Liberación de la Energía

Presentación del tema: "Liberación de la Energía"— Transcripción de la presentación:

1 Liberación de la Energía
Sesión 05 Liberación de la Energía Capítulo 8

2 Los músculos de las piernas de estos ciclistas requieren de glucosa y oxígeno para obtener la energía que necesitan. (Imagen en recuadro) Johann Mühlegg es uno de los atletas de élite penalizados por aumentar artificialmente el suministro de oxígeno a sus células para mejorar el desempeño atlético. Introducción al capítulo 8 Los músculos de las piernas de estos ciclistas requieren de glucosa y oxígeno para obtener la energía que necesitan. (Imagen en recuadro) Johann Mühlegg es uno de los atletas de élite penalizados por aumentar artificialmente el suministro de oxígeno a sus células para mejorar el desempeño atlético.

3 La Mitocondria Las mitocondrias tienen un sistema de membrana interna plegada que permite la formación de ATP

4 Obtención de Energía de los Carbohidratos
La mayoría de organismos convierten energía química de los carbohidratos a energía química de ATP. Las plantas producen ATP a partir de la glucosa producida en la fotosíntesis. Las células de otros organismos hacen ATP al metabolizar carbohidratos, grasas y proteínas

5 Fotosíntesis Los organismos fotosintéticos captan y almacenan la energía de la luz solar en glucosa. La ecuación general de la fotosíntesis es: 6 CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2

6 Glucosa La glucosa es una molécula clave en el almacenamiento de energía: Prácticamente todas las células metabolizan la glucosa para obtener energía. El metabolismo de la glucosa es bastante simple. Otras moléculas orgánicas se convierten en glucosa para producir energía.

7 Glucosa Durante la descomposición de la glucosa (respiración celular), todas las células liberan la energía solar que originalmente fue capturada por las plantas en la fotosíntesis y la usan para producir ATP.

8 Descripción general de la descomposición de la glucosa
La ecuación general de la respiración celular para que se realice la completa descomposición de la glucosa es: C6H12O O2  6CO2 + 6H2O + ATP

9 Descripción general de la descomposición de la glucosa
Las reacciones iniciales para “descomponer” la glucosa son: Glucólisis Respiración celular

10 Figura 8-1 Resumen del metabolismo de la glucosa

11 Descripción general de la descomposición de la glucosa
Glucólisis: Ocurre en el citosol. No requiere de oxígeno. Descompone la glucosa en piruvato. Produce dos moléculas de NADH por molécula de glucosa. Produce dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

12 Evolución de la atmósfera de la tierra
Las primeras células en la Tierra no usaban la energía del sol Los antiguos organismos extraían la energía y el carbono de moléculas sencillas como los gases metano y sulfuro de hidrógeno, que abundaban en la atmósfera temprana de la Tierra.

13 Evolución de la atmósfera de la tierra
La respiración aeróbica, que usa oxígeno y libera más ATP que la fermentación, evolucionó hasta que los primeros fotoautótrofos liberaron O2 y cambiaron la atmósfera de la Tierra Respiración aeróbica Ruta metabólica que requiere oxígeno para la descomposición de los carbohidratos para producir ATP Fotótrofo Autótrofo fotosintético

14 Pasado y Presente Concepción artística de cómo la tierra fue modificada permanentemente por la evolución de la fotosíntesis y la respiración aeróbica

15 Respiración Aeróbica Esta ecuación resume la respiración aeróbica:
C6H12O6 (glucosa) + O2 (oxígeno) → CO2 (dióxido de carbono) + H2O (agua) Notar que la respiración aeróbica requiere oxígeno (producto de la fotosíntesis) y produce dióxido de carbono y agua (materiales primarios para la fotosíntesis)

16 Energía, Fotosíntesis, y Respiración
CO2 glucosa H2O O2 Figure 7.3 The connection between photosynthesis and aerobic respiration. Note the cycling of materials, and the one-way flow of energy (compare Figure 5.5). Respiración Aeróbica energía

17 Rutas metabólicas de descomposición de los carbohidratos
Tanto la fermentación como la respiración aeróbica empiezan en el citoplasma con la glucólisis Luego de la glucólisis, las rutas de la fermentación y de la respiración aeróbica divergen: La respiración aeróbica continúa dentro de la mitocondria y finaliza cuando el oxígeno acepta electrones al final de la cadena de transferencia de electrones La fermentación finaliza en el citoplasma, donde una molécula diferente al oxígeno acepta los electrones

18 Respiración Aeróbica En el Citoplasma En la Mitocondria
A El primer estadío, la glucólisis ocurre en el citoplasma. Las enzimas convierten una molécula de glucosa en dos de piruvato para un rendimiento neto de 2 ATP. 2 NAD+ se combinan con electrones y iones hidrógeno por lo que también se forman 2 NADH. En la Mitocondria B El segundo estadío es en la mitocondria. Los 2 piruvato se convierten en una molécula que entra al ciclo de Krebs. Se forma CO2 y deja la célula. Se forman 2ATP, 8NADH y 2 FADH2. Figure 7.4 Overview of aerobic respiration. The reactions start in the cytoplasm and end in mitochondria. C El tercer y último estadío se da dentro de la mitocondria. Hay fosforilación por transferencia de 2 electrones. 10NADH y 2 FADH2 dan electrones y iones de hidrógeno a la cadena de transferencia de electrones. Los electrones fluyen a través de los gradientes de los iones hidrógeno y oxígeno que llevan a la formación de ATP. El Oxígeno acepta los electrones al final de las cadenas.

19 Energía de los Carbohidratos
Varias vías convierten energía química de la glucosa y otros compuestos orgánicos a energía química del ATP La respiración aeróbica genera la mayor cantidad de ATP a partir de cada molécula de glucosa En eucariotas, esta vía finaliza en las mitocondrias

20 Glucólisis: inicio de la descomposición de la glucosa
Glucólisis, el primer estadío de la respiración aeróbica y de la fermentación, se da en el citoplasma Las enzimas usan 2 ATP para convertir 1 molécula de glucosa, o de otro azúcar de seis carbonos, en 2 moléculas de piruvato Glucólisis

21 Pasos de la Glucólisis Una enzima (hexocinasa) transfiere un grupo fosfato del ATP a la glucosa, así se forma glucosa-6-fosfato Un grupo fosfato de un segundo ATP se transfiere a la glucosa-6-fosfato: La molécula resultante es inestable, y se parte en dos moléculas de PGAL (fosfogliceraldehido) Se invirtieron 2 ATP en las reacciones

22 Pasos de la Glucólisis Requieren ATP
Una enzima (hexokinasa), transfiere un grupo fosfato del ATP a la glucosa, se forma glucosa-6-phosfato. 1 Pasos de la Glucólisis Requieren ATP Un grupo fosfato de otro ATP es transferido a la glucosa-6-fosfato. La molécula resultante es inestable y se divide en dos moléculas de tres carbonos. Las moléculas son interconvertibles, las podemos llamar a ambas PGAL (fosfogliceraldehido). Se han invertido dos ATP en las reacciones. 2 Se genera ATP Las enzimas unen un fosfato a cada una de las dos PGAL, y transfieren dos electrones y un ion hidrógeno de cada PGAL al NAD+. Se forman dos PGA (fosfoglicerato) y dos NADH. 3 Las enzimas transfieren un grupo fosfato de cada PGA al ADP, se forman dos ATP por fosforilación a nivel de sustrato. La inversión original de dos ATP se recuperó. 4 Las enzimas transfieren un grupo fosfato de cada uno de los dos intermediarios (PEP: fosfoenolpiruvato) al ADP. Se forman otros dos ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Se forman dos moléculas de Piruvato . En resumen, la glucólisis genera dos NADH, dos ATP (neto) y dos piruvato a partir de cada molécula de glucosa. Dependiendo del tipo de célula y de las condiciones ambientales, el piruvato puede participar en el segundo estadío de la respiración aeróbica o puede ser usado en otras vías, tales como la fermentación 5 6

23 Pasos de la Glucólisis 3. Las enzimas unen un fosfato a 2 PGAL y transfieren 2 electrones y 1 ion hidrógeno de cada PGAL al NAD+, se forman 2PGA (fosfoglicerato) y 2 NADH. 4. Las enzimas transfieren un grupo fosfato de cada PGA al ADP Se forman 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato La inversión original de 2 ATP se recupera

24 Pasos de la Glucólisis 5. Las enzimas transfieren un grupo fosfato de cada intermediario (fosfoenolpiruvato) al ADP Se forman 2 moléculas de piruvato Se forman otras 2 moléculas de ATP por fosforilación a nivel de sustrato

25 Productos de la Glucólisis
La Glucólisis genera 2 NADH, 2 ATP (neto) y 2 piruvato por cada molécula de glucosa Dependiendo del tipo de célula y de las condiciones ambientales, el piruvato puede participar en el segundo estadío de la respiración aeróbica o puede ser usado en otras vías, tales como la fermentación

26 Glucólisis Glucólisis, el primer estadío de las rutas de respiración aeróbica y de fermentación anaeróbica, se da en el citoplasma. Las enzimas de la glucólisis convierten una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato con un rendimiento neto de dos ATP.

27 Descripción general de la descomposición de la glucosa
Si no hay oxígeno presente la glucólisis es seguida de la fermentación. El piruvato se convierte ya sea en lactato, o bien, en etanol y CO2. Si hay oxígeno presente, ocurre la RESPIRACIÓN CELULAR.

28 Fermentación Alcohólica
El piruvato que se formó en la glucólisis se convierte en alcohol etílico o etanol La molécula de piruvato de 3 átomos de carbono, se separa en dioxido de carbono (CO2) y acetaldehído (molécula de 2 átomos de carbono) Los electrones e iones hidrógeno se transfieren del NADH al acetaldehído, formando NAD+ y etanol Figure 7.10 Alcoholic fermentation. A Alcoholic fermentation begins with glycolysis, but the final steps do not produce ATP. They regenerate NAD+. The net yield of these reactions is two ATP per molecule of glucose (from glycolysis). B A vintner examines a product of alcoholic fermentation. C A commercial vat of yeast dough rising with the help of D live Saccharomyces cells. Los panaderos utilizan la capacidad de fermentación alcohólica de la levadura Saccharomyces cerevisiae, para elaborar el pan (descomponen los carbohidratos de la masa y producen CO2). Las levaduras convierten el azúcar de las uvas en vino

29 Fermentación Alcohólica
Figure 7.10 Alcoholic fermentation. A Alcoholic fermentation begins with glycolysis, but the final steps do not produce ATP. They regenerate NAD+. The net yield of these reactions is two ATP per molecule of glucose (from glycolysis). B A vintner examines a product of alcoholic fermentation. C A commercial vat of yeast dough rising with the help of D live Saccharomyces cells.

30 Fermentación Láctica Figure 7.11 Lactate fermentation. A Like alcoholic fermentation, the final steps of lactate fermentation regenerate NAD+. The net yield is two ATP per molecule of glucose. B Two types of muscle fibers, red and white, are visible in this cross-section through a human thigh muscle. The white fibers, which make ATP by lactate fermentation, support sprints and other intense bursts of activity C. The darker red fibers, which make ATP by aerobic respiration, sustain endurance activities D. Chickens spend most of their time walking, so their leg muscles consist mainly of red fibers.

31 El piruvato se procesa de diferentes maneras en condiciones aeróbicas y anaeróbicas.
En condiciones aeróbicas, los electrones de alta energía en el NADH que se produjeron en la glucólisis, son transportados a reacciones generadoras de ATP en las mitocondrias, generando NAD+ que se utilizará en la glucólisis

32 Fermentación En condiciones anaeróbicas, el piruvato se convierte en lactato o etanol, este proceso se llama fermentación. La fermentación no produce más ATP, pero es necesaria para regenerar las moléculas portadoras de electrones de alta energía NAD+, que se reutilizan durante la glucólisis y deben estar disponibles para que ésta continúe.

33 Fermentación Algunas células fermentan el piruvato para formar ácidos.
Las células de los músculos humanos pueden llevar a cabo la fermentación. Las condiciones anaeróbicas producidas cuando los músculos consumen el O2 más rápidamente de lo que puede ser suministrado (por ejemplo, al correr). El lactato (ácido láctico) producido del piruvato.

34 1. Glucólisis seguida por fermentación del lactato
FIGURA 8-4 Glucólisis seguida por fermentación del lactato 1. Glucólisis seguida por fermentación del lactato

35 2. Glucólisis seguida por fermentación del lactato
FIGURA 8-4 Glucólisis seguida por fermentación del lactato

36 3. Glucólisis seguida por fermentación láctica
FIGURA 8-4 Glucólisis seguida por fermentación del lactato 3. Glucólisis seguida por fermentación láctica

37 FIGURA 8-3a Fermentación
a) Durante el esfuerzo final de un corredor, el aparato respiratorio y el sistema circulatorio no pueden suministrar oxígeno a los músculos de sus piernas con la rapidez suficiente para satisfacer la demanda de energía, por lo que la glucólisis debe proveer el ATP. En los músculos, la fermentación del ácido láctico sigue a la glucólisis cuando no hay oxígeno disponible. Fermentación Durante el esfuerzo final de un corredor, el aparato respiratorio y el sistema circulatorio no pueden suministrar oxígeno a los músculos de sus piernas con la rapidez suficiente para satisfacer la demanda de energía, por lo que la glucólisis debe proveer el ATP. En los músculos, la fermentación del ácido láctico sigue a la glucólisis cuando no hay oxígeno disponible.

38 Fermentación Varios microorganismos fermentan el piruvato en otros ácidos (como en la producción del queso, yogur, y crema agria). Otros microorganismos únicamente llevan a cabo la fermentación (en vez de la respiración aeróbica).

39 Glucólisis seguida por fermentación alcohólica
etanol FIGURA 8-5 Glucólisis seguida por fermentación alcohólica Glucólisis seguida por fermentación alcohólica

40 Fermentación La glucosa se fermenta en etanol y CO2.
Los vinos espumosos se preparan mezclando la levadura con el azúcar de las uvas; el CO2 produce las burbujas. El pan se prepara mezclando levadura, azúcar, y harina; las burbujas de CO2 hacen que la masa se esponje.

41 Productos de la Fermentación Alcohólica
Figure 7.10 Alcoholic fermentation. A Alcoholic fermentation begins with glycolysis, but the final steps do not produce ATP. They regenerate NAD+. The net yield of these reactions is two ATP per molecule of glucose (from glycolysis). B A vintner examines a product of alcoholic fermentation. C A commercial vat of yeast dough rising with the help of D live Saccharomyces cells.  Las levaduras llevan acabo la fermentación alcohólica.

42 Fermentación El pan se esponja cuando las levaduras fermentadoras liberan CO2, lo que convierte la glucosa en etanol. La masa de la izquierda se elevó al doble de su volumen, como se observa en la imagen de la derecha, en unas cuantas horas. FIGURA 8-3b Fermentación b) El pan se esponja cuando las levaduras fermentadoras liberan CO2, lo que convierte la glucosa en etanol. La masa de la izquierda se elevó al doble de su volumen, como se observa en la imagen de la derecha, en unas cuantas horas.

43 Fermentación Láctica en Músculos
Los músculos esqueléticos tienen dos tipos de fibras: rojas y blancas El ATP se produce primariamente por respiración aeróbica en las fibras de músculo rojo (con mucha mioglobina, proteína que almacena oxígeno), cuyas actividades sustantivas requieren resistencia. La fermentación láctica se dá en las fibras blancas, que tienen pocas mitocondrias y casi nada de mioglobina, de tal forma que en ellas casi no se dá la respiración aerobia. Esta ruta proporciona ATP rápidamente, pero por poco tiempo, por lo que se utiliza para actividades como carreras cortas e intensas o para levantamiento de pesas.

44 Lactato en los Músculos
Figure 7.11 Lactate fermentation. A Like alcoholic fermentation, the final steps of lactate fermentation regenerate NAD+. The net yield is two ATP per molecule of glucose. B Two types of muscle fibers, red and white, are visible in this cross-section through a human thigh muscle. The white fibers, which make ATP by lactate fermentation, support sprints and other intense bursts of activity C. The darker red fibers, which make ATP by aerobic respiration, sustain endurance activities D. Chickens spend most of their time walking, so their leg muscles consist mainly of red fibers.

45 Conceptos Clave Fermentación La Fermentación inicia con la glucólisis
Otras sustancias que no son oxígeno, aceptan electrones al final de la ruta metabólica Comparada con la respiración aerobia, el rendimiento neto de ATP en la fermentación es pequeño

46 Vías liberadoras de energía
Vía Anaeróbica Vía Aeróbica Evolucionó primero Evolucionó después No requiere oxígeno Requiere oxígeno Empieza con glucólisis en citoplasma Se completa en Se completa en citoplasma mitocondria

47 Funcionamiento de las mitocondrias
Las mitocondrias producen ATP por respiración aeróbica Las cadenas de transferencia de electrones en las membranas mitocondriales configuran un gradiente de H+ que impulsan la formación de ATP Hay más de 40 enfermedades mitocondriales La Ataxia de Friedreich, es causada por una mutación de un gen mitocondrial, que resulta en debilidad muscular, problemas de visión y desórdenes cardíacos Abejas africanizadas tienen mitocondrias más grandes, son más agresivas y con mayor capacidad de dispersión

48 Respiración aeróbica Se efectúa en las mitocondrias (de las células eucarióticas). Requiere de oxígeno. Descompone el piruvato en dióxido de carbono y agua. Produce entre 34 y 36 moléculas adicionales de ATP, dependiendo del tipo de célula.

49 Obtención de Energía de los Carbohidratos
Las vías anaeróbica y aeróbica del rompimiento de los carbohidratos inician en el citoplasma con la glucólisis que convierte glucosa y otros azúcares en piruvato La vía de la fermentación anaeróbica finaliza en el citoplasma y produce dos ATP por molécula de glucosa

50 Segunda Etapa de la Respiración Aeróbica
La segunda etapa de la respiración aeróbica, la formación de Acetil coenzima A y el ciclo de Krebs tiene lugar dentro de la mitocondria. Una membrana interna divide el interior de la mitocondria en dos compartimentos con fluidos: el compartimento más interno (matriz) y el espacio intermembrana

51 de Piruvato a CO2 2 piruvato de la Glucólisis se convierten a 2 acetil-CoA y 2 CO2 El Acetil–CoA entra al ciclo de Krebs –donde se descompone en CO2 Por cada dos moléculas de piruvato que se descomponen en las reacciones de la segunda etapa, se forman dos ATP y se reducen 10 coenzimas (8 NAD+ y 2 FAD).

52 Formación de Acetyl-CoA y Ciclo de Krebs
citoplasma Membrana externa Membrana interna matriz Figure 7.6 The second stage of aerobic respiration, acetyl–CoA formation and the Krebs cycle, occurs inside mitochondria. Left, an inner membrane divides a mitochondrion’s interior into two fluid-filled compartments. Right, the second stage of aerobic respiration takes place in the mitochondrion’s innermost compartment, or matrix. mitocondria

53 Formación de Acetil–CoA y Ciclo de Krebs
Una enzima rompe una molécula de piruvato en un grupo acetilo de dos átomos de carbono y produce CO2. .La coenzima A se une al grupo acetilo (produciendo Acetil-CoA). El NAD+ se combina con los iones hidrógeno y los electrones para formar NADH. 1 El ciclo de Krebs empieza cuando un átomo de carbono se transfiere de la Acetil-CoA al oxaloacetato. Se forma Citrato, y se regenera la coenzyme A. 2 Las etapas finales del ciclo de Krebs regeneran oxaloacetato. 8 Un átomo de carbono es removido de un intermediario y deja la célula como CO2. El NAD+ se combina con los iones de hidrógeno y los electrones liberados para formar NADH. 3 El NAD+ se combina con los iones de hidrógeno y los electrones produciendo NADH. 7 Krebs Cycle La coenzima FAD se combina con los iones de hidrógeno y los electrones produciendo FADH2. 6 Un átomo de carbono se remueve de otro intermediario y deja la célula como CO2, y se forma otro NADH Los tres átomos de carbono del Piruvato ya han abandonado la célula como CO2 4 Se forma un ATP por fosforilación a nivel de sustrato 5

54 Productos de la Segunda Etapa
Los iones hidrógeno y los electrones se transfieren al NAD+ y al FAD, los que son reducidos a NADH y FADH2 Se forma ATP por fosforilación a nivel de sustrato. TOTAL: El rompimiento de 2 moléculas de piruvato produce 10 coenzimas reducidas (8 NAD+ y 2 FAD) y 2 ATP

55 Respiración Aeróbica En el Citoplasma En la Mitocondria
A El primer estadío, la glucólisis ocurre en el citoplasma. Las enzimas convierten una molécula de glucosa en dos de piruvato para un rendimiento neto de 2 ATP. 2 NAD+ se combinan con electrones y iones hidrógeno por lo que también se forman 2 NADH. En la Mitocondria B El segundo estadío es en la mitocondria. Los 2 piruvato se convierten en una molécula que entra al ciclo de Krebs. Se forma CO2 y deja la célula. Se forman 2ATP, 8NADH y 2 FADH2. Figure 7.4 Overview of aerobic respiration. The reactions start in the cytoplasm and end in mitochondria. C El tercer y último estadío se da dentro de la mitocondria. Hay fosforilación por transferencia de 2 electrones. 10NADH y 2 FADH2 dan electrones y iones de hidrógeno a la cadena de transferencia de electrones. Los electrones fluyen a través de los gradientes de los iones hidrógeno y oxígeno que llevan a la formación de ATP. El Oxígeno acepta los electrones al final de las cadenas.

56 El gran rendimiento de energía de la respiración aeróbica
La tercera etapa de la respiración aeróbica, la fosforilación acoplada al transporte de electrones, también ocurre dentro de la mitocondria, en la membrana interna Se forman muchos ATP en la fosforilación acoplada al transporte de electrones

57 Transferencia de Energía
En la fosforilación acoplada al transporte de electrones las coenzimas reducidas en las dos primeras etapas transfieren su carga de electrones y de iones hidrógeno a la cadena de transporte de electrones, que se encuentra alojada en la membrana interna de la mitocondria Los electrones que se mueven por la cadena, van donando su energía poco a poco. Algunas moléculas de la cadena de electrones captan esa energía para transportar de manera activa los iones H+ de la matriz al espacio entre las membranas.

58 Gradiente de iones Hidrógeno
Los iones hidrógeno que se acumulan en el espacio entre las membranas producen un gradiente a través de la membrana interna mitocondrial Este gradiente atrae a los iones H+ de regreso hacia la matriz. Sin embargo estos iones no pueden difundirse libremente a través de la bicapa de lípidos. Los iones H+ sólo pueden atravesarla al pasar a través de la ATP sintetasa. Ello conduce a la síntesis del ATP El oxígeno se combina con los electrones y los iones H+ al final de la cadena de transporte de electrones y forma agua. El oxígeno es el aceptor final de los electrones en esta ruta.

59 Fosforilación acoplada al transporte de electrones
El NADH y el FADH2 entregan electrones a la cadena de transporte de electrones en la membrana interna de la mitocondria. 1 El flujo de electrones a través de la cadena hace que se bombeen iones de hidrógeno (H+) de la matriz hacia el espacio entre las membranas 2 El oxígeno (O2) acepta los electrones y los iones hidrógeno al final de la cadena de transporte de electrones en la mitocondria y forma AGUA 5 Oxígeno (O2) citoplasma Membrana externa La actividad de la cadena de transporte de electrones hace que se forme un gradiente a través de la membrana interna mitocondrial 3 Espacio entre las membranas Los hidrógeno fluyen de regreso hacia la matriz a través de la ATP sintetasa que impulsa la formación de ATP a partir de ADP y de fosfato inorgánico 4 Membrana interna matriz Figure 7.8 The third and final stage of aerobic respiration, electron transfer phosphorylation, occurs at the inner mitochondrial membrane. 1 NADH and FADH2 deliver electrons to electron transfer chains in the inner mitochondrial membrane. 2 Electron flow through the chains causes hydrogen ions (H+) to be pumped from the matrix to the intermembrane space. 3 The activity of the electron transfer chains causes a hydrogen ion gradient to form across the inner mitochondrial membrane. 4 Hydrogen ion flow back to the matrix through ATP synthases drives the formation of ATP from ADP and phosphate (Pi). 5 Oxygen (O2) accepts electrons and hydrogen ions at the end of mitochondrial electron transfer chains, so water forms.

60 En resumen: la cosecha de energía
En total, la respiración aerobia típicamente produce 36 ATP por cada molécula de glucosa. 4 ATP se forman en la primera y segunda etapa y 32 en la tercera etapa. 32 ATP se forman típicamente en la tercera etapa, pero el rendimiento varía Por ejemplo: en cerebro y músculos esqueléticos es de 38 ATP, no 36

61 En resumen: la cosecha de energía
Glucólisis A Primera etapa: Glucosa se convierte en 2 piruvato; 2 NADH Y se forman 4 ATP. citoplasma Membrane externa Espacio entre las membranas B Segunda etapa: otras 10 coenzimas aceptan electrones y los iones hidrógeno. Membrane interna matriz C Tercera etapa: Las Coenzimas que fueron reducidas en las dos primeras etapas dan electrones y iones hidrógeno a la cadena de transferencia de electrones. Energía perdida por los electrones durante su flujo a través de las cadenas se usa para mover los H+ a través de la membrana. Ciclo de Krebs Figure 7.9 Summary of the three stages of aerobic respiration in a mitochondrion oxígeno

62 Conceptos Clave Respiración Aerobia
Las etapas finales de la respiración aerobia rompen el piruvato y liberan CO2 Muchas coenzimas que se reducen entregan electrones y iones hidrógeno a la cadena de transporte de electrones, y se forma ATP por fosforilación acoplada al transporte de electrones

63 ¿Cómo logra la respiración celular captar energía adicional de la glucosa?
La respiración celular en las células eucarióticas se realiza en las mitocondrias. El piruvato se descompone en la matriz mitocondrial liberando más energía. Los electrones de alta energía viajan a través de la cadena de transporte de electrones. La quimiósmosis capta la energía almacenada en un gradiente de iones hidrógeno y produce ATP.

64 Respiración celular En las células eucarióticas, la respiración celular se realiza en las mitocondrias, organelos con dos membranas que forman dos compartimientos: La membrana interna encierra un compartimiento central que contiene la matriz fluida. La membrana externa rodea al organelo, produciendo un compartimiento intermembranas.

65 mitocondria membrana externa compartimiento intermembranas
Una mitocondria: Las membranas mitocondriales interna y externa encierran dos compartimientos dentro de la mitocondria. mitocondria membrana externa membrana interna compartimiento intermembranas crestas matriz Figura 8-6 Una mitocondria Las membranas mitocondriales interna y externa encierran dos compartimientos dentro de la mitocondria.

66 Respiración celular Descripción general de la respiración celular en las mitocondrias: Primero, la glucosa se descompone en piruvato mediante la glucólisis en el citoplasma. El piruvato es transportado a las mitocondrias (eucarióticas) y se descompone en una molécula de dos carbonos llamada grupo acetilo que se une a la coenzima A (CoA) para formar acetil CoA.ß

67 Respiración celular La acetil CoA ingresa ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) a medida que se captan los electrones por los portadores de electrones (NAD+ y FAD+) se libera CO2. Los portadores de electrones producidos en la glucólisis y en el ciclo de Krebs depositan sus electrones en la cadena transportadora de electrones (ETC) localizados en la membrana mitocondrial interna.

68 Respiración celular Un gradiente de iones hidrógeno producido por la cadena transportadora de electrones (ETC) se usa para sintetizar ATP (quimiósmosis). El ATP es transportado fuera de las mitocondrias para proporcionar energía a las actividades celulares.

69 Descomposición del piruvato en la matriz mitocondrial
Al terminar la glucósis, el piruvato se difunde en la matriz mitocondrial. El piruvato se descompone en CO2 y en un grupo acetilo de dos carbonos, generando 1 NADH por cada piruvato. El grupo acetilo se une a la coenzima A para formar un complejo llamado acetil CoA.

70 Descomposición del piruvato en la matriz mitocondrial
4. El acetil CoA entra al ciclo de Krebs y se descompone en CO2. Los portadores de electrones NAD+ y FAD se cargan con electrones para formar 3 NADH y 1 FADH2 por cada acetil CoA. En el ciclo de Krebs, también se produce un ATP por cada acetil CoA.

71 FIGURA 8-7 Reacciones fundamentales en la matriz mitocondrial
(1) El piruvato libera CO2 y reacciona con la coenzima A (CoA) para formar acetil CoA. Durante esta reacción, se agrega un electrón energético al NAD+ para formar NADH. 2. Cuando la acetil CoA entra en el ciclo de Krebs, la coenzima A se libera. El ciclo de Krebs produce una molécula de ATP, tres moléculas de NADH, una de FADH2 y dos de CO2 por cada acetil CoA. Puesto que cada molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato, la producción total de energía por molécula de glucosa en la matriz es de dos ATP, ocho NADH y dos FADH2. Reacciones fundamentales en la matriz mitocondrial 1 El piruvato libera CO2 y reacciona con la coenzima A (CoA) para formar acetil CoA. Durante esta reacción, se agrega un electrón energético al NAD+ para formar NADH.

72 FIGURA 8-7 Reacciones fundamentales en la matriz mitocondrial
(1) El piruvato libera CO2 y reacciona con la coenzima A (CoA) para formar acetil CoA. Durante esta reacción, se agrega un electrón energético al NAD+ para formar NADH. 2. Cuando la acetil CoA entra en el ciclo de Krebs, la coenzima A se libera. El ciclo de Krebs produce una molécula de ATP, tres moléculas de NADH, una de FADH2 y dos de CO2 por cada acetil CoA. Puesto que cada molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato, la producción total de energía por molécula de glucosa en la matriz es de dos ATP, ocho NADH y dos FADH2. Reacciones fundamentales en la matriz mitocondrial 2 Cuando la acetil CoA entra en el ciclo de Krebs, la coenzima A se libera. El ciclo de Krebs produce una molécula de ATP, tres moléculas de NADH, una de FADH2 y dos de CO2 por cada acetil CoA. Puesto que cada molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato, la producción total de energía por molécula de glucosa en la matriz es de dos ATP, ocho NADH y dos FADH2.

73 Cadena de transporte de electrones
La mayoría de la energía de la glucosa se almacena en portadores de electrones NADH y FADH2. Después de completar la descomposición en el ciclo de Krebs, en total sólo se producen 2 ATP por molécula de glucosa.

74 Cadena de transporte de electrones
Los NADH y los FADH2 entregan sus electrones energéticos a las proteínas de la cadena de transporte de electrones integrada a la membrana mitocondrial interna. Al final de la cadena de transporte de electrones (ETC), los electrones agotados se combinan con iones hidrógeno y oxígeno para formar H2O.

75 Quimiósmosis La energía se libera de los electrones a medida que bajan por la cadena de transporte de electrones. La energía liberada se utiliza para bombear iones hidrógeno a través de la membrana interna. Los iones hidrógeno se acumulan en el compartimiento intermembrana.

76 Quimiósmosis Los iones hidrógeno forman un gradiente de concentración a través de la membrana, una forma de energía almacenada. Los iones hidrógeno se desplazan a la matriz, mediante enzimas sintetizadoras de ATP. Este proceso se llama quimiósmosis.

77 Quimiósmosis Conforme fluyen, los iones hidrógeno suministran la energía para sintetizar de 32 a 34 moléculas de ATP a partir de ADP+P. El ATP entonces se difunde fuera de la mitocondria y suministra la mayor parte de la energía que la célula necesita.

78 En resumen: la cosecha de energía
Glucólisis A Primera etapa: Glucosa se convierte en 2 piruvato; 2 NADH Y se forman 4 ATP. citoplasma Membrane externa Espacio entre las membranas B Segunda etapa: otras 10 coenzimas aceptan electrones y los iones hidrógeno. Membrane interna matriz C Tercera etapa: Las Coenzimas que fueron reducidas en las dos primeras etapas dan electrones y iones hidrógeno a la cadena de transferencia de electrones. Energía perdida por los electrones durante su flujo a través de las cadenas se usa para mover los H+ a través de la membrana. Ciclo de Krebs Figure 7.9 Summary of the three stages of aerobic respiration in a mitochondrion oxígeno

79 FIGURA 8-8 Cadena de transporte de electrones de las mitocondrias
Las moléculas de NADH y FADH2 depositan sus electrones energéticos en los componentes de la cadena de transporte de electrones. Conforme los electrones pasan a través de cada componente de la cadena, parte de su energía se utiliza para bombear iones hidrógeno de la matriz al interior del compartimiento intermembranoso. Esto crea un gradiente de iones hidrógeno que permite impulsar la síntesis de ATP. Al final de la cadena de transporte de electrones, los electrones cuya energía se ha agotado se combinan con iones hidrógeno y con oxígeno en la matriz para formar agua. Cadena de transporte de electrones de las mitocondrias Las moléculas de NADH y FADH2 depositan sus electrones energéticos en los componentes de la cadena de transporte de electrones. Conforme los electrones pasan a través de cada componente de la cadena, parte de su energía se utiliza para bombear iones hidrógeno de la matriz al interior del compartimiento intermembranoso. Esto crea un gradiente de iones hidrógeno que permite impulsar la síntesis de ATP. Al final de la cadena de transporte de electrones, los electrones cuya energía se ha agotado se combinan con iones hidrógeno y con oxígeno en la matriz para formar agua.

80 Obtención de energía a partir de la “descomposición” de la glucosa
¿Por qué decimos que la “descomposición” de la glucosa libera “36 o 38 moléculas de ATP” y no un número específico? La glucólisis produce dos moléculas de NADH en el citosol. Los electrones de estas dos moléculas de NADH deben ser transportados a la matriz antes de que se incorporen a la cadena de transporte de electrones. En la mayoría de las células eucarióticas, la energía de una molécula de ATP se utiliza para transportar los electrones de cada molécula de NADH al interior de la matriz. Por consiguiente, las dos moléculas de “NADH glucolítico” producen sólo dos moléculas de ATP, en vez de las tres habituales, durante el transporte de electrones. Sin embargo, las células cardiacas y hepáticas de los mamíferos utilizan un mecanismo diferente de transporte, que no consume ATP para transportar electrones. En estas células las dos moléculas de NADH generadas durante la glucólisis producen tres ATP cada una, al igual que las moléculas “mitocondriales NADH”. FIGURA 8-10 Obtención de energía a partir de la “descomposición” de la glucosa ¿Por qué decimos que la “descomposición” de la glucosa libera “36 o 38 moléculas de ATP” y no un número específico? La glucólisis produce dos moléculas de NADH en el citosol. Los electrones de estas dos moléculas de NADH deben ser transportados a la matriz antes de que se incorporen a la cadena de transporte de electrones. En la mayoría de las células eucarióticas, la energía de una molécula de ATP se utiliza para transportar los electrones de cada molécula de NADH al interior de la matriz. Por consiguiente, las dos moléculas de “NADH glucolítico” producen sólo dos moléculas de ATP, en vez de las tres habituales, durante el transporte de electrones. Sin embargo, las células cardiacas y hepáticas de los mamíferos utilizan un mecanismo diferente de transporte, que no consume ATP para transportar electrones. En estas células las dos moléculas de NADH generadas durante la glucólisis producen tres ATP cada una, al igual que las moléculas “mitocondriales NADH”.

81 Cómo influyen en el funcionamiento de los organismos
Los procesos metabólicos de las células dependen de la generación de ATP (el cianuro mata al evitar esto). Las células de los músculos cambian de la fermentación a la respiración celular aeróbica, dependiendo de la disponibilidad de O2.

82 Otras Rutas Metabólicas
También otras moléculas, diferentes de los carbohidratos, son fuente común de energía para el cuerpo de los animales Otras rutas pueden convertir los lípidos y las proteínas de la dieta, a moléculas que pueden entrar sea en la glucólisis o en el ciclo de Krebs