Mitocondria y el Proceso de Respiración celular Profa. María M. Meléndez Ortega

Temas Mitocondria Respiración Celular Repaso de conceptos Referencias Glucólisis Reacción de Transición Ciclo del ácido cítrico Sistema de transporte de electrones Repaso de conceptos Referencias

Mitocondria

Respiración Celular Proceso celular que requiere oxígeno y emite bióxido de carbono Implica la ruptura de la glucosa en dióxido de carbono y agua Oxidación – perdida de electrones de un átomo o molécula. O cuando se añade oxígeno Energía extraída de la molécula de glucosa: Liberada paso a paso y el ATP se produce de forma eficiente Enzimas oxidación-reducción, incluyen las NAD+ y FAD como coenzimas

Ciclo del NAD+ NAD + (nicotinamida adenina dinucleótido) Coenzima de oxidación-reducción NAD+ - es la forma oxidada NADH + H+ - es la forma reducida Cada molécula de NAD + se utiliza una y otra vez FAD (flavina adenina dinucleótido) Coenzima de oxidación-reducción A veces se utiliza en lugar de NAD + Acepta dos electrones de una molécula donadora y dos iones de hidrógeno (H +) en solución . FAD – forma oxidada FADH2 - forma reducida

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Las células obtiene la energía por la_______ de las moléculas del alimento como es la glucosa. Reducción Oxidación Oxidoreducción Anabolismo Fosforilación ¿cuál de las siguientes reacciones describe mejor la reducción de la coenzima NAD? NAD + H → NADH NAD+ + H → NADH NAD+ + H → NADH2 NADH → NAD+ + H NADH → NAD + H

3. Un átomo de hidrógeno consiste de _______. Protones solamente Electrones solamente Un protón y un electrón Un protón y algunos electrones Un número variable de protones y electrones 4. Cuando una molécula se oxida, otra molécula se debe reducir. Cierto Falso

5. El NADH sirve como un transportador de electrones que puede donar su hidrógeno a otras moléculas. Cierto Falso

Fases de la Respiración Celular 2. Reacción de transición: Ambos piruvatos se oxidan La energía de los electrones es almacenado en NADH Dos átomos de carbono se liberan en forma de CO2 1. Glucólisis: Citoplasma Glucosa se rompe en dos moléculas de piruvato Se forma ATP 3. Ciclo del ácido cítrico: La energía de los electrones es almacenada en NADH y FADH2 Se forma ATP Cuatro átomos de carbono se liberan 4. Cadena de transporte de electrones: Se extrae la energía de NADH y FADH2 Produce 32 ó 34 moléculas de ATP

Fosforilación a nivel de sustrato Glucólisis Se produce en el citoplasma fuera de la mitocondria Pasos de Inversión de Energía : Dos ATP se utiliza para activar la glucosa La glucosa se divide en dos moléculas de G3P Pasos de Recolección de Energía : Dos electrones (como los átomos de hidrógeno) se recolectan por dos NAD + Cuatro ATP se producen por fosforilación a nivel de sustrato Ganancia neta de dos ATP Ambos G3Ps convertidos en Piruvatos Fosforilación a nivel de sustrato Transferencia de un grupo fosfato proveniente de un sustrato al ADP

2. Rompimiento 3. Liberación de energía Pasos 6-10 Pasos 4-5 1. 2 ATP se hidrolizan para crear fructosa-1,6 bifosfato 2. Rompimiento Pasos 4-5 Una molécula de 6 carbonos se rompen en 2 moléculas de 3 carbonos (gliceraldehido – 3 – fosfato) 3. Liberación de energía Pasos 6-10 Dos moléculas de gliceraldehido -3- fosfato se convierten en dos moléculas de piruvato produciendo 2 NADH y 4 ATP

Fosforilación a nivel de sustrato

Glucólisis: El Balance de Situación

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En glucólisis, la glucosa es convertida a ________. CO2 and H2O Piruvato Citrato Acetil CoA NAD+ y ADP El resultado Neto de una corrida de glucólisis simple, es la formación de ______. 1 NADH y 1 ATP 2 NADH y 2 ATP 2 NADH y 4 ATP 4 NADH y 2 ATP 4 NADH y 4 ATP

3. Bajo condiciones anaeróbicas, el producto final de glucólisis es convertido a: CO2 and H2O amino ácidos ácido láctico ácido hidroclorhídrico ácido acético 4. Durante glucólisis una molécula de azúcar de 6 carbonos bifosfatada es dividida en dos moléculas de azúcar fosfatada. Cierto Falso

5. Bajo condiciones aeróbicas , el producto final de glucólisis es reducido para dar un mayor rendimiento de ATP. Cierto Falso

Glucólisis

La Reacción Preparatoria El producto final de la glucólisis entra en la matriz mitocondrial Conversión del piruvato Se añade la coenzima A para formar acetil-CoA Se recolectan los electrones por NAD + (como átomo de H+) CO2 liberado Transportados fuera de la mitocondria en el citoplasma

El ciclo del ácido cítrico (ácido tricarboxílico o Krebs) Ocurre en la matriz de las mitocondrias Se oxida la molécula Acetyl CoA.

Ciclo del ácido cítrico

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Una sola vuelta del ciclo de Krebs puede rendir ________ Antes de entrar al Ciclo de Krebs, el piruvato es convertido a ________ Glucosa CO2 and H2O Acido acético Acetil CoA Oxaloacetato Una sola vuelta del ciclo de Krebs puede rendir ________ 1 ATP, 1 NADH y 1 FADH2 1 ATP, 2 NADH y 2 FADH2 1 ATP, 3 NADH y 1 FADH2 2 ATP, 2 NADH y 2 FADH2 2 ATP, 3 NADH y 2 FADH2

3. La reacción inicial del ciclo de Krebs envuelve la unión de _____. 2 moléculas de carbono a 4 moléculas de carbono 2 moléculas de carbono a 5 moléculas de carbono 2 moléculas de carbono a 6 moléculas de carbono 3 moléculas de carbono a 4 moléculas de carbono 3 moléculas de carbono a 5 moléculas de carbono 4. El ciclo de Krebs ocurre en la mitocondria Cierto Falso 5. Una sola vuelta de ciclo de Krebs envuelve tres reacciones diferentes de descarboxilación.

Cadena de Transporte de Electrones Ubicación: Eucariotas: crestas de las mitocondrias Moléculas transportadoras en serie Pasan los electrones ricos en energía Arreglos complejas de proteínas y citocromos Los citocromos son moléculas respiratorias Anillos complejos de carbono con un átomos del metal en el centro Reciben los electrones del NADH y FADH2 produciendo ATP mediante fosforilación oxidativa Fosforilación oxidativa Formación de ATP controlada por energía derivada de los electrones de alta energía.

Cadena de Transporte de Electrones http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw

Organización de las crestas Complejo I - NADH deshidrogenasa que contiene flavinamononucleotido (FMN) Complejo II - succinato deshidrogensa * ambos ceden electrones a la coenzima Q Complejo III – citocromo bc1, cede electrones al citocromo c. Complejo IV - citocromo c oxidasa que cede electrones al O2 para producir dos moléculas de agua Reciclaje de coenzimas Aumenta la eficiencia de Una vez que el NADH guía a los H+, este vuelve (como NAD +) para recoger más H+ Sin embargo, los H+ debe combinarse con el O2 para hacer agua Si no se presente O2, NADH no se puede liberar H+ Ya no se vuelva a reciclar NAD + Los átomos de H+ se combinan con el O2

Formación de ATP Quimioósmosis Del espacio Intermembranoso un protón de hidrógeno entra a la ATP sintetasa, permitiendo que su energía pueda girar la misma. Cuando dos protones adicionales entran generará la energía suficiente para formar ATP. Quimioósmosis Mecanismo para la síntesis de ATP en el que el movimiento de los electrones a través de la cadena transportadora de electrones resulta en el establecimiento de un gradiente de protones por medio de la membrana interna mitocondrial. El gradiente actúa como un intermediario de alta energía y relaciona la oxidación de los sustratos con la fosforilación de ADP ***NADH suministran la energía suficiente para formar 3 ATP ***FADH2 sólo forman 2 ATP http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY&feature=related

http://highered. mcgraw- hill. com/olcweb/cgi/pluginpop. cgi http://highered.mcgraw- hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::525::530::/sites/dl/free/0072464631/291136 /electron_transport.swf::electron_transport.swf

1. Organizar los siguientes aceptores de electrones en el orden apropiado en el que ellos participan en el transporte de electrones. 1 = Citocromo c 2 = oxígeno 3 = citocromo c oxidasa 1,2,3 1,3,2 2,3,1 3,1,2 3,2,1

2. Los electrones que son transferidos a través del sistema de transporte de electrones están inicialmente en __________. NADH FADH2 ATP Oxígeno A y B 3. El movimiento de protones a través de la ATP sintetasa ocurre del _________ Matriz al espacio intermembranoso Matriz al citoplasma Espacio intermembranoso al matrix Espacio intermembranoso al citoplasma Citoplasma al espacio intermembranoso

4. Cuando el oxígeno acepta electrones, el agua es producida como producto final. Cierto Falso 5. La formación de ATP como resultado de la actividad del sistema de transporte de electrones es denominada como fosforilación a nivel de sustrato.

El catabolismo de la glucosa: Rendimiento general de la Energía El rendimiento neto por la glucosa: De la glucólisis - 2 ATP Del ciclo del ácido cítrico - 2 ATP De la cadena de transporte de electrones - 32 a 34 ATP 36 a 38 ATP En algunas células el costo energético de transportar los electrones desde el NADH formado en la glucólisis a través de la membrana mitocondrial interna deprime el rendimiento neto

En Resumen la energía producida por cada molécula de glucosa en algunas células el costo energético de transportar los electrones desde el NADH formado en la glucólisis a través de la membrana mitocondrial interna deprime el rendimiento neto de estos 2 NADH a sólo 4 ATP

Otras vías catabólicas Proteínas Grasas Aminoácidos Ácidos Grasos y glicerol Ampliar conocimientos Gluconeogénesis – vía anabólica de la glucosa a partir de piruvato 2. Fermentación – oxidación anaeróbica de la glucosa. NH2 CO2

Repaso Glucólisis Reacción de Transición Ciclo del ácido cítrico Sistema de transporte de electrones https://www.youtube.com/watch?v=-Gb2EzF_XqA

Para repasar RESPIRACIÓN CELULAR by Silvia Márquez - Enrique Zabala http://www.genomasur.com/lecturas/Guia09.htm Glucolisis http://www.mhhe.com/biosci/multilevel/majors_bio/Cell/Questi on9/index.html Respiracion celular http://www.mhhe.com/biosci/multilevel/majors_bio/Cell/Questi on10/index.html

Para repasar (interactivo) Glucólisis http://www.mhhe.com/biosci/multilevel/majors_bio/Cell/Questi on9/index.html Respiración celular http://www.mhhe.com/biosci/multilevel/majors_bio/Cell/Questi on10/index.html

Referencias Karp, G. (2010). Cell and molecular biology : concepts and experiments (6th. ed.) Hoboken, NJ: John Wiley Glick, B. R. (2010). Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA (4th ed.) Washington, DC: ASM Press. Retrieved from: http://site.ebrary.com/lib/interpuertorico/docDetail.action?docID=1 0430839 Lodish, H. F. (2008). Molecular cell biology. New York : W.H. Freeman Voet, D. (2011). Biochemistry. Hoboken, NJ: John Wiley. QD415 .V64 2011 Campbell, N. A., Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Jackson, R. B., & Minorsky, P. V. (2011). Campbell Biology (9th ed.). San Francisco, California: Pearson Education.