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Capítulo 8 Producción de Energía
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Temas de interés: Cuando las mitocondrias trabajan
Hay más de 100 enfermedades mitocondriales Ataxia de Friedreich, causada por una mutación de un gen mitocondríal, resulta en debilidad muscular y problemas de visión Los animales, plantas, protistas y hongos dependen de las mitocrondrias Mitocondrias defectuosas pueden resultar en enfermedades letales
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Cuando las mitocondrias trabajan
p.123
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ATP es fuente universal de energía
Organismos fotosintéticos obtienen energía del sol Animales obtienen energía de plantas u otros animales En todos los casos, la energía se transforma a ATP
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Hacer ATP Las plantas hacen ATP en fotosíntesis
Las células de otros organismos hacen ATP metabolizando carbohidradtos, grasas y proteínas
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Vías liberadoras de Energía
Vía Anaeróbica Evolucionó primero No requiere oxígeno Empieza con glicólisis en citoplasma Se completa en el citoplasma Vía Aeróbica Evolucionó después Requiere oxígeno Empieza con glicólisis en citoplasma Se completa en mitocondria
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Vías productoras de energía
Inicia (glucólisis) en citoplasma Inicia (glucólisis) en citoplasma Termina en mitocondria Termina en mitocondria Vía anaeróbica Respiración aeróbica Fig. 8-2, p.124
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Ecuación Respiración Aeróbica
C6H O CO2 + 6H20 glucosa oxígeno dióxido carbono agua
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Overview of Aerobic Respiration
CYTOPLASMA glucosa ATP 2 ATP 4 Glucólisis e- + H+ (2 ATP netos) 2 NADH 2 piruvatos e- + H+ 2 CO2 Overview of Aerobic Respiration 2 NADH e- + H+ 8 NADH 4 CO2 Ciclo Krebs e- + H+ 2 ATP 2 FADH2 e- Cadena transportadora electrones 32 ATP H+ agua e- + oxígeno Producción Energía Promedio: 36 ATP Fig. 8-3, p. 135
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La función de las coenzimas
NAD+ y FAD aceptan electrones e hidrógenos Transforman en NADH y FADH2 Entregan electrones a la cadena transportadora de electrones
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Glucosa Un azúcar (C6H12O6) Atomos unidos por uniones covalentes
In-text figure Page 126
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Glucólisis en dos etapas
Reacciones endergónicas (inversión) ATP activa la glucosa y sus carbones Reacciones exergónicas (cosecha) Los productos se parten en moléculas de piruvato de tres carbones Se forma ATP y NADH
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Glucólisis glucosa a segunda parte de la vía aeróbica GLUCOSA
pyruvate a segunda parte de la vía aeróbica GLUCOSA Fig. 8-4a, p.126
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REACCIONES ENDERGÓNICAS
Glucólisis REACCIONES ENDERGÓNICAS DE GLUCÓLISIS glucosa ATP invierte 2 ATP ADP P glucosa–6–fosfato P fructosa–6–fosfato ATP ADP P P fructosa–1,6–difosfato DHAP Fig. 8-4b, p.127
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REACCIONES EXERGÓNICAS
GLUCÓLISIS REACCIONES EXERGÓNICAS P P PGAL PGAL NAD+ NAD+ NADH NADH Pi Pi P P P P 1,3–difosfoglicerato 1,3–difosfoglicerato fosforilización a nivel de sustrato ADP ADP ATP ATP invierte 2 ATP P P 3–fosfoglicerato 3–fosfoglicerato Fig. 8-4c, p.127
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Glicólisis P P 2–fosfoglicerato 2–fosfoglicerato H2O H2O P P PEP PEP
fosforilización a nivel de sustrato ADP ADP ATP ATP produce 2 ATP piruvato piruvato Fig. 8-4d, p.127
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Energy-Requiring Steps
invierten 2 ATP Reacciones endergónicas glucosa ADP P ATP glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato P ATP fructosa1,6-defosfato P ADP PGAL P Figure 8-4(2) Page 127
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Energy-Releasing Steps
PGAL PGAL NAD+ NAD+ Pi NADH Pi NADH P P P P Energy-Releasing Steps 1,3-difosfoglicerato 1,3-difosfoglicerato ADP ADP ATP ATP P P 3-fosfoglicerato 3-fosfoglicerato P P 2-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato H2O H2O P P PEP PEP ADP ADP ATP ATP piruvato piruvato Figure 8-4 Page 127
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Glucólisis: Ganancia Neta Energía
Reacciones endergónicas: 2 ATP invertidos Reacciones exergónicas: 2 NADH formados 4 ATP formados Ganancia neta 2 ATP y 2 NADH
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Reacciones secundarias
Reacciones preparación Piruvato se oxida a moléculas de acetil (2 carbonos) y dióxido de carbono NAD+ se reduce Ciclo Krebs Las moléculas de acetil se oxidan a dióxido de carbono NAD+ y FAD son reducidos
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Reacciones secundarias
mitocondria mitocondria Fig. 8-5a, p.128
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Reacciones secundarias
Fig. 8-5b, p.128
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Reacciones secundarias
membrana interna de la mitocondria membrana externa de la mitocondria matriz espacio intermembranoso Fig. 8-6a, p.128
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espacio intermembranoso
Dos piruvatos atraviesan la membrana interna mitocondria espacio intermembranoso 2 NADH matriz mitocondrial 6 NADH Ciclo Krebs Ocho NADH, dos FADH 2, y dos ATP son la ganancia de la descomposición de dos piruvatos. 2 FADH2 ATP 2 Los seis átomos de carbono del piruvato se difunden fuera de la mitocondria y la célula en forma de seis moléculas de CO2 6 CO2 Fig. 8-6b, p.128
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Reacciones de Preparación
piruvato coenzyme A (CoA) NAD+ NADH O O dióxido carbono CoA acetil-CoA
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Reacciones preparación
Formación de acetil-CoA piruvato Reacciones preparación coenzima A NAD+ (CO2) NADH CoA acetil-CoA Ciclo Krebs CoA oxalacetato citrato NAD+ NADH NADH NAD+ FADH2 NAD+ FAD NADH ADP + grupo fosfato ATP Fig. 8-7a, p.129
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CADENA TRANSPORTADORA
glucosa Reacciones de preparación GLUCÓLISIS PIRUVATO CICLO KREBS CADENA TRANSPORTADORA ELECTRONES Fig. 8-7b, p.129
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Ciclo Krebs =CoA acetil-CoA CoA oxalacetato citrato NADH H2O NAD+ H2O
malato isocitrato NAD+ H2O O O NADH fumarato FADH2 a-ketoglutarato FAD NAD+ CoA O NADH succinato succinil-CoA Figure 8-6 Page 129 ADP + grupo fosfato ATP
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Ciclo de Krebs Reactivos Productos Acetil-CoA 3 NAD+ FAD ADP y Pi
Coenzima A 2 CO2 3 NADH FADH2 ATP
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Resultados segunda etapa
Todas las moléculas de carbono del piruvato terminan en dióxido carbono Las coenzimas se reducen (ganan electrones e hidrógenos) Se forma una molécula de ATP Se regenera el oxalacetato de cuatro carbonos
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Reducción de coenzimas en dos etapas
Glucólisis 2 NADH Reacciones preparación NADH Ciclo Krebs FADH NADH Total FADH NADH
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Cadena transportadora electrones
Se da en mitocondria Coenzimas entregan electrones a la cadena transportadora Cadena transportadora de electrones produce un gradiente de iones H+ Flujo de H+ a favor de gradiente produce ATP
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CADENA TRANSPORTADORA
glucosa Fosforilización GLUCÓLISIS piruvato CILCO KREBS CADENA TRANSPORTADORA ELECTRONES Fig. 8-8a, p.130
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ESPACIO INTERMEMBRANA Cadena transportadora Electrones
Fosforilización ESPACIO INTERMEMBRANA H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ e- e- e- H+ H+ H+ ADP + Pi ATP NADH + H+ NAD+ + 2H+ FADH2 FAD + 2H+ 2H+ + 1/2 02 H2O Cadena transportadora Electrones ATP Sintetasa H+ MATRIZ MITOCONDRIAL Fig. 8-8b, p.130
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Fosforilización glycolysis e– CICLO KREBS cadena transportadora
glucosa Fosforilización ATP 2 PGAL ATP 2 NADH 2 pyruvate glycolysis 2 FADH2 2 CO2 e– 2 acetil-CoA 2 NADH H+ H+ 2 6 NADH CICLO KREBS ATP Ciclo Krebs ATP H+ 2 FADH2 ATP H+ 4 CO2 36 ATP H+ H+ ADP + Pi cadena transportadora electrones H+ H+ H+ Fig. 8-9, p.131
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Generando gradiente H+
espacio intermembrana NADH matriz mitocondrial
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Produccción ATP: Modelo Quimiosmótico
MATRIZ MITOCONDRIAL ADP + Pi
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Importancia Oxígeno Cadena transportadora electrones requiere oxígeno
Oxígeno recoge electrones de la cadena y los combina con H+ para formar agua
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Resumen Ganancia de Energía (por molécula glucos)
Glucólisis 2 ATP Ciclo Krebs y reacciones preparación Cadena transportadora electrones 32 ATP
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Ganancia energía varía
NADH formado en citoplasma no puede entrar a mitocondria Entrega electrones a membrana mitocondrial Membrana transporta NAD+ o FAD hacia interior mitocondria Electrones entregados a FAD producen menos ATP que aquellos entregados al NAD+
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Eficiencia de respiración aeróbica
686 kcal de energía se liberan 7.5 kcal se conservan en cada ATP Cuando se forman 36 ATP, 270 kcal (36 X 7.5) se capturan en ATP Eficiencia = 270 / 686 X 100 = 39% Mayoría energía se pierde en calor
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Vías anaeróbicas No usan oxígeno Produce menos ATP Dos tipos
Fermentación Transporte electrónes anaeróbicos
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Fermentación Empieza con glucólisis
No metaboliza glucosa a agua y dióxido de carbono Produce sólo 2 ATP de la glucólisis Pasos que siguen a glucólisis sólo regeneran NAD+
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Fermentación Alchólica
glucólisis C6H12O6 Fermentación Alchólica 2 ATP inversión 2 ADP 2 NAD+ 2 NADH 4 ATP 2 piruvato cosecha 2 ATP net forma etanol 2 H2O 2 CO2 2 acetaldehídos electrones, hidrógeno forma NADH 2 etanol Fig. 8-10d, p.132
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Fermentación Alchólica
Fig. 8-10a, p.132
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Fermentación Alchólica
Fig. 8-10b, p.132
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Fermentación Alchólica
Fig. 8-10c, p.132
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Fermentación Láctica glucólisis C6H12O6 ATP 2 inversión 2 ADP 2 NAD+ 2
NADH 4 ATP 2 piruvato cosecha 2 ATP netos lactate fermentation electrones, hidrógeno froma NADH 2 lactato Fig. 8-11, p.133
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Fermentación Láctica Fig. 8-12, p.133
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Cadena Transportadora anaeróbica
Realizan algunas bacterias Cadena transportadora de elctrones se da en la membrana plasmática bacteriana El receptor final de electrones es un compuesto del ambiente como los nitratos. No oxígeno Ganancia ATP es baja
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p.134
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ALIMENTO GRASAS glucógeno carbohidratos complejos proteínas acidos grasos glicerol azúcares simples aminoácidos glucosA-6-fosfato NH3 esqueletos carbono GLUCÓLISIS PGAL urea piruvato acetil-CoA CILCO KREBS
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Formas alternas de energía
Fig. 8-13a, p.135
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cadena transportadora
Formas alternas de energía ALIMENTO GRASAS glucógeno carbohidrátos complejos proteínas acidos grasos glicerol azúcares simples (e.g., glucosa) aminoácidos NH3 glucosa-6-fosfato carbono urea PGAL 2 ATP glucólisis 4 ATP (2 ATP netos) NADH piruvato acetil-CoA NADH CO2 NADH, FADH2 Ciclo Krebs 2 ATP CO2 e– ATP ATP cadena transportadora electrones ATP mucho ATP H+ agua e– + oxígeno Fig. 8-13b, p.135
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Evolución Vías Metabólicas
Orígen vida, atmósfera con poco oxígeno Primeros organismos vías anaeróbicas Después, fotosíntesis aumenta oxígeno atmosférico Aparecen células que usan el oxígeno como aceptor final de electrones en cadena transportadora
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Procesos ligados energía solar augua + moléculas dióxido azúcar
FOTOSÍNTESIS augua + dióxido carbono moléculas azúcar oxígeno RESPIRACIÓN AERÓBICA
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