Biologia molecula I

1. 3
Unidad
Respiración Aeróbica y Mitocondrias

2. OBJETIVO DE LA SESIÓN
Analizar la importancia del metabolismo
celular

3. Por tanto…
• Al finalizar la sesión, el estudiante estará en capacidad de analizar la
importancia del metabolismo celular y la sobrevivencia

4. Metabolismo celular
Y Mitocondria

5. ¿COMO OBTIENE ENERGÍA LA
CÉLULA?
LAS CÉLULAS REQUIEREN DE UN ABASTECIMIENTO CONTINUO DE
ENERGÍA PARA IMPULSAR LA GRAN CANTIDAD DE REACCIONES
METABOLICAS ESENCIALES PARA MANTENERSE CON VIDA
LA ENERGÍA CELULAR ES ALMACENADA EN LOS ENLACES QUÍMCOS
DE LAS MOLÉCULAS PORTADORAS DE ENERGÍA
AT
P
Adenosin trifosfato

6. AT
P
ADENOSIN
TRISFOFATO
MOLÉCULA PORTADORA DE ENERGÍA MÁS COMÚN ENTRE LAS CÉLULAS

7. AT
P

8. RESPIRACIÓN

9. Casi todos los organismos efectúen o no la fotosíntesis,
dependen de ella para tener moléculas energéticas y el
oxígeno necesario para degradarlas.
En la fotosíntesis se capta energía liberada por
Glucolisis y respiración celular.
La energía de la luz solar se almacena en la glucosa por
fotosíntesis, la cual se realiza en los cloroplastos de las
plantas verdes.
La glucólisis (que se produce en el citosol) y la respiración celular
(en la mitocondria) liberan la energía química almacenada en la
glucosa.
Las flechas rojas indican, la respiración celular
produce mucho más energía que la glucólisis.
Los productos de la fotosíntesis se aprovechan en la
respiración celular, la cual produce las moléculas que
se aprovechan en la fotosíntesis.

10. Simetría de la ecuación química de la degradación de la glucosa en
la fotosíntesis
Fotosíntesis:
6 CO2 + 6 H2O + energia luminosa → C6H12O6 + 6 O2
Degradación completa de la glucosa:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energía química (ATP) + calor

11. ANABOLISMO
ES EL METABOLISMO DE CONSTRUCCIÓN DE SUSTANCIAS
CON ABSORCIÓN DE ENERGÍA
Ejemplos:
❑ la fotosíntesis
❑ La síntesis de proteínas

12. CATABOLISM
O
ES EL METABOLISMO DE DEGRADACIÓN DE SUSTANCIAS
CON LIBERACIÓN DE ENERGÍA
EJEMPLO:
❑ RESPIRACIÓN CELULAR
❑ CICLO DE KREBS

13. GLUCOGENO
GLUCOSA MOLÉCULA CLAVE DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
Los seres humanos y muchos otros animales guardan la energía
en moléculas como el glucógeno (un polisacárido compuesto por
largas cadenas de moléculas de glucosa) y grasas
La mayoría de las células puedeN metabolizar diversas moléculas
orgánicas para producir ATP.
Todas las células se enfocan en la degradación de la glucosa, que
pueden utilizar como fuente de energía.
Cuando las células producen ATP con moléculas de glucógeno,
almidón o grasa, primero las convierten en glucosa o en otros
compuestos que entran en la ruta metabólica que se sigue para
degradar la glucosa

14. ETAPAS DE LA DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA
PRIMERA
ETAPA
GLUCOLISIS (del griego gluco-, que significa “dulce”, y –lisis, “romper”
La glucólisis comienza con la degradación de la glucosa
(un azúcar de seis carbonos), lo que da por resultado dos
moléculas de piruvato (molécula de tres carbonos)
Parte de la energía de la glucosa sirve para generar dos
moléculas de ATP.
La glucólisis no necesita oxígeno y ocurre de la misma
manera en condiciones aeróbicas (con oxígeno) que
anaeróbicas (sin oxígeno). Las reacciones de la
glucólisis se verifican en el citosol.

15. GLUCOLISIS

16. SEGUNDA
ETAPA
ETAPAS DE LA DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA
RESPIRACIÓN CELULAR
Durante ésta, las dos moléculas de piruvato producidas por glucólisis se degradan
en seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua.
Se usa oxígeno en la última etapa de la respiración celular, que produce 34 o 36
moléculas adicionales de ATP por cada dos moléculas de piruvato que entran.
En las células eucariontes, las reacciones de la respiración celular se producen en
la mitocondria, organelos especializados en la degradación aeróbica del piruvato.

17. • Si no hay oxígeno, la segunda etapa de la degradación de la glucosa
es la fermentación, que no genera energía química adicional.
• Durante la fermentación, el piruvato no entra en la mitocondria, sino
que permanece en el citosol y se convierte en lactato o bien en
etanol y CO2.
ETAPAS DE LA DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA

18. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA GLUCOLISIS
1 ACTIVACIÓN DE LA GLUCOSA: se aprovecha la energía de 2 moléculas de ATP para convertir glucosa en
la
Reactiva fructosa bifosfato que se degrada en dos moléculas de G3P
2 COSECHA DE ENERGÍA: Las dos moléculas de G3P sufren una serie de reacciones que generan 4 moléculas
De ATP y 2 de NADH
RESULTADO DE LA GLUCOLISIS: Una producción neta de 2 moléculas de ATP y 2 de NADPH por cada molécula de glucosa

19. GLUCOLISIS
RESUMEN
Estas reacciones producen una ganancia neta de dos moléculas de ATP y
dos moléculas de NADH.
Cada molécula de glucosa se degrada en dos moléculas de piruvato.

20. RESPIRACIÓN CELULAR
POSTERIOR A LA GLUCOLISIS OCURRE LA RESPIRACIÓN CELULAR
ES UNA SEGUNDA ETAPA DE DEGRADACIÓN DE LA
GLUCOSA
GLUCOLISIS PIRUVAT
O
DEGRADA
SE EXTRAE MUCHA MAS ENERGÍA
DIOXIDO DE
CARBONO
AGUA

21. RESPIRACIÓN CELULAR DE LA EUCARIOTAS OCURRE EN LAS MITOCONDRIAS
la MITOCONDRIA, un organelo considerado “fuente de energía” de la célula.
Una mitocondria tiene dos membranas que producen dos compartimentos.
La membrana interna engloba un compartimento central que contiene la
matriz fluida y la otra rodea al organelo
se produce un espacio intermembranoso entre las membranas interna y
externa

23. EL PIRUVATO SE DEGRADA EN LA MATRIZ DE LA MITOCONDRIA Y SE LIBERA ENRGIA Y CO2
El piruvato, producto final de la glucólisis, se sintetiza en el citosol.
Para que ocurra la respiración celular, el piruvato deber ser
transportado del citosol a la matriz de la mitocondria, donde se
encuentran las enzimas necesarias.

25. ETAPAS DE LAS REACCIONES DE LA MATRIZ DE LA MITOCONDRIA FORMACIPON DE
ACETIL CoA
❑ FORMACION DE ACETIL CoA
❑ CICLO DE KREBS
ACETIL CoA
Para producir acetil CoA, el piruvato sufre una descarboxilación (pierde CO2), forma un grupo
acetil y libera CO2. El grupo acetilo reacciona con la CoA y se forma el acetil CoA
El acetil CoA consta de un grupo acetil de dos carbonos unido a una molécula llamada
coenzima A (CoA).
Durante esta reacción, dos electrones energizados y un ion hidrógeno
se transfieren al NADpara formar NADH.
Nicotinamida adenina dinucleótida

26. Las reacciones en la matriz de la mitocondria forman una ruta cíclica llamada ciclo de Krebs
Ciclo de krebs
el ciclo de Krebs recibe su nombre en honor a quien lo descubrió, el bioquímico Hans Krebs, ganador
del premio Nobel en 1953).
El ciclo de Krebs se llama también ciclo del ácido cítrico porque el citrato (la forma ionizada del
ácido cítrico) es la primera molécula que se produce en el ciclo.
La CoA no se altera permanentemente durante estas reacciones y se reutiliza muchas
veces.
Las enzimas de la matriz de la mitocondria degradan el grupo acetilo y liberan dos moléculas de CO2
(cuyos carbonos proceden del grupo acetilo) y regeneran la molécula de cuatro carbonos para usar
en ciclos futuros.

27. Durante el ciclo de Krebs, la energía química que se libera de la degradación de cada grupo
acetilo (formado a partir del piruvato generado en la glucólisis) es captada en moléculas
portadoras de energía.
Cada grupo acetilo produce un ATP, tres NADH y un FADH2. El FAD es flavin
adenin dinucleótido, un portador de electrones energizados parecido al NAD.
En el ciclo de Krebs, el FAD toma dos electrones energizados junto con dos H y forma FADH2.
Recuerda que por cada molécula de glucosa se forman dos de piruvato, de modo que la energía
generada por la molécula de glucosa es el doble de la energía generada por cada piruvato
Durante las reacciones de la matriz de la mitocondria se produce CO2 como producto de desecho
En el organismo el CO2 pasa por difusión de las células a la sangre, que lo lleva a los pulmones para que
lo exhalen.

29. En la segunda etapa de la respiración celular, electrones energizados recorren la
cadena de transporte de electrones
Al final de las reacciones de la matriz mitocondrial la célula ganó cuatro ATP de la molécula de
glucosa original (una ganancia neta de dos durante la glucólisis y dos durante el ciclo de Krebs).
Durante la glucólisis y las reacciones de la matriz de la mitocondria, la célula captó
muchos electrones energizados en moléculas portadoras:
TOTA
L
2
FADH
10 NADH
POR CADA MOLÉCULA
DE GLUCOSA QUE SE
DEGRADA
Estos portadores liberan dos electrones energizados en una cadena de transporte de
electrones (CTE), de la cual se insertan muchas copias en la membrana interna de la
mitocondria

31. Sin el oxígeno que obtenemos del aire que respiramos, los electrones no se moverían por la CTE y no sería
posible bombear el H a través de la membrana interna. El gradiente de H se disiparía y se detendría la
síntesis de ATP por quimiósmosis. Como nuestras células tienen un metabolismo tan activo, no pueden
sobrevivir sin suministro continuo de oxígeno para que la producción de ATP continúe.

32. En la tercera etapa de la respiración celular se produce ATP por quimiósmosis
La quimiósmosis es el consumo inicial de energía para generar un gradiente de H; a continuación el ATP
capta energía en sus enlaces, a medida que los H fluyen por su gradiente. Cuando la CTE bombea H a través
de la membrana interna, produce una concentración elevada de H en el espacio intermembranoso y una
concentración baja en la matriz
A medida que los iones hidrógeno pasan del espacio intermembranoso a la matriz a través de estas enzimas
que producen ATP, el flujo de iones genera ATP a partir de ADP y fosfato disuelto en la matriz, lo que
proporciona energía para sintetizar 32 o 34 moléculas de ATP por cada una de glucosa
El ATP sintetizado en la matriz de la mitocondria durante la quimiósmosis entra en el citosol del entorno.
Estas moléculas de ATP proporcionan casi toda la energía que necesita la célula.
Al mismo tiempo, el ADP pasa del citosol a la matriz de la mitocondria, reabastece el suministro de ADP y
facilita la síntesis de más ATP.

34. RESUMEN DE LA RESPIRACIÓN CELULAR
En la matriz de la mitocondria, cada molécula de piruvato se convierte en acetil CoA; produce un
NADH por molécula de piruvato y libera una de CO2.
Cuando pasa una molécula de acetil CoA por el ciclo de Krebs, su energía queda almacenada en un ATP, tres
NADH y un FADH2. Sus carbonos se liberan como dos moléculas de CO2
Al final de las reacciones en la matriz, las dos moléculas de piruvato producidas por cada molécula
de glucosa durante la glucólisis quedan totalmente degradadas y arrojan dos ATP y 10 portadoras de
electrones energéticos: ocho NADH y dos FADH2. Se liberan átomos de carbono como seis moléculas de CO2.
El NADH y FADH2 dejan sus electrones energizados en la CTE insertada en la membrana interna de la
mitocondria.
Cuando los electrones energizados pasan por la CTE, su energía se aprovecha para bombear Hal espacio
intermembranoso.

35. Cuando los electrones sin energía salen de la CTE, se combinan con iones hidrógeno y
oxígeno para formar agua.
Durante la quimiósmosis, los iones hidrógeno del espacio intermembranoso bajan por
su gradiente de concentración a través de los canales de ATP sintasa, la cual sintetiza
ATP.
RESUMEN DE LA RESPIRACIÓN CELULAR

37. Actividad en clase:
La degradación completa de la glucosa en presencia de oxígeno
ocurre en dos etapas: ___________ y _____________. La
primera de estas etapas ocurre en ____________ de la célula y
la segunda en el organelo llamado ____________. ¿Qué etapa
produce más ATP? ___________.
La parte cíclica de la respiración celular se llama ciclo
de ____________. La molécula que entra en este ciclo es
_________. ¿Cuántas moléculas de ATP se generan en el ciclo
por molécula de glucosa? __________. ¿Qué dos tipos de
moléculas portadoras de electrones energizados se producen
durante el ciclo? ____________ y ___________.
Haz un dibujo con nombres de la mitocondria y explica la
relación que guarda su estructura con su función.
¿Qué molécula es el producto final de la glucólisis?

38. Bibliografía de la sesión:
• Audesik T., Audesik G.,Byers B. (2013) Biología de la vida en
la tierra con fisiología. Paginas 127-.140

39. Gracias