.
• Los tres grupos fosfatos del ATP están unidos por enlaces inestables
muy energéticos, que al romperse por hidrólisis liberan energía.
• Cuando el ATP pierde grupos fosfatos se forma:
1. AMP: Adenosin monofosfato. (1 grupo fosfato).
2. ADP: Adenosin difosfato. (2 grupos fosfatos).
3. ATP: Adenosin trifosfato. (3 grupos fosfato).

• El ATP tiene una corta duración en las células, ya que
continuamente se descompone en ADP y fosfato.
• Las moléculas más estables como el glucógeno almacenan energía
durante periodos más largos.
• El ATP es utilizado en los siguientes procesos biológicos:
1. Anabolismo.
2. Bioluminiscencia.
3. Trabajo mecánico.
4. Trabajo eléctrico.
5. Producción de calor.
6. Transporte Activo.

NAD y FAD: Aceptores primarios.
• NAD: nicotinamida adenina dinucleotido.
• FAD: flavina adenina dinucleotido.
• Ambos compuestos capturan los hidrógenos que
provienen de la oxidación de la glucosa.
• Su fórmula oxidada es NAD+ y FAD.
• Su fórmula reducida es NADH2 y FADH2
• Cuando NAD + transporta hidrógenos desde el
citoplasma produce 2 ATP. Y cuando los
transporta desde la mitocondria produce 3 ATP.
• Cuando FAD participa en el proceso produce
solamente 2 ATP.
FAD
NAD

Reacciones en la respiración celular
 Deshidrogenación. Son reacciones en las que se extraen átomos de
hidrógeno.
 Descarboxilación. Son reacciones en las que se extraen de los sustratos
moléculas de CO2.
 Fosforilación y Desfosforilación. Son reacciones en las cuales se
agregan o transfieren fosfatos inorgánicos a los sustratos.
 Hidratación y Deshidratación. Son reacciones en las cuales se libera o se
introduce una molécula de agua al sustrato.
 Preparación. Son reacciones en las cuales se experimentan
transposiciones en las moléculas.

Respiración celular
• Es un proceso catabólico
• Es un mecanismo por etapas altamente enzimático.
• Es un proceso REDOX.
• Se puede realizar en condiciones aeróbicas o anaeróbicas.
• Se realiza en el citoplasma y las mitocondrias de todas las células.
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 36 ATP.
“ La respiracióncelular es el proceso catabólico,realizado por todos los
seres vivos, a través del cual las células utilizanoxígeno,producendióxido
de carbonoy convierten la energíade las moléculasalimenticiasen forma
biológicamente útiles como elATP. ”
Fórmula química de la respiración celular

Fases de la respiración celular
Respiración
Celular
Aeróbica
Glucólisis
Formación
AcetilCoA
Ciclo de Krebs
STE
Anaeróbica
Glucólisis
Fermentación
Láctica
Alcohólica
• La respiración celular puede
desarrollarse en condiciones aeróbicas
y anaeróbicas.
• Las condiciones aeróbicas necesitan
oxígeno en cambio las anaeróbicas no.
• La glucólisis se lleva a cabo en el
citoplasma de la célula.
• Las fases de formación AcetilCoa, ciclo
de Krebs y sistema transportador de
electrones (STE) se realizan en las
mitocondrias.
• La fermentación se lleva a cabo en el
citoplasma celular.

Respiración aeróbica
• Los nutrientes se catabolizan a dióxido de carbono y agua para
obtener energía a partir de una molécula de glucosa.
• Se realiza en cuatro fases:
1. Glucólisis
2. Fase de transición
3. Ciclo de Krebs
4. Sistema transportador de electrones.
Glucólisis
Formación
AcetilCoa
Ciclo de
Krebs
STE

Glucólisis
• Se lleva a cabo en el citoplasma de la célula y se realiza
generalmente en condiciones anaeróbicas.
• Inicia con el desdoblamiento de una molécula glucosa y termina con
la producción de 2 moléculas de piruvato.
• La glucólisis es catalizada por 10 enzimas diferentes.
• Los átomos de hidrógeno de la glucosa son transferidos al aceptor
NAD, el cual los lleva al STE localizado en la membrana interna de la
mitocondria.

Glucólisis
• La glucólisis se realiza en dos fases:
1. Inversión de ATP. Los grupos fosfatos del ATP se
utilizan para fosforilar a la glucosa y producir dos
isómeros. Por esta producción de dos moléculas se dice
que los procesos siguientes en la respiración celular son
dobles.
2. Producción de ATP. Se produce ATP a nivel de sustrato
y la captación de hidrógenos por parte de NAD.

Glucólisis
ATP
ADP
La glucólisis comienza con una reacción de preparación, en la cual la glucosa recibe
un grupo fosfato de una molécula de ATP. Esta última sirve como fuente del fosfato y
la energía necesaria para unir este grupo a la molécula de glucosa. (Una vez que
ocurre esto, el ATP se convierte en ADP y se une al fondo común de ADP de la célula,
hasta que se convierte de nuevo en ATP). La glucosa fosforilada se denomina
glucosa-6-fosfato. (Nótese que el grupo fosfato se une al carbono 6). La fosforilación
de la glucosa la vuelve químicamente mas reactiva.
Hexocinasa
1
La glucosa-6-fosfato es objeto de otra reacción preparatoria, la transposición
de sus átomos de hidrógeno y oxígeno. En esta reacción se convierte en su
isómero, fructosa-6-fosfato.Fosfoglucoisomerasa
2
Glucosa
O
CH₂OH
H H
H
HO
OH
OH
H
OH H
Glucosa-6-fosfato
O
CH₂OH
H H
H
HO
OH
OH
H
OH H
P
Glucólisis Formación
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
Citoplasma Mitocondria Mitocondria Mitocondria

Glucólisis
ATP
ADP
En siguiente término, otra molécula de ATP dona un grupo fosfato con lo que se
forma fructosa-1,6-fosfato. Hasta este punto se han invertido dos moléculas de ATP
en el proceso, sin que se produzca ninguna. Los grupos fosfato están unidos a los
carbonos 1 y 6, y la molécula está lista para su disociación
Fosfofructocinasa
3
A continuación, la fructosa-1,6-bisfosfato se divide en dos azúcares de tres
carbonos, el gliceraldehido-3-fosfato (G3P) y el fosfato de dihidroxiacetona.Aldolasa
4
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
Fructosa-6-fosfato
CH₂OH
H
CH₂O
H
H
HO
O
H
OH
H
O
P
Fructosa-1,6-bisfosfato
CH₂
H
H
HO
O
H
OH
H
O
P O CH
₂
PO

Isomerasa
Glucólisis
Dos NADᶧ
Dos NADH
Cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato es objeto de deshidrogenación, con
el NADᶧ como aceptor del hidrógeno. El producto de esta reacción muy
exergónica es el fosfoglicerato, que reacciona con el fosfato inorgánico
presente en el citosol, con lo que se genera 1,3-bisfosfoglicerato
Deshidrogenasa de gliceraldehido-3-fosfato
6
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
Fosfato de dihidroxiacetona
CH₂P O
CH₂OH
C O El fosfato de dihidroxiacetona puede convertirse
enzimáticamente en su isómero, gliceraldehido-3-
fosfato, para su metabolismo ulterior en la glucólisis.
Isomerasa
5
Gliceraldehido-3-fosfato G3P
H
POCH₂O
H
C O
CHO
H
Dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato (G3P)
C
CC O
H
H₂
C
O P
P
O
Dos moléculas de 1-,3-
bisfosfoglicerato
Pi
Uno de los fosfatos del 1,3-bisfosfoglicerato reacciona con el ADP y
forma ATP. Esta transferencia de un fosfato desde un intermediario
fosforilado al ATP se denomina fosforilación a nivel de sustrato.Fosfoglicerocinasa
7
Dos ATP
Dos ADP

Glucólisis
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
C
H
C
O
H
H₂
C
O P
O
O
Dos moléculas de 3-
fosfoglicerato El 3-fosfoglicerato se transpone en 2-fosfoglicerato por cambio
enzimático de la posición del grupo fosfato. Se trata de una
reacción preparatoria.Fosfogliceromutasa
8
C
H
C
O
H
H₂
C
O P
O
O
Dos moléculas de 2-
fosfoglicerato Luego, se extrae una molécula de agua, lo que da por
resultado la formación de un doble enlace. El producto,
fosfoenolpiruvato (PEP), tiene un grupo fosfato unido por un
enlace inestable (línea ondulada).Enolasa
9
H₂O

Glucólisis
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
C
C
CH
₂
O P
O
O
Dos moléculas de
fosfoenolpiruvato
Cada una de las dos moléculas de PEP transfiere su grupo fosfato al
ADP, con lo que se generan ATP y piruvato. Esta es una reacción de
fosforilación a nivel de sustrato, como el paso 7 anterior.
Piruvatocinasa
10
Dos ATP
Dos ADP
C
C
CH
₃
O
O
O
Dos moléculas de piruvato
Los productos finales de la Glucólisis son:
1. 2 NAD
2. 2 ATP netos y
3. 2 moléculas de piruvato.

Formación Acetil CoA
• Es un proceso intermedio entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.
• Se desarrolla en la mitocondria en condiciones aeróbicas.
• Inicia con el producto final de la glucólisis (piruvato) y termina con la
formación de 2 moléculas de acetil coenzima A.
• El piruvato pierde un grupo CO2 (descarboxilación), transfiere sus
átomos de hidrógeno al aceptor NAD y se une a la coenzima A.

AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
Glucosa
Piruvato
(Citoplasma)
2 ATP 2ATP 32 ATP
Formación AcetilCoA
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
H₃
C
C
O
O
Piruvato
C
O
CO₂
Dióxido
de
Carbono
NADᶧ NADH
Coenzima A
H₃
C
O
Acetilcoenzima A
C
S Co
A
Formación de Acetilcoenzima A. El piruvato , una molécula de tres carbonos que es el producto
terminal de la glucólisis, ingresa y experimenta descarboxilación oxidativa. En el primer término, el
grupo carboxilo se disocia en la forma de dióxido de carbono. Luego, se oxida el fragmento
residual de dos carbonos, y sus electrones se transfieren al NADᶧ. Por último, el grupo de dos
carbonos oxidados, que es un grupo acetilo, se une a la coenzima A. Esta tiene un átomo de
azufre , que forma un enlace muy inestable (indicado mediante una línea ondulada) con el grupo
acetilo.

Ciclo de Krebs
• Llamado así en honor al bioquímico alemán Hans Krebs. Se conoce también
como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
• Se lleva a cabo en las mitocondrias en condiciones aeróbicas y es la fase en
la que más deshidrogenaciones ocurren.
• Inicia cuando el AcetilCoA se une con el Oxaloacetato (producto final del
ciclo), formando el Citrato (compuesto de seis carbonos).
• Todos los ácidos del ciclo, sufren diferentes reacciones químicas que los
preparan para ceder los átomos de hidrógeno a los aceptores NAD y FAD.

Se rompe el enlace inestable que une el grupo acetilo a la
coenzima A. Dicho grupo de dos carbonos, se une a la molécula
de oxalacetato de cuatro carbonos con lo que se forma citrato. La
coenzima A queda libre para combinarse con otro grupo de dos
carbonos y repetir el proceso.
1
Ciclo de Krebs
AcetilCoA
Ciclo de
Krebs
Transp. De
electrones
C
C
COO⁻
H
COO⁻
Oxalacetato
H
C
C
COO⁻
H
COO⁻
Fumarato
H
C
C
COO⁻
H
COO⁻
Malato
H
H O
H
C
C
COO⁻
H
COO⁻
Succinato
H
H H
CH₂
C
O
COO⁻
SuccinilCoA
CH₂
S Co
A
C
COO⁻
H
COO⁻
Citrato
H
C
COO⁻HO C
HH
C
COO⁻
H
COO⁻
Isocitrato
H
C
COO⁻H C
HOH
C
COO⁻
H
COO⁻
α- Cetoglutarato
H
C
COO
⁻
H C
HOH
En este paso la succinilCoA se convierte en succinato, y ocurre la fosforilación a nivel de
sustrato. El enlace que une la coenzima A con el succinato-S es inestable. El desdoblamiento
de la succinilcoenzima A está acoplado a la fosforilación de GDP para formar GTP, un
compuesto similar al ATP. GTP transfiere su fosfato a ADP, de lo que resulta ATP.
5
En seguida el α- Cetoglutarato experimenta
descarboxilación y deshidrogenación, con lo que se forma
la succinilcoenzima A, de cuatro carbonos. A esta reacción
la cataliza un complejo multienzimático similar al que
participa en la conversión del piruvato en acetilCoA.
4
El isocitrato experimenta
deshidrogenación y
descarboxilación, con lo que se
genera α- Cetoglutarato, un
compuesto de cinco carbonos.
3
Los átomos de citrato se trasponen
mediante dos reacciones
preparatorias, en que primero se
disocia una molécula de agua y luego
se añade otra. Mediante estas
reacciones el citrato se convierte el
su isómero el isocitrato.
2
CoA
AcetilCoA
El succinato se oxida
cuando dos de sus átomos
de hidrógeno se transfieren
al FAD, con formación de
FADH₂. El compuesto
resultante es el fumarato.
6
Con la adición de agua, el
fumarato se convierte en
malato.
7
El malato se deshidrogena con lo que
se forma oxalacetato. Los átomos de
hidrógeno disociados se transfieren al
NAD. En este punto el oxalacetato
puede combinarse con otra molécula
de acetilCoA, con lo que comienza de
nuevo el ciclo.
8
CICLO DEL
ÁCIDO
CÍTRICO
H₂O
H₂O
NADᶧ
NADH
NADᶧ
NADH
CoA
CO₂
FADᶧ
FADH
₂
H₂O
NADᶧ
NADH
ADP
ATP
GDP
GTP
CoA
CO₂

Sistema transportador de electrones (STE)
• Conocido también como cadena enzimática de citocromos o sistema de
fosforilación oxidativa.
• Es el destino final de todos los átomos de hidrógeno captados por los
aceptores NAD y FAD.
• Se lleva a cabo en las membranas internas de las mitocondrias.
• En esta fase los electrones de los átomos de hidrógeno son transferidos a un
conjunto de citocromos.
• La coenzima Q separa los protones de los electrones, ya que solo estos
últimos pueden atravesar la membrana interna mitocondrial.

O2
Cit a3
Cit a
Cit c1
Cit b
CoQ
FMN
NADH2
FADH2
Provenientes de
la Formación
Acetil CoA y
Ciclo de Krebs
e-
e-
e-
e-
e-
p+
H2O
Proveniente de
Glucólisis.
NADH2
ATP
ATP ATP

Respiración anaeróbica
• Se realiza en el citoplasma de la célula.
• Este proceso es realizado por hongos, bacterias y en el ser humano en las células
musculares.
• El piruvato es reducido por NAD y se producen 2 ATP y 2 moléculas de lactato.
 Fermentación láctica

• No se realiza en humanos.
• Se lleva a cabo en el citoplasma.
• El piruvato es descarboxilado y forma un compuesto intermediario llamado
acetaldehído, el cual es reducido por NAD para producir etanol.
• También produce 2 ATP.
 Fermentación alcohólica

Degradación de otros nutrientes
• La oxidación de las grasas produce un total de 44 ATP y se realiza por el
proceso llamado Betaoxidación.
• Las proteínas se degradan por Desaminación y el número de ATP que
pueden producir depende del aminoácido que ingresa al ciclo.

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