Ángel Miguel B.H.

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TEMA 11 CATABOLISMO AERÓBICO Y ANAERÓBICO

Generalidades

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Según sea la naturaleza del aceptor de electrones, los seres vivos se pueden clasificar como aeróbicos o aerobios, si el receptor es el oxigeno molecular (O2); anaeróbicos o anaerobios, si es otra molécula.

En los procesos metabólicos, se suceden secuencias de reacciones redox en las que se transfieren átomos de hidrógeno o su electrón de un compuesto a otro. Las oxidaciones van acompañadas de pérdidas de átomos de hidrógeno (cada átomo de hidrógeno contiene un protón y un electrón).

Las moléculas que ceden átomos de hidrógeno se oxidan, mientras que las que los aceptan se reducen.

Energética Celular

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Los organismos vivos toman energía de su entorno y la aprovechan para realizar sus funciones vitales, devolviendo cantidades equivalentes mediante calor u otras formas de energía que contribuyen al aumento de desorden del universo.

La energía libre es la forma de energía útil capaz de realizar un trabajo en condiciones constantes de presión y temperatura.

Si  ΔG < 0: la reacción es energéticamente favorable. Reacciones exergónicas

Si  ΔG > 0: la reacción es energéticamente desfavorable, y requiere la absorción de energía, es una reacción endergónica.

Si  ΔG = 0: El sistema está en equilibrio.

La energía desprendida en una reacción exergónica, puede aprovecharse para que ocurran otras reacciones energéticamente desfavorables. Esta propiedad e conoce con el nombre de acoplamiento energético

GLUCÓLISIS

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La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof ocurre en el citosol sin necesidad de oxígeno.

Es una secuencia de reacciones en las que una molécula de glucosa (seis átomos de carbono) se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (tres átomos de carbono cada una).

GLUCÓLISIS (II)

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Se necesitan 2 ATP para iniciar el proceso; se producen 2 NADH y 4 ATP.

Balance total es 2 NADH y 2 ATP por cada molécula de glucosa.

La ecuación de la glucólisis es:

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Ácido pirúvico + 2ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

GLUCÓLISIS (III)

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En condiciones aerobias, las moléculas de NADH extramitocondrial ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico.

En condiciones anaerobias, el NADH extramitocondrial se oxida a NAD+ mediante la reducción del ácido pirúvico de forma anaerobia, denominándose fermentaciones, y ocurren en el citosol.

CICLO DE KREBS

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CICLO DE KREBS (II)

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Mediante la respiración celular, el ácido pirúvico formado durante la glucólisis se oxida completamente a CO2 y H2O en presencia de oxígeno.

Este proceso de respiración se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, a la cual está asociada la fosforilación oxidativa.

En las células eucarióticas el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria, siempre que haya suficiente oxígeno.

CICLO DE KREBS (III)

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Antes de comenzar el ciclo de Krebs, el ácido pirúvico sufre una oxidación liberándose CO2 y formándose en un grupo acetilo y un NADH.

Cada grupo acetilo se une a un compuesto denominado coenzima A, de esta forma se origina el acetil-CoA.

El ciclo de Krebs, ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del acido cítrico, consiste en una cadena cíclica de reacciones.

CICLO DE KREBS (IV)

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En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera 1 GTP, 3 NADH y 1 FADH2.

Cada vuelta del ciclo consume un grupo acetilo y regenera un ácido oxalacético.

Se necesitan dos vueltas del ciclo para oxidar una molécula de glucosa.

Por tanto, por cada molécula de glucosa se forman 2 GTP, 6 NADH y 2FADH2.

Cada GTP produce un ATP. En el ciclo de Krebs no se necesita oxígeno

directamente, sin embargo, si se necesitan en las siguientes etapas de la respiración, la cadenera respiratoria.

CADENA RESPIRATORIA

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CADENA RESPIRATORIA (II)

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Ocurre en la membrana mitocondrial interna, en varios pasos, se va oxidando desde el NADH hasta el O2 produciendo H2O.

Cuando los electrones se mueven en la cadena transportadora, liberan energía que se utiliza para fabricar ATP, por eso se denomina fosforilación oxidativa.

CADENA RESPIRATORIA (III)

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La fosforilación oxidativa ocurre mediante acoplamiento quimiosmótico, que utiliza la energía generada en los tres sistemas de transporte electrónicos.

Se genera un gradiente de protones que es utilizado por la partícula F para producir ATP en la matriz mitocondrial.

El transporte de un par de electrones desde el NADH al O2 genera energía para producir tres ATP, el paso de un par de electrones desde el FADH2 al O2 produce energía para sintetizar 2 ATP.

BALANCE ENERGÉTICO

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RESUMEN DE LA DEGRADACIÓN DE LA GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBIAS

SERIE DE REACCIONES

SUSTRATOS PRODUCTOS

GLUCÓLISIS GLUCOSA (C6)NAD+

ADP, Pi

PIRÚVICO (C3)NADH+H+

ATP

PREPARACIÓN PARA EL CICLO DE KREBS

PIRÚVICO (C3)CoANAD+

CO2

AcetilCoA (C2)NADH+H+

CICLO DE KREBS AcetilCoA (C2)ADP, Pi

NAD+

FAD

CO2

ATPNADH+H+

FADH2

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO

NADH+H+

FADH2

O2

GRADIENTE DE H+ATPH2O

CATABOLISMO ANAEROBIO: FERMENTACIONES

Cuando el último aceptor de hidrógenos es una molécula orgánica sencilla, se denominan fermentaciones.

Fermentación etílica: producen etanol. La enzima alcohol deshidrogenasa cataliza la reducción del acetaldehído a etanol, reoxidando el NADH.

Efecto Pasteur consiste en la inhibición del proceso fermentativo en presencia de oxígeno molecular.

FERMENTACIONES

Fermentación láctica: se origina ácido láctico a partir de ácido pirúvico procedente de la glucólisis. De esta forma, se regenera el NAD+ necesario para proseguir la glucólisis.

Se da en bacterias homofermentativas (solo producen acido láctico) y en heterofermentativas (además del ácido láctico, producen otras sustancias).

OTRAS RUTAS CATABÓLICAS

Oxidación de los ácidos grasos (beta-oxidación):

El acontecimiento inicial consiste en la hidrólisis de los triacilglicéridos originándose glicerol y los ácidos grasos.

El glicerol se fosforila y se incorpora a la vía glucolítica.

BETA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

Los ácidos grasos se activan en la membrana mitocondrial externa uniéndose a la coenzima A.

El catabolismo de los ácidos grasos tiene lugar en la matriz mitocondrial y en los peroxisomas; el proceso consiste en la oxidación del carbono beta eliminándose de forma secuencial unidades de dos átomos de carbono.

En el mecanismo de transporte de los ácidos grasos a través de la membrana interviene la carnitina. Por cada 2 carbonos del ácido graso se produce un FADH2 y un NADH.

OXIDACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

Cuando hay un exceso de aminoácidos se eliminan transformando en primer lugar el grupo amino que en la mayoría de los vertebrados da lugar a urea que se elimina en la orina y el sudor.

Lo que queda del aminoácido se transforma para entrar en el ciclo de Krebs como uno de los intermediarios del mismo, dependiendo del aminoácido original.