Primera parte del tema 13 de Biología de 2º de Bachillerato sobre rutas catabólicas aerobias y anaerobias del metabolismo.

1. CATABOLISMO
Tema 13 (1º parte)

2. Respiración celular
◼ Todos las células degradan las moléculas de alimento
para obtener energía.
◼ Este proceso es una combustión controlada i gradual de
la que la célula obtiene energía.

3. Respiración celular
◼ En el caso más general, la oxidación completa de las moléculas
orgánicas se da presencia de O2 y produce H2O y CO2:
respiración aerobia.
◼ La Respiración Celular es una de las vías principales del
metabolismo, gracias a la cual la célula obtiene energía en
forma de ATP.

4. Fases de la respiración celular
◼ Los combustibles orgánicos se oxidan para dar
moléculas de 2/3 átomos de carbono.
 En el caso de la glucosa, glucólisis.
◼ Los grupos acetilo se oxidan completamente en
el ciclo de Krebs.
◼ Los coenzimas reducidos se regeneran en la
cadena de transporte electrónico.

5. Fórmula general Respiración
◼ La fórmula general de la respiración celular de la
glucosa se puede representar con la siguiente
ecuación.
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

6. Etapas de la respiración

7. Glucolisis
◼ Es una ruta central del catabolismo.
◼ Tiene lugar en el citoplasma y no necesita O2
◼ Consiste en:
glucosa (6 C) 2 de piruvato (3 C)
con la producción de 2 ATP y 2 NADH.

8. Glucólisis
◼ Procedencia de la glucosa:
 Azucares del alimento
 Glucógeno o almidón almacenado.
 Transformación a partir de otros
compuestos.
 Fotosíntesis.

9. Glucólisis
◼ La glucólisis es una secuencia de 10
reacciones que se dividen en 2 fases:
 Fase preparatoria: la molécula de
glucosa se divide en dos moléculas de 3
átomos de C (PGA).
 2ª Fase: se oxidan dos moléculas de
PGA hasta Pyr.

11. 1º Fase de la glucólisis

12. 2º Fase de la glucólisis

13. Glucólisis
◼ 1ª Fase:
Glucosa + 2 ATP 2 PGA + 2 ADP
◼ 2ª Fase:
2 PGA + 2 NAD+ + 4 ADP + 2 Pi 2 PYR + 2 NADH + 2 H++ 4 ATP + 2 H20
◼ Reacción global:
Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 PYR + 2 NADH + 2 H++ 2 ATP + 2 H20

15. ◼ Proceso por el que se obtiene ATP
en la glicolisis.
◼ Es la síntesis de ATP a partir de un
grupo fosfato transferido desde un
compuesto orgánico.
Fosforilación a nivel de sustrato
◼ Este es el mecanismo más sencillo y antiguo de producción
de ATP.

16. Funciones de la glucólisis
◼ La glucólisis tiene tres funciones principales:
 La generación de moléculas de alta energía,
ATP y NADH como fuente de energía celular.
 La generación de ácido pirúvico que pasará al
ciclo de Krebs, como parte de la respiración
aeróbica.
 La producción de compuestos intermediarios de
3 carbonos, que pueden ser utilizados en otros
procesos celulares.

17. Energía de la glucólisis
◼ La glucólisis libera solamente el 10% de la
energía disponible en la glucosa.
◼ Esta energía se almacena en forma de ATP
y NADH.
◼ La energía restante se libera al oxidarse las
moléculas de ácido pirúvico a H2O y CO2.

18. Significado biológico de la glucólisis
◼ Es una ruta central del catabolismo que tiene lugar
tanto en procariotas como eucariotas.
◼ Es una degradación parcial de la glucosa. La
energía obtenida por molécula de glucosa es escasa
(2 ATP).
◼ Proceso anaerobio que tiene lugar en el citoplasma y
que permite obtener energía en ausencia de O2.
◼ La glucólisis fue, probablemente, uno de los
primeros mecanismos para la obtención de
energía en la primitiva atmósfera (sin O2) de la
Tierra.

19. Destino del piruvato
◼ Por un lado, el piruvato es una molécula orgánica
susceptible de sufrir un mayor proceso de oxidación.
◼ Por otro lado, para que la glicolisis pueda continuar, el
NADH ha de regenerarse.
◼ El destino del piruvato
depende del tipo de
célula y la
disponibilidad de O2.

20. Descarboxilación del piruvato
◼ Es el lazo entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.
◼ El ácido pirúvico, (3 C) entra en la mitocondria y se
oxida a grupo acetilo (2 C), y se une al coenzima A
(Acetil-coA).
◼ Al formarse el Acetil-CoA, se produce una molécula
de CO2.
◼ En esta oxidación se forma NADH.

21. Oxidación del piruvato
Piruvato deshidrogenasa

22. Obtención del Acetil CoA
◼ El Acetil CoA es el producto principal de la
degradación de los combustibles orgánicos.
◼ Continúa su proceso de oxidación hasta
CO2 y H2O, en el ciclo de Krebs.
◼ En el ciclo de Krebs (matriz mitocondrial)
confluyen todas las rutas catabólicas de la
respiración aerobia.

23. Ciclo de Krebs

24. Ciclo de Krebs

25. Ciclo de Krebs
◼ Es una ruta cíclica, que forma parte de la
respiración celular en todas las células
aerobias, es decir que utilizan oxígeno

26. Ciclo de Krebs
◼ El ciclo de Krebs o del ácido cítrico, tiene
lugar en las mitocondrias.
◼ El acetil-coA se une al ác. oxaloacético (4 C )
para formar ác. cítrico (6 C).
◼ A través de las reacciones del ciclo, el ácido
cítrico vuelve a regenerar el oxalacétato.
◼ En cada vuelta del ciclo se liberan 2CO2, se
generan 3NADH y 1FADH2. y se produce 1
ATP.

27. Ciclo de Krebs
◼ El CO2 que se forma en el ciclo de ácido cítrico
es un producto de desperdicio que se elimina.

28. Ciclo de Krebs
◼ El ciclo del ácido cítrico
puede degradar otras
sustancias además del
Acetil-CoA.
◼ Algunas sustancias
producidas por la
degradación de lípidos y
proteínas entran en el
ciclo de ácido cítrico, y se
obtiene energía.

30. Significado biológico del Ciclo de Krebs
◼ Es la ruta oxidativa final de la glucosa.
◼ Es una ruta central del catabolismo. En ella
convergen la mayoría de los combustibles
orgánicos.
◼ En esta ruta se lleva a cabo la oxidación total
de la glucosa (materia orgánica) a CO2 y H2O
(materia inorgánica)

31. Cadena trasportadora de electrones
◼ Durante el ciclo de Krebs se sintetiza ATP, pero la
mayor cantidad de energía la llevan los electrones
del NADH y FADH2.
◼ Estos coenzimas se regeneran cediendo los e- a la
cadena transportadora de electrones.
◼ Estos e- son transferidos a los compuestos que se
encuentran en las crestas de las mitocondrias y que
forman la cadena de transporte de electrones.
◼ En las células procariotas, la respiración celular se
lleva a cabo en estructuras respiratorias de la
membrana celular.

32. Cadena transportadora de e-
◼ Los electrones son
cedidos a los enzimas
de la cadena de
transporte de
electrones localizados
en las crestas
mitocondriales

33. Cadena respiratoria
◼ La cadena respiratoria se forma por una serie de
componentes englobados en la membrana interna
mitocondrial de los eucariotas y en la plasmática de
los procariotas:
 Los complejos proteicos I, II, III y IV
 La ubiquinona (Q) y el citocromo c
◼ La energía liberada por los e- se utiliza en para
bombear H+ al espacio intermembrana. Los H+
vuelven a través de las ATP-sintetasas (partículas F).

34. Potenciales Redox
◼ El flujo de e- es favorable
energéticamente a través de
los componentes de la
cadena.
◼ Cada componente tiene
mayor potencial redox que el
que le precede.
◼ La energía se va liberando
gradualmente, pero hay tres
saltos mayores, a nivel de los
complejos I, III y IV.
◼ El potencial redox es una medida de la tendencia de una especie
química a captar electrones.

35. Q
FADH2
NADH
NAD + FAD
2 H+
+ 1/2 O2
H2O
2e-
2e-
_
Sistema I Sistema II
y III
Sistema IV
Matriz mitocondrial
Espacio
intermembrana
Cit c
_
ATP
ADP
_
Cadena de transporte electrónico
◼ Los enzimas de la cresta mitocondrial transportan los e-
hasta el O2 y forman H2O

36. Q
FADH2
NADH
NAD + FAD
2 H+
+ 1/2 O2
H2O
2e-
2e-
_
Sistema I Sistema II
y III
Sistema IV
Matriz mitocondrial
Espacio
intermembrana
Cit c
_
H+
H+
H+ H+
H+ H+
H+
H+
H+ H+
H+
ATP
ADP
_
Cadena de transporte electrónico
◼ Los enzimas de la cresta mitocondrial transportan los e-
hasta el O2 y forman H2O

37. Fosforilación oxidativa
◼ Las ATP-sintetasas producen ATP cuando son
atravesadas por un flujo de H+.

38. Hipótesis quimiosmótica
◼ La energía liberada en los complejos I, III y IV se
emplea en bombear H+ al espacio intermembrana.
◼ La vuelta de los H+ a la matriz, a favor de gradiente,
se realiza a través de la ATP-sintasa y libera la
energía suficiente para producir ATP.
◼ La teoría quimiosmótica relaciona los tres procesos:
Transporte de e - Bombeo de H+ Formación de ATP

39. Cit C
La Cadena Respiratoriapartiendo del NADH (animación)
3ATP
3ADP
NADH
NAD+
+
+
Comp.
I
e e
e e
+
+
Comp.
III
e e
+
+
Comp.IV
e e
e e
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+

40. Cit C
La Cadena Respiratoria partiendo del FADH2 (animación)
2ATP
2ADP
FAD
+
+
Comp.
I
+
+
Comp.III
e e
+
+
Comp.IV
e e
e e
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
e e
FADH2

41. Transferencia de energía (II)
2. Mediante la transferencia de electrones, en las
reacciones redox.
◼ La energía almacenada en los coenzimas reducidos
se utiliza en último término, en una cadena
transportadora de electrones, para la síntesis de ATP
al reoxidarse los coenzimas.
◼ La síntesis de ATP se realiza mediante la fosforilación
oxidativa o la fotofosforilación.

44. Fermentaciones
◼ El destino del piruvato depende del tipo de célula y
la disponibilidad de O2.

45. Fermentaciones
◼ La fermentación es otra forma de producir energía a
partir de la degradación parcial de combustibles
orgánicos (principalmente azúcares como la glucosa)
en ausencia de O2.
◼ En la respiración celular, el aceptor de los electrones
es una sustancia inorgánica, el O2
◼ La fermentación utiliza sustancias orgánicas como
aceptores finales de electrones.
◼ Se producen en el citoplasma.

46. ◼ Algunos seres vivos, como ciertas bacterias,
obtienen energía solamente de la
fermentación; no necesitan oxígeno.
◼ Las células musculares animales pueden
producir energía a partir de la fermentación
como “medida de emergencia” para producir
energía cuando el oxígeno escasea, pero
solo por corto tiempo.
Fermentaciones

47. Tipos de fermentación
Fermentación
Alcohólica Láctica
Tipos según la naturaleza del producto final
Alcohol etílico Ácido láctico
Butírica Pútrida
Ácido butírico Productos
orgánicos y
malolientes
Tipos de organismos
según el proceso
catabólico que
realicen
Anaerobio facultativo
Anaerobio estricto
En presencia de O2 realizan la respiración
y en ausencia fermentación
Siempre realizan fermentación
Levaduras
del género
Saccharomyces
y bacterias
Lactobacillus y
Streptococcus
Aerobio

48. Fermentación alcohólica
◼ Se produce en dos partes:
 1ª parte: glucólisis.
 2ª parte: conversión del ác. pirúvico en alcohol
etílico y CO2.
◼ Al igual que en la respiración celular, se
forman dos moléculas de ác. pirúvico, pero
con una única ganancia neta de 2 ATP.

49. Fermentación alcohólica
◼ La realizan levaduras y ciertas bacterias,
que transforman la glucosa en etanol y CO2
obteniendo 2 ATP.
◼ El piruvato se descarboxila para formar
acetaldehído y CO2.
◼ A continuación, el acetaldehído se reduce a
etanol regenerándose el NADH.
◼ El acetaldehído es el aceptor final de los e-
del NADH obtenido en la glicolisis.

50. Fermentación alcohólica
C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP
(glucosa) (alcohol etílico)
Las células de levadura Sacharomyces cerevisiae llevan
a cabo la fermentación alcohólica, que hace que la
masa del pan suba.

51. Fermentación láctica
◼ Es importante para la producción de muchos alimentos
lácteos, como quesos y yogurt.
◼ También se produce en dos partes:
 1ª parte: glucólisis.
 2ª parte: conversión del ác. pirúvico en lactato.

52. ◼ Cuando no hay suficiente oxígeno
en las células musculares, la
glucosa se fermenta.
◼ La acumulación de H+ produce
fatiga celular y la sensación de
quemazón que se siente al hacer
ejercicios extenuantes.
◼ Para recobrase de la fatiga es
necesario que se produzca energía
mediante la respiración aeróbica.
Fermentación láctica

53. Ciclo de Cori

54. Ciclo de Cori
◼ Circulación cíclica de la glucosa y el lactato entre
el músculo y el hígado.
◼ Durante el trabajo muscular anaerobio, se produce lactato,
que es llevado al hígado.
◼ El lactato en el hígado es convertido nuevamente en
glucosa por gluconeogénesis, retornando a la circulación
para ser llevada de vuelta al músculo.
◼ Representa la integración entre la glucólisis i la
gluconeogenésis.

55. Fermentación butírica
◼ Consiste en la descomposición de polisacáridos
vegetales, como el almidón y la celulosa, en
productos como el ácido butírico, el H2, el CO2 y
otras sustancias malolientes.
◼ Se producen entre otros sitios en el rumen de los
herbívoros.
◼ La realizan bacterias anaerobias como
Bacillus amilobacter y Clostridium butiricum.
◼ Contribuye a la descomposición de los restos
vegetales en el suelo.

56. Fermentación pútrida
◼ Putrefacción. Consiste en la degradación de
sustratos proteicos que generan productos
malolientes como el indol, cadaverina y el escatol
(responsable del olor de los cadáveres y de las
semillas en descomposición).
◼ A veces dan productos que producen los sabores
típicos de quesos y vinos

57. Otras rutas metabólicas
Cadena
respiratoria
Desaminación * Glucólisis ß -oxidación
Ácido
pirúvico
Acetil -CoA
Aminoácidos Glúcidos
Grasas
CO2, H2O y ATP
Glicerol Ac. Grasos
* Eliminación del
grupo amino de
los aminoácidos
en forma de NH3

58. Catabolismo de los lípidos
◼ En los animales, se almacenan triacilglicéridos en
el tejido adiposo y se hidrolizan por la acción de las
lipasas.
1 g grasa → 9,5 Kcal
Se almacenan sin
acumular agua
1 g carbohidratos → 4 Kcal

59. Hidrólisis enzimáticas de las grasas
Triacilglicérido Glicerol + 3 Ácidos grasos
Lipasa
COOH
(CH2 )14
CH3
COOH
(CH2 )14
CH3
COOH
(CH2 )14
CH3
CH2
CH
CH2
HO
HO
HO
CO
(CH2 )14
CH3
CO
(CH2 )14
CH3
CO
(CH2 )14
CH3
CH2
CH
CH2
O
O
O
Ácido palmítico
Glicerina
+
Tripalmitina
Hidrólisisdel triglicérido

60. Degradación de los ácidos grasos
◼ Mediante la β-oxidación, (matriz mitocondrial) los
ácidos grasos son degradados a acetil-CoA.
◼ Los ácidos grasos deben ser previamente
activados a acil-CoA (supone gasto energético) y
transportados desde el citosol a la mitocondria.
membrana mitocondrial externa

61. β-oxidación de los ácidos grasos
◼ Los restos Acil-Coa pasan a la matriz mitocondrialmediante
transportadores específicos

62. β-oxidación de los ácidos grasos
◼ Oxidación
◼ Hidratación
◼ Oxidación
◼ Rotura
◼ Resultado/vuelta:
 FADH2
 NADH + H+
 acetil-CoA

63. ◼ Consiste en la liberación sucesiva de acetil-CoA
(restos de 2C) a partir del extremo carboxílico del
acil-CoA tras la oxidación del átomo de carbono b
(carbono 3).
◼ El proceso se repite hasta la degradación total del
acil-CoA a acetil-CoA.
◼ A continuación, el acetil-CoA se oxida en el ciclo de
Krebs y todos los FADH2 y NADH formados se
oxidan en la cadena respiratoria generando ATP.
β-oxidación de los ácidos grasos

64. Rendimiento energético (16 at. C)
CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COSCoA
En cada ciclo de la
β-oxidación se
libera un Acetil CoA
y se produce
NADH y FADH2
8 Acetil CoA
7 NADH
7 FADH2
C. de Krebs
8 x 12 ATP = 96 ATP
Cadena respiratoria
7 x 3 ATP = 21 ATP
7 x 2 ATP = 14 ATP
131 ATP
Pero hay
que restar
2 ATP activación
Ácidos grasos
-2 ATP
129 ATPs

65. Balance energético oxidación ác. graso
Rendimiento de la oxidación de ácido palmítico (16C)
Activación
del ácido
graso
Ciclo de Krebs Cadena
respiratoria
- 2 ATP -2 ATP
8 Acetil Co A 8 x ( 3 NADH + 1 FADH2
+ 1 GTP) = (12 ATP) x 8
96 ATP
7 NADH 3 ATP x 7 21 ATP
7 FADH2 2 ATP x 7 14 ATP
TOTAL 129 ATP

66. Catabolismo de proteínas
Función ENERGÉTICA
PROTEÍNAS No tienen
Exceso de aminoácidos
No se pueden almacenar, ni secretar
Ayuno prolongado
Salvo en algunas situaciones
Se usan como fuente de energía,
pero puede poner en peligro la
salud y alterar el crecimiento
Catabolismo de los
aminoácidos
Eliminación de los
grupos amino
Transformacióndel
resto resultante
Separaciónde
los grupos amino

67. Catabolismo de aminoácidos
En el hígado
Gasto de ATP
(Ciclo de la urea)
20 aa diferentes
20 rutas diferentes
TRANSAMINASAS
Nivel en sangre con
valor diagnóstico de
problemas del hígado
Desaminación